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10 wissenschaftliche Umkehrungen der Welt, wie wir sie kennen
Ob in der Natur entdeckt oder von Menschen gemacht, jede dieser wissenschaftlichen Umkehrungen verändert bestimmte Eigenschaften im Leben, wie wir es kennen. Einige von ihnen sind nur interessante Macken der Natur, während andere tiefgreifende Auswirkungen darauf haben können, wie wir unser Leben leben werden.
10Zeit-Umkehr-Akustik
Wir haben alle typische Echos gehört, aber echte Klangumkehr existiert in der Natur nicht. Bei einer exakten Klangumkehrung würden Sie, wenn Sie "Hallo" brüllen, als "olleh" zurückkehren, wobei die Schallwelle genau auf Ihren Mund zusteuert und sich nicht wie üblich durch die Luft ausbreitet. Diese Art von Technologie ist für viele Zwecke geeignet, z. B. das Brechen von Nierensteinen, das Verfolgen von Unterwasserfahrzeugen und das Übersetzen eines Sprechers in mehrere Sprachen für verschiedene Zuhörer.
Eine der interessantesten Anwendungen wäre jedoch vom Standpunkt der nationalen Verteidigung aus. Durch die Umwandlung ihrer Körper in Zielsucheinrichtungen kann diese akustische Umkehrtechnologie verwendet werden, um Terroristen zu betäuben, die im Meer tauchen, um Sprengstoffe abzugeben. Eine Möglichkeit wäre, die Geräusche ihrer Unterwasseratemgeräte zu verstärken und wiederzugeben. Das laute Geräusch würde sie schwindlig und desorientiert machen. Es wäre wahrscheinlich auch schmerzhaft. Das Echo würde jedoch so genau abgegeben werden, dass es anderen Menschen, Tieren oder Geräten in der Nähe des Ziels keinen Schaden zufügen würde.
9Umbrüche zwischen Männern und Frauen
In einer evolutionären Premiere für das Tierreich haben Wissenschaftler Insekten in außergewöhnlich trockenen brasilianischen Höhlen entdeckt, in denen die Weibchen Penis-ähnliche Geschlechtsorgane (Gynosomen) und die Männchen vaginale Strukturen (Phallosomen) haben. Dies ist ein extremer Rollentausch zwischen den Geschlechtern, der wahrscheinlich dazu führt, dass die Weibchen widerstrebende Männer für 40 bis 70 Stunden zu einer Paarung zwingen.
Diese Insekten stammen alle aus der Gattung Neotrogla. Erwachsene sind 2,7 bis 3,7 Millimeter (0,11 bis 0,15 Zoll) lang. Die Gynosomen oder weiblichen Penisse sind etwa ein Siebtel so lang wie die Insekten. Das ist wie bei einem Mann mit einer Höhe von 175 Zentimetern, der einen fast 25 Zentimeter langen Penis hat.
Nachdem sie ihr Gynosom in das Phallosom des Mannes eingeführt hatte, das Weibchen NeotroglaSex-Orgel-Ballons mit einer stacheligen Hülle, um sich fest mit ihrem Partner zu verankern. Die lange Kopulationszeit erlaubt eine größere Samenübertragung vom Männchen.
Die Forscher schienen besonders interessiert zu sein, wie männlich Neotrogla würde auf zwanghafte Paarung reagieren, was eine weitere ungewöhnliche Rollenumkehrung bei diesen Insektenarten darstellt. Bei anderen Arten werden erzwungene Weibchen den Samen von Männern, die sie nicht mögen, loswerden, oder sie erhalten absichtlich Sperma von anderen Männern, die ihnen gefallen. Aber die Neotrogla Männchen erhalten keine Eier von ihren Gefährten, daher haben sie keine Möglichkeit, sich zu rächen, vor allem, weil die Stacheln am weiblichen Gynosom sie miteinander verbinden.
