Delen:
10 Wetenschappelijke omkeringen van de wereld zoals wij die kennen
Of ze nu ontdekt worden in de natuur of door de mens gemaakt, elk van deze wetenschappelijke omkeringen verandert sommige eigenschappen in het leven zoals wij het kennen. Sommigen van hen zijn gewoon interessante eigenaardigheden van de natuur, terwijl andere misschien diepe implicaties hebben voor hoe we ons leven leiden.
10Time-Reversal Acoustics
We hebben allemaal typische echo's gehoord, maar echte geluidswisseling bestaat niet in de natuur. Als u bijvoorbeeld met exacte omkering van het geluid 'hallo' roept, komt het terug als 'olleh', waarbij de geluidsgolf precies naar uw mond loopt in plaats van zich door de lucht te verspreiden zoals gewoonlijk. Dit type technologie heeft veel toepassingen, zoals het breken van nierstenen, het volgen van onderwatervoertuigen en het vertalen van een luidspreker naar meerdere talen voor verschillende luisteraars.
Maar een van de meest interessante toepassingen zou zijn vanuit het oogpunt van nationale defensie. Door hun lichamen te veranderen in reisapparaten, kan deze akoestische omkeringstechnologie worden gebruikt om terroristen te bedwelmen die in de oceaan duiken om explosieven te vervoeren. Een manier om dit te doen is om het geluid van onderwater ademhalingsapparatuur te vergroten en terug te brengen. Het harde geluid zou hen duizelig en gedesoriënteerd maken. Het zou waarschijnlijk ook pijnlijk zijn. Maar de echo zou zo precies worden afgeleverd dat het andere mensen, dieren of apparatuur dicht bij het doelwit niet zou schaden.
9 Mannelijke / vrouwelijke genitale omkering
In een evolutionaire primeur voor het dierenrijk hebben wetenschappers insecten ontdekt in uitzonderlijk droge Braziliaanse grotten waar de vrouwtjes penisachtige geslachtsorganen hebben die gynosomen worden genoemd en de mannetjes vagina-achtige structuren hebben die phallosomes worden genoemd. Dit is een extreme rolomkering tussen de geslachten die waarschijnlijk de vrouwen omvat die onwillige mannetjes dwingen om 40-70 uur per keer te paren.
Deze insecten komen allemaal van het geslacht Neotrogla. Volwassenen zijn 2,7-3,7 millimeter (0,11-0,15 inch) lang. De gynosomen, of vrouwelijke penissen, zijn ongeveer een zevende zo lang als de insecten. Dat is net als een man met een lengte van 175 centimeter (5'9 ") met een penis die bijna 25 centimeter (10 in) lang is.
Na het inbrengen van haar gynosoom in het mannelijk lichaam, het vrouwtje Neotrogla's orgelballonnen met een stekelige bedekking om zichzelf stevig aan haar vriend te hechten. De lange copulatieperiode maakt een grotere overdracht van sperma van het mannetje mogelijk.
Onderzoekers leken vooral geïnteresseerd in hoe mannelijk Neotrogla zou reageren op coercive paring, wat een andere ongewone rolomkering is bij deze soorten insecten. Bij andere soorten komen dwangervrouwen vrij van zaad van mannen die ze niet leuk vinden, of ze ontvangen doelbewust zaadcellen van andere mannen die ze leuk vinden. Maar de Neotrogla mannetjes ontvangen geen eieren van hun partner, dus ze hebben geen manier om wraak te nemen, vooral omdat de ruggengraat van het vrouwelijke gynosoom hen samenbindt.
8De One-Way Sound Machine
Alle geluidsgolven bezitten een eigenschap die 'tijdomkeer-symmetrie' wordt genoemd. Als u in de ene richting een geluidsgolf door de lucht stuurt, kan deze op dezelfde manier worden geretourneerd. Dus als je met iemand kunt praten, kunnen ze tegen je praten en elke persoon zal de ander horen.
Tijdomkeer-symmetrie werkt ook met andere golven, inclusief zichtbaar licht en radiogolven. Met radiogolven ontdekten wetenschappers echter hoe elektronen in slechts één richting konden worden rondgedraaid met behulp van magnetische materialen. Dit breekt de tijdomkeersymmetrie, zodat de radiogolven die onze favoriete liedjes uitzenden, niet terugsturen naar de zendmasten.
