Del:
10 videnskabelige tilbagevendelser af verden som vi kender det
Uanset om de er opdaget i natur eller menneskeskabt, ændrer hver af disse videnskabelige tilbagevendelser noget i livet som vi kender det. Nogle af dem er bare interessante naturkundskaber, mens andre kan have dybtgående konsekvenser for, hvordan vi skal leve vores liv.
10Time-Reversal Acoustics
Vi har alle hørt typiske ekkoer, men ægte lydvending eksisterer ikke i naturen. For eksempel, med nøjagtig lydomskiftning, hvis du holler "hej", vil det vende tilbage som "olleh", med lydbølgen, der rejser præcist mod munden i stedet for at sprede sig gennem luften, som det typisk ville. Denne type teknologi har mange anvendelser, såsom at bryde nyresten, spore undervandsfartøjer og oversætte en højttaler til flere sprog til forskellige lyttere.
Men en af de mest interessante anvendelser ville være fra et nationalt forsvarssynspunkt. Ved at dreje deres kroppe til homing enheder, kan denne akustiske reverseringsteknologi bruges til at slå terrorister, der dykker i havet for at levere eksplosivstoffer. En måde at gøre det på ville være at forstørre og returnere lyden af deres undervandspusteudstyr. Den høje lyd ville gøre dem svimmel og desorienterede. Det ville nok også være smertefuldt. Men ekkoet ville blive leveret så præcist, at det ikke ville skade andre mennesker, dyr eller udstyr tæt på målet.
9Male / Female Genital Reversal
I en evolutionær først for dyreriget har forskere opdaget insekter i usædvanligt tørre brasilianske huler, hvor hunnerne har penislignende kønorganer kaldet gynosomer, og hannerne har vaginalignende strukturer kendt som phallosomer. Dette er en ekstrem rolle omvendt mellem kønnene, der sandsynligvis indbefatter hunner, der tvinger tilbageholdende mænd til parring i 40-70 timer ad gangen.
Disse insekter er alle fra slægten Neotrogla. Voksne er 2,7-3,7 millimeter (0,11-0,15 in) lange. Gynosomerne, eller kvindelige peniser, er cirka en syvende så længe som insekterne. Det er som en mand med en højde på 175 centimeter (5'9 ") med en penis, der er næsten 25 centimeter lang.
Efter at have indsat hendes gynosom i hanens phallosome, den kvindelige Neotroglas sex organ balloner med en spiny dækning for at forankre sig tæt til sin kompis. Den lange copuleringsperiode tillader en større overførsel af sæd fra hanen.
Forskere syntes at være særligt interesserede i, hvordan mænd Neotrogla ville reagere på tvangsmating, hvilket er en anden usædvanlig rolle omvendt i disse arter af insekter. Med andre arter vil tyrede kvinder blive kvitt sæd fra mænd, de ikke kan lide, eller de vil med vilje modtage sæd fra andre mænd, som de gør. Men Neotrogla hanner modtager ikke æg fra deres hjælpere, så de har ingen måde at gengælde, især da rygsøjlen på den kvindelige gynosom binder dem sammen.
8The One-Way Sound Machine
Alle lydbølger har en ejendom kaldet "time reversal symmetry." Hvis du sender en lydbølge gennem luften i en retning, kan den returneres på samme måde. Så hvis du kan tale med nogen, kan de tale tilbage til dig, og hver person vil høre den anden.
Tidssvingningssymmetri virker også med andre bølger, herunder synligt lys og radiobølger. Med radiobølger opdagede forskerne imidlertid, hvordan man spredte elektroner i kun én retning ved hjælp af magnetiske materialer. Dette bryder tiden omvendt symmetri, så radiobølgerne, der sender vores yndlingssange, ikke hopper tilbage til transmissionstårne.
Indtil for nylig vidste videnskabsmænd ikke, hvordan man styrede retningen af lydbølger gennem luften, så du kunne høre uden at blive hørt. De ønskede at skabe en lydbølge-version af et envejs spejl, hvilket ville være en fantastisk måde at spionere på mennesker. Ikke overraskende blev denne forskning finansieret af den amerikanske regering.
Ved hjælp af disse midler udviklede et hold fra University of Texas i Austin en genial løsning. De byggede en akustisk cirkulator, en enhed, der er som en søstjerne med tre arme. Armene er rør med mikrofoner i slutningen for at optage lyd, der strømmer gennem et ringformet hulrum i det centrale legeme. Tre fans i hulrummet arbejder med en hastighed, der gør lyden kun i en retning.
Så hvis du skulle indlejre en mur med flere af disse cirkulatorer, kunne du høre aktiviteten på den anden side, uden at nogen hørte dig. Disse enheder kan isolere lyd i fly, musikstudier, ubåde og meget mere. De kan også gøre sonar- og ultralydsmaskiner mere præcise.