8Die Einweg-Soundmaschine
Alle Schallwellen besitzen eine Eigenschaft, die als "Zeitumkehrsymmetrie" bezeichnet wird. Wenn Sie eine Schallwelle in eine Richtung durch die Luft senden, kann sie auf dieselbe Weise zurückgegeben werden. Wenn Sie also mit jemandem sprechen können, kann er mit Ihnen sprechen und jeder hört den anderen.
Die Zeitumkehrsymmetrie funktioniert auch mit anderen Wellen, einschließlich sichtbarem Licht und Funkwellen. Mit Radiowellen entdeckten die Wissenschaftler jedoch, wie Elektronen mit magnetischen Materialien nur in eine Richtung gedreht werden können. Dies bricht die Zeitumkehrsymmetrie, so dass die Radiowellen, die unsere Lieblingslieder senden, nicht zu den Sendemasten zurückspringen.
Bis vor kurzem war es den Wissenschaftlern jedoch nicht möglich, die Richtung der Schallwellen durch die Luft zu steuern, sodass Sie hören konnten, ohne gehört zu werden. Sie wollten eine Schallwellenversion eines Einwegspiegels erstellen, die eine großartige Möglichkeit wäre, die Leute auszuspähen. Es überrascht nicht, dass diese Forschung von der US-Regierung finanziert wurde.
Mit diesen Mitteln entwickelte ein Team der University of Texas in Austin eine geniale Lösung. Sie bauten einen akustischen Zirkulator, ein Gerät, das einem Seestern mit drei Armen ähnelt. Die Arme sind Rohre mit Mikrofonen am Ende, um den Schall aufzunehmen, der durch einen ringförmigen Hohlraum im Zentralkörper fließt. Drei Lüfter im Hohlraum arbeiten mit einer Geschwindigkeit, bei der sich der Klang nur in eine Richtung bewegt.
Wenn Sie also eine Wand mit mehreren dieser Umwälzpumpen einbetten, können Sie die Aktivität auf der anderen Seite hören, ohne dass jemand Sie hört. Diese Geräte können Schall in Flugzeugen, Musikstudios, U-Booten und mehr isolieren. Sie können Sonar- und Ultraschallgeräte auch genauer machen.
7Ein Ei aufkochen
In einem Prozess, der nur wenige Minuten dauert, haben die Wissenschaftler herausgefunden, wie man Eiweiß entbohrt. Sie fügten Harnstoff hinzu, eine Hauptkomponente des Urins, um das Eiweiß aufzulösen, und dann schleuderten sie die resultierende flüssige Mischung mit hoher Geschwindigkeit in einer Wirbelflüssigkeitsvorrichtung. Aber sie haben es nicht getan, so dass Sie Ihre Frühstücksreihenfolge von gekochten Eiern zu Rühreiern oder einmal ganz einfach umstellen können, ohne neue Eier zu knacken. Stattdessen hat diese Entdeckung das Potenzial, Herstellungsprozesse zu verändern, die die Kosten für die Krebsbehandlung und die Nahrungsmittelproduktion senken können.
Die Wissenschaftler begannen damit, Eiweiß bei 90 Grad Celsius für 20 Minuten zu kochen, um sie extrem hart zu machen. Dies führt dazu, dass sich die einzelnen Proteine in dem durchsichtigen Eiweiß in dem gekochten Eiweiß verwirren. "Dieser Prozess wird" Aggregation "genannt", sagte der Forscher Gregory Weiss von der University of California, Irvine. „Das macht uns als Wissenschaftler verrückt, weil es wirklich schwer ist, die Proteine später zu entwirren. Oft haben wir dieses Protein, das wir studieren wollen, und es kommt heraus und sie sind einfach nur goo. “
Abgesehen von der Demonstration, wie dieser Prozess funktioniert, sind die Hühnereier eigentlich irrelevant.Weiss erklärte: "Das eigentliche Problem besteht darin, dass es viele Fälle von gummiartigen Proteinen gibt, die Sie viel zu viel Zeit damit verbringen, Ihre Reagenzgläser abzureiben, und Sie möchten, dass dieses Material wiedergewonnen wird." Mit ihrem Verfahren können die Wissenschaftler die Verwirrung sanft lösen Die Proteine waren viel schneller und billiger als bisherige Verfahren, was etwa vier Tage dauerte. Dies ist wichtig für jedes Biotechnologieunternehmen, das Proteine falten muss.