Tot voor kort wisten wetenschappers echter niet hoe ze de richting van geluidsgolven door de lucht moesten regelen, zodat je ze kon horen zonder gehoord te worden. Ze wilden een geluidsgolfversie van een one-way mirror maken, wat een geweldige manier is om mensen te bespioneren. Het is niet verrassend dat dit onderzoek werd gefinancierd door de Amerikaanse overheid.
Met behulp van die fondsen bedacht een team van de Universiteit van Texas in Austin een ingenieuze oplossing. Ze bouwden een akoestische circulator, een apparaat dat lijkt op een zeester met drie armen. De armen zijn buizen met microfoons aan het einde om geluid op te nemen dat door een ringvormige holte in het centrale lichaam stroomt. Drie ventilatoren in de holte werken op een snelheid waarbij geluid slechts in één richting beweegt.
Dus als je een muur zou inbedden met meerdere van deze circulatiepompen, zou je de activiteit aan de andere kant kunnen horen zonder dat iemand je hoort. Deze apparaten kunnen geluid isoleren in vliegtuigen, muziekstudio's, onderzeeërs en meer. Ze kunnen ook sonar- en echoapparaten nauwkeuriger maken.
7 Een ei koken
In een proces dat slechts enkele minuten duurt, hebben wetenschappers ontdekt hoe eiwitten uit de pan kunnen worden gehaald. Ze voegden ureum, een hoofdbestanddeel van urine, toe om de eiwitten op te lossen, en vervolgens draaiden ze het resulterende vloeibare mengsel met hoge snelheid in een vortexvloeistofapparaat. Maar ze hebben het niet gedaan, zodat je je ontbijtvolgorde kon veranderen van gekookte eieren naar roerei of een keer over gemakkelijk zonder nieuwe eieren te kraken. In plaats daarvan heeft deze ontdekking het potentieel om productieprocessen te transformeren die de kosten van kankerbehandeling en voedselproductie kunnen verminderen.
De wetenschappers begonnen met het koken van eiwitten bij 90 graden Celsius (194 ° F) gedurende 20 minuten om ze extreem hard te maken. Dit zorgt ervoor dat de afzonderlijke eiwitten in de kleverige, transparante eiwitten in de gekookte eiwitten verstrikt raken. "Dat proces wordt 'aggregatie' genoemd," zei onderzoeker Gregory Weiss van de University of California, Irvine. "Dit drijft ons gek, als wetenschappers, omdat het erg moeilijk is om [de eiwitten] later te ontrafelen. Vaak hebben we dit eiwit dat we willen bestuderen, en het komt eruit, en ze zijn gewoon slecht. "
Afgezien van het aantonen hoe dit proces werkt, zijn de kippeneieren eigenlijk niet relevant.Zoals Weiss uitlegde, "Het echte probleem is dat er veel gevallen zijn van gomachtige eiwitten die je veel te veel tijd besteedt aan het afkrabben van je reageerbuisjes, en je wilt een manier om dat materiaal te herstellen." Met behulp van hun procedure kunnen de wetenschappers voorzichtig ontwarren de eiwitten veel sneller en goedkoper dan de vorige methoden, wat ongeveer vier dagen duurde. Dit is belangrijk voor elk biotechnologiebedrijf dat eiwitten moet vouwen.
6Reversal van emotionele links naar herinneringen
We hebben eerder besproken hoe wetenschappers de individuele hersencellen van muizen genetisch veranderden, zodat een lichtstraal de cellulaire activiteit in- en uitschakelde. Deze techniek wordt optogenica genoemd. In hun eerste experiment plantten onderzoekers valse herinneringen in de hersenen van deze muizen en activeerden ze vervolgens herinneringen met een lichtstraal. Nu nemen wetenschappers optogenics naar het volgende niveau door de emotionele inhoud van een herinnering te veranderen. Ze kunnen een negatieve associatie met een herinnering omzetten in een positieve en vice versa.
Elk geheugen bevat componenten die zijn opgeslagen in verschillende delen van de hersenen. Bijvoorbeeld, de context van een geheugen (zoals waar iets gebeurde) wordt opgeslagen in de hippocampus van de hersenen, terwijl het emotionele deel van die herinnering wordt bewaard in de amygdala.
