[CENTRAAL] Wetenschap & Technologie in het Nieuws #4

04-04-2016

Vooruitblik: nieuwe theorie Erik Verlinde ontmaskert 95 procent van het heelal

95 procent van het heelal is verstopt, maar theoretisch-fysicus Erik Verlinde weet waar het zich schuilhoudt. De vakpublicatie waarin hij dat uit de doeken doet, verschijnt later deze week. Een ding is alvast zeker: met die theorie gaat Verlinde de kosmologie volledig overhoop gooien. Een uitgebreide vooruitblik.

(Disclaimer: Onderstaande is gebaseerd op de stand van zaken in 2014. Zover bij de redactie bekend is, is Verlindes theorie in de tussentijd concreter geworden, maar niet wezenlijk veranderd. Zodra zijn publicatie verschijnt, leest u op deze site alle duiding en reacties. Niets missen? Meld u dan nu aan voor onze nieuwsbrief.)


Zal de baanbrekende nieuwe theorie van Erik Verlinde net zo’n revolutie ontketenen als de relativiteitstheorie van Einstein? Bron: Hollandse Hoogte, Joanny Beer

Het is een geval van verstoppertje op de grootst mogelijke schaal. Zo’n 95 procent van het heelal, het overgrote merendeel dus, is kwijt. Toch zou je dat niet zeggen wanneer je naar het heelal kijkt. Het universum bevat miljarden sterrenstelsels, met in elk van die stelsels miljarden sterren en planeten. Het zit vol uitgestrekte gasnevels, waarin steeds weer nieuwe sterren worden geboren, gevaarlijke zwarte gaten die alles in hun omgeving verzwelgen en dwalende planeten die eenzaam door de donkere leegte zweven.

Al die dingen zijn opgebouwd uit materie: elementaire deeltjes zoals quarks en elektronen. Maar wie de massa van al die deeltjes in het heelal bij elkaar optelt, vindt onder de streep een getal dat slechts goed is voor 5 procent van wat er eigenlijk in zou moeten zitten. Hoe de rest eruit ziet, is onbekend. Wetenschappers vermoeden dat het universum vol zit met een onzichtbare vorm van materie en een mysterieuze, onbekende vorm van energie die zij respectievelijk donkere materie en donkere energie noemen.

Donkere materie is van die twee nog het meest behapbaar. Het is niet met het blote oog te zien, maar wel indirect waar te nemen. Donkere materie verraadt haar aanwezigheid doordat ze net als gewone materie zwaartekracht uitoefent op de materie om zich heen. Daardoor weten we vrij exact hoeveel ervan moet zijn. Donkere materie vormt grofweg 27 procent van het heelal. 5 procent is zichtbare materie. Het overige deel, maar liefst 68 procent, is donkere energie.

Al decennia bijten natuur- en sterrenkundigen hun tanden stuk op de vraag wat donkere materie en donkere energie nu precies is. Theoretisch-fysicus Erik Verlinde, verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, denkt die impasse te kunnen doorbreken. Hij heeft een radicaal nieuw idee dat het bestaan van donkere materie, donkere energie en gewone materie direct aan elkaar verbindt. Verlinde veroorzaakte in 2010 al een schokgolf in de natuurkundewereld toen hij een nieuw idee over de zwaartekracht wereldkundig maakte. Hij ontving onder meer dankzij dat idee de Spinozapremie, de meest prestigieuze wetenschappelijke prijs in Nederland.

Volgens Verlinde is de zwaartekracht een zogeheten emergent verschijnsel. Dat wil zeggen: een effect dat het gevolg is van iets fundamentelers. Het is daardoor net zoiets als temperatuur. Die kun je voelen en meten op thermometers, maar is in feite een illusie. Temperatuur wordt immers veroorzaakt door de beweging van moleculen.

Mogelijkheden

Verlinde drukt zwaartekracht op zijn beurt uit in informatie. Alles in het universum bevat in zekere zin informatie, van de positie van een planeet tot het gewicht van een atoom. Veranderingen in de dichtheid van die informatie spelen bij het ontstaan van zwaartekracht volgens Verlinde dezelfde rol als de bewegende moleculen bij het ontstaan van temperatuur. Dat inzicht zorgt ervoor dat de algemene relativiteitstheorie van Einstein, de theorie die kosmologen nog altijd gebruiken om het heelal op grote schaal te beschrijven, volgens Verlinde achterhaald is. ‘De vergelijkingen van Einstein houden niet goed bij hoeveel informatie waar aanwezig is’, zegt hij.

Verlinde kijkt op een andere manier naar het universum, en legt daarbij de nadruk op wat hij ‘mogelijkheden’ noemt. Elke mogelijkheid is een bepaalde manier om de hoeveelheid informatie in het universum te verdelen. ‘Al die mogelijkheden moeten in het universum behouden blijven’, zegt hij.

Wanorde

Die conclusie lijkt te botsen met een bekende natuurkundewet die stelt dat de entropie de wanorde in een systeem altijd doet toenemen. De wet verklaart waarom een kopje kan breken (scherven zijn wanordelijker dan een kopje), maar waarom scherven niet spontaan een kopje kunnen vormen. Dat impliceert ook iets over mogelijkheden. Scherven kun je immers op veel manieren door elkaar husselen, terwijl een enkel kopje slechts één mogelijke toestand heeft. De natuur lijkt dus niet alleen te eisen dat de entropie toeneemt, maar ook dat het aantal mogelijkheden in het universum stijgt. Verlinde stelt dat dat niet klopt. ‘Het standaardbeeld ‘entropie neemt toe’ is aan het wankelen’, zegt hij. Ook kosmoloog Andreas Albrecht, verbonden aan de Universiteit van Californië, meent dat een herevaluatie van het begrip entropie in de kosmologie noodzakelijk is. ‘De vraag hoe informatie behouden kan blijven terwijl de entropie toeneemt, is iets waar veel fysici nu naar kijken.’

Het probleem laat zich als volgt samenvatten: wanneer de entropie alleen kan toenemen, moet deze vroeger heel klein zijn geweest. Hetzelfde geldt dan vermoedelijk voor het aantal mogelijkheden. ‘Dat geloof ik niet’, zegt Verlinde. Hij meent dat het toenemen van de mogelijkheden van een systeem een illusie is. Wie van tevoren bekijkt welke mogelijkheden een kopje heeft, moet volgens Verlinde al rekening houden met de kans dat het kopje kan breken. ‘Dan is er geen sprake van een toename en blijft het aantal mogelijkheden juist behouden’, zegt hij.

Verlinde meent dat de boekhouding van mogelijkheden gemakkelijker gaat wanneer we informatie als onderliggende eenheid kiezen. Hij stelt de entropie gelijk aan de totale hoeveelheid informatie en definieert energie als de snelheid waarmee informatie wordt verwerkt. De temperatuur is dan de energie per hoeveelheid informatie. Ook krachten vangt hij in dat raamwerk. ‘Dat zijn veranderingen in de energie’, zegt Verlinde.

Stopverf

Op die manier ontdekte Verlinde zijn nieuwe verklaring voor donkere materie en donkere energie. Om uit te leggen hoe dat werkt, vergelijkt hij het universum met een stuiterend balletje stopverf. Volgens Verlinde bestaat er een analogie tussen de elasticiteit van stopverf en de zwaartekracht. Je kunt de elasticiteit van stopverf beschrijven als een voorwaarde voor het kunnen vervormen van het bolletje. Net zo beschreef Einstein de zwaartekracht als een vervorming van de ruimtetijd door massa’s of energie.

Een bolletje stopverf is in feite een complexe kluwen polymeren. De elasticiteit van het bolletje is het gevolg van het feit dat die polymeren allemaal dezelfde lengte willen hebben. Soms beweegt een polymeer per ongeluk uit de kluwen, en laat daardoor een soort gat achter: een ‘leeg buisje’ waar eerst een polymeer zat. ‘Op die plek ontstaat extra elasticiteit’, zegt Verlinde. Met andere woorden: het verplaatsen van het polymeer zorgt dat plaatselijk extra elastische energie vrij komt.

Volgens Verlinde kun je de achterliggende wiskunde van dat proces vergelijken met het ontstaan van donkere materie. In zijn analogie is het lege buisje hetzelfde als gewone materie, en is de extra elastische energie hetzelfde als donkere materie. De elastische energie in het totale bolletje is dan donkere energie, en het gehele bolletje is het gehele universum.

Verlinde vertaalt die analogie naar de werkelijkheid in het universum, en meent daarom dat donkere materie geen deeltje is, maar extra energie die tevoorschijn komt bij het ontstaan van materie. ‘Uit de relatie tussen gewone materie en donkere materie kan ik berekenen hoeveel donkere materie er moet zijn. Dat klopt exact met de waarnemingen van astronomen’, zegt Verlinde. Bovendien verklaart zijn idee ook waarom donkere materie altijd rond gewone materie is te vinden, een toevalligheid die traditionele deeltjesverklaringen links laten liggen.

De bekende Zuid-Afrikaanse natuurkundige Neil Turok, directeur van het toonaangevende Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, is enthousiast over Verlindes verklaring voor donkere materie. ‘Het is een dappere en creatieve oplossing’, zegt hij. Volgens Turok is de traditionele verklaring van donkere materie als een nog onontdekt deeltje ‘te gemakkelijk’. ‘Erik stelt in elk geval de juiste vragen’, zegt hij.

Er zijn wel grenzen aan de analogie die Verlinde gebruikt om donkere materie te verklaren, meent Albrecht. ‘Ik denk dat wanneer Erik de wiskunde nauwkeuriger uitwerkt, vanzelf zal blijken dat de vergelijkingen af gaan wijken van de fysica van polymeren’, zegt hij. ‘Het gedrag dat we zien zal dan vermoedelijk afkomstig blijken van diepere structuren in het universum.’ Turok benadrukt dat het zoeken naar analogieën met dingen die al begrepen zijn in het lab, zoals het gedrag van polymeren, niets nieuws is in de fysica. ‘Het idee van het higgsdeeltje werd bijvoorbeeld geïnspireerd door het principe van supergeleiding’, zegt Turok. ‘Deze analogie is beter dan simpelweg een nieuw deeltje introduceren.’

Natuurkunderevolutie

Verlinde meent dat zijn vergelijking tussen het universum en de manier waarop polymeren zich in een bol stopverf gedragen nog een tweede fundamentele waarheid blootlegt. Volgens hem bevat het universum namelijk daadwerkelijk basisbouwstenen die te vergelijken zijn met polymeren.

‘Ruimtetijd bestaat uit quantummechanische mogelijkheden, uit quantuminformatie’, zegt Verlinde. Quantum-informatie heeft van nature de neiging te verstrengelen. Wanneer dat gebeurt, is het onmogelijk om stukjes informatie nog los van elkaar te zien. In Verlindes stopverfanalogie is een los stukje informatie dan een monomeer en is verstrengelde quantuminformatie een polymeer.

Die boodschap, en zijn conclusies over donkere materie, presenteert Verlinde al af en toe aan andere fysici op congressen en bijeenkomsten. Turok en Albrecht waren afgelopen mei op Princeton bij zo’n voordracht aanwezig. ‘Zijn presentatie stimuleerde me enorm om mijn verwachtingen en ideeën over de kosmos aan te passen’, zegt Albrecht. Ook Turok raakte tijdens de bijeenkomst geïnspireerd. Hij ziet in het idee van Verlinde een voorloper van een aanstaande revolutie in de fysica. ‘De laatste dertig jaar ging men in de deeltjesfysica op zoek naar steeds weer nieuwe deeltjes, velden en dimensies’, zegt Turok. Hij meent dat de deeltjesfysica daardoor zo complex is geworden dat die op het punt staat onder haar eigen gewicht in te storten. ‘Er zijn steeds exotischere dingen nodig om het universum te verklaren, zoals het idee dat er naast ons universum nog allerlei parallelle universa bestaan. Ik denk dat we met zijn allen een verkeerd pad bewandelen.’

Turok ziet dat vermoeden bevestigd in nieuwe meetresultaten, zoals de vondst van het higgsdeeltje. Sommige fysici hoopten meer dan één type higgsdeeltje te vinden, omdat dat een aanwijzing zou zijn voor het bestaan van nog meer nieuwe deeltjes. Toch bleek ‘higgs’ gewoon in zijn eentje te zijn. Bovendien, zo zegt Turok, toonden de eerste resultaten van de Planck-satelliet, een ruimte-telescoop van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, dat het universum heel simpel in elkaar zit. Tel daarbij de onbegrepen donkere energie op en de conclusie ligt volgens hem voor de hand dat we op de rand van een grote natuurkunderevolutie staan. ‘De komende tien jaar worden bijzonder interessant. In die periode hebben we radicale ideeën als die van Erik hard nodig’, zegt hij.

Wilde Westen

Het is nu aan Verlinde om aan te tonen dat zijn ideeën juist zijn. ‘Het is gemakkelijk om kritiek te leveren op zijn theorie’, zegt Turok. ‘Want die is nog relatief vaag.’ Albrecht sluit zich daarbij aan. ‘Twintig jaar geleden was de kosmologie nog een soort Wilde Westen. We hadden bijna geen meetgegevens en dus kon iedereen ideeën roepen zonder dat we die konden testen. Nu hebben we die gegevens wel en vallen de theorieën bij bosjes. Dat is goed, dat is wat je wil. Erik moet zorgen dat wij zijn theorie ook op die manier kunnen toetsen.’

Voorlopig wacht Verlinde nog even voordat hij zijn theorie daadwerkelijk publiceert in een vakblad. ‘Ik gooi een hoop dingen omver, dus ik wil het goed kunnen onderbouwen’, zegt hij. ‘Ik wil geen serie artikelen publiceren die ik elk jaar moet verbeteren. Ik wil liever één artikel publiceren dat over tien, twintig, dertig jaar, of zelfs over een eeuw nog relevant is.’

Verlinde verwijst naar eerdere artikelen die revoluties in de natuurkunde teweegbrachten. Bij Einstein zat bijvoorbeeld acht jaar tussen zijn publicaties over de speciale relativiteitstheorie en de algemene relativiteitstheorie. Of Verlinde een nieuwe polder-Einstein is, is dus nog even afwachten. Wel ziet hij om zich heen steeds meer mensen overtuigd raken. ‘Mijn ideeën passen steeds beter in de ontwikkelingen rond entropie en emergentie’, zegt hij.

Ook Turok steunt de richting die Verlinde is ingeslagen. ‘Ik hoop dat Erik mensen inspireert om naar oplossingen te zoeken langs dit soort meer fundamentele en creatieve lijnen.’ Albrecht denkt er net zo over. ‘Ik vraag me weleens af: denken we wel groot genoeg? Stellen we wel de juiste vragen? Verlinde doet dat. In deze bijzondere tijd in de natuurkunde hebben we mensen nodig die dat soort dingen durven te denken en doen.’

Zwaartekracht en oerknal

Om te vieren dat Verlinde zijn onderbouwing nu goed genoeg op orde heeft om zijn ideeën in een vakpublicatie op papier te zetten, delen wij als extra cadeautje nog eens twee lange verhalen over zijn baanbrekende ideeën met u. Beide verhalen verschenen in 2012 in NWT Magazine, de voorganger van New Scientist.

Het eerste verhaal is een interview waarin Verlinde uitgebreid ingaat op de revolutionaire nieuwe zwaartekrachttheorie, waarvoor hij de Spinozapremie won (‘Een heelal zonder oerknal, pdf‘). Het tweede stuk gaat in op Verlindes tegendraadse overtuiging dat de oerknal niets meer is dan een illusie (‘Wat als er geen oerknal was?, pdf‘).

(newscientist.nl)

Ik weet niet of dit al gepost is of er een topic over is maar Juno bereikt Jupiter deze zomer!

quote:

Nog iets meer dan een jaar en dan komt ruimtesonde Juno aan bij Jupiter. Hopelijk komen we dan eindelijk te weten wat er onder het dikke wolkendek van Jupiter schuilgaat en hoe de gasreus precies is ontstaan.

Jupiter is een fantastische planeet om te zien. Het dikke wolkendek doet denken aan een woelig schilderij. Niet in de laatste plaats door die enorme rode vlek: een cycloon die al honderden jaren op Jupiter actief is. Maar Jupiter is niet alleen mooi. De gasreus is ook heel mysterieus. Want wat gaat er precies onder dat wolkendek schuil? En hoe is de planeet ontstaan?

Juno
Om een antwoord te krijgen op die – en vele andere – vragen, werd in 2011 de ruimtesonde Juno gelanceerd. De belangrijkste missie van de sonde? De oorsprong en de evolutie van Jupiter blootleggen en ons zo ook meer inzicht geven in de babyjaren van ons zonnestelsel.

De oorsprong en evolutie van Jupiter
Hoe is het zonnestelsel ontstaan? Het begon allemaal met het ineenstorten van een enorme gas- en stofwolk (oftewel: een nevel) en de geboorte van onze zon. Net als onze zon bestaat ook Jupiter voor het grootste deel uit waterstof en helium. Dat wijst erop dat deze kort na het ontstaan van onze zon het levenslicht moet hebben gezien en zich het materiaal dat na de geboorte van de zon was overgebleven, heeft toegeëigend. De grote vraag is echter: hoe? Wetenschappers hebben daar twee theorieën over. De eerste theorie veronderstelt dat een onstabiel deel van de nevel ineenstortte en Jupiter vormde. Een tweede theorie stelt dat eerst een grote kern ontstond die vervolgens al dat gas middels zijn eigen zwaartekracht naar zich toetrok. Juno moet aantonen of Jupiter een vaste kern heeft en dus bewijs leveren voor één van deze twee theorieën.

De babyjaren van ons zonnestelsel
Juno kan ons ook meer vertellen over het jonge zonnestelsel. In tegenstelling tot de aarde heeft Jupiter – dankzij zijn enorme massa – nog steeds zijn originele samenstelling.