6Umgang von emotionalen Verbindungen zu Erinnerungen
Wir haben zuvor diskutiert, wie Wissenschaftler die einzelnen Gehirnzellen von Mäusen genetisch so verändert haben, dass ein Lichtstrahl die Zellaktivität ein- und ausschalten würde. Diese Technik wird Optogenik genannt. In ihrem ersten Experiment pflanzten die Forscher falsche Erinnerungen in das Gehirn dieser Mäuse und lösten dann mit einem Lichtstrahl den Abruf dieser Erinnerungen aus. Jetzt bringen Wissenschaftler Optogenik auf die nächste Stufe, indem sie den emotionalen Inhalt eines Gedächtnisses verändern. Sie können eine negative Assoziation mit einer Erinnerung in eine positive umwandeln und umgekehrt.
Jeder Speicher verfügt über Komponenten, die in verschiedenen Bereichen des Gehirns gespeichert sind. Beispielsweise wird der Kontext einer Erinnerung (z. B. wo etwas passiert ist) im Hippocampus des Gehirns gespeichert, während der emotionale Teil dieser Erinnerung in der Amygdala erhalten bleibt.
Um zu testen, ob sie die Emotion ändern können, die mit der Erinnerung an einen bestimmten Ort verbunden ist, gaben die Forscher den männlichen Mäusen entweder die positive Erfahrung, eine weibliche Maus zu treffen, oder die negative Erfahrung, einen kleinen elektrischen Schock zu erhalten. Dann verlegten die Wissenschaftler die Mäuse an einen neuen Ort und nutzten einen Lichtstrahl, um diese Erinnerung auszulösen. Aber diesmal erhielt jede Maus die entgegengesetzte emotionale Erfahrung. Die männlichen Mäuse, die zuerst das Vergnügen hatten, Frauen zu treffen, waren jetzt schockiert, als diese Erinnerung ausgelöst wurde, und die ursprünglich geschockten männlichen Mäuse bekamen diesmal die Mädchen.
Basierend darauf, wie die Mäuse einmal am ersten Ort reagierten, schien es, als hätten sich die mit der Erinnerung verbundenen Emotionen verändert. Zum Beispiel hatten ursprünglich geschockte Mäuse an diesem Ort weniger Angst und begannen, nach einer weiblichen Maus zu suchen.
Es funktionierte jedoch nur, wenn sie die Gehirnzellen im Hippocampus aktivierten, wo der Kontext des Gedächtnisses gespeichert wurde. Es funktionierte nicht, wenn sie Gehirnzellen in der Amygdala aktivierten, wo sich die Emotionen befanden, die mit einer Erinnerung verbunden waren.
5Übergang einzelner Kontinente in einen Superkontinent
Der letzte Superkontinent war Pangaea, als Dinosaurier die Erde durchstreiften. Zuvor hatten sich drei oder vier andere Superkontinente während der mehr als Milliarden Jahre alten Geschichte unseres Planeten gebildet.
Die Wissenschaftler wissen, dass sich die Kontinente der Erde kontinuierlich bewegen, langsam zusammenweben und wie Puzzleteile auseinanderbrechen, weil sie auf sich bewegenden tektonischen Platten ruhen. "Kontinente auf diesen Platten bewegen sich normalerweise ... mit der Geschwindigkeit, mit der Ihre Fingernägel wachsen", sagte Ross Mitchell von der Yale University. Es kann also Hunderte von Millionen von Jahren dauern, bis sich ein neuer Superkontinent gebildet hat.