7Unboiling et æg
I en proces, der tager kun få minutter, har forskere fundet ud af, hvordan man kan ubehandle æggehvider. De tilsatte urinstof, en væsentlig bestanddel af urin, for at opløse æggehviderne, og derefter spindede de den resulterende flydende blanding med høj hastighed i en hvirvelvæskeindretning. Men de gjorde det ikke, så du kunne ændre din morgenmadsbestilling fra kogte æg til krypterede eller en gang over let uden at revne nye æg. I stedet har denne opdagelse potentialet til at omdanne fremstillingsprocesser, der kan reducere omkostningerne ved kræftbehandling og fødevareproduktion.
Forskerne startede ved at koge æggehvider ved 90 grader Celsius i 20 minutter for at gøre dem ekstremt hårde. Dette medfører, at de enkelte proteiner i de klæbende gennemsigtige æggehvider bliver sammenblandede messer indenfor de kogte æggehvider. "Den proces kaldes" aggregering ", siger forsker Gregory Weiss fra University of California, Irvine. "Dette driver os nødder som forskere, fordi det er virkelig svært at disentangle [proteinerne] senere. Ofte har vi dette protein, som vi vil studere, og det kommer ud, og de er bare goo. "
Andet end at demonstrere, hvordan denne proces virker, er høneægene faktisk irrelevante.Som Weiss forklarede: "Det virkelige problem er, at der er mange tilfælde af gummiproteiner, som du bruger for meget tid på at skrabe dine testrør, og du vil have nogle midler til at genvinde materialet." Ved hjælp af deres procedure kan forskerne forsigtigt fjerne proteinerne meget hurtigere og billigere end tidligere metoder, hvilket tog omkring fire dage. Dette er vigtigt for ethvert bioteknologibureau, der skal foldes proteiner.
6Reversal Of Emotional Links To Memories
Vi har tidligere diskuteret, hvordan forskere genetisk ændrede musens individuelle hjerneceller, således at en stråle af lys ville skifte mobilaktivitet til og fra. Denne teknik kaldes optogenics. I deres første forsøg plantede forskere falske minder i hjernerne hos disse mus, og udløste derfor tilbagekaldelsen af disse minder med en stråle af lys. Nu tager videnskabsmænd optogeni til det næste niveau ved at ændre det følelsesmæssige indhold i en hukommelse. De kan gøre en negativ forening med en hukommelse til en positiv og omvendt.
Hver hukommelse har komponenter, som er lagret i forskellige områder af hjernen. For eksempel gemmes sammenhængen i en hukommelse (som hvor der sker noget) i hjernens hippocampus, mens den følelsesmæssige del af den hukommelse bevares i amygdalaen.
For at teste om de kunne ændre følelserne forbundet med en hukommelse om at være i et bestemt sted, gav forskerne mændmus enten den positive oplevelse af at møde en kvindelig mus eller den negative oplevelse at modtage et lille elektrisk stød. Så flyttede forskerne musene til en ny placering og brugte en stråle af lys til at udløse den hukommelse. Men denne gang modtog hver mus modsat følelsesmæssig oplevelse. De hanmus, der først havde fornøjelsen at møde kvinder, blev nu chokerede, da den hukommelse blev udløst, og de hanmus, der oprindeligt var chokerede, fik pigerne denne gang.
Baseret på hvordan musene reagerede en gang tilbage i den første placering viste det sig, at følelserne forbundet med hukommelsen var blevet ændret. For eksempel var mus, der oprindeligt var chokerede, mindre bange på samme sted og begyndte at lede efter en kvindelig mus.
Det virkede dog kun, hvis de aktiverede hjernecellerne i hippocampus, hvor hukommelsens kontekst blev lagret. Det fungerede ikke, hvis de aktiverede hjerneceller i amygdalaen, hvor følelserne forbundet med en hukommelse var placeret.
5Reversal af individuelle kontinenter til en superkontinent
Det sidste superkontinent var Pangea, da dinosaurer roaming jorden. Før det havde tre eller fire andre superkontinenter dannet under vores planetens multibillionårshistorie.
Forskere ved, at Jordens kontinenter bevæger sig kontinuerligt, langsomt glider sammen og adskiller sig som puslespil, fordi de hviler på skiftende tektoniske plader. "Kontinenter på disse plader flytter typisk ... i takt med at dine negle vokser," sagde Ross Mitchell fra Yale University. Så det kan tage hundreder af millioner af år for et nyt superkontinent at danne.
Det har ikke stoppet forskere fra at fremsætte forudsigelser om det nye superkontinent, selv om mennesker sandsynligvis ikke vil være rundt for at se dem gå i opfyldelse. I muligvis 50-200 millioner år fra nu af forudsiger nogle forskere, at det næste superkontinent vil være Amasia, meddelelsen sammen i Amerika og Asien. Men hvor vil denne superkontinent dannes?