Atmosfeer
Juno zal ook diep in de atmosfeer van Jupiter gaan turen. De ruimtesonde moet onder meer de samenstelling en temperatuur van die atmosfeer vaststellen en de bewegingen van de wolken in kaart brengen. Ook zal Juno achterhalen hoeveel water er in de atmosfeer van Jupiter te vinden is.

Over Juno
Om al die missiedoelen na te kunnen streven, is Juno uitgerust met tal van instrumenten. Bijvoorbeeld ultraviolet- en infraroodcamera’s om foto’s te kunnen maken van de atmosfeer en aurora’s. Maar ook instrumenten om het zwaartekrachtsveld en magnetisch veld van Jupiter te kunnen vereeuwigen. En de zogenoemde JunoCam: een kleurencamera waarmee spectaculaire close-up foto’s van Jupiter kunnen worden gemaakt. Deze camera moet de eerste gedetailleerde beelden van Jupiters polen opleveren.
De meest gevaarlijke straling vinden we ter hoogte van de evenaar van Jupiter. In dit gebied bewegen kleine deeltjes - ionen en elektronen - zich bijna net zo snel als het licht voort. Ook al zijn de deeltjes klein, ze kunnen de elektronica aan boord van Juno ruïneren. Naarmate de missie verder komt, zal de afstand tussen Juno en dit gevaarlijke stralingsgebied kleiner worden. Hoewel Juno het gevaarlijkste stralingsgebied zal blijven mijden, zal een deel van de elektronica waarschijnlijk ergens rond het achtste rondje rond Jupiter al de geest geven. Het gaat dan onder meer om de JunoCam.

De meest gevaarlijke straling vinden we ter hoogte van de evenaar van Jupiter. In dit gebied bewegen kleine deeltjes – ionen en elektronen – zich bijna net zo snel als het licht voort. Ook al zijn de deeltjes klein, ze kunnen de elektronica aan boord van Juno ruïneren. Naarmate de missie verder komt, zal de afstand tussen Juno en dit gevaarlijke stralingsgebied kleiner worden. Hoewel Juno het gevaarlijkste stralingsgebied zal blijven mijden, zal een deel van de elektronica waarschijnlijk ergens rond het achtste rondje rond Jupiter al de geest geven. Het gaat dan onder meer om de JunoCam. Afbeelding: NASA.

Baantjes trekken
Zover is het echter nog niet: eerst zal Juno zijn lange reis richting Jupiter moeten voltooien. De sonde heeft nog miljoenen kilometers voor de boeg. Naar verwachting arriveert deze begin juli 2016 bij de gasreus. Juno zal dan in een ellipsvormige baan rond Jupiter gaan cirkelen. Vanuit die baan kan Juno de planeet het beste in kaart brengen, zonder dat de ruimtesonde bedreigd wordt door de gevaarlijke straling ter hoogte van de evenaar van Jupiter (zie ook de afbeelding hierboven). Het is de bedoeling dat Juno 33 baantjes rond Jupiter maakt en tijdens elke ronde een ander deel van Jupiter bestudeert. Tijdens elk baantje rond Jupiter zal Juno de afstand tot de wolken van Jupiter tot zo’n 5000 kilometer verkleinen.

Zonne-energie
Zodra Juno eenmaal bij Jupiter is aangekomen, moet niet alleen rekening worden gehouden met de gevaarlijke straling rond Jupiter. Het is ook zaak dat Juno de zon in de gaten houdt. De ruimtesonde is namelijk uitgerust met drie enorme zonnepanelen die de sonde op grote afstand van de zon van voldoende energie moeten voorzien. De zonnepanelen zijn zo’n 2,7 meter breed en 8,9 meter lang. Eenmaal bij Jupiter aangekomen genereren ze zo’n 450 watt aan elektriciteit. In zekere zin zijn de zonnepanelen een primeur: nog nooit heeft een ruimtesonde op zo’n grote afstand van de zon (Jupiter is zo’n vijf keer verder van de zon verwijderd dan de aarde) gebruik gemaakt van zonnepanelen.

Als Juno straks na een lange reis bij Jupiter aankomt, verwachten onderzoekers heel wat antwoorden. Juno heeft ongeveer een jaar de tijd om die te verzamelen. Daarna zal de sonde zich in de atmosfeer van Jupiter boren en verbranden.

Blauwe stukjes:

Over Jupiter
Jupiter is de grootste planeet in ons zonnestelsel. De planeet heeft een massa die 300 keer groter is dan de massa van onze aarde. De planeet bezit tientallen manen, waaronder het veelbelovende Europa, de zeer actieve Io en de grootste maan van ons zonnestelsel: Ganymedes. Jupiter doet er tien uur over om een rondje rond zijn eigen as te draaien. Een rondje rond de zon duurt twaalf aardse jaren.

bron: http://www.scientias.nl/r(...)iters-wolken-gluren/



[ Bericht 2% gewijzigd door Woods op 06-04-2016 12:27:13 ]

quote:

Op woensdag 6 april 2016 12:11 schreef Woods het volgende:
Ik weet niet of dit al gepost is of er een topic over is maar Juno bereikt Jupiter deze zomer!

[..]

bron: http://www.scientias.nl/r(...)iters-wolken-gluren/

NASA's Juno Mission to Jupiter: Investigating a Colossus

Daar heb ik vorig jaar een apart topic voor gemaakt
W&T / Missie Juno: een ontdekkingsreis naar Jupiter

08-04-2016

Wetenschappers zijn erin geslaagd 'bouwstenen van het leven' na te bootsen


© Thinkstock.

Ribose Hoe is leven op aarde ontstaan? In taal van chemici: welke ingrediënten moet je samenvoegen om leven op te wekken? In een ophefmakende Science-publicatie hebben Franse onderzoekers aangetoond dat ribose, een suikerbouwsteen van genetisch materiaal in levende organismen, zich misschien in kometenijs gevormd heeft.

'Dit overtreft onze stoutste verwachtingen'
Uwe Meierhenrich, chemicus aan de Universiteit van Nice

Het genetische materiaal van alle levende organismen op aarde, zelfs van virussen, is opgebouwd uit DNA en het meer primitieve RNA. Dat laatste wordt verondersteld één van de eerste moleculen te zijn die leven op aarde kenmerkt. Wetenschappers hebben zich altijd verwonderd over de oorsprong van deze biologische verbinding.

De these van sommige onderzoekers is dat de aarde 'in den beginne' bezaaid geweest is met asteroïden en kometen die de basis van zulke RNA-moleculen bevatten. En inderdaad, aminozuren - de bouwstenen van proteïnen - en nitrogene basen zijn al in meteorieten gevonden, en in artificiële kometen die een lab geproduceerd zijn. Ribose, de andere sleutelcomponent van RNA, was echter nog nooit in buitenaards materiaal gedetecteerd, noch in een laboratorium onder 'astrofysische condities' gereproduceerd. Tot nu. Door het simuleren van kometenijs heeft een Frans onderzoeksteam van de Universiteit van Nice aangetoond dat ribose succesvol kan verkregen worden. Een gigantische stap voorwaarts in het begrijpen van RNA - en bijgevolg het leven.

"Dit overtreft onze stoutste verwachtingen", zegt Uwe Meierhenrich, chemicus aan de Universiteit van Nice, in een reactie aan Le Monde.

'De onderzoeksresultaten volstaan niet om het vraagstuk van leven op aarde te beantwoorden'
Grégoire Danger, onderzoeker aan de Franse universiteit Aix-Marseille

Toch moeten enkele belangrijke kanttekeningen bij het onderzoek geplaatst worden. Ten eerste is tot op vandaag geen enkele complexe suiker op een meteoriet of op een komeet gevonden.

Daarnaast is ook niet duidelijk of de verkregen ribose dezelfde is als degene die van RNA deel uitmaakt. Bovendien bevat het resultaat van de onderzoekers van Nice een extreem grote hoeveelheid - wat verdacht is.

"De chemische rijkdom van dit onderzoek is indrukwekkend, maar het volstaat niet om het vraagstuk van leven op aarde te beantwoorden", zo verklaart Grégoire Danger, onderzoeker aan de Franse universiteit Aix-Marseille, aan Le Monde.

(HLN)

12-04-2016

Stephen Hawking wil ruimtevaartuig naar ster Alpha Centauri sturen

Stephen Hawking en filantroop Yuri Milner hebben vanavond een nieuw wetenschappelijk project aangekondigd: Breakthrough Starshot. Het doel: een ruimtevaartuig in twintig jaar tijd naar de meest nabije buurster sturen.

Een licht ruimtevaartuig reist op een nader te bepalen tijdstip naar het nabije Alpha Centauri-systeem op een afstand van 4,37 lichtjaar bij de aarde vandaan. Dat is – omgerekend – zo’n 40 biljoen kilometer. Hawking en Milner willen dat deze ruimtesonde deze afstand in twintig jaar overbrugt, wat neerkomt op een snelheid van eenvijfde lichtminuut per minuut.

Aangezien een lichtseconde ongeveer 300.000 kilometer is, moet het ruimtevaartuig dus 60.000 kilometer per seconde afleggen. Dat is vijf keer de doorsnede van de aarde.

.
Het ruimtevaartuig reist op hoge snelheid naar Alpha Centauri.

Zeilen in de ruimte
Hoe gaat dit duo dit plan verwezenlijken? Het ruimtevaartuig van Milner en Hawking weegt niet meer dan een vel papier en gebruikt een zeil – niet groter dan een gemiddelde vlieger – om voort te bewegen. Dit zeil is slechts enkele honderden atomen dik. Een gigantische laserstraal van 100 miljard watt raakt het zeil van dit ruimtevaartuig, waardoor het vliegende zeilbootje flink wordt versneld. Deze straal wordt afgevuurd vanaf een hoge en droge locatie, bijvoorbeeld de Atacamawoestijn in Chili.

Binnen vijftien jaar
De verwachting is dat het ruimtevaartuig binnen vijftien jaar gelanceerd kan worden. Tenminste, als de ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie, lasers en microelektronica op het huidige tempo blijven doorgaan. Het feit dat een bekende wetenschapper als Stephen Hawking zijn naam verbindt aan het project is hoopgevend te noemen.

Foto’s van een andere wereld
De missie gaat zo’n 100 miljoen dollar kosten. De grote vraag is: wat levert het op? Natuurlijk is het een fantastische prestatie dat een ruimtevaartuig een ander zonnestelsel kan bereiken. Wellicht kunnen er zelfs foto’s gemaakt worden, maar dat gaat spannend worden. Kunnen de gegevens een afstand van vier lichtjaar overbruggen? Hawking en Milner laten het er niet bij zitten en zijn van plan om een ontvanger te bouwen die de gegevens kan ontvangen. We krijgen wellicht voor het eerst foto’s van een andere wereld te zien.

Yuri Gagarin
Het is bijzonder dat het project vandaag is aangekondigd. Het is namelijk 55 jaar geleden dat de Russische kosmonaut Yuri Gagarin voor het eerst een rondje om de aarde aflegde. Op Scientias.nl werd in 2011 het jubileum gevierd met een artikel over Gagarin.

(scientias.nl)

Expansie van het universum sneller dan gedacht.

http://www.nature.com/new(...)mc_id=TWT_NatureNews

Verbazing alom onder natuurkundigen: licht kan achteruit lopen
http://www.volkskrant.nl/(...)ruit-lopen~a4283214/

19-04-2016

Europa trekt 6,7 miljard uit voor Science Cloud met supercomputer

De Europese Commissie heeft besloten extra te investeren in de wetenschapsindustrie. Zo moet er 6,7 miljard euro op tafel komen om extra supercomputers in Europa beschikbaar te maken voor de 1,7 miljoen wetenschappelijke onderzoekers en de 70 miljoen wetenschappers en technologie professionals.

De Europese Commissie wil een zogenaamde "Science Cloud" gaan bouwen waar alle onderzoekers in Europa gebruik van kunnen maken. Hierin moeten zijn hun gegevens kunnen opslaan, delen en hergebruiken. Europa haalt 2 miljard euro uit het gigantische 80 miljard euro Horizon fund om te investeren in nieuwe supercomputers.

Daarnaast moet er in de komende vijf jaar nog 4,7 miljard euro opgehaald worden bij publieke en private investeerders. Het cloudproject moet verder de beschikking krijgen over een glasvezelnetwerk met hoge snelheden tussen alle Europese onderzoekslocaties, faciliteiten waar enorm veel data kan worden opgeslagen en uiteraard de nodige rekenkracht in de vorm van supercomputers.

Tot slot trekt de Europese Commissie ook nog 1 miljard euro uit voor onderzoek naar Quantumtechnologie, een groot deel van dat geld zal uiteindelijk terecht komen bij de TU Delft, waar inmiddels al enige tijd onderzoek wordt gedaan naar Quantumtechnologie en niet zonder resultaat.

(techzine.nl)

SCIENTISTS HAVE PUSHED WATER MOLECULES INTO A WHOLE NEW STATE OF MATTER

Holy crap!

Physicists have managed to squeeze water molecules into a brand new state that doesn't adhere to the usual laws of solids, liquids, and gases. By trapping water into very tiny cracks, similar to those that also exist in nature, the researchers have managed to get its hydrogen and oxygen atoms to behave in very peculiar ways.

The discovery is closely linked to existing hypotheses in quantum physics – an area of science where the 'classic rulebook' of the Universe is often tossed out and ignored. The team behind the research isn't quite sure where their find will lead quite yet, but it should offer new insight into how water behaves in ultra-confined spaces.

Scientists from Oak Ridge National Laboratory forced water molecules down channels made from the mineral beryl, measuring just 5 angstroms across (about 1 ten-billionth of a metre), as Michael Byrne from Motherboard reports.

They say similar conditions are likely to be found in the natural world too, inside soils, mineral interfaces, and cell walls, for example.

Inside this molecular straightjacket (individual atoms are about 1 angstrom across), the two hydrogen atoms and one oxygen atom that make up a water molecule started to display some really weird behaviour.

Rather than being fixed, the hydrogen atoms began to appear in six different symmetric orientations at the same time, with the oxygen atom in the middle:


Water molecules in tunnelling mode. Credit: A. I. Kolesnikov et al.

The six different positions match the six different walls of the hexagonal channel, the scientists say. As they tunnel, the hydrogen atoms cycle between all possible positions, and the temperature is increased as a result.

What's more, the molecule's centre of mass shifts to the central oxygen atom rather than the outlying hydrogen ones (as would be the case in a typical molecule). The newly symmetrical layout also means the molecule loses its electric dipole moment, which means the negative and positive charges in the atoms are no longer unbalanced, and in theory, it should no longer be interested in bonding with other atoms or molecules.

It's a major discovery, even if the scientists behind it aren't exactly sure what it means quite yet.

"It's one of those phenomena that only occur in quantum mechanics and has no parallel in our everyday experience," said lead researcher, Alexander Kolesnikov.

"This discovery represents a new fundamental understanding of the behaviour of water and the way water utilises energy," added team member, Lawrence Anovitz.

The next step is figuring out why this phenomenon occurs, but ultimately it should give scientists a better understanding of the thermodynamics and behaviour of water when it's in very tightly confined environments.

http://www.sciencealert.c(...)ds-liquids-and-gases

NEW PAPER EXPLAINS WHY THE UNIVERSE ENDED UP WITH THREE DIMENSIONS

And there’s no string theory in sight.


It's probably not news to you that as residents of this fine Universe we call home, we can only move left or right, up or down, backwards or forwards. That’s it. There aren’t any other possible directions that aren’t some combination of those three.

These are our Universe’s three spatial dimensions, and why we have exactly three of them (not just one or two, five or 80) is still something of a mystery.

Not that physicists haven’t been searching for an answer - explaining the fundamental nature of reality is just a really hard nut to crack. But a new paper has shown that a universe with our laws of thermodynamics (which describe how energy moves around) will always get stuck with exactly three spatial dimensions. So basically, this paper just explained the Universe.

The researchers, from the University of Salamanca in Spain and the National Polytechnic Institute of Mexico, explained it with the first and second laws of thermodynamics.

For our purposes, these laws say that a system - whether it’s a universe, a human, or a rock - can’t do anything that requires more energy than it has to start out, unless it gets more energy added. And if the system gets bigger without gaining energy, like we think our Universe has, then, on average, there’s less energy available in any particular place.

Put those together, and it means that once the Universe stopped having enough energy to complete the same action everywhere, the whole Universe could never do that thing again - though certain parts of it might be able to if they could concentrate enough energy.

We’ll get back to that shortly, but the above description probably irks some of my fellow physicists. Take a deep breath. It’ll be okay.

Thermodynamics works in any number of dimensions. It works in our 3D Universe, of course, but it also would work in two spatial dimensions, where the only possible directions to travel were left-right and up-down. In a two-dimensional universe, it would be physically impossible to move backward or forward, because that direction just wouldn’t exist.

But, as the authors of this new paper, published in Europhysics Letters, explain, a universe could also have four dimensions: left-right, up-down, backward-forward, and 'flirp-flarp' - or whatever you want to call the new direction.

In that universe, it would be possible to travel in a direction that's completely impossible in our Universe. And, similarly, in such a universe, the laws of thermodynamics could work perfectly well.

With this in mind, we know that energy can move from one place to another, but it would still be impossible for a system to use more energy than it has available. The same goes for five, or six, or 30 dimensions.

The physicists decided to see what happens if you start a universe with a completely undefined number of dimensions - a universe where it’s unclear how many directions you can move in. As Lisa Zyga reports for Phys.org, they found something interesting.

In our incredibly early Universe - like, millionths of a trillionth of a trillionth of a trillionth of a trillionth of a second after the Big Bang - everything was really, really hot, and there were huge amounts of energy in every tiny part of space. Any number of dimensions could have worked equally well at this point; there wasn’t really any way to tell the difference between a universe with one dimension and a universe with seven.