Om te testen of ze de emotie konden veranderen die verband houdt met een herinnering aan het zich op een specifieke locatie bevinden, gaven de onderzoekers mannelijke muizen de positieve ervaring om een vrouwelijke muis te ontmoeten of de negatieve ervaring van het ontvangen van een kleine elektrische schok. Toen hebben wetenschappers de muizen naar een nieuwe locatie verplaatst en een lichtstraal gebruikt om dat geheugen te activeren. Maar deze keer kreeg elke muis de tegenovergestelde emotionele ervaring. De mannetjesmuizen die eerst het genoegen hadden om vrouwtjes te ontmoeten, raakten nu geschrokken toen dat geheugen werd geactiveerd, en de mannelijke muizen die oorspronkelijk geschokt waren, hebben de meisjes deze keer gekregen.
Op basis van hoe de muizen eenmaal op de eerste locatie reageerden, bleek dat de emoties die aan het geheugen waren gekoppeld, waren veranderd. Bijvoorbeeld, muizen die oorspronkelijk geschokt waren, waren minder bang op dezelfde locatie en gingen op zoek naar een vrouwelijke muis.
Het werkte echter alleen als ze de hersencellen activeerden in de hippocampus, waar de context van het geheugen werd opgeslagen. Het werkte niet als ze hersencellen activeerden in de amygdala, waar de emotie geassocieerd met een herinnering zich bevond.
5Reversal van individuele continenten naar een supercontinent
Het laatste supercontinent was Pangaea, toen dinosaurussen over de aarde zwierven. Voordien hadden zich drie of vier andere supercontinenten gevormd tijdens de miljarden jaren geschiedenis van onze planeet.
Wetenschappers weten dat de continenten van de Aarde continu bewegen, langzaam samen drijven en uiteenvallen als puzzelstukjes omdat ze rusten op verschuivende tektonische platen. "Continenten op deze platen bewegen meestal ... in het tempo waarin je vingernagels groeien," zei Ross Mitchell van Yale University. Het kan dus honderden miljoenen jaren duren voordat een nieuw supercontinent zich vormt.
Dat heeft wetenschappers er niet van weerhouden voorspellingen te doen over het nieuwe supercontinent, ook al zullen mensen waarschijnlijk niet in de buurt zijn om ze te zien uitkomen. Over ongeveer 50 tot 200 miljoen jaar voorspellen sommige wetenschappers dat het volgende supercontinent Amasia zal zijn, het samengaan van Amerika en Azië. Maar waar zal dit supercontinent zich vormen?
De eerste theorie, introversie, zegt dat Amasia de Atlantische Oceaan zal sluiten om zich te vormen waar Pangaea ooit langs de evenaar rustte. De tweede theorie, extraversie, zegt dat Amasia de Stille Oceaan zal sluiten om een supercontinent te vormen langs de evenaar aan de andere kant van de wereld.
Een recentere theorie van introversie zegt echter dat nieuwe supercontinenten altijd haaks op hun voorgangers staan. Terwijl de continenten naar het noorden lijken te drijven, zal Amasia zich op de Noordpool vormen door de Noordelijke IJszee en de Caribische Zee te sluiten. Door de magnetische signatuur van oude gesmolten gesteenten te analyseren, die vastvriezen naar het noorden gericht als een kompas, kunnen onderzoekers bepalen hoe deze rotsen in de loop van de tijd zijn verschoven en waar de landmassa's zich zullen verplaatsen om het volgende supercontinent te vormen. Hun theorie komt overeen met Pangaea die in een rechte hoek staat met de splitsing van zijn voorganger, Rodinia. Rodinia, op zijn beurt, vormde een rechte hoek met zijn voorganger, Nuna.
Wat nog belangrijker is, de locatie van deze supercontinenten kan ons helpen te begrijpen waar het leven op verschillende punten op onze planeet is ontstaan en hoe het zich over landmassa's bewoog. "Continenten met vergelijkbare fossielen hebben waarschijnlijk een evolutionaire afkomst," zei Mitchell, "maar het daadwerkelijk vinden van een landbrug door die continenten naast elkaar te zetten, is het vinden van het rokende pistool."
4 Evolutionaire omkering van de osedax
We hebben het eerder besproken Osedax mucofloris (vergelijkbaar met het hierboven afgebeelde Annelid), de 'botetende snotbloemen'. Deze rode zombie-wormen, elk ongeveer een centimeter of twee lang, graven in de botten van dode walvissen en scheiden zuur af om eraf te vreten. Toen ontdekten onderzoekers dat alle wormen in de walvisbotten vrouwtjes waren. Wetenschappers hebben de mannetjes niet gevonden totdat ze een vrouw onder een microscoop hebben onderzocht. Wonen in de buizen van de vrouwtjes waren larven van larve dwergen, elk ongeveer 1 millimeter lang. Elke vrouw bevatte een harem van 30-100 individuele mannen.
