Skutečným přírodním archivem jsou pravidelné roční přírůsty rostlin. Především letokruhy dřevin poskytují konkrétní informace, protože změny prostředí se vždy odráží v jejich růstových reakcích. Věda, která se zabývá letokruhy se nazývá dendrochronologie a slouží jako dostupný zdroje informací o prostředí, ve kterém dřevina roste.

Dendrochronologie respektive dendroekologie je mezioborová metoda využívaná v mnohých vědních odvětvích, např. v lesnictví, ekologii, klimatologii, archeologii aj.

Analýza škrobových zrn je vhodným zdrojem dat pro archeologii. Škrobová analýza se začala používat pro účely archeologického bádání v posledních třech dekádách. Škrobová zrna patří do skupiny rostlinných mikrozbytků spolu s fytolity, pylem, sporami aj. Zkoumáním těchto rostlinných reziduí se odhalují změny v životním prostředí a změny přirozeně vzniklé přírodními procesy i antropogenními aktivitami. Analýza škrobových zrn je spojena s odpověďmi na otázky ohledně užívání i opracovávání rostlin a složení rostlinné složky lidské potravy. Tato technika je také vhodná pro zkoumání funkce nástrojů, domestikaci rostlin a vegetační historii. Poškozená zrna škrobu mohou však bránit použití této konkrétní techniky. Výsledky vzešlé díky škrobové analýze je vhodné kombinovat s výsledky poskytovanými jinými metodami, jako jsou palynologie, fytolitová analýza nebo rozbory rostlinných makrozbytků.

Škrobová zrna z archeologických artefaktů

Škrob je zásobní polysacharid u většiny fotosynteticky aktivních rostlin. Výjimka jsou rostliny, které tvoří místo škrobu zásobní polysacharid inulin. Škrob je zdroj glukózy pro rostliny uzpůsobený k dlouhodobému uchování. Je směsí dvou homopolysacharidů (amylózy a amylopektinu).

Škrob se tvoří v zelených částech rostliny ve specializovaných organelách, chloroplastech. V chloroplastech vznikají malá škrobová zrna o průměru 1 µm. Škrobová zrna jsou spotřebována nebo transportována. Škrob se dále ukládá ve specializovaných organelách buněk, v amyloplastech. Největší množství škrobu je uloženo v zásobních orgánech ve specializovaných buňkách semen, kořenů a hlíz. Škrob je v amyloplastech uskladněn ve formě škrobových zrn, která jsou druhově specifická. Liší se tvarem, velikostí a poměrem polysacharidů. Tyto vlastnosti škrobových zrn jsou dány z velké části geneticky, ale jsou také ovlivňovány vnějšími vlivy.

Postup analýzy

Škrob je možno identifikovat použitím optické mikroskopie v polarizovaném světle, kdy má škrobové zrno specifický optický projev (extinction cross). Na LAPE jsou k tomuto účelu používána dvě mikroskopovací pracoviště. Optický mikroskop Nikon Eclipse a optický mikroskop Leica MD 2500. Obě pracoviště jsou vybavena digitální kamerou pro záznam a počítačem s ovládacím a analytickým softwarem. Pro přesné morfologické rozlišení škrobových zrn je třeba použít vzorky ze srovnávací sbírky. Lze použít rovněž statistický postup identifikace škrobů z archeologických vzorků.

Fytolity jsou mikroskopická tělíska, která se vytvářejí v listech, stoncích, kořenech, květech nebo plodech rostlin. Nejčastěji se jedná o inkrustace vznikající vně nebo uvnitř buněk hromaděním oxidu křemičitého (tzv. silikátové fytolity), šťavelanu vápenatého, případně uhličitanů. Inkrustovány mohou být specifické typy buněk či jejich části nebo celé soubory buněk (například epidermis), a to buď jejich vnitřky, buněčné stěny nebo obojí zároveň. Různé taxonomické skupiny rostlin se liší ve způsobu ukládání a tvaru fytolitů. U mnoha čeledí byly nalezeny specifické typy fytolitů umožňující jejich determinaci. Rovněž identifikace na nižší (rodové) úrovni je stále častější, řadu taxonů lze dokonce podle charakteristických fytolitů identifikovat až na druhovou úroveň.

Po dekompozici nebo spálení rostlinného materiálu zůstávají fytolity (hlavně silikátové) v prakticky nezměněné podobě a dlouhodobě přetrvávají v půdě, sedimentech a dalších médiích jako záznam o existenci jejich matečných rostlin.

Katedra fyziky

• Laboratoř počítačového modelování

  Studenti jsou vítaní - projekty nabízejí řadu dílčích cílů vhodných pro řešení v rámci studentských prací

  Nabídka doktorského studia

  Pracovníci a studenti se věnují především dvěma směrům počítačového modelování:

  1) Částicovému (atomárnímu) modelování

  Jedná se o použití rovnovážné i nerovnovážné molekulární dynamiky (MD) ke studiu vzájemných interakcí molekul. Studenti se zabývají modelováním interakcí molekul s povrchy a adsorpcí molekul, studiem struktury, dynamiky a interakcí nukleových kyselin, oligonukleotidů a jejich komponent.
  Kde je potřebné, tyto simulace jsou kombinovány s kvantovými výpočty, které poskytují interakční parametry dále používané v molekulárních simulacích systémů o velikosti tisíců až stotisíců atomů.
  Výsledky simulací jsou porovnávány s teorií (teorie elektrické dvojvrstvy), experimenty (rentgenová difrakce, povrchová titrace, adsorpční experimenty, second harmonics generation) a kvantovými výpočty (ab initio výpočty, kvantová dynamika).