But very quickly afterwards, as the energy spread out, the Universe got caught in a kind of rut and didn’t have enough energy everywhere to get out. And remember: once the Universe doesn’t have enough energy to get out of somewhere, it’s never going to.

The rut that everywhere in the Universe settled into was one with three spatial dimensions - exactly the Universe that we see today, says the team. The paper makes it clear that among all of the possible numbers of dimensions, our lowly three was inevitable.

Oh and by the way, the researchers also propose that it’s possible, in theory, to pack enough energy into a tiny bit of space that - in that one spot - the Universe momentarily escapes its rut. It might take a particle accelerator the size of the Solar System, but in principle, it's doable.

If we ever do get something like that running, maybe we’ll see a proton, for the most fleeting of moments, move flirp for a few trillionths of a metre before returning to the boring old left.

http://www.sciencealert.c(...)-in-three-dimensions

quote:

Kepler ontdekt 1284 nieuwe planeten
Met de ruimtetelescoop Kepler heeft NASA 1284 planeten buiten ons zonnestelsel ontdekt. Van die planeten kunnen er 550 een stenen planeet zijn ter grootte van de aarde, zo meldt de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie dinsdag.

Nu weten we dat er weleens meer planeten dan sterren kunnen zijn.

,,Dit geeft ons de hoop dat we ergens daarbuiten, rond een ster als de onze, een andere aarde kunnen ontdekken", aldus Ellen Stofan van NASA. Negen van de gevonden planeten bevinden zich op een 'leefbare' afstand van hun 'zon'. Dat betekent dat er temperaturen zijn waarop water vloeibaar is.

Eerder vond de geavanceerde telescoop al 1041 andere zogenoemde exoplaneten: planeten die om een andere ster cirkelen dan om de zon in ons zonnestelsel. De Kepler scande sinds 2009 150.000 sterren. Als het licht van zo'n ster af en toe dimt, concluderen wetenschappers dat er een planeet om die ster draait.

De bevindingen van planetenjager Kepler is met 1284 resultaten de grootste planetenontdekking ooit, aldus NASA. ,,Voordat we ruimtetelescoop Kepler lanceerden, wisten we niet of exoplaten zeldzaam waren of niet. Nu weten we dat er weleens meer planeten dan sterren kunnen zijn."

Mini ‘wind farm’ could capture energy from microbes in motion

quote:

Fluid filled with lively, churning bacteria could one day become a small-scale power source.

New computer simulations indicate that a miniature wind farm‒like device could harvest the energy of chaotically swirling bacteria. That energy could be used to power micromachines or pump fluids through tiny channels. In the simulations, bacteria tended to spontaneously swim in an orderly fashion around an array of cylindrical turbines. These turbines then rotated steadily like windmills in a breeze, scientists report July 8 in Science Advances.

Previous research has harnessed the energy of the motion in such chaotic fluids using tiny, asymmetric gears, which spin as bacteria bump into their teeth. But the new result shows that a very simple system can serve the same purpose — a result that could make such devices easier to construct. “You don’t have to muck around with getting the teeth right; you just have a nice smooth cylinder,” says biophysicist and study coauthor Tyler Shendruk of the University of Oxford. The technique would sidestep the need to manufacture complicated microscopic gears.

“I think it’s quite surprising because previous work showed that you need to have a certain nonsymmetry in the system” to generate rotation, says physicist Igor Aronson of Argonne National Laboratory in Illinois, who was not involved with the new work.



TINY TURBINES Nine rotors in a computer simulation spin in response to the flowing bacteria-filled liquid surrounding them. Blue rotors spin clockwise, and red rotate counterclockwise. Green lines indicate the orientation of the bacteria, and black arrows indicate the flow of the fluid.

The researchers studied simulations of a liquid filled with many self-propelled particles, called a dense active fluid. These fluids can be made up of swimming bacteria or biological motors found inside cells — for instance, the proteins myosin and actin, which cause muscles to contract. Such fluids are normally turbulent, with swarms of particles generating rapidly and unpredictably changing flows. That makes it a challenge to harvest energy from the fluid. “It’s chaotic, so you can’t use it to do anything useful because it’s a random flow,” Shendruk says.

But when Shendruk and colleagues added a grid of cylindrical rotors, each a few hundredths of a millimeter in diameter, into their simulated fluid, they found that bacteria would spontaneously organize, like sailors all rowing in the same direction. The swimming bacteria produced a circular fluid flow that spun the rotors. That rotation could be used to generate electrical power in the same manner as windmills do, but in much smaller amounts that might be used to power tiny electronics. Each rotor might produce around a quadrillionth of a watt of electrical power, Shendruk estimates.

A single rotor on its own didn’t work as well: Its spin changed direction periodically as the chaotic fluid swirled around it. But with an array of rotors close together, the bacteria became steady synchronized swimmers squeezing through gaps between the rotors — and making each rotor consistently spin in the direction opposite to that of its neighbors.

The system should translate well from simulation to the real world, says Shendruk, and the researchers are already discussing the possibilities for constructing it. But, says applied mathematician Jörn Dunkel of MIT, the details of the real world are important. Whether the rotors would behave the same way in a real-life system where the rotors experience friction is uncertain. “The effect is there — I don’t doubt that. The question is how strong.”

https://www.sciencenews.o(...)crobes-motion?tgt=nr

Scientists have found a woman whose eyes have a whole new type of colour receptor

She sees 99 million colours more than the rest of us.

After more than 25 years of searching, neuroscientists in the UK recently announced that they've discovered a woman who has an extra type of cone cell - the receptor cells that detect colour - in her eyes.

According to estimates, that means she can see an incredible 99 million more colours than the rest of us, and the scientists think she's just one of a number of people with super-vision, which they call "tetrachromats", living amongst us.

Most humans are trichromats, which means we have three types of cone cells in our eyes.

Each type of cone cell is thought to be able to distinguish around 100 shades, so when you factor in all the possible combinations of these three cone cells combined, it means we can distinguish around 1 million different colours.

Most people who are colour blind only have two functioning types of cone cells, which is why they can only see around 10,000 shades - and almost all other mammals, including dogs and New World monkeys, are also dichromats.

But there's one doctor in northern England who has four cone cell types, taking the potential number of colours she can distinguish up to 100 million - colours most of us have never even dreamed of.

Identified only as cDa29, the scientists finally found this woman two years ago, but they've been searching for more than 25 year - and think there are more tetrachromats like her out there.

So how do you get a fourth type of cone cell?

The idea of tetrachromats was first suggested back in 1948 by Dutch scientist HL de Vries, who discovered something interesting about the eyes of colour blind people.

While colour blind men only possess two normal cone cells and one mutant cone that's less sensitive to either green or red light, he showed that the mothers and daughters of colour blind men had one mutant cone and three normal cones.

That meant they had four types of cone cells, even though only three were working normally - something that was unheard of before then.

Despite the significance of the finding, no one paid much attention to tetrachromats until the late '80s, when John Mollon from Cambridge University started searching for women who might have four functioning cone cells.

Assuming that colour blind men pass this fourth cone cell onto their daughters, Mollon estimated that around 12 percent of the female population should be tetrachromats.

But all of his tests showed that these women could only perceive the same colours as the rest of us - which meant only three of their cone cell types were working, so they weren't true tetrachromats.

Then, in 2007, neuroscientist Gabriele Jordan from Newcastle University in the UK, who had formerly worked alongside Mollon, decided to try a slightly different test to look for this super-vision.

She took 25 women who had a fourth type of cone cell, and put them in a dark room. Looking into a light device, three coloured circles of light flashed before these women's eyes.

To a trichromat, they all looked the same, but Jordan hypothesised that a true tetrachromat would be able to tell them apart thanks to the extra subtlety afforded to her by her fourth cone.

Incredibly, one of the women tested, cDa29, was able to differentiate the three different coloured circles in every single test.

"I was jumping up and down," Jordan told Veronique Greenwood from Discover magazine.

So if so many female children of colour blind men have four cones, why have we only been able to find one true tetrachromat?

For starters, the team was only looking within the UK. But the bigger issue that Jordan thinks most true tetrachromats would never need to use their fourth cone cell type, and so would never realise they had special vision.

"We now know tetrachromacy exists," she told Greenwood. "But we don’t know what allows someone to become functionally tetrachromatic, when most four-coned women aren’t."

Jay Neitz, a vision researcher at the University of Washington, who wasn't involved in the study, thinks that it might take practice and specially designed hues to truly unlock the power of tetrachromats.

"Most of the things that we see as coloured are manufactured by people who are trying to make colours that work for trichromats," he said. "It could be that our whole world is tuned to the world of the trichromat."

In other words, the colours we use are so limited that the fourth cone cell never gets a work out.

The research on cDa29 hasn't been peer-reviewed or published as yet, and Jordan is continuing her research and search for more tetrachromats.

There's a lot more work to be done and Jordan's results need to be replicated and verified. But if we can confirm that tetrachromats really do exist, it won't just teach us about the limitations of human senses, it could help scientists develop better artificial sensing devices, and also help us figure out more about how vision works.

One thing we might never be able to understand, sadly, is exactly what the world looks like through cDa29's eyes, seeing as it's our brains that truly perceive colour - our cone cells just receive the data to be processed.

"This private perception is what everybody is curious about," Jordan told Discover. "I would love to see that."

ok, het is officieel, we leven in het land van de reuzen

25-07-2016

"Nederlandse man is langste van de wereld"


Foto ter illustratie. © thinkstock.

De Nederlandse man is de langste ter wereld. Uit een groot onderzoek blijkt dat de Nederlandse man is gegroeid, van gemiddeld 169 centimeter honderd jaar geleden, tot 182,5 centimeter. Daarmee zijn onze mannelijke noorderburen de langste van de wereld.

In het onderzoek, uitgevoerd door wetenschappers van de Britse universiteit Imperial College London, werd data van bijna alle landen in de wereld vergeleken tussen 1914 en 2014. Nooit eerder werd zo'n grootschalig onderzoek naar de lengte van mensen uitgevoerd. Uit de resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift eLife, valt vooral op dat Europese landen de lijsten domineren. Alleen Australië komt als niet-Europees land voor in de top 25. De Verenigde Staten doet het helemaal 'slecht' met een stijging van slechts zes centimeter over honderd jaar.

Onderaan de lijst van de mannen staat Oost-Timor met een gemiddelde lengte van 160 centimeter. Bij de vrouwen zijn de Guatamalteken de kleinsten met 149 centimeter.

(HLN)

Breakthrough solar cell captures CO2 and sunlight, produces burnable fuel



Researchers at the University of Illinois at Chicago have engineered a potentially game-changing solar cell that cheaply and efficiently converts atmospheric carbon dioxide directly into usable hydrocarbon fuel, using only sunlight for energy.
The finding is reported in the July 29 issue of Science and was funded by the National Science Foundation and the U.S. Department of Energy. A provisional patent application has been filed.
Unlike conventional solar cells, which convert sunlight into electricity that must be stored in heavy batteries, the new device essentially does the work of plants, converting atmospheric carbon dioxide into fuel, solving two crucial problems at once. A solar farm of such “artificial leaves” could remove significant amounts of carbon from the atmosphere and produce energy-dense fuel efficiently.
“The new solar cell is not photovoltaic — it’s photosynthetic,” says Amin Salehi-Khojin, assistant professor of mechanical and industrial engineering at UIC and senior author on the study.
“Instead of producing energy in an unsustainable one-way route from fossil fuels to greenhouse gas, we can now reverse the process and recycle atmospheric carbon into fuel using sunlight,” he said.
While plants produce fuel in the form of sugar, the artificial leaf delivers syngas, or synthesis gas, a mixture of hydrogen gas and carbon monoxide. Syngas can be burned directly, or converted into diesel or other hydrocarbon fuels.
The ability to turn CO2 into fuel at a cost comparable to a gallon of gasoline would render fossil fuels obsolete.
Chemical reactions that convert CO2 into burnable forms of carbon are called reduction reactions, the opposite of oxidation or combustion. Engineers have been exploring different catalysts to drive CO2 reduction, but so far such reactions have been inefficient and rely on expensive precious metals such as silver, Salehi-Khojin said.
“What we needed was a new family of chemicals with extraordinary properties,” he said.
Salehi-Khojin and his coworkers focused on a family of nano-structured compounds called transition metal dichalcogenides — or TMDCs — as catalysts, pairing them with an unconventional ionic liquid as the electrolyte inside a two-compartment, three-electrode electrochemical cell.
The best of several catalysts they studied turned out to be nanoflake tungsten diselenide.
“The new catalyst is more active; more able to break carbon dioxide’s chemical bonds,” said UIC postdoctoral researcher Mohammad Asadi, first author on the Science paper.
In fact, he said, the new catalyst is 1,000 times faster than noble-metal catalysts — and about 20 times cheaper.
Other researchers have used TMDC catalysts to produce hydrogen by other means, but not by reduction of CO2. The catalyst couldn’t survive the reaction.
“The active sites of the catalyst get poisoned and oxidized,” Salehi-Khojin said. The breakthrough, he said, was to use an ionic fluid called ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborate, mixed 50-50 with water.
“The combination of water and the ionic liquid makes a co-catalyst that preserves the catalyst’s active sites under the harsh reduction reaction conditions,” Salehi-Khojin said.
The UIC artificial leaf consists of two silicon triple-junction photovoltaic cells of 18 square centimeters to harvest light; the tungsten diselenide and ionic liquid co-catalyst system on the cathode side; and cobalt oxide in potassium phosphate electrolyte on the anode side.
When light of 100 watts per square meter – about the average intensity reaching the Earth’s surface – energizes the cell, hydrogen and carbon monoxide gas bubble up from the cathode, while free oxygen and hydrogen ions are produced at the anode.
“The hydrogen ions diffuse through a membrane to the cathode side, to participate in the carbon dioxide reduction reaction,” said Asadi.
The technology should be adaptable not only to large-scale use, like solar farms, but also to small-scale applications, Salehi-Khojin said. In the future, he said, it may prove useful on Mars, whose atmosphere is mostly carbon dioxide, if the planet is also found to have water.
“This work has benefitted from the significant history of NSF support for basic research that feeds directly into valuable technologies and engineering achievements,” said NSF program director Robert McCabe.
“The results nicely meld experimental and computational studies to obtain new insight into the unique electronic properties of transition metal dichalcogenides,” McCabe said. “The research team has combined this mechanistic insight with some clever electrochemical engineering to make significant progress in one of the grand-challenge areas of catalysis as related to energy conversion and the environment.”
“Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid” is online at Science.
Co-authors with Asadi and Salehi-Khojin are Kibum Kim, Aditya Venkata Addepalli, Pedram Abbasi, Poya Yasaei, Amirhossein Behranginia, Bijandra Kumar and Jeremiah Abiade of UIC’s mechanical and industrial engineering department, who performed the electrochemical experiments and prepared the catalyst under NSF contract CBET-1512647; Robert F. Klie and Patrick Phillips of UIC’s physics department, who performed electron microscopy and spectroscopy experiments; Larry A. Curtiss, Cong Liu and Peter Zapol of Argonne National Laboratory, who did Density Functional Theory calculations under DOE contract DE-ACO206CH11357; Richard Haasch of the University of Illinois at Urbana-Champaign, who did ultraviolet photoelectron spectroscopy; and José M. Cerrato of the University of New Mexico, who did elemental analysis.

15-08-2016

Wiskundigen beginnen eindelijk legendarisch ABC-bewijs te begrijpen


Het heeft bijna veertig jaar geduurd, maar wiskundigen snappen eindelijk de beginselen van een gigantisch bewijs dat ons begrip over de aard van getallen radicaal kan veranderen.


Shinichi Mochizuki met de ABC-formule. Afbeelding: Kanijoman Shinichi Mochizuk

Het 500-pagina lange bewijs werd in 2012 online gepubliceerd door Shinichi Mochizuki van de Universiteit van Kyoto in Japan. Het biedt een oplossing voor een lang bestaand probleem dat bekendstaat als het abc-vermoeden. Dit vermoeden onderzoekt de fundamentele relatie tussen getallen, optellingen en vermenigvuldigingen die beginnen met de simpele vergelijking a + b = c.

Wiskundigen waren enthousiast over het bewijs maar worstelden met het onder de knie krijgen van Mochizuki’s “Interuniversele Teichmüller Theorie” (IUT), een volledig nieuw gebied van de wiskunde dat hij gedurende tientallen jaren heeft ontwikkeld om het probleem op te lossen. Een bijeenkomst van afgelopen jaar op de Universiteit van Oxford, met als doel het bestuderen van IUT, eindigde in een mislukking. Dit kwam gedeeltelijk doordat Mochizuki zijn werk niet wil vereenvoudigen zodat het begrijpelijker wordt, en gedeeltelijk door een cultuurclash tussen de Japanse en de westerse manier van wiskunde bestuderen.

Een tweede bijeenkomst, afgelopen maand gehouden op zijn thuisgrond in Kyoto, bleek succesvoller. ‘Het ging zeker beter dan verwacht,’ zegt Ivan Fesenko van de Universiteit van Nottingham, die hielp bij het organiseren van de bijeenkomst.

De doorbraak komt waarschijnlijk doordat Mochizuki de theorie persoonlijk uitlegde. Hij weigerde reizen naar het buitenland en sprak tijdens de bijeenkomst in Oxford via Skype, waardoor het voor wiskundigen van buiten Japan lastig is zijn werk onder de knie te krijgen. ‘Het was het belangrijkste onderdeel van de bijeenkomst,’ zegt Fesenko. ‘Hij beklom de top van zijn theorie, en trok andere deelnemers met zich mee, hun hand vasthoudend.’

Flikkering van begrip

Minstens tien mensen begrijpen de theorie nu in detail, zegt Fesenko. Bovendien hebben de IUT-artikelen de peerreview bijna doorlopen en worden ze dus waarschijnlijk rond komend jaar in een tijdschrift gepubliceerd. Die publicatie zal vermoedelijk de houding veranderen van de mensen die eerder nog vijandig stonden tegenover Mochizuki’s werk, zegt Fesenko. ‘Wiskundigen zijn erg conservatieve mensen, en ze volgen de tradities.’ Hij denkt dat de artikelen beter worden geaccepteerd zodra ze gepubliceerd zijn.