Den første teori, introversion, siger, at Amasia vil lukke Atlanterhavet til at danne, hvor Pangea engang hvilede langs ækvator. Den anden teori, ekstroversion, siger, at Amasia vil lukke Stillehavet for at danne et superkontinent langs ækvator på den anden side af verden.
En nyere teori om introversion siger imidlertid, at nye superkontinenter altid danner vinkel på deres forgængere. Med kontinenterne, der ser ud til at rykke nordpå, danner Amasia sig ved nordpolen ved at lukke Det arktiske hav og Det Caribiske Hav. Ved at analysere den magnetiske signatur af gamle smeltede klipper, der fryser på plads som nordpå som kompas, kan forskere bestemme, hvordan disse sten har skiftet over tid, og hvor landmasserne vil flytte til dannelse af det næste superkontinent. Deres teori er i overensstemmelse med, at Pangea er i rette vinkel, hvor forgængeren, Rodinia, splittede hinanden. Rodinia dannede på sin side en ret vinkel til sin forgænger, Nuna.
Endnu vigtigere kan placeringen af disse superkontinenter hjælpe os med at forstå, hvor livet opstod på forskellige punkter på vores planet og hvordan det flyttede over landmasserne. "Kontinenter med lignende fossile optegnelser kan sandsynligvis dele et evolutionært forfædre," sagde Mitchell, "men det er faktisk at oprette en landbro ved at sidde sammen med disse kontinenter, at finde rygepistolen."
4Evolutionær tilbagesendelse af Osedax
Vi har tidligere diskuteret Osedax mucofloris (ligner Annelid på billedet ovenfor), blomstrer den "knogende spiserot". Disse røde zombieormme, hver ca. en tomme eller to lange, går ind i dødhvalernes knogler og udskiller syre for at give dem af. Så opdagede forskerne, at alle ormene i hvalbenene var kvinder. Forskere fandt ikke mændene, før de undersøgte en kvinde under et mikroskop. At bo i hunnerens rør var larver-dværg, hver ca. 1 millimeter lang. Hver kvinde indeholdt en harem på 30-100 individuelle mænd.
"Disse mænd fodrer ikke," sagde biolog Robert Vrijenhoek. "En mand lever hele sit liv ud af æggeblommen, der var tilvejebragt af det æg, hvorfra det udklækkede. Dette er et af de få tilfælde i dyrenes verden, hvor seksuelt reproducerende individer er knapt mere udviklede end æg. Det er underligt."
Men det blev endnu mere underligt, da forskerne opdagede en ny art af Osedax hvis mænd havde vendt tilbage til en forfædret stat. I denne art var hunnerne omtrent lige så store som hunner af andre kendte Osedax arter. Imidlertid var hanen af de nye arter omkring lige så store som hunnerne. Disse mænd var titusinder gange større end normalt. Forskere blev overrasket over denne evolutionære reversering, fordi de troede, at generne til at skabe fuldmægtige mandlige voksne var forsvundet fra manglende brug. I modsætning til deres dværg modstykker, fodrer disse fuldstørrelsesmænd sig selv på knoglerne.
Forskere navngivet denne art Osedax priapusefter frugtbarheden gud i græsk mytologi fordi mænds organer synes at have udviklet sig til parring formål. Dværg hanner behøver ikke at gå et sted for at mate, fordi de er permanent knyttet til kvindens kroppe. Men jo større Osedax priapus hanner kan udvide deres kroppe op til 10 gange deres normale størrelse for at finde hjælpere. Forskere er ikke sikre, men de tror, at jo større Osedax priapus mænd udviklede sig fordi der var færre Osedax females konkurrerer om plads på nogle dyr knogler.
3Reversal af cellulær aldring
Vi har tidligere diskuteret de udødelige vandmænd, Turritopsis nutricula, som kan vende tilbage til et umodent udviklingsstadium, hvis det bliver beskadiget. Hvis mennesker kunne gøre det, ville voksne kunne vende tilbage til babyer efter behov for at undslippe sygdommens hærgen. Vi har også talt om, hvordan infusion af ungt blod til mus omvendt aldring i disse dyr. Uanset om dette ville fungere for mennesker, er det næste trin i testen, der skal udføres.
En undersøgelse fra University of California i Berkley så på reversering af celledegeneration ved at injicere celler i mus med SIRT3, et protein der regulerer aldring. "Aldring er bare en ophobning af skader," sagde leadforsker Danica Chen. "Hvis du tænker på den måde, så er det nok ikke reversibel, fordi cellerne allerede er beskadige og ikke længere fungerer. Men det vi viser her er, at oxidativ stress-induceret skade faktisk er reversibel. "Denne skade opstår, fordi ældre mennesker ikke kanaliserer og bruger ilt i deres kroppe så effektivt som yngre mennesker, hvilket resulterer i aldring.