   

  Články zaměřené na studium elektrokinetických jevů, určování zeta potenciálu a povrchového potenciálu

  V současnosti jsou řešeny projekty:
  “Molekulární simulace procesů na rozhraní pevná látka - kapalina”, projekt LTAUSA17163, INTER-EXCELLENCE, podprogram INTER-ACTION, spolupráce s Oak Ridge National Laboratory (USA), 2017-2021
  Řešitelský tým:
  doc. RNDr. Milan Předota, Ph.D.
  doc. Mgr. Martin Kabeláč, Ph.D.
  Ing. Ondřej Kroutil, Ph.D.
  MSc. Babak Minofar, Ph.D.
  Mgr. Zdeněk Chval, Ph.D.
  MSc. Denys Biriukov, Ph.D. vědecký pracovník, dříve doktorand (biofyzika)
  Mgr. Lydie Plačková - vědecká pracovnice, doktorandka (biofyzika)
  Bc. Patrik Musil - magisterský student
  Zahraniční partner:
  Andrew G. Stack, Oak Ridge National Laboratory a členové jeho týmu: Hsiu-Wen Wang, Nikhil Rampal

  Nedávný projekt:
  “Molekulární popis jevů v elektrické dvojvrstvě - predikce a interpretace experimentálních dat počítačovými simulacemi”, standardní projekt GAČR 17-10734S, 2017-2019
  Řešitelský tým:
  doc. RNDr. Milan Předota, Ph.D.
  Ing. Ondřej Kroutil, Ph.D. - vědecký pracovník
  MSc. Denys Biriukov - vědecký pracovník, doktorand (biofyzika)
  Mgr. Pavel Fibich, Ph.D. - správa výpočetního klastru, IT podpora.

  Řešené studentské práce:
  Témata jsou vhodná pro studenty oborů Fyzika, Fyzika pro vzdělávání, Biofyzika, Měřicí a výpočetní technika, Aplikovaná informatika, Chemie

  Středoškolská odborná činnost (S0Č)
  2011-2013 Jiří Guth: „Počítačové simulace interakcí organické hmoty s křemenným povrchem“, Gymnázium Jírovcova, České Budějovice (vítězství v sekci Fyzika v KK SOČ, 7. místo v celostátním kole, Cena Učené společnosti ČR)
  Bakalářské práce
  2009-2011 Lucie Krohová: „Software pro zobrazování molekulárních struktur", Jihočeská univerzita, Zdravotně sociální fakulta, obor Biofyzika a zdravotnická technika
  2009-2011 Kristýna Šilhavá: „Software pro molekulární dynamiku", Jihočeská univerzita, Zdravotně sociální fakulta, obor Biofyzika a zdravotnická technika
  2011-2012 Hana Barvíková: „Interakce organických látek s minerálními povrchy“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Měřicí a výpočetní technika
  2011-2012 Aleš Svoboda: „Výpočty na grafických kartách“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Měřicí a výpočetní technika
  2012-2013 Tomáš Krejsa: „Programování výpočtů na grafických kartách“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Aplikovaná informatika
  Magisterské práce
  2009-2011 Bc. Hynek Hanke: „Molekulární simulace rozhraní voda – rutil", MFF UK Praha, obor Biofyzika a chemická fyzika
  2012-2014 Bc. Hana Barvíková: „Studium interakcí organické hmoty a jejích složek pomocí molekulární dynamiky“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
  2014-2016 Bc. Tomáš Krejsa: „Využití GPU v programu Gromacs", Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Aplikovaná informatika
  2020-         Bc. Patrik Musil: „Výpočet vibračních SFG spekter z molekulárně dynamických simulací", Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Fyzikální měření a modelování

  Disertační práce
  2009-2013 Mgr. Stanislav Pařez: „Počítačové simulace rozhraní pevných látek a kapalin“, VŠCHT Praha, Fakulta chemicko-inženýrská, obor Fyzikální chemie
  2010-2016 Ing. Ondřej Kroutil: „Molecular modeling of biomolecules – surface interactions“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
  2016-2020 MSc. Denys Biriukov: „Application of Electronic Continuum Correction to Molecular Simulations of Nano/Bio Interfaces“, Jihočeská univerzita, Přírodovědecká fakulta, obor Biofyzika
  2018-         Mgr. Lydie Plačková: „Počítačové modelování elektrokinetických jevů“

  2) Modelování sluneční atmosféry

  Numerické simulace v této oblasti jsou založeny hlavně na řešení tzv. magnetohydrodynamických (MHD) rovnic. V tomto případě tedy nahlížíme na plazma z makroskopického hlediska, tj. jako na vodivou kapalinu.