‘Er zijn zeker mensen die verschillende cruciale delen van de IUT begrijpen,’ zegt Jeffrey Lagarias van de Universiteit van Michigan, die de bijeenkomst in Kyoto bijwoonde, maar de volledige theorie niet in een keer tot zich kon nemen. ‘Meer mensen buiten Japan willen IUT begrijpen zoals het gepresenteerd is, alle 500 pagina’s ervan, gebruikmakend van nieuwe materialen uit de verschillende conferenties.’

Maar velen willen er nog steeds niet de tijd aan besteden die Mochizuki eist voor zijn werk. ‘De experts zijn nog steeds besluiteloos,’ zegt Lagarias. ‘Ze wachten op iemand om het bewijs te lezen en te vragen waarom het niet begrijpelijker gemaakt kan worden.’

Het is waarschijnlijk dat een Japans tijdschrift de IUT-artikelen publiceert, zegt Fesenko, aangezien dat ook gebeurde met het vorige werk van Mochizuki. Dat kan de ontvangst ervan bij een grotere gemeenschap beïnvloeden. ‘Welk soort tijdschrift de theorie publiceert, heeft zeker invloed op hoe de wiskundige gemeenschap reageert,’ zegt Lagarias.

De flikkering van begrip die ontstaat is de moeite zeker waard, zegt Fesenko. ‘Ik verwacht dat we minstens honderd van de meest belangrijke open problemen in de getaltheorie kunnen opgelossen met behulp van Mochizuki’s theorie en verdere ontwikkelingen.’

Het duurt waarschijnlijk wel nog vele decennia voordat de volledige impact van Mochizuki’s werk aan de getaltheorie wordt gevoeld. ‘De omvang van de hoeveelheid nieuwe structuren en ideeën in IUT heeft jaren nodig om door de wiskundige gemeenschap opgenomen te worden,’ zegt Lagarias.

(newscientist.nl)

17-08-2016

Déjà vu kunstmatig opgeroepen



Déjà vu is een van de wonderlijkste fenomenen van de menselijke hersens. Je bent ergens voor het eerst, maar toch lijkt het alsof je er al een keer bent geweest. In veel culturen werd en wordt het gezien als een magisch moment, een visioen van een alternatieve werkelijkheid. Maar wetenschappers weten dat het gaat om een trucje van ons brein. Nu hebben ze geleerd het zelfs kunstmatig op te roepen.

Neurowetenschappers van de University of St Andrews (GB) hebben daarvoor een bekende psychologische test een beetje aangepast. Het gaat om een eenvoudige proefneming; je geeft een groep mensen een serie woorden, zoals matras, kussen, wekker, deken. Het enige dat ontbreekt is het verbindende woord, in dit geval ‘slaap’. Een tijdje later vraag je de proefpersonen of het woord slaap ook in de lijst stond. Veel mensen zullen daar positief op antwoorden, de hersens hebben de omissie zelf aangevuld.

In de nieuwe versie van de test vroegen de neurowetenschappers niet of mensen ‘slaap’ hadden gehoord, maar of er ook een woord dat begint met de letter s in de lijst zat. Dat leverde het gekke resultaat op dat de proefpersonen ontkenden, maar wel vaag het gevoel hadden dat ze het wél hadden gehoord. Daarmee is het een déjà vu.

Nu dit gevoel kunstmatig kan worden opgewekt, is het ook beter mogelijk om het te bestuderen. Dat hebben ze in St Andrews ook gelijk gedaan. Proefpersonen werden tijdens het experiment onder een MRI-scanner gelegd om te kijken welk deel van de hersens ze eigenlijk het meest gebruiken tijdens een déjà vu. Dat bleek niet het geheugen te zijn, maar de frontaalkwab, het deel van de hersens waarmee we beslissingen maken.

Waarom dat deel? Waarschijnlijk omdat mensen moeten beslissen of hun herinneringen echt zijn of niet. Eenzelfde reactie is te zien bij mensen die in een trein zitten, waarnaast een trein op een ander perron vertrekt. Rijden wij of rijden die anderen? Ook die vraag wordt opgelost in de frontale cortex. De bewegende treinen brengen de hersens net zo in de war als een herinnering die er niet is.

(faqt.nl)

17-10-2016

600.000.000.000.000 bewerkingen per seconde: dit is de Vlaamse supercomputer

klik hier voor video

De KU Leuven mag vier jaar lang de Vlaamse supercomputer beheren. Dat is één van de 200 krachtigste computers ter wereld.

Met die supercomputer kunnen wetenschappers ongelooflijk snel heel complexe berekeningen doen. Ook onderzoekers van andere universiteiten kunnen daarvoor aan de KU Leuven terecht.

Om een idee te krijgen van de kracht van de computer, moet je de rekenkracht van je eigen computer thuis maal 25 doen. En zo zitten er 580 in de supercomputer. De supercomputer kan zo zeshonderd biljoen complexe berekeningen per seconde uitvoeren. Dat is noodzakelijk voor onderzoek in alle wetenschappelijke domeinen.

De afgelopen 4 jaar had de UGent de krachtigste computer van Vlaanderen, nu is de KU Leuven aan de beurt. De overheid trekt er 5,5 miljoen voor uit

(HLN)

quote:

Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol

quote:

OAK RIDGE, Tenn., Oct. 12, 2016—In a new twist to waste-to-fuel technology, scientists at the Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory have developed an electrochemical process that uses tiny spikes of carbon and copper to turn carbon dioxide, a greenhouse gas, into ethanol. Their finding, which involves nanofabrication and catalysis science, was serendipitous.

“We discovered somewhat by accident that this material worked,” said ORNL’s Adam Rondinone, lead author of the team’s study published in ChemistrySelect. “We were trying to study the first step of a proposed reaction when we realized that the catalyst was doing the entire reaction on its own.”

The team used a catalyst made of carbon, copper and nitrogen and applied voltage to trigger a complicated chemical reaction that essentially reverses the combustion process. With the help of the nanotechnology-based catalyst which contains multiple reaction sites, the solution of carbon dioxide dissolved in water turned into ethanol with a yield of 63 percent. Typically, this type of electrochemical reaction results in a mix of several different products in small amounts.

“We’re taking carbon dioxide, a waste product of combustion, and we’re pushing that combustion reaction backwards with very high selectivity to a useful fuel,” Rondinone said. “Ethanol was a surprise -- it’s extremely difficult to go straight from carbon dioxide to ethanol with a single catalyst.”

The catalyst’s novelty lies in its nanoscale structure, consisting of copper nanoparticles embedded in carbon spikes. This nano-texturing approach avoids the use of expensive or rare metals such as platinum that limit the economic viability of many catalysts.

Het artikel gaat verder.

24-10-2016

Nieuw onderzoek trekt versnelde uitdijing universum twijfel

Het bewijs voor de versnelde uitdijing – dat drie astronomen in 2011 de Nobelprijs opleverde – is bij nader inzien toch niet zo overtuigend.

Aan het eind van de jaren negentig kwamen drie astronomen tot de conclusie dat het universum versneld uitdijde. Ze baseerden zich op een analyse van supernova’s van type Ia en mochten jaren later – in 2011 – een Nobelprijs in ontvangst nemen voor hun ontdekking. De wetenschappelijke wereld heeft de uitdijing van het universum inmiddels omarmd en zelfs een mysterieuze substantie in het leven geroepen die de drijvende kracht zou zijn achter de versnelde uitdijing: donkere energie.

Dunnetjes
Maar misschien moeten we nog eens goed nadenken over de versnelde uitdijing, zo suggereren onderzoekers van de universiteit van Oxford in het blad Scientific Reports. Het bewijs ervoor is – bij nader inzien – namelijk wat dunnetjes.

3 sigma
De onderzoekers trekken die conclusie nadat ze 740 supernova’s van type Ia bestudeerden. Dat zijn er ongeveer tien keer meer dan de Nobelprijswinnende astronomen in de jaren negentig van de vorige eeuw analyseerden. “En we ontdekten dat het bewijs voor versnelde uitdijing hooguit een 3 sigma is, zoals natuurkundigen dat zeggen,” zo vertelt onderzoeker Subir Sarkar. “Dat is veel minder dan de “5 sigma-standaard” die nodig is om een ontdekking van fundamentele betekenis te claimen.”

Over sigma
Sigma vertelt iets over hoe zeker wetenschappers van hun zaak zijn. Wanneer ze spreken over 5 sigma dan is de kans dat hun gegevens op toeval berusten één op 3 miljoen. Hebben ze het over 3 sigma dan is de kans dat hun gegevens op toeval berusten 1 op 1000. “Een vergelijkbaar voorbeeld is de recente suggestie dat er met behulp van de Large Hadron Collider een nieuw deeltje ontdekt was met een massa van 750 GeV,” legt Sarkar uit. “In eerste instantie had het een 3.9 en 3.4 sigma-meting in december. Maar nieuwe gegevens lieten in augustus zien dat de significantie gedaald was naar minder dan 1 sigma. Het was gewoon een statistische fluctuatie en het deeltje bestaat niet.”

Constante uitdijing
En ook over de versnelde uitdijing van het universum zijn de onderzoekers dus nu iets minder zeker. Sterker nog: het nieuwe onderzoek wijst erop dat het universum heel constant uitdijt. Het zou goed kunnen verklaren waarom we maar geen grip kunnen krijgen op de aard van donkere energie – de hypothetische drijvende kracht achter de uitdijing – want als het universum niet uitdijt, is er ook geen donkere energie.

Kosmische achtergrondstraling
Maar hoe zit het dan met al die andere gegevens die het idee van een sneller uitdijend universum onderschrijven? Je moet dan bijvoorbeeld denken aan de kosmische achtergrondstraling. “De kosmische achtergrondstraling wordt niet direct beïnvloed door donkere energie,” merkt Sarkar fijntjes op. Hij wijst er tevens op dat veel vervolgonderzoek uitgevoerd is met de gedachten dat het universum versneld uitdijt en dat donker energie daar achter zit, in het achterhoofd.

“Natuurlijk moet er nog veel meer werk verzet worden om de natuurkundige wereld hiervan te overtuigen, maar ons werk laat zien dat een belangrijke pijler van het standaardmodel van de kosmologie vrij wankel is. Hopelijk leidt het tot betere analyses van kosmologische data en inspireert het theoretici om genuanceerdere kosmologische modellen te bestuderen.”

Bronmateriaal:
"The universe is expanding at an accelerating rate – or is it?" - University of Oxford

scientias.nl

Human brain is predisposed to negative stereotypes, new study suggests

Brain responds more strongly to information about unfavourably portrayed groups, offering clues as to how prejudice emerges and spreads, research shows


The findings add weight to the view that the negative depiction of ethnic or religious minorities in the media can fuel racial bias.

The human brain is predisposed to learn negative stereotypes, according to research that offers clues as to how prejudice emerges and spreads through society.

The study found that the brain responds more strongly to information about groups who are portrayed unfavourably, adding weight to the view that the negative depiction of ethnic or religious minorities in the media can fuel racial bias.

Hugo Spiers, a neuroscientist at University College London, who led the research, said: “The newspapers are filled with ghastly things people do ... You’re getting all these news stories and the negative ones stand out. When you look at Islam, for example, there’s so many more negative stories than positive ones and that will build up over time.”

The scientists also uncovered a characteristic brain signature seen when participants were told a member of a “bad” group had done something positive - an observation that is likely to tally with the subjective experience of minorities. “Whenever someone from a really bad group did something nice they were like, ‘Oh, weird,’” said Spiers.

Previous studies have identified brain areas involved in gender or racial stereotyping, but this is the first attempt to investigate how the brain learns to link undesirable traits to specific groups and how this is converted into prejudice over time.

The study’s 22 participants were shown snippets of information about fictitious social groups, such as “a member of the Kitils kicked a stray cat” or “a member of the Pellums gave their mother a bouquet of flowers”. The two main groups were secretly designated as “good” and “bad”, with two-thirds of the information fitting the group stereotype and one-third bucking the trend.

Brain scans taken as the participants built up a picture of the tribes showed that activity in a brain region called the anterior temporal pole matched their acquisition of prejudice. By measuring this brain activity, it would be possible to “mathematically track prejudice second by second” to determine a person’s current level of bias, according to Spiers.

The scans also revealed that the brain did not respond equally to good and bad information.

Once the participants had seen enough snippets to feel reassured that a group were essentially goodies, brain activity in the anterior temporal pole quickly tailed off. But it continued to respond strongly to the negative snippets about the behaviour of the “bad” group.

“The negative groups become treated as more and more negative,” said Spiers. “Worse than the equivalent for the positive groups.”

Bastian Schiller, a neuroscientist at the University of Freiburg in Germany who was not involved in the work, said: “They really investigated the process of stereotype formation. Previous studies looking at implicit bias have found activity in similar regions and so it makes sense.”

The scans also revealed a characteristic signature of activity in the brain’s prefrontal cortex, which lit up when participants were given information that went against the stereotype. Again, this response was stronger when a member of a “bad” group did something good than for the reverse.

“It’s a bit like learning there’s some really nice people working in Isis,” said Spiers. “We found a very strong activity in a network of brain areas, in particular the prefrontal cortex, which is involved in detecting anomalies in the world.”

The findings did not reveal whether negative stereotypes are more difficult to reverse, but Spiers predicts that this is likely to be the case, based on the findings.

Scientists believe that stereotypes serve a purpose because clustering people into groups with a variety of expected traits helps us navigate the world without being overwhelmed by information. “[Negative information] may have been more important for your own survival in ancient times,” said Schiller. “It might be more important to store that in your brain.”

In future, scientists predict that it may even be possible to uncover differences in brain structure that explain why some people hold racist or sexist views. “It may just be that certain brains are configured to be more flexible and able to unlearn prejudice and others less so,” said Spiers. “That might be driven by the environment, say if someone grows up in a very racist household, the brain might become trained to be less flexible in its thinking.”

03-11-2016

Supercomputer geeft beter beeld van mogelijk ingrediënt van donkere materie

Waaruit bestaat donkere materie? Axionen misschien. En een supercomputer onthult nu hoe die axionen er dan uit zouden zien.

Onderzoekers hebben met behulp van een supercomputer het succesvolle standaardmodel van de deeltjesfysica uitgebreid. En dat stelt ze onder meer in staat om te voorspellen welke massa de axionen hebben.

Hun berekeningen wijzen uit dat de axionen een massa hebben die tussen de 50 tot 1500 micro-elektronvolt ligt. Dat betekent dat ze tot wel tien miljard keer lichter zijn dan elektronen. Het vereist dat ongeveer elke kubieke centimeter van het universum gemiddeld tien miljoen van zulke superlichte deeltjes bevat. Donkere materie verspreidt zich echter niet evenredig door het universum, maar vormt ‘klonters’ met ‘uitlopers’. Daarom zou bijvoorbeeld ons deel van de Melkweg zo’n biljoen axionen per kubieke centimeter moeten bevatten.


Hier zie je een 3D-kaart van de distributie van donkere materie. Afbeelding: NASA / ESA / Richard Massey (California Institute of Technology).

Onzichtbaar
“Donkere materie is een onzichtbare vorm van materie,” vertelt onderzoeker Andreas Ringwald. “Waaruit het bestaat, is een compleet mysterie.” Bewijs voor het bestaan van donkere materie is tot op heden indirect: we leiden het bestaan van donkere materie af uit de invloed die het op allerlei objecten in het universum lijkt te hebben. Naar schatting bestaat ongeveer 85 procent van de volledige massa van het universum uit donkere materie.

De ingrediënten
Omdat we donkere materie niet direct kunnen waarnemen, is ook nog altijd onduidelijk waar het uit bestaat. Wat wel duidelijk is, is dat de deeltjes waaruit donkere materie is opgebouwd buiten het Standaardmodel van de deeltjesfysica vallen. Dit Standaardmodel is zeer succesvol, maar beschrijft alleen de conventionele vijftien procent van alle materie in de kosmos.

Axionen?
Onderzoekers denken dat donkere materie óf bestaat uit relatief weinig, maar wel heel zware deeltjes óf is opgebouwd uit heel veel lichtere deeltjes. Onderzoek suggereert voorzichtig dat extreem lichte deeltjes – axionen genaamd – met name veelbelovende potentiële ingrediënten van donkere materie zijn. In feite moet het mogelijk zijn deze hypothetische deeltjes waar te nemen, maar de zoektocht naar die deeltjes wordt aanzienlijk gemakkelijker als we ongeveer weten welke massa de deeltjes hebben. “Anders zou de zoektocht decennia lang duren,” stelt onderzoeker Andreas Ringwald.

Met behulp van een supercomputer hebben Ringwald en collega’s nu dus berekend welke massa dit deeltje ongeveer heeft. De wetenschappers verwachten dan ook dat we binnen enkele jaren het bestaan van axionen kunnen bevestigen óf tot de conclusie komen dat de deeltjes niet bestaan.

Bronmateriaal:
"Supercomputer comes up with a profile of dark matter" - DESY
De foto bovenaan dit artikel is afkomstig van Smithsonian Institution.

14-11-2016

Verlamde Hanneke stuurt tablet aan met hersenen



© UMC Utrecht.

Een door ALS geheel verlamde vrouw kan weer communiceren dankzij elektroden in haar hersenpan. De Nederlandse vinding is wereldnieuws. "Het is bijzonder om de eerste te zijn", zegt Hanneke de Bruijne (59).

In 2008 kreeg ze te horen dat ze aan de progressieve spierziekte ALS lijdt. Een paar jaar later was ze totaal verlamd. Maar dit weekend gaf de moeder van drie uit Den Bosch een interview. Dankzij de wetenschappelijke ontdekking uit Utrecht, die haar nu wereldnieuws maakt. "Ik heb meer vertrouwen, ik ben zelfstandiger. Ik kan weer communiceren", aldus de Bruijne tegen het blad New Scientist, dat haar mocht interviewen.