"Deze mannetjes voeden niet", zei bioloog Robert Vrijenhoek. "Een mannetje leeft zijn hele leven van de dooier die werd bevoorraad door het ei waaruit het uitkwam. Dit is een van de weinige gevallen in de dierenwereld waar seksueel reproducerende individuen nauwelijks meer ontwikkeld zijn dan eieren. Het is raar."
Maar het werd nog gekker toen wetenschappers een nieuwe soort ontdekten osedax wiens mannen waren teruggekeerd naar een voorouderlijke staat. Bij deze soort waren de vrouwtjes ongeveer even groot als de vrouwen van andere bekende osedax soorten. De mannetjes van de nieuwe soort waren echter ongeveer even groot als de vrouwtjes. Deze mannen waren tienduizenden malen groter dan normaal. Wetenschappers waren verrast door deze evolutionaire omkering omdat ze geloofden dat de genen om volwassen reuen van normale grootte te maken verdwenen waren door gebrek aan gebruik. In tegenstelling tot hun dwerg tegenhangers, voeden deze mannetjes op ware grootte zich zelf met het bot.
Wetenschappers noemden deze soort Osedax priapus, naar de god van de vruchtbaarheid in de Griekse mythologie, omdat de lichamen van de mannen lijken te zijn geëvolueerd voor paringsdoeleinden. Dwergmannetjes hoeven nergens heen om te paren omdat ze permanent aan de lichamen van de vrouw zijn vastgemaakt. Maar hoe groter Osedax priapus mannen kunnen hun lichaam tot 10 keer hun normale grootte verlengen om vrienden te vinden. Wetenschappers zijn niet zeker, maar ze geloven dat de grotere Osedax priapus mannen evolueerden omdat er minder waren Osedax females strijden om ruimte op enkele botten van dieren.
3Reversale cellulaire veroudering
We hebben eerder de onsterfelijke kwallen besproken, Turritopsis-voedingsstoffen, dat kan terugkeren naar een onvolgroeid ontwikkelingsstadium als het beschadigd raakt. Als mensen dit zouden kunnen doen, zouden volwassenen in staat zijn om terug te keren naar baby's als dat nodig is om aan de verwoestingen van de ziekte te ontsnappen. We hebben ook gesproken over hoe de infusie van jong bloed in muizen de veroudering bij deze dieren omkeerde. Of dit voor de mens zou werken, is de volgende stap in het testen.
Een studie van de University of California in Berkley keek naar het omkeren van celdegeneratie door cellen in muizen te injecteren met SIRT3, een eiwit dat het ouder worden reguleert. "Veroudering is slechts een opeenstapeling van schade," zei hoofdonderzoeker Danica Chen. "Als je zo denkt, dan is het waarschijnlijk niet omkeerbaar, omdat cellen al beschadigd zijn en niet langer functioneel. Maar wat we hier aantonen, is dat oxidatieve stress-geïnduceerde schade in feite omkeerbaar is. "Deze schade treedt op omdat oudere mensen hun lichaam niet zo efficiënt kanaliseren en gebruiken als jongere mensen, wat resulteert in veroudering.
Dit gaat niet over het produceren van een fontein van de jeugd. De praktische toepassing ervan zou zijn om ouderdomgerelateerde degeneratieve ziekten zoals artritis, Alzheimer en hartaandoening te voorkomen en te behandelen. SIRT3 lijkt ook tumoren te onderdrukken. Normaal gesproken zou alles dat cellen zou regenereren celdeling veroorzaken en het risico op kanker verhogen. SIRT3 lijkt schade op moleculair niveau om te keren. Natuurlijk weten we niet hoe goed het bij mensen zal werken, vooral op de lange termijn. Dit is de eerste studie die aantoont dat we cellulaire veroudering kunnen omkeren, niet alleen maar vertragen.
In een afzonderlijke test waren Stanford-onderzoekers in staat om de telomeren van menselijke huidcellen te verlengen, waardoor de tijd (en veroudering) op de telomeerklok wordt omgekeerd, waardoor deze cellen een langere levensduur krijgen. Telomeren zijn de zich herhalende DNA-sequenties aan het einde van chromosomen. Het uiteindelijke doel van deze techniek is om ziekten te behandelen die het gevolg zijn van verkorte telomeren.