  Řeší se zde hlavně problémy týkající se tzv. koronálního ohřevu, tj. objasnění vysoké teploty sluneční koróny. Více o tomto tématu se můžete dozvědět zde.

   

  V letech 2010-2012 jsme byli spoluřešiteli grantu GAČR - “Energetické procesy ve sluneční atmosféře: vztahy mezi simulacemi a pozorováními”, standardní projekt GAČR, GAP209/10/1680.
  V současnosti (2016-2018) je doc. P. Jelínek hlavním řešitelem standardního grantového projektu GAČR 31-16-13277S - "Magnetoakustické vlny v diagnostice plazmatu ve sluneční koróně: nový pohled prostřednictvím pokročilých numerických simulací".
  
  
  

  Pro výpočetně náročné fyzikální a biofyzikální aplikace využívají členové katedry a jejich spolupracovníci dvou fakultních superpočítačů

  

  Klastr Hermes:

  11  strojů v racku, každý 2x Quad Core Xeon E5345 @ 2.33 GHz, 16 GB RAM, 5 x 500 GB HDD, Debian GNU/Linux
  Tento stroj je zapojen do superpočítačového Metacentra, lokální uživatelé mají privilegovaný přístup.

  Klastr UFY:

  7 PC , každé Quad Core 2 Quad @ 3.0 GHz, 2 GB RAM,  500 GB HDD, SuSE 11 Linux + 4TB sdílený disk
  1 PC Intel(R) Core(TM) i5-2310 CPU @ 2.90GHz (4 jádra), 500 GB HDD, Debian linux,  grafická karta GIGABYTE GTX 560 Ti Ultra Durable 1GB
  1 PC Intel(R) Core(TM) Intel(R) Core(TM) i7-4790K CPU @ 4.00GH (8 jader), 500 GB HDD, Debian linux,  grafická karta GIGABYTE GTX 780

  Klastr byl zakoupen a je rozšiřován z grantových prostředků:
  

  1. “Počítačové modelování strukturních, dynamických a transportních vlastností tekutin v nanorozměrech”, standardní projekt GAČR 203/08/0094
  2. “Studium struktury a dynamiky minerálních povrchů a biomembrán a jejich interakcí s organickými a anorganickými ligandy pomocí počítačového modelování”, MŠMT - Kontakt, ME 09062
  3. “Molekulární popis jevů v elektrické dvojvrstvě - predikce a interpretace experimentálních dat počítačovými simulacemi”, standardní projekt GAČR 17-10734S
  4. “Molekulární simulace procesů na rozhraní pevná látka - kapalina”, projekt LTAUSA17163, INTER-EXCELLENCE, podprogram INTER-ACTION, spolupráce s Oak Ridge National Laboratory (USA)

  Oba klastry mají instalované paralelní prostředí pro spouštění víceprocesorových  (vícevláknových) úloh a jsou využívány při výuce předmětu UFY/PPI Paralelní programování,  UFY/PFM Počítačová fyzika - počítačové modelování, UFY/SIM1  Počítačové simulace ve fyzice mnoha částic a UFY/SIM2 Pokročilé simulace ve fyzice mnoha částic.

  Pro výpočty využíváme též zdroje výpočetních center Metacentrum + CERIT-SC

• Laboratoř elektroniky a akustiky

  Laboratoř elektroniky je úzce spjata s Laboratoří elektrotechniky a automatizace. Spolupracujeme s kolegy z Katedry fyziky PF a Katedry informatiky PřF.

  Audio laboratoř. Věnujeme se analýze a zpracování zvuku (hudba, řeč) a zpěvu ptáků. K dispozici jsou kvalitní přístroje jako mixážní studiový pult, digitální mixážní pult, audio procesory, předzesilovače, efektová zařízení, mikrofony  či poslechové monitory.

  

  Cílem laboratoře je provádění pokusů od sejmutí signálu, přes jeho analýzu až po efektování a finální mastering. Analýza signálů je prováděna softwarově (Avisoft, Wavelab).

  Dalším zaměřením je prostorová akustická analýza. K dispozici jsou zvukové analyzátory Brual &Kjaer 2250 a další související vybavení.

                             

  Věnujeme se automatickému rozpoznávání zpěvů ptáků (Individual Identification). Metoda využívá rozdílnosti hlasu jedinců, kterou jsme zvyklí využívat u lidí (identifikace při vstupu do budovy apod.) a lze jí s úspěchem využít též u zvířat.    

                

  Z analýzy zpěvu ptáků lze získat parametry, které jsou pak využity pro ověření, zda nově získaný zpěv náleží konkrétnímu jedinci či nikoliv (Bird Verification). Při práci se zpěvy ptáků využíváme nahrávky pořízené ornitology z Přírodovědecké fakulty, případně z dalších sprátelených ústavů a vysokých škol.

• Laboratoř optické spektroskopie

• Laboratoř fyziky plazmatu a nanostruktur

• Laboratoř fyziky nanomateriálů