Det handler ikke om at producere en ungdoms springvand. Dens praktiske anvendelse ville være at forebygge og behandle aldersrelaterede degenerative sygdomme som arthritis, Alzheimers og hjertesygdomme. SIRT3 synes også at undertrykke tumorer. Normalt vil alt, der ville regenerere celler, forårsage celledeling og øge risikoen for kræft. SIRT3 ser ud til at vende skade på molekyliveau. Selvfølgelig ved vi ikke, hvor godt det vil fungere hos mennesker, især på lang sigt. Dette er den første undersøgelse, der viser, at vi kan vende om cellulær aldring, ikke bare sænke den ned.
I en separat test var Stanford-forskere i stand til at forlænge telomererne af menneskelige hudceller, hvilket reverserer tid (og aldring) på telomerkloket, hvilket giver disse celler et længere liv. Telomerer er de gentagende DNA-sekvenser i slutningen af kromosomer. Det endelige mål for denne teknik er at behandle sygdomme, der skyldes forkortede telomerer.
2Reversal af Doppler-effekten
Doppler-effekten beskriver ændringen i frekvensen af lydbølger eller lys, når du kommer tættere på eller længere væk fra kilden. Et almindeligt eksempel er forandringen i tonehøjde på en ambulance siren eller togfløjte, hvilket lyder højere, når det kommer tættere på dig (som frekvensen stiger) og lavere, når det bevæger sig længere væk (som frekvensen falder). Ved at vende Doppler-effekten, kan vi begynde at skabe akustisk cloaking teknologi.
I 2011 vendte forskere først den optiske Doppler-effekt, som er nødvendig for at udvikle usynlighedskappe teknologi. Når vi ser et objekt, ser vi virkelig det reflekterede lys. Så for at et objekt bliver helt usynligt, skal vi bøje alle bølgelængder af synligt lys omkring det, så det ikke giver nogen refleksion og kaster ingen skygge.
For at bøje lyset omkring et objekt, skal objektet have et negativt brydningsindeks. Lysbølger bøjes bagud i stedet for at bevæge sig fremad gennem objektet. Dette sker ikke i naturen. Vi skal skabe kunstige materialer, kaldet metamaterialer, for at styre lysets vej.
Materialer med et negativt brydningsindeks omdanner også Doppler-effekten. Normalt når et objekt kommer tættere på os, øges lysets frekvens, og bølgelængderne ændres mod den blå ende af spektret. Med en omvendt Doppler-effekt (som ikke forekommer i naturen), falder lysfrekvensen og skifter bølgelængderne fra blå til rød, når et objekt kommer tættere og fra rødt til blåt, da det bevæger sig længere væk.
Denne videnskabelige tilbagekaldelse kan ændre verden på mange måder. Vi har allerede diskuteret nogle af kapperne til lys, lyd, touch og termisk signatur, der udvikles eller allerede er tilgængelige med dagens teknologi.
1The Chickenosaurus
Paleontolog Jack Horner, engang teknisk rådgiver for Jurassic Park, er svært på arbejde med at forsøge at skabe en chickenosaurus. I 2009 lavede han et mediebeslag med påstanden om, at han havde til hensigt at manipulere kyllingegener for at genoplive nogle latente dinosaurske træk. Fra et evolutionært synspunkt er moderne kyllinger en del af velociraptorlinjen af dinosaurer, der havde fjer, da de levede fra 71 til 86 millioner år siden.
Med en maksimalvægt på 15 kg (33 lb) var velociraptorer små fuglelignende dinosaurer, der kunne vokse til en længde på næsten 2 meter og en højde på 0,5 meter på deres hofter. Selvom deres arme var for korte til flyvning, tyder deres fjer på, at deres forfædre engang kunne flyve.Denne kødædende dinosaur havde en smal snoet med ca. 30 tandede tænder i sine kæber, en hale og to arme, der sluttede i hænderne, hver med tre buede klør.
Det er disse træk - tænder, hale og arme - at Horner ønsker at omdanne sig fra en kylling ved at tænde eller undertrykke de relevante gener. Så kyllingens næb ville blive en dinosaurisk snut med tænder, halen ville blive reaktiveret, og kyllingens vinger ville blive arme, eventuelt med hænder og klør. Dette dyr ville ikke være en dinosaur, men snarere en modificeret kylling med dinosauriske egenskaber.
Horner mener, at dette eksperiment vil lære folk om evolution. Det kan også have medicinske applikationer, da vi opdager, hvad der sker, når gener er tændt og slukket. Men det oprindelige problem var at finde de passende gener til at genaktivere dinosaurfunktioner i en kylling. Hidtil har forskerholdet studeret udviklingen af haler i kyllingembryoer, som derefter reabsorberes.