De Bruijne gaf haar antwoorden via het hersenimplantaat waarmee ze een tablet kan aansturen. Haar antwoorden zijn kort: het kost haar een minuut om een woord te spellen. Maar veel belangrijker dan dat: ze kán weer spellen.

En dat heeft ze te danken aan neurochirurg Nick Ramsey, een van oorsprong Britse onderzoeker die al sinds de jaren tachtig werkt in het ziekenhuis UMC Utrecht. Hij vertelt hoe de patiënt een paar jaar na de diagnose zelfs niet meer zelfstandig kon ademen. Ze kon nog wel communiceren door haar ogen te bewegen, maar wist dat de ziekte haar ook die mogelijkheid vermoedelijk zou ontnemen. En dus moest er iets anders worden bedacht.

Signalen
Ramsey en zijn collega's besloten in oktober vorig jaar twee elektroden op het oppervlak van haar hersenen te plaatsen, vlak onder de schedel. De één op het deel van de hersenen dat het bewegen van de hand aanstuurt, de ander op het deel van de hersenen waarmee een mens achteruit telt. De hoop was dat die elektroden signalen in de hersenen zouden opvangen, die via een zender draadloos naar een tablet overgebracht kunnen worden. Dat gebeurt via een klein apparaat, dat als een pacemaker onder de huid van haar borst is geplaatst.

Wat volgde: oefenen, oefenen en nog eens oefenen. De signalen van haar hersenen werden verbonden aan bewegingen op het scherm van haar tablet. Het begon met de meest elementaire bewegingen, daarna met het eenvoudige computerspelletje Pong - en uiteindelijk, na maanden vol oefensessies, typen op het toetsenbord op haar tablet.

Het zoeken naar de juiste letters ging steeds sneller: inmiddels heeft De Bruijne een minuut nodig om een woord te spellen. "Het systeem werkt echt," zegt Ramsey. "Het heeft ons verrast." De Bruijne gebruikt het systeem nu een jaar, vertelt hij, en het is een deel van haar geworden. "Ze gebruikt het een paar keer per week. Ze had niet verwacht dat het zoveel voor haar zou gaan betekenen."

CNN
De wetenschappelijke doorbraak werd dit weekend gepresenteerd tijdens een conferentie in San Diego. De Bruijne zag zichzelf gisteren terug op CNN. Ze vindt het geweldig om de eerste te zijn, zegt ze in New Scientist. "Ik wil graag bijdragen aan mogelijke vooruitgang voor mensen als ik." De plaatsing van de elektroden was zwaar, maar nu ze er zitten voelt ze er niets meer van. De Nederlandse weet dat haar vooruitzichten slecht zijn: wie de diagnose ALS krijgt, wat ruim 500 Nederlanders per jaar overkomt, heeft nog vijf jaar te leven. Ze blijft optimistisch. "Mijn droom is om mijn rolstoel weer zelf te kunnen bedienen."

(HLN)

http://www.sciencealert.c(...)rtion-in-empty-space

It's official: A brand-new human organ has been classified

Your body now has an extra organ.

Researchers have classified a brand-new organ inside our bodies, one that's been hiding in plain sight in our digestive system this whole time.

Although we now know about the structure of this new organ, its function is still poorly understood, and studying it could be the key to better understanding and treatment of abdominal and digestive disease.

Known as the mesentery, the new organ is found in our digestive systems, and was long thought to be made up of fragmented, separate structures. But recent research has shown that it's actually one, continuous organ.

The evidence for the organ's reclassification is now published in The Lancet Gastroenterology & Hepatology.

"In the paper, which has been peer reviewed and assessed, we are now saying we have an organ in the body which hasn’t been acknowledged as such to date," said J Calvin Coffey, a researcher from the University Hospital Limerick in Ireland, who first discovered that the mesentery was an organ.

"The anatomic description that had been laid down over 100 years of anatomy was incorrect. This organ is far from fragmented and complex. It is simply one continuous structure."

Thanks to the new research, as of last year, medical students started being taught that the mesentery is a distinct organ.

The world's best-known series of medical textbooks, Gray's Anatomy, has even been updated to include the new definition.

So what is the mesentery? It's a double fold of peritoneum - the lining of the abdominal cavity - that attaches our intestine to the wall of our abdomen, and keeps everything locked in place.

One of the earliest descriptions of the mesentery was made by Leonardo da Vinci, and for centuries it was generally ignored as a type of insignificant attachment. Over the past century, doctors who studied the mesentery assumed it was a fragmented structure made of separate sections, which made it pretty unimportant.

But in 2012, Coffey and his colleagues showed through detailed microscopic examinations that the mesentery is actually a continuous structure.

Over the past four years, they've gathered further evidence that the mesentery should actually be classified as its own distinct organ, and the latest paper makes it official.

You can see the new organ illustrated below:



And while that doesn't change the structure that's been inside our bodies all along, with the reclassification comes a whole new field of medical science that could improve our health outcomes.

"When we approach it like every other organ… we can categorise abdominal disease in terms of this organ," said Coffey.

That means that medical students and researchers will now investigate what role - if any - the mesentery might play on abdominal diseases, and that understanding will hopefully lead to better outcomes for patients.

"Now we have established anatomy and the structure. The next step is the function. If you understand the function you can identify abnormal function, and then you have disease. Put them all together and you have the field of mesenteric science … the basis for a whole new area of science," said Coffey.

"This is relevant universally as it affects all of us."

It just goes to show that no matter how advanced science becomes, there's always more to learn and discover, even within our own bodies.

PHYSICISTS SAY THEY'VE MANIPULATED 'PURE NOTHINGNESS' AND OBESERVED THE FALLOUT

In the quantum vacuum, no one can hear you scream.


According to quantum mechanics, a vacuum isn't empty at all. It's actually filled with quantum energy and particles that blink in and out of existence for a fleeting moment - strange signals that are known as quantum fluctuations.

For decades, there had only ever been indirect evidence of these fluctuations, but back in 2015, researchers claimed to have detected the theoretical fluctuations directly. And now the same team says they've gone a step further, having manipulated the vacuum itself, and detecting the changes in these strange signals in the void.

We're entering the territory of high-level physics here, but what's really important in this experiment is that, if these results are confirmed, the researchers might have just unlocked a way to observe, probe, and test the quantum realm without interfering with it.

That's important, because one of the biggest problems with quantum mechanics - and our understanding of it - is that every time we measure and observe a quantum system, we destroy it, which doesn't bode well when we want to tease out what's really going on in the quantum world.

This is where the quantum vacuum comes into it.

First of all, let's think of a vacuum in a classical way - as space entirely devoid of matter, with the lowest possible energy. There are no particles there, and nothing to interfere with pure physics.

But a byproduct of one of the most fundamental principles in quantum mechanics, Heisenberg's uncertainty principle, states that there's a limit to how much we can know about quantum particles, and as a result, a vacuum isn't empty, it's actually buzzing with its own strange energy, and filled with particle-antiparticle pairs that appear and disappear randomly.

These are more like 'virtual' particles than physical matter, so ordinarily you can't detect them. But although they're invisible, like most things in the quantum world, they subtly influence the real world.

These quantum fluctuations produce randomly fluctuating electric fields that can affect electrons, which is how scientists first indirectly demonstrated their presence back in the 1940s.

For decades, that was all we had to go on.

Then, in 2015, a team led by Alfred Leitenstorfer from the University of Konstanz in Germany claimed they'd directly detected these fluctuations, by observing their influence on a light wave. The results were published in Science.

To do this, they fired a super short laser pulse - lasting only a few femtoseconds, which is a millionth of a billionth of a second - into a vacuum, and were able to see subtle changes in the polarisation of the light. They said these changes were caused directly by the quantum fluctuations.

It's a claim that's still being debated, but the researchers have now taken their experiment to the next level by 'squeezing' the vacuum, and say they've been able to observe the strange changes in the quantum fluctuations as a result.

This isn't just further evidence of the existence of these quantum fluctuations - it also suggests that they've come up with a way to observe experiments in the quantum world without messing up the results, which is something that would ordinarily destroy the quantum state.

"We can analyse quantum states without changing them in the first approximation," said Leitenstorfer.

Usually when you're looking for the effects of quantum fluctuations on a single light particle, you'd have to detect that light particle, or amplify it, in order to see the effect. And this would remove the 'quantum signature' left on that photon, which is similar to what the team did in the 2015 experiment.

This time, instead of looking at the changes in quantum fluctuations by absorbing and amplifying photons of light, the team studied light on the time domain.

That sounds weird, but in a vacuum, space and time behave in the same way, so it's possible to examine one to learn more about the other.

Doing this, the team saw that when they 'squeezed' the vacuum, it worked kind of like squeezing a balloon, and redistributed the strange quantum fluctuations within it.

At some points, the fluctuations became way louder than the background 'noise' of an unsqueezed vacuum, and in some parts, they were quieter.

Leitenstorfer compares this to a traffic jam - when there's a bottleneck that cars build up behind, in front of that point, the density of cars will decrease again.

The same thing happens in a vacuum, to a certain extent - as the vacuum gets squeezed in one place, the distribution of the quantum fluctuations changes, and they can speed up or slow down as a result.

That effect can be measured on the time domain, which you can see below charted out on space-time. The bump in the middle is the 'squeeze' in the vacuum:



As you can see, as a result of the squeeze, there are some blips in the fluctuations.

But something else weird happens too, the fluctuations in some places appear to drop below the background noise level, which is lower than the ground state of empty space, something the scientists call an "astonishing phenomenon".

"As the new measurement technique neither has to absorb the photons to be measured nor amplify them, it is possible to directly detect the electromagnetic background noise of the vacuum and thus also the controlled deviations from this ground state, created by the researchers," explains a press release.

The team is now testing just how accurate their technique is, and how much they can learn from it.

Even though the results so far are impressive, there's still a chance the team might have only achieved a so-called weak measurement - a type of measurement that doesn't disturb the quantum state, but doesn't actually tell researchers very much about a quantum system.

If they can learn more using this technique, they want to continue to use it to probe the 'quantum state of light', which is the invisible behaviour of light at the quantum level that we're only just beginning to understand.

Further verification is needed to replicate the team's findings and show that their experiment really works. But it's a pretty cool first step.

20-01-2017

Een robot die het hart pakt



Een opmerkelijke uitvinding van de National University of Ireland in Galway. Daar is een robot ontwikkeld die zich rond een menselijk hart nestelt en het hart helpt om te kloppen. Het zachte machientje uit siliconen is vooral geschikt voor mensen met een zeer zwak hart, die op een donor zitten te wachten en ondertussen grote kans lopen op hartfalen. Het moet mensen weer een normale hartfunctie geven.

De robot wordt aangedreven door een externe pomp, die buisjes in de robot opblaast en weer leeg laat lopen. Zo functioneert de robot als een extra spier om het hart te laten pompen, zonder dat ingewikkelde machines nodig zijn, zoals nu nog vaak het geval is bij ernstig hartfalen. De robot is bovendien op maat te maken, zodat het voor iedere patiënt precies de goede ondersteuning biedt.

De robot is tot nu toe bij dieren getest, waar hij uitstekend voldeed. Varkens met een zwak hart konden dankzij deze technologie weer gewoon leven. Een volgende stap wordt het testen op mensen, een belangrijk moment. Daarvoor zullen vooral mensen worden gebruikt die op de wachtlijst staan voor een donorhart. Momenteel overlijdt een vijfde van de mensen die zitten te wachten op het hart van een overledene.

Bij een dergelijk stadium van hartfalen wordt nu nog vaak het hart verwijderd en vervangen door een automatische bloedpomp. Alleen zijn die niet ongevaarlijk omdat ze kunnen leiden tot klontering van het bloed. Om dat tegen te gaan, moeten bloedverdunners worden geslikt. Maar die hebben weer gevaarlijke bijwerkingen. Dat is bij de hartrobot niet het geval, er zijn geen extra medicijnen nodig.

(faqt.nl)

24-01-2017

Primeur: wetenschap presenteert het eerste semi-synthetische organisme

Het organisme bezit de vier nucleobasen die elk organisme op aarde bezit plús twee synthetische nucleobasen.


Nucleobasen vormen tweetallen: basenparen. En die basenparen vormen de ‘treden’ van de ‘DNA-ladder’. Afbeelding: Taka (via Wikimedia Commons).

Al het leven op aarde is gebaseerd op vier nucleobasen: A, T, C en G (zie afbeelding hiernaast). Tenminste: tot nu toe was dat zo. Want onderzoekers komen nu met een organisme op de proppen dat in zijn genetische code naast deze natuurlijke nucleobasen twee synthetische basen bezit: X en Y.
Stabiel
En die semi-synthetische genetische code is stabiel. Dat wil zeggen: wanneer het organisme zich deelt, blijven X en Y deel uitmaken van de genetische code. En dat is een primeur. Nog niet eerder slaagden onderzoekers erin om een stabiel semi-synthetisch organisme te creëren.

Aanpassingen
De synthetische nucleobasen X en Y werden al in 2014 ontwikkeld en in de genetische code van een E. coli-bacterie geplaatst. Maar de bacterie slaagde er niet in om wanneer hij zich deelde deze nucleobasen te behouden. En met die nucleobasen verloor hij ook de extra informatie die in zijn DNA was gestopt. “Jouw genoom moet een leven lang stabiel zijn,” legt onderzoeker Floyd Romesberg uit. “Als het semi-synthetische organisme een echt organisme moet worden, moet het in staat zijn om die informatie te behouden.” En dus werden er maatregelen genomen. Zo werd onder meer de Y geoptimaliseerd, zodat deze gemakkelijker gekopieerd kon worden. Daarnaast zorgden de onderzoekers ervoor dat het organisme een genetische sequentie zonder X en Y als kwaadaardig aanzag. Een cel die X en Y liet vallen, werd dan ook direct vernietigd. Zo werd het organisme als het ware immuun voor het verlies van de synthetische nucleobasen.

Voor altijd
Experimenten tonen aan dat het semi-synthetische organisme na die ingrepen zelfs na 60 keer delen nog in staat is om de X en Y in zijn genoom te behouden. De onderzoekers denken dan ook dat het organisme de synthetische nucleobasen voor altijd in bezit kan houden.

WIST JE DAT…
…DNA vorig jaar voor het eerst in de ruimte werd ontrafeld?

Maar welke implicaties heeft deze doorbraak nu? Allereerst benadrukken de onderzoekers dat hun werk alleen toepassingen kent in eencelligen en dus niet in complexere levensvormen. Daarnaast zijn er op dit moment geen toepassingen voor het semi-synthetische organisme: de wetenschappers hebben het organisme alleen zo ver gekregen dat deze genetische informatie opslaat. Maar: in de toekomst kan dat gaan veranderen. Wetenschappers zoeken nu uit hoe hun nieuwe genetische code gekopieerd kan worden naar RNA: het molecuul in de cellen dat nodig is om DNA te vertalen naar eiwitten. “Dit onderzoek legt de basis voor wat we in de toekomst willen gaan doen,” stelt onderzoeker Yorke Zhang. En wat willen de onderzoekers dan precies gaan doen? Ze stellen zich voor dat hun studie gebruikt kan worden om eencellige organismen nieuwe functies te geven, waarna deze een bijdrage kunnen leveren aan het ontdekken van nieuwe medicijnen en nog veel meer.

(scientias.nl)

[ Bericht 0% gewijzigd door ExperimentalFrentalMental op 25-01-2017 09:09:21 ]

25-01-2017

Doorbraak: menselijke huid komt nu uit 3D-printer


Niet alleen bij huidtransplantaties, maar ook bij cosmetische en farmaceutische tests kan de 3D-geprinte huid gebruikt worden. Proeven op dieren kunnen zo overbodig worden. © thinkstock.

Een team biologen heeft een prototype gebouwd van een 3D-bioprinter die menselijke huid kan maken. Dat betekent niet alleen een doorbraak in de huidtransplantaties, de nieuwe techniek kan ook een einde maken aan proeven op dieren en kan gebruikt worden voor chemische, cosmetische en farmaceutische tests.
Vorsers van de Carlos III universiteit in Madrid maakten de menselijke huid na, geheel met een opperhuid die beschermt, een dikkere laag die als eigenlijke huid dienstdoet en een laag fibroblastcellen die collageen aanmaken, het eiwit dat de huid zijn elasticiteit en sterkte verleent. Ze maken zich sterk dat hun in het labo gemaakte huid kan gebruikt worden bij transplantaties voor brandwonden en allerlei proeven.

"Je moet weten hoe je de biologische componenten moet mengen en in welke omstandigheden je ermee moet werken opdat de cellen niet stukgaan. Ook de juiste manier om het product aan te brengen is van cruciaal belang", stelt onderzoeker Juan Francisco del Cañizo.

3D-huid die voor transplantaties bestemd is, moet van de cellen van de patiënt gemaakt worden zodat diens lichaam de nieuwe huid niet afstoot. Voor industrieel gebruik zoals chemische proeven kan huid massaal geproduceerd worden van willekeurige cellen.

"Bioprinten laat ons toe op een gestandaardiseerde, geautomatiseerde manier huid te maken. Het proces is minder duur dan de manuele productie", aldus Alfredo Brisac, CEO van biotechnologiebedrijf Biodan Group dat de nieuwe techniek wil commercialiseren.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het vakblad Biofabrication.

(HLN)

De expansie van het universum gaat duidelijk sneller dan eerst gedacht en volgens de theorie gedacht. Alleen het jonge universum hield zich aan het theoretische model
http://www.mpa-garching.mpg.de/407852/news20170126

These artificial cells are not alive - but they just passed the Turing test

They're communicating with bacteria.

Scientists have built artificial cells that are so life-like, they've tricked natural cells into thinking they're communicating with one of their own.