Das hat die Wissenschaftler nicht davon abgehalten, Vorhersagen über den neuen Superkontinent zu treffen, auch wenn Menschen wahrscheinlich nicht in der Nähe sind, um sie wahr werden zu lassen. In etwa 50 bis 200 Millionen Jahren prognostizieren einige Wissenschaftler, der nächste Superkontinent wird Amasia sein, die Verschmelzung von Amerika und Asien. Aber wo wird dieser Superkontinent entstehen?
Die erste Theorie, die Introversion, besagt, dass Amasia den Atlantik schließen wird, um dort zu bilden, wo sich Pangaea einst am Äquator ausruhte. Die zweite Theorie, Extroversion, besagt, dass Amasia den Pazifischen Ozean schließen wird, um einen Superkontinent entlang des Äquators auf der anderen Seite der Welt zu bilden.
Eine neuere Introversionstheorie besagt jedoch, dass sich neue Superkontinente immer im rechten Winkel zu ihren Vorgängern bilden. Die Kontinente scheinen nach Norden zu driften. Amasia wird sich am Nordpol bilden, indem sie den Nordpolarmeer und das Karibische Meer schließen. Durch die Analyse der magnetischen Signatur von alten geschmolzenen Gesteinen, die wie ein Kompass nach Norden einfrieren, können Forscher feststellen, wie sich diese Gesteine im Laufe der Zeit verschoben haben und wo sich die Landmassen zum nächsten Superkontinent bewegen werden. Ihre Theorie stimmt damit überein, dass Pangaea im rechten Winkel zu dem Ort steht, an dem sich sein Vorgänger Rodinia aufgespalten hat. Rodinia wiederum bildete sich rechtwinklig zu seinem Vorgänger Nuna.
Noch wichtiger ist, dass der Standort dieser Superkontinente uns helfen kann zu verstehen, wo das Leben an verschiedenen Punkten unseres Planeten entstanden ist und wie es sich über Landmassen bewegt hat. "Kontinente mit ähnlichen Fossilien haben wahrscheinlich eine evolutionäre Abstammung", sagte Mitchell, "aber durch das Nebeneinanderstellen dieser Kontinente wird tatsächlich eine Landbrücke geschaffen.
4Entwicklung der Revolution Osedax
Wir haben vorher besprochen Osedax Mukofloris (ähnlich wie die oben abgebildete Annelid) blühen die „knochenfressenden Rotzblüten“. Diese roten Zombie-Würmer, die jeweils etwa einen oder zwei Zoll lang sind, graben sich in die Knochen toter Wale und absondern Säure, um sich von ihnen zu ernähren. Dann entdeckten die Forscher, dass alle Würmer in den Walknochen Frauen waren. Wissenschaftler fanden die Männer nicht, bis sie eine Frau unter dem Mikroskop untersuchten. In den Röhrchen der Weibchen lebten Larve-Zwergmännchen, die jeweils etwa 1 Millimeter lang waren. Jede Frau enthielt einen Harem von 30-100 einzelnen Männern.
"Diese Männer ernähren sich nicht", sagte der Biologe Robert Vrijenhoek. „Ein Mann lebt sein ganzes Leben von dem Eigelb, das durch das Ei, aus dem er geschlüpft ist, versorgt wurde. Dies ist einer der wenigen Fälle in der Tierwelt, in dem sexuell reproduzierende Individuen kaum weiter entwickelt sind als Eier. Es ist komisch."
Noch merkwürdiger wurde es, als Wissenschaftler eine neue Spezies entdeckten Osedax deren Männer in einen angestammten Zustand zurückgekehrt waren. Bei dieser Art hatten die Weibchen etwa die gleiche Größe wie die Weibchen anderer bekannter Osedax Spezies. Die Männchen der neuen Art waren jedoch etwa so groß wie die Weibchen. Diese Männer waren Zehntausende Male größer als normal. Die Wissenschaftler waren überrascht von dieser evolutionären Umwälzung, weil sie der Meinung waren, dass die Gene, die männliche Erwachsene in voller Größe schaffen, aus Mangel an Verwendung verschwunden waren. Im Gegensatz zu ihren Zwergengenossen ernähren sich diese Männer in voller Größe von Knochen.