2Reversal van het Doppler-effect
Het Doppler-effect beschrijft de verandering in frequentie van geluidsgolven of licht naarmate u dichter bij of verder weg van de bron komt. Een gebruikelijk voorbeeld is de verandering in toonhoogte van een ambulancesirene of een treinfluit, die hoger klinkt naarmate deze dichter bij u komt (naarmate de frequentie toeneemt) en lager als deze verder weg beweegt (naarmate de frequentie afneemt). Door het Doppler-effect om te keren, kunnen we beginnen met het creëren van akoestische verhultechnologie.
In 2011 hebben wetenschappers eerst het optische Doppler-effect omgekeerd, wat nodig is om onzichtbaarheidsmanteltechnologie te ontwikkelen. Wanneer we een object zien, zien we echt het gereflecteerde licht. Dus om een object volledig onzichtbaar te maken, zouden we alle golflengten van zichtbaar licht daaromheen moeten buigen, zodat het geen reflectie voortbrengt en geen schaduw werpt.
Om licht rond een object te buigen, moet dat object een negatieve brekingsindex hebben. Lichte golven buigen naar achteren in plaats van naar voren te bewegen door het object. Dit gebeurt niet in de natuur. We moeten kunstmatige materialen maken, metamaterialen genaamd, om het pad van licht te beheersen.
Materialen met een negatieve brekingsindex keren ook het Doppler-effect om. Normaal gesproken, als een voorwerp dichterbij komt, neemt de frequentie van het licht toe, waardoor de golflengten in de richting van het blauwe einde van het spectrum verschuiven. Met een omgekeerd Doppler-effect (dat niet voorkomt in de natuur) neemt de frequentie van het licht af, waardoor de golflengten van blauw naar rood verschuiven wanneer een voorwerp dichterbij komt en van rood naar blauw wanneer het verder weg beweegt.
Deze wetenschappelijke omkering zou de wereld op veel manieren kunnen veranderen. We hebben al enkele mantels besproken voor licht, geluid, aanraak en thermische handtekening die worden ontwikkeld of die al beschikbaar zijn met de technologie van vandaag.
1De Chickenosaurus
Paleontoloog Jack Horner, ooit technisch adviseur voor Jurassic Park, is hard aan het werk om een kippenosaurus te maken. In 2009 maakte hij een mediaplons met de bewering dat hij van plan was kipgenen te manipuleren om een aantal latente dinosauruseigenschappen nieuw leven in te blazen. Vanuit een evolutionair standpunt maken moderne kippen deel uit van de velociraptorlijn van dinosaurussen die veren hadden toen ze leefden van 71 tot 86 miljoen jaar geleden.
Met een maximumgewicht van 15 kilogram (33 lb) waren velociraptors kleine vogelachtige dinosaurussen die konden uitgroeien tot een lengte van bijna 2 meter (7 voet) en een hoogte van 0,5 meter (1,6 ft) op hun heupen. Hoewel hun armen te kort waren om te vliegen, suggereren hun veren dat hun voorouders ooit in staat waren om te vliegen.Deze vleesetende dinosaurus had een smalle snuit met ongeveer 30 gekartelde tanden in zijn kaken, een staart en twee armen die eindigden in handen, elk met drie gebogen klauwen.
Het zijn deze functies - de tanden, de staart en de armen - die Horner van een kip wil ombouwen door de juiste genen in te schakelen of te onderdrukken. Dus de kippenbek zou een dinosaurussnuit worden met tanden, de staart zou worden gereactiveerd en de vleugels van de kip zouden armen worden, mogelijk met handen en klauwen. Dit dier zou geen dinosaurus zijn, maar eerder een gemodificeerde kip met dinosauruseigenschappen.
Horner gelooft dat dit experiment de mensen over evolutie zou leren. Het kan ook medische toepassingen hebben, omdat we ontdekken wat er gebeurt als genen worden in- en uitgeschakeld. Maar het eerste probleem was het lokaliseren van de juiste genen om dinosauruskenmerken in een kip te reactiveren. Tot dusverre heeft het onderzoeksteam de ontwikkeling van staarten in kippenembryo's bestudeerd, die vervolgens opnieuw werden geabsorbeerd.