This twist on the classic Turing test means that not only can our robots fool humans into thinking they’re one of us - scientists can now make artificial cells that act so real, living organisms can’t tell the difference.

"We have been interested in the divide between living and nonliving chemical systems for quite some time now, but it was never really clear where this divide fell," one of the team, Sheref S. Mansy from the University of Trento, Italy, told ResearchGate.

"[I]t is absolutely possible to make artificial cells that can chemically communicate with bacteria."

Proposed more than 60 years ago by British computer scientist Alan Turing, the Turing test is designed to evaluate the intelligence of a machine by asking one simple question - can it trick a human into thinking they’re having a conversation with another human?

Today’s robots are so advanced, even their strategic silences seem human, and now scientists have set their sights on a different type of artificial intelligence - non-living cells constructed in the lab.

To make their artificial cells, Mansy and his team built tiny, cell-like structures packed with DNA instructions that they could use to make RNA, which in turn would produce specific proteins in response to outside stimuli.

These proteins would only be produced in the presence of a particular bacterial molecule - an acyl homoserine lactone (AHL).

When the artificial cells were placed near living bacteria from three different species - E. coli, Vibrio fischeri, and Pseudomonas aeruginosa - and they started producing proteins in response to the AHL, it told the researchers that they were 'listening' to their bacterial neighbours.

But it’s not enough to just listen in on someone else’s conversation - if you want to convince someone that you’re just as alive as them, you have to engage them in a two-way conversation.

Once the researchers could prove that their artificial cells were detecting the presence of living bacteria, they gave them the ability to communicate with them, by producing their own AHLs that could be interpreted by the bacteria.

This process mimics how simple lifeforms communicate with each other in nature - such as bacteria talking to bacteria, or bacteria talking to algae - and it means we could theoretically build cells that act as mediators for organisms that are having trouble connecting.

"Artificial cells can sense the molecules that are naturally secreted from bacteria, and in response synthesise and release chemical signals back to the bacteria," Mansy told Maarten Rikken at ResearchGate.

"Such artificial cells do a reasonably good job of mimicking natural cellular life, and can be engineered to mediate communication paths between organisms that do not naturally speak with each other."

The artificial cells still have a long way to go, particularly towards being self-reliant.

As Mansy explains, the 'translation machinery' required for them to produce proteins from RNA blueprints was isolated from living bacteria and implanted into the artificial cells, but the ideal scenario would be to have the cells producing their own translation machinery.

That said, the fact that the living bacteria ultimately couldn't tell the difference means we could build these things in bulk, and use them to facilitate vast, highly complex networks of organisms that would never usually communicate on their own.

And they could even do the opposite. The team found that in some cases, the artificial cells could interfere with the activity of disease-causing bacteria, which means one day we could use them to neutralise biofilms - adhesive colonies of harmful bacteria that are responsible for more than 80 percent of all microbial infections in the body.

With scientists unveiling the first ever 'semi-synthetic' organisms last week; this human-pig embryo being built in the lab; and robots passing a classic self-awareness test, we might soon have to adjust our definition of life as a wholly natural construction, and accept our lab-built counterparts as (almost) as good as the real thing.

quote:

Op dinsdag 31 januari 2017 02:10 schreef Kijkertje het volgende:
[ afbeelding ]

These artificial cells are not alive - but they just passed the Turing test

They're communicating with bacteria.

Scientists have built artificial cells that are so life-like, they've tricked natural cells into thinking they're communicating with one of their own.

This twist on the classic Turing test means that not only can our robots fool humans into thinking they’re one of us - scientists can now make artificial cells that act so real, living organisms can’t tell the difference.

"We have been interested in the divide between living and nonliving chemical systems for quite some time now, but it was never really clear where this divide fell," one of the team, Sheref S. Mansy from the University of Trento, Italy, told ResearchGate.

"[I]t is absolutely possible to make artificial cells that can chemically communicate with bacteria."

Proposed more than 60 years ago by British computer scientist Alan Turing, the Turing test is designed to evaluate the intelligence of a machine by asking one simple question - can it trick a human into thinking they’re having a conversation with another human?

Today’s robots are so advanced, even their strategic silences seem human, and now scientists have set their sights on a different type of artificial intelligence - non-living cells constructed in the lab.

To make their artificial cells, Mansy and his team built tiny, cell-like structures packed with DNA instructions that they could use to make RNA, which in turn would produce specific proteins in response to outside stimuli.

These proteins would only be produced in the presence of a particular bacterial molecule - an acyl homoserine lactone (AHL).

When the artificial cells were placed near living bacteria from three different species - E. coli, Vibrio fischeri, and Pseudomonas aeruginosa - and they started producing proteins in response to the AHL, it told the researchers that they were 'listening' to their bacterial neighbours.

But it’s not enough to just listen in on someone else’s conversation - if you want to convince someone that you’re just as alive as them, you have to engage them in a two-way conversation.

Once the researchers could prove that their artificial cells were detecting the presence of living bacteria, they gave them the ability to communicate with them, by producing their own AHLs that could be interpreted by the bacteria.

This process mimics how simple lifeforms communicate with each other in nature - such as bacteria talking to bacteria, or bacteria talking to algae - and it means we could theoretically build cells that act as mediators for organisms that are having trouble connecting.

"Artificial cells can sense the molecules that are naturally secreted from bacteria, and in response synthesise and release chemical signals back to the bacteria," Mansy told Maarten Rikken at ResearchGate.

"Such artificial cells do a reasonably good job of mimicking natural cellular life, and can be engineered to mediate communication paths between organisms that do not naturally speak with each other."

The artificial cells still have a long way to go, particularly towards being self-reliant.

As Mansy explains, the 'translation machinery' required for them to produce proteins from RNA blueprints was isolated from living bacteria and implanted into the artificial cells, but the ideal scenario would be to have the cells producing their own translation machinery.

That said, the fact that the living bacteria ultimately couldn't tell the difference means we could build these things in bulk, and use them to facilitate vast, highly complex networks of organisms that would never usually communicate on their own.

And they could even do the opposite. The team found that in some cases, the artificial cells could interfere with the activity of disease-causing bacteria, which means one day we could use them to neutralise biofilms - adhesive colonies of harmful bacteria that are responsible for more than 80 percent of all microbial infections in the body.

With scientists unveiling the first ever 'semi-synthetic' organisms last week; this human-pig embryo being built in the lab; and robots passing a classic self-awareness test, we might soon have to adjust our definition of life as a wholly natural construction, and accept our lab-built counterparts as (almost) as good as the real thing.

wow

02-02-2017

Eindelijk is er een bouwtekening voor 's werelds eerste kwantumcomputer

Onderzoekers komen met de eerste praktische blauwdruk voor de bouw van de meest krachtige computer op aarde.

Alles veranderde met de introductie van de computer. Het was een revolutie. En op korte termijn staat ons een tweede revolutie te wachten. En ook deze wordt mede mogelijk gemaakt door een computer. Maar dan wel een heel bijzondere: de kwantumcomputer. Het is de krachtigste computer die ooit gebouwd is. De immense rekenkracht van de kwantumcomputer kan worden ingezet om de grote vraagstukken in de wetenschap – van mysteries in het universum tot klimaatverandering – op te lossen of voor de ontwikkeling van nieuwe levensreddende medicijnen. Onderzoekers weten het zeker: de kwantumcomputer gaat voor een revolutie zorgen. Maar..dan moeten we ‘m wel eerst bouwen.

De kwantumcomputer versus jouw pc

Stel: je vraagt een klassieke computer om in de stad Amsterdam de snelste route tussen punt A en B te berekenen. Dan zal deze computer alle routes één voor één proberen om vervolgens de snelste te presenteren. De kwantumcomputer hoeft al deze routes niet één voor één te proberen, maar kan ze allemaal tegelijkertijd vergelijken en dus veel sneller met een antwoord komen. Het wordt allemaal mogelijk gemaakt door zogenoemde kwantumbits die – in tegenstelling tot een klassieke bit – de waarde 0 én 1 kunnen hebben.

Bouwplan
Nieuw onderzoek brengt de bouw van zo’n superkrachtige computer nu een stapje dichterbij. In het blad Science Advances komen wetenschappers namelijk met een concreet bouwplan. “Jaren hebben mensen gezegd dat het onmogelijk is om een kwantumcomputer te bouwen,” vertelt onderzoeker Winfried Hensinger. “Met onze studie tonen we niet alleen aan dat het mogelijk is, maar leveren we direct een bouwplan aan voor de bouw van een grootschalige machine.”

Elektrische velden
En in dat bouwplan vinden we onder meer een nieuwe uitvinding die het mogelijk maakt om kwantumbits van de ene naar de andere kwantumcomputermodule over te dragen. Eerder hadden onderzoekers voorgesteld om computermodules met glasvezelverbindingen aan elkaar te koppelen. Maar de onderzoekers stellen voor om verbindingen te creëren met behulp van elektrische velden die het mogelijk maken om ionen van de ene naar de andere module te transporteren. Hierdoor kunnen veel hogere verbindingssnelheden worden behaald.

De volgende stap is natuurlijk het bouwen van zo’n kwantumcomputer. Het onderzoeksteam ziet dat helemaal zitten en stort zich binnenkort op de bouw van een prototype. Daarnaast heeft het team er bewust voor gekozen het bouwplan publiekelijk te maken, zodat ook onderzoekers en bedrijven elders ter wereld ermee aan de slag kunnen.

(scientias.nl)

13-02-2017

Japanse onderzoekers ontwikkelen drones die planten kunnen bestuiven

De drones zijn bedekt met een plakkerige gel waar pollen aan blijven plakken en zijn reeds gebruikt om lelies te bestuiven.

Wanneer bijen neerstrijken op een bloem om nectar te verzamelen, blijven pollen aan hun haren plakken. Met die pollen kunnen ze vervolgens tijdens een volgend bezoekje aan een bloem een andere plant bevruchten. Bijen spelen zo een cruciale rol: ze nemen de bestuiving van ongeveer een zesde van alle bloeiende planten wereldwijd op zich. En zeker een derde van wat wij mensen eten, komt tot stand dankzij de bestuiving door bijen.

Het probleem
Helaas gaat het niet zo goed met de bijen: wereldwijd lopen hun aantallen terug. En daarmee komt dus ook de bestuiving van planten – en de voedselzekerheid – in het geding. Tijd om de bijen een handje te helpen. Bijvoorbeeld door piepkleine drones in te zetten om planten te bestuiven. Een leuk idee, maar hoe zorg je ervoor dat pollen aan deze drones blijven plakken? Japanse onderzoekers hebben daar – min of meer per ongeluk – nu iets op bedacht.

De gel
In 2007 ontwikkelde onderzoeker Eijiro Miyako vloeistoffen die gebruikt konden worden als elektrische geleiders. Eén van zijn pogingen resulteerde in een plakkerige gel. Onbruikbaar, zo dacht hij, en de gel belandde in een la. Tien jaar later kwam Miyako deze tijdens een grote opruiming in het laboratorium weer tegen. En opeens zag hij voor deze plakkerige gel wél mogelijkheden. Zou deze niet ingezet kunnen worden om pollen op te pikken?

De eerste experimenten
Miyako nam in eerste instantie de proef op de som met mieren. Hij smeerde hun lijfjes in met de gel en liet ze vervolgens los in een doos met tulpen. De mieren die met de gel bedekt waren, bleken veel meer pollen met zich mee te voeren dan de mieren die zonder gel door het leven gingen. In een ander experiment – dit keer met huisvliegen – bleek de gel bovendien een camouflerend effect te hebben. De gel veranderde in reactie op verschillende lichtbronnen, van kleur. Wanneer deze gel op een kunstmatige bestuiver zou worden toegepast, zou deze er dus ook nog eens voor kunnen zorgen dat roofdieren deze bestuiver niet opmerken.


Deze artistieke impressie laat een kleine drone zien die een lelie bestuift. Afbeelding: Eijiro Miyako.

Haren en gel
Maar werkte de gel ook op kunstmatige bestuivers zo goed als op mieren en huisvliegen? Die vraag wilde Miyako wel eens beantwoord zien. En dus ging hij experimenteren met een kleine drone. De buik van deze drone insmeren met de plakkerige gel zou niet voldoende zijn om heel veel pollen vast te houden. Dus werd de buik van de drone niet alleen bedekt met de gel, maar tevens met paardenharen. Die haren creëren een veel groter oppervlak voor de pollen om aan te blijven plakken. Bovendien genereren ze een elektrische lading die de pollen op hun plek houdt. De onderzoekers lieten de drones – die op afstand bestuurbaar zijn – over de bloemen van Japanse lelies (Lilium japonicum) scheren. De robots namen de pollen op en zetten deze vervolgens af op andere lelies. Drones zonder gel en paardenharen bleken daar niet toe in staat.

“De resultaten (…) kunnen leiden tot de ontwikkeling van kunstmatige bestuivers en de problemen die ontstaan zijn door krimpende bijenpopulaties zo tegengaan,” denkt Miyako. Hij denkt niet dat de drones de bij overbodig maken, maar ziet ze meer als een ondersteuning voor de bij. In de toekomst kunnen de robots een deel van het takenpakket van de bij overnemen. Er zijn tenslotte nog altijd dingen die bijen wel en robots niet kunnen. Denk bijvoorbeeld aan het maken van honing.

(scientias.nl)

14-02-2017

Niet langer science fiction: de eerste vliegende auto is te koop

Lange tijd leek het nog regelrechte science fiction, maar nu is het er dan toch echt: een vliegende auto. De Nederlandse autofabrikant PAL-V heeft zijn eerste commerciële varianten te koop gezet. Pas eind 2018 worden ze ook echt geleverd.

PAL-V is een bedrijf uit Raamsdonksveer (Noord-Brabant). De fabrikant werkt al jaren aan de eerste vliegende auto, wat in dit geval eigenlijk vooral een combinatie tussen een helikopter en een auto is. Nu zijn er twee modellen voor iedereen te koop: de Liberty Pioneer en de Liberty Sport. Hier betaal je echter wel flink voor, want het goedkoopste model kost 299.000 euro.

Topman Robert Dingemanse stelt dat zijn voertuig, een soort vliegende driewieler, aan alle bestaande veiligheidsstandaarden en regels voldoet. De auto rijdt op de weg maximaal 160 kilometer per uur.

Vliegbrevet
Daarnaast kan het voertuig dus vliegen, maar daar is wel een vliegbrevet voor nodig. Ook is het alleen mogelijk om van vliegveld naar vliegveld te vliegen, want alleen daar mag opgestegen en geland worden. Het vliegen doet de Liberty met een snelheid tussen de 50 en 180 kilometer per uur.

(HLN)

17-02-2017

Eindelijk weten we hoe een cel zich deelt: dankzij een bewegende steiger

Zonder dat je het doorhebt vinden er gedurende je hele leven ongeveer 10.000 triljoen celdelingen plaats in jouw lichaam. Maar hoe splitst een cel zich in twee of meer cellen? Daar zijn wetenschappers nu achter gekomen!

Onderzoek naar celdeling is van groot belang. Celdeling verklaart hoe leven op aarde is ontstaan, maar veroorzaakt ook allerlei ziekten. Tijdens celdeling kunnen er fouten in het DNA ontstaan, die leiden tot de vorming van een tumor. Er zijn zelfs wetenschappers die denken dat we honderden jaren oud kunnen worden als het proces van celdeling geperfectioneerd wordt. Iedere keer als een cel zich deelt, sterft een stukje telomeer (het uiteinde van een chromosoom) af. Telomeren worden steeds korter en uiteindelijk gaat een cel dood. Een telomeer houdt het maximaal 142 jaar vol, dus niemand kan langer leven. Maar wie weet kraken we ooit de code en worden telomeren niet korter tijdens celdeling en is de weg vrij om extreem oud te worden.



Onderzoek met een Nederlands tintje
Dankzij onderzoek van een internationaal team van wetenschappers weten we nu eindelijk hoe een cel zich deelt. Een van de auteurs van het paper is professor Cees Dekker van de TU Delft. Dekker weet alles over bacteriën en toonde in 2015 aan dat bacteriën antibiotica kunnen verslaan door samen te werken. Het paper is vandaag verschenen in het toonaangevende wetenschappelijke vakblad Science.

Moleculaire metselaars
Het is al 25 jaar bekend dat een bacterie zich in tweeën deelt door in het midden van de cel een zogenoemde Z-ring aan te leggen. Hij knijpt zichzelf hiermee in twee dochtercellen. Maar wat gebeurt er precies? Dekker en zijn internationale collega’s gebruikten geavanceerde microscopen om het proces van dichtbij te observeren. De bacterie maakt hierbij gebruik van moleculaire metselaars. En het zijn snelle jongens! In een kwartier tijd is een nieuwe celwand klaar.

Bewegende steiger
De onderzoekers gaven elk materiaal in de celwand een eigen kleur. Door deze kleuren te veranderen, zagen ze hoe een celwand van buiten naar binnen wordt opgebouwd. Dit gebeurt niet geleidelijk, maar iedere keer op een andere plek. Een bepaald eiwit – FtsZ – maakt een boogvormig stukje polymeer, dat zich voortbeweegt. Het is een soort bewegende steiger. Cees Dekker legt uit dat dit ‘treadmilling’ heet. “Bij treadmilling creëer je verplaatsing door aan voorkant iets toe te voegen en tegelijk aan de achterkant weer weg te halen”, zegt Dekker. “Een cel gebruikt dit fenomeen dus ook voor het bouwen van celwand, blijkt uit ons onderzoek.”


Het is geen rollende steiger, maar een vaste steiger die wordt herbouwd. Dekker: “De cel bouwt voor de werkzaamheden aan de celwand de hele tijd nieuwe steigerplanken bij, zeg aan de rechterkant van de FtsZ steiger, en breekt dan de overbodige steiger aan de linkerkant achter de werkzaamheden weer af. En zo schuift de steiger langs de celwand. De nieuwe ontdekking lost de 25 jaar oude puzzel op van hoe FtsZ de celdeling coördineert.”