Wissenschaftler nannten diese Art Osedax priapusnach dem Fruchtbarkeitsgott in der griechischen Mythologie, weil die männlichen Körperkörper sich zu Paarungszwecken entwickelt haben. Zwergenmänner müssen nicht irgendwo hingehen, weil sie dauerhaft an den Körpern der Weibchen befestigt sind. Aber desto größer Osedax priapus Männchen können ihren Körper bis zum Zehnfachen ihrer normalen Größe ausdehnen, um Partner zu finden. Die Wissenschaftler sind sich nicht sicher, aber sie glauben, dass es größer ist Osedax priapus Männchen entwickelten sich, weil es weniger gab Osedax femalEs konkurriert um den Platz auf einigen Tierknochen.
3 Rückfall der Zellalterung
Wir haben zuvor die unsterbliche Qualle besprochen, Turritopsis nutricula, die zu einem unreifen Entwicklungsstadium zurückkehren können, wenn sie beschädigt wird. Wenn Menschen dies tun könnten, könnten Erwachsene auf Babys zurückgreifen, um den Folgen der Krankheit zu entgehen. Wir haben auch darüber gesprochen, wie die Infusion von jungem Blut in Mäuse das Altern bei diesen Tieren rückgängig gemacht hat. Ob dies für den Menschen funktionieren würde, ist die nächste Testphase.
Eine Studie der University of California in Berkley untersuchte die Umkehrung der Zelldegeneration durch Injektion von Zellen in Mäuse mit SIRT3, einem Protein, das das Altern reguliert. "Altern ist nur eine Anhäufung von Schäden", sagte der leitende Forscher Danica Chen. „Wenn Sie so denken, ist es wahrscheinlich nicht reversibel, weil die Zellen bereits beschädigt sind und nicht mehr funktionieren. Was wir hier zeigen, ist jedoch, dass der durch oxidativen Stress hervorgerufene Schaden tatsächlich reversibel ist. “Dieser Schaden tritt auf, weil ältere Menschen ihren Körper nicht so effizient kanalisieren und verwenden, wie dies bei jüngeren Menschen der Fall ist.
Es geht nicht darum, einen Jungbrunnen zu erzeugen. Seine praktische Anwendung würde darin bestehen, altersbedingte degenerative Erkrankungen wie Arthritis, Alzheimer und Herzerkrankungen zu verhindern und zu behandeln. SIRT3 scheint auch Tumore zu unterdrücken. Normalerweise würde alles, was Zellen regenerieren würde, eine Zellteilung verursachen und das Krebsrisiko erhöhen. SIRT3 scheint den Schaden auf molekularer Ebene aufzuheben. Natürlich wissen wir nicht, wie gut es beim Menschen funktionieren wird, besonders auf lange Sicht. Dies ist die erste Studie, die zeigt, dass wir die Zellalterung aufheben und nicht nur verlangsamen können.
In einem separaten Test konnten die Stanford-Forscher die Telomere der menschlichen Hautzellen verlängern, wodurch die Zeit (und das Altern) der Telomeruhr umgekehrt wird, wodurch diese Zellen eine längere Lebensdauer haben. Telomere sind die sich wiederholenden DNA-Sequenzen am Ende von Chromosomen. Das letztendliche Ziel dieser Technik ist die Behandlung von Krankheiten, die aus verkürzten Telomeren resultieren.
2Umgang des Doppler-Effekts
Der Doppler-Effekt beschreibt die Änderung der Frequenz von Schallwellen oder Licht, wenn Sie sich der Quelle nähern oder von ihr wegkommen. Ein bekanntes Beispiel ist die Änderung der Tonhöhe einer Rettungssirene oder einer Zugpfeife, die mit zunehmender Annäherung (mit zunehmender Frequenz) höher und mit zunehmender Entfernung (mit abnehmender Frequenz) niedriger klingt. Durch die Umkehrung des Doppler-Effekts können wir mit der Entwicklung einer akustischen Tarntechnologie beginnen.