Resistentie
Dekker hoopt dat het onderzoek helpt om alternatieve antibiotica te ontwikkelen. “Dat is nog wel ver weg, maar als we de celdeling van bacteriën gericht kunnen verstoren, kunnen we ook ziekteverwekkende bacteriën in de toekomst mogelijk met nieuwe wapens bestrijden.” En dat is goed nieuws, want omdat mensen meer antibiotica gebruiken, worden bacteriën vaker resistent. De verwachting is dat in 2050 wellicht meer mensen sterven door resistentie dan aan kanker.

(scientias.nl)

20-02-2017

‘Bijzonder om zo gedetailleerd in het brein te kijken’

Shruti Ullas onderzoekt hoe ons brein zich aanpast aan uitspraakvariatie

De proefpersonen van Shruti Ullas deden heel netjes wat ze verwachtte. Maar eenmaal in de hersenscanner levert dezelfde taak ineens heel andere resultaten op. Hoe kan dat? NEMO Kennislink spreekt opnieuw met de promovendus uit het Language in Interaction-project.

door Erica Renckens

Dit artikel maakt deel uit van de reeks Taaltalent. In Taaltalent volgt Kennislink enkele jonge onderzoekers uit het Language in Interaction-project gedurende hun promotieonderzoek.

Niemand spreekt precies hetzelfde. De uitspraak van een woord klinkt uit een Limburgse mond anders dan uit een Amsterdamse. En als je een verstopte neus hebt, klink je ook anders dan normaal. Toch verstaan luisteraars het doorgaans allemaal prima. Shruti Ullas onderzoekt sinds juni 2014 hoe onze hersenen dit voor elkaar krijgen.

Een jaar geleden vertelde de promovendus dat ons brein waarschijnlijk verschillende aanwijzingen gebruikt voor deze herkalibrering, afgestemd op een specifieke spreker. Zo kent elke taal zijn eigen regelmatigheden: in het Nederlands verwacht je na het non-woord ‘herk-’ eerder een t dan een p. Daarnaast bevatten sommige klanken – met name klinkers – akoestische informatie over omliggende klanken die kunnen helpen om een dubbelzinnige klank te herkennen.
Jb erica renckens phders 150096 klein


De Amerikaanse Shruti Ullas begon in juni 2014 aan haar promotieonderzoek.
 Joeri Borst voor Radboud Universiteit via CC BY-NC-ND 2.0

Maar de eerste twee aanwijzingen die Ullas onder de loep nam, zijn de informatie uit onze woordkennis en uit de visuele input. ‘Markt’ is een bestaand woord en ‘markp’ niet, dus die ambigue klank na ‘mark-’ zal vast een t zijn. Bovendien zie je dat de spreker bij die laatste klank zijn lippen niet op elkaar perst, dus het is onwaarschijnlijk dat hij toch een p zei. In hoeverre draagt deze informatie bij aan het verstaan van spraak en waar in ons brein vindt dit plaats?

Ot of op?

“In mijn eerste gedragsexperiment keek ik alleen naar het effect van de informatie uit onze woordenschat”, vertelt de onderzoeker. “Eerst bepaalde ik voor elke proefpersoon welke klank precies tussen ot en op in zat; dat verschilt per persoon. Die klank plakte ik vervolgens in woorden die eindigen op een van deze klanken, zoals ‘grot’.” Ullas koos juist voor deze twee klanken, omdat er relatief veel Nederlandse woorden hierop eindigen. Bovendien gebruiken ook andere onderzoekers deze klanken in hun experimenten, wat onderling vergelijken van resultaten vergemakkelijkt.

Een proefpersoon hoorde eerst een reeks woorden die eindigden op de dubbelzinnige klank. Daarna hoorde hij de ambigue t/p-klank geïsoleerd en moest hij aangeven wat hij hoorde. Zo keek Ullas of het brein van de proefpersoon herkalibreerde: is de dubbelzinnige klank ineens duidelijk een t of een p geworden?

“Zo blijkt het inderdaad te werken”, verklapt Ullas haar nog ongepubliceerde bevinding. “Al is de invloed van visuele informatie groter.” In een tweede experiment hoorden proefpersonen nepwoorden die eindigden op de dubbelzinnige klank. Tegelijkertijd keken ze naar een video waarin een mond het woord uitspreekt. De lipbewegingen bepaalden of de proefpersoon de ambigue klank vervolgens hoorden als een t of een p. Ullas: “Dat is een interessant interactiepunt tussen ons visuele en auditieve systeem.”


Wat je ziet beïnvloedt wat je hoort. De eind-t in ‘walnoot’ heeft Ullas hier kunstmatig aangepast, zodat hij precies tussen een t en een p inzit. Je ziet dat de mond een t vormt en geen p. Dat helpt bij het verstaan.

Anders in de scanner

Als volgende stap van het onderzoek herhaalt de promovendus dit experiment, maar dan in een fMRI-scanner. Deze scanner registreert de toe- of afname van zuurstof in het bloed in het brein. Een toename in een bepaald gebied duidt op toegenomen hersenactiviteit in die specifieke regio. Zo wil Ullas vaststellen waar in de hersenen deze herkalibrering precies plaatsvindt.

Dat blijkt echter een stuk lastiger dan de promovendus had verwacht. “We wilden de mensen bij wie tijdens het gedragsexperiment het effect het duidelijkst was in de scanner leggen. Dan kan ik hun gedrag combineren met de onderliggende neurologische basis en zo zien wat er gebeurt. Maar dat blijkt nogal een uitdaging: in de fMRI herkalibreren deze mensen niet zo goed als tijdens het gedragsexperiment. We zijn nog aan het uitzoeken hoe dit komt.”

Een van de mogelijke stoorzenders is het achtergrondgeluid dat de scanner produceert. Dit geluid, dat soms wel honderd decibel bereikt, zou het lastiger kunnen maken om de aangeboden klanken te horen. “Maar dit geluid is heel regelmatig, waardoor mensen het na een tijdje meestal wel wegfilteren”, verklaart de onderzoeker. “We hebben ook geprobeerd om de stimuli juist aan te bieden in stille periodes tussen het scannergeluid door, maar de problemen bleven bestaan. Misschien is in de scanner liggen ook minder comfortabel voor een proefpersoon dan de situatie tijdens het gedragsexperiment, en heeft dat invloed op het resultaat.”


Tijdens een fMRI-meting ligt de proefpersoon met zijn hoofd in de holle cilindrische magneet van de MRI-scanner. De sterkte van de magneet bepaalt hoe nauwkeurig het beeld wordt. Universiteit Maastricht beschikt over een MRI-scanner met een magneet van 7 tesla (7T), wat bovengemiddeld sterk is.
 Barbara Braams

Ullas vertrouwt erop dat ze binnenkort met haar begeleiders een oplossing vindt voor dit probleem. “Ik hoop alleen dat we niet te ver hoeven af te wijken van het gedragsexperiment, want dat werkte goed en die resultaten wil ik juist vergelijken met de fMRI-data.”

Kijken in je brein

Naast het schaven aan de opzet van het fMRI-experiment, begeleidt Ullas de komende tijd ook weer discussiegroepen aan de Universiteit Maastricht. “En ik ben mijn kennis over de analyse van fMRI-data aan het bijspijkeren. Dat is een complex proces: je moet de data opschonen, ruis verwijderen en uiteindelijk de betekenisvolle informatie eruit filteren. Daarnaast ben ik ook nog steeds bezig met het gedragsexperiment, omdat ik in totaal zeker tachtig proefpersonen wil. Daar zit ik nu bijna aan.”

Hoewel het frustrerend en demotiverend kan zijn als je experiment niet blijkt te werken, blijft Ullas enthousiast over haar werk als onderzoeker. “Je bent steeds met nieuwe ideeën bezig. Het zijn misschien geen flitsende ontdekkingen die je doet, maar met kleine stapjes kom je wel steeds meer te weten. En ik blijf het ook leuk vinden om mensen te scannen, zeker met de 7T-scanner die we hier hebben. Het is bijzonder dat we met zo veel detail en helderheid kunnen zien wat er in je brein gebeurt.”

(kennislink.nl)

02-03-2017

Mens doet aantal mineralen exploderen

Het begon bij de oude Egyptenaren



Mensen zijn dol op mineralen. We dichten ze magische krachten toe en proberen in kristallen bollen te kijken om de toekomst te zien. Het zijn cadeautjes van moeder natuur, zo lijkt het. Toch worden tegenwoordig veel kristallen mineralen die er niet zouden zijn zonder de mens. De afgelopen tijd explodeert het aantal nieuwe ‘menselijke’ kristallen zelfs. Het is nog een aanwijzing dat het antropoceen is begonnen, het geologische tijdperk waarin de mens de belangrijkste invloed is op de aarde.

De Carnegie Institution for Science uit de VS bestudeert de explosie van nieuwe mineralen. Waarbij dat ‘nieuw’ overigens moet worden gezien in geologische tijdsmeting, het gaat om de afgelopen eeuw. Dat gaat onder andere over Andersoniet (foto), een kristal die voorkomt op de muren van tunnels die met beton worden versterkt. Of Abhuriet, een kristal dat zich vormt op tin in scheepswrakken op de oceaanbodem. Het ontstaat als puur tin reageert met zou zeewater.

Een team van Carnegie heeft zich over de 5208 mineralen gebogen die zijn erkend door de Internationale Commissie voor Mineralogie. Ze concluderen dat 208 daarvan niet zouden bestaan zonder de mensheid. Daaronder zijn oude mineralen, zoals chalconatroniet, dat ontstond toen de oude Egyptenaren koperlegeringen gingen maken. Maar de meeste mineralen ontstaan in de mijnbouw, als door menselijk handelen verschillende chemische elementen zich mengen en soms prachtige kristallen ontstaan.

Maar de rek is er nog lang niet uit. De onderzoekers verwachten veel van alle buistelevisies die de laatste jaren op vuilnisbelten terecht zijn gekomen. Daarin zitten nogal wat exotische fosforverbindingen en magneten. Als die gaan reageren met stoffen in de grond, kunnen de prachtigste nieuwe mineralen ontstaan. Onze mobiele telefoontjes zijn helemaal een rijke bron van grondstoffen, maar dat zal nog even duren.

Er ontstaan nu zelfs meer nieuwe mineralen dan tijdens het ‘grote oxidatie evenement’, het opkomen van bacteriën die zuurstof produceren en daarmee onze atmosfeer vulden. Dat was 2,3 miljard jaar geleden. Als de wetenschappers van Carnegie gelijk krijgen, zullen we over een tijdje het aantal mineralen op aarde zelfs hebben verdubbeld.

(faqt.nl)

03-03-2017

Onderzoekers maken kunstmatige muizenembryo in lab

Wetenschappers van de universiteit van Cambridge hebben een kunstmatige embryo van een muis gemaakt. Daarvoor gebruikten zij twee typen stamcellen van een muis.

De onderzoekers hopen beter inzicht te krijgen in de ontwikkeling van embryo’s uit bevruchte eicellen. Momenteel gaat twee op de drie menselijke zwangerschappen mis. De inzichten van het Britse onderzoek moeten helpen om vruchtbaarheidsbehandelingen te verbeteren.

De Britse wetenschappers combineerden twee typen stamcellen, namelijk embryonale stamcellen en buiten-embryonale stamcellen. De buiten-embryonale trofoblast stamcellen ontwikkelen zich later tot een placenta. Het goedje werd op een extracellulaire matrix geplaatst. Net als bij een natuurlijke embryo begonnen er cellen te groeien en ontwikkelde het kunstmatige embryo zich. Dit is opvallend, want dit is nog nooit eerder gelukt met een kunstmatige embryo.

“De embryonale en buiten-embryonale cellen begonnen tegen elkaar te praten,” vertelt onderzoeker Magdalena Zernicka-Goetz, die het onderzoek leidde. “Vervolgens ontstond er een structuur, dat exact leek op een embryo. Anatomisch gezien klopte het allemaal. Op de juiste plekken en op de juiste momenten vonden er ontwikkelingen plaats.”


Een kunstmatige embryo (links) en een natuurlijke embryo (rechts) naast elkaar. Het rode deel is embryonaal, het blauwe deel is buiten-embryonaal.

Hechte samenwerking
“We weten al langer dat interactie tussen verschillende stamcellen belangrijk is voor de ontwikkeling, maar ons onderzoek laat zien dat er sprake is van een hechte samenwerking”, vervolgt Zernicka-Goetz. “De cellen begeleiden elkaar. Zonder deze samenwerking ontwikkelen bepaalde gebieden niet goed en gaat de timing van belangrijke biologische mechanismen verkeerd.”

Geen levende muis
Toch beweren de onderzoekers dat het embryo waarschijnlijk geen gezonde foetus zou worden. Daarvoor is namelijk een derde type stamcel nodig, verantwoordelijk voor de dooierzak. Deze vliezige zak zorgt voor een vroegtijdige eerste voedingsvoorraad voor muizen.

De volgende stap
Zernicka-Goetz is hoopvol over de toekomst. Zij denkt dat het mogelijk is om met een soortgelijke aanpak embryonale en buiten-embryonale stamcellen van mensen te combineren. “Hierdoor kunnen we een belangrijke fase in de ontwikkeling van mensen bestuderen, zonder dat we hoeven te werken met echte embryo’s”, aldus Zernicka-Goetz. “Dan komen we er misschien eindelijk achter waarom zwangerschappen zo vaak misgaan.”

De foto bovenaan dit artikel toont een muizenembryo dat verder ontwikkeld is dan het embryo dat de onderzoekers in het laboratorium vormden.

(scientias.nl)

04-03-2017

De gadgets van de toekomst gaan je aaien

Of knijpen. Of schouderklopjes geven. Want technologie die je alleen kunt horen en/of kunt zien, is zó 2016.

Waarschijnlijk ben je jezelf er niet eens bewust van wat een aanraking allemaal met je doet. Want er gebeurt een hoop in je lijf als een mens je knuffelt, streelt, knijpt of kietelt. Dergelijke aanrakingen zijn dan ook niet weg te denken uit de intermenselijke communicatie. Het is dan eigenlijk ook best gek dat gadgets – waar we in toenemende mate via of met communiceren – zich tot op heden voornamelijk op de auditieve en visuele zintuigen richten. Maar dat gaat veranderen.

Haptische feedback
“De nadruk heeft inderdaad altijd op de visuele en auditieve zintuigen gelegen,” vertelt Gijs Huismans, als communicatiewetenschapper verbonden aan de Universiteit Twente. “Dat heeft deels te maken met het feit dat haptische feedback – dus feedback die je met het tastzintuig verwerkt – technisch lastiger te realiseren is.” Maar de technologie staat niet stil en dus komt ook haptische feedback nu binnen handbereik. Mondjesmaat kun je het zelfs al in consumentenelektronica terugvinden. “Apple is daar al wat verder mee, denk bijvoorbeeld aan de Apple Watch.” Het slimme horloge communiceert met aanrakingen (verschillende trillingen) en reageert zelf bovendien anders op harde dan zachte aanrakingen. En dat is echt nog maar het begin, denkt Huisman. “Ik denk dat haptische feedback in de toekomst een heel belangrijke rol gaat spelen.”



Trillende mouw
Maar zitten we daar werkelijk op te wachten? Technologie die ons aanraakt? Ja, denkt Huisman. Hij baseert zich op een uitgebreid onderzoek dat hij recent heeft afgerond en waarin hij onder meer naging hoe mensen ‘technologische aanrakingen’ ervaren. Zo ontwikkelde hij – met behulp van collega-onderzoekers – een mouw die mensen middels trillingen het gevoel geeft dat ze gestreeld worden. “In de mouw zitten vibratiemotoren zoals je die ook in je mobiele telefoon aantreft,” vertelt Huisman. “Uit eerder onderzoek is gebleken dat wanneer je twee vibratiemotoren naast elkaar plaatst en tegelijkertijd laat trillen, mensen het gevoel hebben dat het vibratiepunt zich exact tussen de twee vibratiemotoren bevindt. Als de ene vibratiemotor wat krachtiger trilt dan de andere, schuift dat vibratiepunt op. Zo kunnen we een strelende beweging nabootsen.”

Strelende avatar
Huisman en collega’s verzamelden een aantal proefpersonen en lieten ze een spel spelen met twee avatars. Eén van die avatars raakte de bovenarm van de proefpersonen kort aan – een virtuele aanraking die dankzij de trillende mouw echt gevoeld werd – terwijl hij ze een complimentje gaf. “Na afloop vroegen we de proefpersonen om de avatars te beoordelen. De avatar die de proefpersonen had aangeraakt, werd als een warmere persoonlijkheid beschreven. Het is heel interessant dat een aanraking dit effect kan hebben.”

De perfecte aai

Het lijkt heel simpel: aaien. Maar niet elke streling is aangenaam. Of we een strelende beweging prettig vinden of niet blijkt – aldus eerder onderzoek – met name af te hangen van de snelheid van de aaiende beweging. “Een streling is het prettigst als deze een snelheid heeft van 3 centimeter per seconde.” Maar hoe zit dat met een met behulp van vibratiemotoren nagebootste streling? “De antwoorden van proefpersonen op de vraag hoe aangenaam ze de vibrotaktiele aaibeweging vonden liet een patroon zien dat enigszins vergelijkbaar was met dat van echte aanraking.”

Intermenselijke communicatie
Huisman deed niet alleen onderzoek naar de waarde die haptische feedback kan hebben als we met een virtuele persoonlijkheid communiceren. Hij bestudeerde ook mensen die middels de computer met elkaar communiceerden. “Beide proefpersonen droegen dan een mouw en de ene proefpersoon raakte de mouw aan zoals hij de andere proefpersoon aan zou willen raken. Die aanraking werd dan omgezet in een bepaald trilpatroon dat de andere proefpersoon middels zijn eigen mouw voelde.” Hoewel die trillingen natuurlijk anders voelen dan een echte aanraking, bleek de ontvanger de aanraking die de zender in gedachten had redelijk goed uit de trillingen te kunnen halen. Blijkbaar is het dus mogelijk om zo een bepaalde emotie over te brengen.