Im Jahr 2011 haben die Wissenschaftler den optischen Dopplereffekt, der für die Entwicklung der Unsichtbarkeitsmanteltechnologie erforderlich ist, erstmals rückgängig gemacht. Wenn wir ein Objekt sehen, sehen wir wirklich sein reflektiertes Licht. Damit ein Objekt vollständig unsichtbar wird, müssen wir alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts so biegen, dass es keine Reflexion erzeugt und keinen Schatten wirft.
Um Licht um ein Objekt zu biegen, muss dieses Objekt einen negativen Brechungsindex haben. Lichtwellen neigen sich nach hinten, anstatt sich durch das Objekt vorwärts zu bewegen. Das kommt in der Natur nicht vor. Wir müssen künstliche Materialien schaffen, die als Metamaterialien bezeichnet werden, um den Lichtweg zu steuern.
Materialien mit einem negativen Brechungsindex kehren auch den Doppler-Effekt um. Wenn ein Objekt sich uns nähert, nimmt normalerweise die Lichtfrequenz zu, wodurch die Wellenlängen zum blauen Ende des Spektrums hin verschoben werden. Mit einem umgekehrten Dopplereffekt (der in der Natur nicht auftritt) nimmt die Lichtfrequenz ab, und die Wellenlänge wird von Blau nach Rot verschoben, je näher ein Objekt kommt, und von Rot nach Blau, je weiter es sich entfernt.
Diese wissenschaftliche Wende könnte die Welt in vielerlei Hinsicht verändern. Wir haben bereits einige der Umhänge für Licht, Ton, Berührung und thermische Signatur besprochen, die derzeit entwickelt werden oder bereits mit der heutigen Technologie verfügbar sind.
1Der Chickenosaurus
Paläontologe Jack Horner, einst technischer Berater für Jurassic Parkist schwer bei der Arbeit, einen Chickenosaurus zu erstellen. 2009 machte er mit der Behauptung, dass er beabsichtigte, Hühnergene zu manipulieren, um einige latente Dinosauriermerkmale wiederzubeleben, einen Medienspritzer. Aus evolutionärer Sicht sind moderne Hühner Teil der Velociraptor-Linie von Dinosauriern, die Federn hatten, als sie vor 71 bis 86 Millionen Jahren lebten.
Mit einem maximalen Gewicht von 15 kg waren Velociraptoren kleine vogelähnliche Dinosaurier, die an ihren Hüften eine Länge von fast 2 Metern und eine Höhe von 0,5 Metern erreichen konnten. Obwohl ihre Arme für das Fliegen zu kurz waren, deuten ihre Federn an, dass ihre Vorfahren einst fliegen konnten.Dieser fleischfressende Dinosaurier hatte eine schmale Schnauze mit etwa 30 gezahnten Zähnen im Kiefer, einen Schwanz und zwei Arme, die in Händen endeten, mit jeweils drei gekrümmten Klauen.
Es sind diese Merkmale - Zähne, Schwanz und Arme -, die Horner von einem Huhn aus zurückentwickeln möchte, indem er die entsprechenden Gene einschaltet oder unterdrückt. Der Hähnchenschnabel würde also zu einer Dinosaurierschnauze mit Zähnen werden, der Schwanz würde reaktiviert und die Hähnchenflügel würden Arme werden, möglicherweise mit Händen und Krallen. Dieses Tier wäre kein Dinosaurier, sondern ein modifiziertes Huhn mit Dinosauriercharakteristiken.
Horner glaubt, dass dieses Experiment die Menschen über die Evolution unterrichten würde. Es kann auch medizinische Anwendungen haben, wenn wir herausfinden, was passiert, wenn Gene ein- und ausgeschaltet werden. Das anfängliche Problem bestand jedoch darin, die geeigneten Gene zu finden, um die Dinosauriermerkmale in einem Huhn zu reaktivieren. Bisher hat das Forschungsteam die Entwicklung von Schwänzen in Hühnerembryonen untersucht, die dann resorbiert werden.