Meerwaarde
Het onderzoek van Huisman suggereert dat haptische feedback een meerwaarde kan zijn voor mensen die communiceren met of via technologie. “Mensen benaderen computer op een sociaal-menselijke manier,” vertelt hij. “We kunnen niet anders, omdat we sociale wezens zijn.” En dus verlangen we van onze technologie dat die ook sociaal is. Het resulteerde in de geboorte van bijvoorbeeld Siri, de persoonlijke assistent op de iPhone die dankzij een menselijk stemgeluid al vrij menselijk overkomt. Met haptische feedback kan de menselijkheid van Siri echter naar een hoger plan worden getild. “Siri kan je aanraken en bijvoorbeeld een schouderklopje geven om je te herinneren aan een afspraak.” Haptische feedback past ook naadloos in de technologieën die in opkomst zijn. “Denk bijvoorbeeld aan hologrammen of augmented reality. Met behulp van deze technologieën kunnen geliefden of familieleden die ver van elkaar verwijderd zijn toch het gevoel hebben dat ze bij elkaar zijn.” In zo’n scenario is het natuurlijk ook heel fijn als je de ander kunt aanraken of knuffelen en ook zelf het gevoel kunt hebben dat je aangeraakt wordt. “Het is een verrijking van de communicatie op afstand.”


De HEY-bracelet

HEY-bracelet
Het goede nieuws is dat het niet helemaal verre toekomstmuziek is. Huisman is namelijk betrokken bij de ontwikkeling van een armbandje dat je in staat stelt om aanrakingen te versturen en te ontvangen. Ideaal voor mensen in een langeafstandsrelatie. “De HEY-bracelet werkt niet met vibraties, maar knijpt zachtjes in de arm,” vertelt Huisman. Door de armband op twee punten tegelijkertijd aan te raken, kun je een aanraking versturen naar iemand die ook zo’n armbandje heeft. De ontvanger voelt die aanraking vervolgens, waarbij het lijkt alsof hij of zij zachtjes in de pols wordt geknepen. De HEY-bracelet is nog niet op de markt, maar een Kickstarter-project moet daar verandering in brengen. Er is een slordige 125.000 euro nodig om het armbandje werkelijkheid te laten worden. Inmiddels is al meer dan 103.000 euro gedoneerd. En daarmee lijkt het Kickstarter-project – dat nog meer dan twee weken loopt – een succes te worden. Het verrast Huisman niet. “Zelfs bij mensen die in eerste instantie sceptisch waren over het idee, verschijnt een glimlach als ze een kneepje in de pols krijgen.”

Nieuwe onderzoeksvragen
En zo wint de kracht van de aanraking dus langzaam maar zeker ook onder de gadgets, terrein. Het maakt Huisman – als wetenschapper – enorm nieuwsgierig. Bijvoorbeeld naar het effect dat zo’n door technologie nagebootste aanraking kan hebben. “Naar de effecten van een echte aanraking is al veel onderzoek gedaan. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat een aanraking leidt tot stressreductie. Van een door technologie nagebootste aanraking weten we dat deze dat effect niet of minder heeft. Ik vraag me dan af of dat misschien komt doordat mensen er nog niet aan gewend zijn. Dat zou ik graag verder onderzoeken. En ook de opkomst van sociale robots die bijvoorbeeld in de zorg ingezet gaan worden, is interessant. Want die robots hebben lichamen en zullen mensen – soms ook per ongeluk – aan gaan raken. Dat roept belangrijke onderzoeksvragen op.”

Vast lijkt te staan dat de communicatie met of via technologie op korte termijn een extra dimensie krijgt. “De technologie wordt steeds socialer.” En dat gaan we dus letterlijk aan den lijve ondervinden

(scientias.nl)

07-03-2017

Wetenschappers ontdekken nieuw materiaal om met zonlicht water in brandstof om te zetten


© Thinkstock.

Het lijkt een Bijbels mirakel, maar water omzetten in brandstof kan binnenkort een realiteit worden. Een Amerikaans team wetenschappers heeft immers nieuw materiaal ontdekt dat het conversieproces mogelijk maakt.

Het gaat niet om kleinschalig gebruik, maar indien de experimenten succesvol blijven, kan dit volgens de experts op lange termijn een commercieel rendabel alternatief worden voor kool, olie en andere eindige fossiele brandstoffen.

De voorbije veertig jaar al onderzoeken wetenschappers het potentieel van zogenaamde zonne-brandstoffen, hernieuwbare en dus ecovriendelijke bronnen die enkel zonlicht, water en kooldioxide gebruiken.

De lijst van ingrediënten mag dan poepsimpel zijn, de sleutel tot het produceren van deze brandstoffen - het licht ontvlambare waterstofgas of koolwaterstofbrandstoffen - vereist het opsplitsen van de watermolecules in hun zuurstof- en waterstofatomen. Het probleem is dat water niet afbreekt als de zon er op schijnt. Dat betekent dat het proces wat aanmoediging nodig heeft van een door de zon aangedreven catalysator. Die splijtcatalysatoren worden door wetenschappers 'fotoanode' materialen genoemd, en de voorbije veertig jaar waren er daarvan slechts zestien bekend.

Maar de nieuwe studie, uitgevoerd door een team wetenschappers in Californië, heeft er de voorbije 24 maanden twaalf extra ontdekt. John Gregoire, coördinator van het Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP): "Het is opwindend om twaalf nieuwe potentiële fotoanodes te ontdekken voor het maken van zonnebrandstoffen".

De wetenschappers hebben het proces kunnen versnellen met een computerbenadering die een database van mineralen onderzocht en de eigenschappen ervan digitaal screende.


(HLN)

09-03-2017

Eerste 3D-geprinte huis verrijst in Rusland

Voor het eerst is er een huis 3D-geprint in de Russische stad Stupino. Het project werd in december vorig jaar aangekondigd en is dus in een paar maanden tijd gerealiseerd.

De bedrijven Apis Cor en PIK gebruikten een mobiele 3D-printer om het huis te vervaardigen. Binnen een dag waren de onderdelen voor de ruwbouw geprint. Na het printen van de muren moest de mobiele 3D-printer met een kraan uit het gebouw getild worden.



Het 3D-geprinte huis heeft een oppervlak van 38 vierkante meter en heeft slechts één verdieping. Het huis heeft een bijzondere vorm. Het lijkt te bestaan uit drie halve cirkels. Toch is de 3D-printer in staat om ook ‘normale’ huizen te creëren, oftewel vierkante huizen met rechte muren.

Er werden verschillende materialen gebruikt om het huis te printen, zoals een speciale betonmix om de muren te maken. In de toekomst verwachten de ingenieurs nieuwe materialen te gebruiken – zoals geopolymeer – om huizen het hele jaar door te printen. De mobiele 3D-printer kan namelijk alleen printen wanneer het warmer is dan 5 graden Celsius.



Compleet plaatje
Het huis heeft zes kamers, waaronder een badkamer. Het gebouw is brandwerend, gaat langer dan vijftig jaar mee en heeft een klimaatbeheersingssysteem. Hierdoor is er sprake van een aangenaam microklimaat in de woning.

10.000 euro
En is dit nu een duur grapje? Dat valt wel mee. Alles bij elkaar kost het huis zo’n tienduizend euro. Een vierkant huis is zelfs nog goedkoper. De kostprijs voor een 3D-geprint vierkant huis is 211 euro per vierkante meter. Kijk, daar kun je nog een villa voor kopen.


Het is niet de eerste keer dat een 3D-printer een gebouw verwezenlijkt. Vorig jaar presenteerde sjeik Mohammed bin Rashid Al Maktoum, vice-president, minister-president en emir van Dubai, het eerste 3D-geprinte kantoorgebouw in Dubai.

(scientias.nl)

10-03-2017

Brein tot wel tien keer actiever dan voorheen gedacht

Dankzij een nieuw onderzoek begrijpen wetenschappers nu beter hoe het brein werkt. Dit is belangrijk voor de ontwikkeling van geavanceerde computers die meer zoals mensen gaan denken.

De onderzoekers richtten zich op de structuur en functie van dendrieten. Dendrieten zijn de vertakte uitlopers van een zenuwcel en hebben wel iets weg van bomen. Ze geleiden de elektrische impulsen die afkomstig zijn van andere neuronen van en naar het neuron waar ze zelf toe behoren. De impulsen worden opgewekt in de soma, oftewel in het verbrede uiteinde van een zenuwcel. Wetenschappers denken dat de soma dendrieten activeren, waardoor deze dendrieten passief elektrische impulsen doorsturen naar de soma van andere neuronen.

Uit nieuw onderzoek blijkt dat dendrieten geen passieve geleiders zijn, maar juist actief kunnen zijn. De wetenschappers analyseerden de hersenen van ratten, die tot vier dagen rond mochten lopen in een doolhof. Tijdens het verkennen van dit doolhof merkten de onderzoekers dat de dendrieten veel actiever waren dan de soma. Er werden tot wel tien keer meer impulsen gemeten.

Betere behandelmethoden
“Meer dan negentig procent van ons neuraal weefsel bestaat uit dendrieten”, vertelt neurofysioloog Mayank Mehta van de universiteit van Californië in Los Angeles. “Nu we weten dat dendrieten op bepaalde momenten actiever zijn dan soma, verandert dit onze kijk op de manier waarop ons brein informatie verwerkt. Mogelijk gaan we hierdoor neurologische afwijkingen beter begrijpen, waardoor er betere behandelmethoden komen. Ook leidt het misschien tot de komst van computers die denken als mensen.”

Omdat dendrieten bijna honderd keer groter zijn dan de soma, betekent dit mogelijk dat ons brein honderd keer meer rekenkracht heeft dan we nu denken.

Leren
Het verandert ook onze kijk op hoe wij mensen leren. “We dachten altijd dat mensen of dieren iets leren wanneer twee neuronen tegelijkertijd actief zijn”, zegt onderzoeker Jason Moore. “Maar nu blijkt dat we leren wanneer een neuron en een dendriet tegelijkertijd pieken. Het betekent dat verschillende delen van dendrieten op verschillende momenten actief zijn. Dit verandert onze kijk op hoe flexibel ons brein is als het gaat om het leren van nieuwe dingen.”

(scientias.nl)

15-03-2017

Schaakprobleem bewijst menselijk bewustzijn
Los het op en je werkt mee aan de wetenschap



Kijk eens naar dit schaakprobleem. Kan wit nog winnen? Wie deze vraag aan een schaakcomputer stelt, krijgt binnen een fractie van eens seconde antwoord: ‘nee’. De zwarte stukken op het bord zijn in de meerderheid, ze zijn machtiger en ze staan beter. De computer gooit de handdoek in de ring. Vraag het aan een mens en je krijgt een heel ander antwoord: ‘misschien’. En er is daadwerkelijk een mogelijkheid om nog een winst of remise uit deze stelling halen.

Dat ogenschijnlijk kleine verschil tussen mensen en computers is erg belangrijk, beweren onderzoekers van het Penrose Mathematical Institute of Oxford (GB). Het vertelt ons namelijk dat de mens bewustzijn heeft en de computer niet.

Bewustzijn is een moeilijk concept voor wetenschappers. Het is duidelijk dat mensen het hebben en bijvoorbeeld pinautomaten niet. Maar wát is het dan? Die vraag is een stuk moeilijker te beantwoorden. Het zetelt in ons brein, maar waar precies en hoe we er aan komen, is een tot nu toe niet te beantwoorden vraag. Het is niet puur ons denkvermogen, want dan zouden computers het ook hebben.

Vandaar dit schaakprobleem. Computers hebben er grote problemen mee, aangezien het aantal mogelijkheden om remise of winst te spelen voor wit erg klein is. Er is te veel rekenkracht nodig om ze allemaal door te lopen. De computer weet dat dat te lang duurt en concludeert dat er niet te winnen valt. Mensen kijken er heel anders naar en lukt het soms wel.

De Britse wetenschappers willen het liefste dat veel mensen deze schaakpuzzel maken, zodat ze inzicht krijgen in hoe het menselijk brein werkt en waar bewustzijn om de hoek komt kijken. Weet je het antwoord, dan kun je dat mailen naar puzzles@penroseinstitute.com, met een beschrijving hoe je er toe gekomen bent.

Dit schaakprobleem zou zelfs het verschil kunnen maken tussen je baan houden en werkloos worden. Zo lang computers geen bewustzijn hebben – en wie weet gebeurt dat nooit – zullen ze sommige problemen niet op kunnen lossen. Mensen zijn daar wel toe in staat en zullen dus altijd werk hebben.

(faqt.nl)

Eerste Nederlandse patient met succes behandeld tegen infectie door inzet van Bacteriofagen
http://www.nu.nl/gezondhe(...)en-levensgevaar.html

Meer over Bacteriofagen
https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Bacteriofaag

23-03-2017

Nieuwe ontdekking lijkt anti-verouderingsmedicijn binnen handbereik te brengen

Volgens onderzoekers zijn we dichter bij een effectief anti-verouderingsmedicijn dan ooit: het kan al binnen vijf jaar op de markt komen.

Tot die conclusie komen Australische onderzoekers in het blad Science. Het is allemaal gebaseerd op recent onderzoek naar het moleculaire proces dat cellen in staat stelt om beschadigd DNA te herstellen.

Beschadigingen
Ons DNA loopt met grote regelmaat beschadigingen op. Bijvoorbeeld wanneer we op een zomerse dag in de zon wandelen. Gelukkig zijn onze cellen veelal in staat om die beschadigingen te repareren. Maar hoe ouder we worden, hoe meer moeite onze cellen daarmee hebben. En een opeenhoping van DNA-beschadigingen kan leiden tot veroudering en verouderingsziekten. Wetenschappers hebben nu een stofje gevonden dat de DNA-reparatie een boost kan geven en zo veroudering tegen kan gaan.

NAD+
Het onderzoek draait allemaal om de metaboliet NAD+. Dit stofje is van nature in elke cel aanwezig en speelt een belangrijke rol in het proces dat leidt tot reparatie van het DNA. NAD+ reguleert de interactie tussen twee enzymen die de reparatie van DNA controleren: DBC1 en PARP1. DBC1 houdt PARP1 uit de kern van cellen, waardoor PARP1 geen rol kan spelen in het repareren van het DNA (dat zich in die celkern bevindt). NAD+ doorbreekt die interactie tussen de twee, waardoor PARP1 toch reparaties kan uitvoeren in de celkern. De onderzoekers hebben een stofje gevonden – NMN – dat NAD+ een boost kan geven, waardoor cellen veel beter in staat zijn DNA-beschadigingen te repareren.

Experimenten
Experimenten met muizen zijn veelbelovend. De onderzoekers behandelden muizen die DNA-beschadigingen op hadden gelopen door straling of ouderdom met NMN en “de cellen van de oude muizen waren na slechts één week van behandeling niet meer te onderscheiden van die van de jonge muizen,” vertelt onderzoeker David Sinclair.

Op de markt
De onderzoekers hopen de NMN-behandeling binnen zes maanden ook onder mensen te toetsen. Als die experimenten goed verlopen, kan de behandeling al binnen drie tot vijf jaar op de markt komen.

Astronauten
NMN is niet alleen interessant voor ouderen. Ook NASA heeft interesse getoond. Wellicht kan het stofje ingezet worden om astronauten tijdens lange ruimtereizen – bijvoorbeeld naar Mars – gezond te houden. Tijdens dergelijke lange reizen eist kosmische straling zijn tol: naar schatting sterven vijf procent van de cellen van Marsreizigers en stijgen hun kansen op kanker naar bijna 100 procent. Geen wonder dat NASA zeer geïnteresseerd is in medicijnen die cellen beter in staat stellen om beschadigd DNA te repareren en langer gezond te houden.

Naast astronauten zouden ook mensen die veelvuldig in het vliegtuig zitten bij het stofje gebaat kunnen zijn. Ook zij worden namelijk aan verhoogde stralingsniveaus blootgesteld. Ook mensen die als kind kanker hebben gehad, zouden baat kunnen hebben bij dit onderzoek. Zo’n 96 procent van de mensen die als kind kanker hebben gehad, krijgt op latere leeftijd een chronische ziekte zoals diabetes type 2, Alzheimer of hart- en vaatziekten. “Dat alles draagt bij aan het feit dat ze versneld oud worden en dat is vreselijk,” stelt onderzoeker Lindsay Wu. “Het zou geweldig zijn als we daar iets aan kunnen doen en we denken dat we dat met dit molecuul kunnen.”

(scientias.nl)

quote:

Op donderdag 16 maart 2017 08:45 schreef Perrin het volgende:

SPOILER

Om spoilers te kunnen lezen moet je zijn ingelogd. Je moet je daarvoor eerst gratis Registreren. Ook kun je spoilers niet lezen als je een ban hebt.

SPOILER

Om spoilers te kunnen lezen moet je zijn ingelogd. Je moet je daarvoor eerst gratis Registreren. Ook kun je spoilers niet lezen als je een ban hebt.

Stukje van Ars over een nieuwe publicatie van o.a. Ioannidis over bias in wetenschappelijk onderzoek:
https://arstechnica.com/s(...)d-dodgy-individuals/

29-03-2017

Dit nagebootste vrouwelijke voortplantingssysteem past in de palm van een hand

Met het miniatuur-voortplantingssysteem – gemaakt van menselijke cellen – kunnen onderzoekers onder meer onderzoek doen naar veelvoorkomende ziekten.

“Dit is een revolutionaire technologie,” benadrukt onderzoeker Teresa Woodruff, verbonden aan de Northwestern University. Ze heeft het over het miniatuur-voortplantingssysteem dat bestaat uit 3D-modellen van eierstokken, eileiders, de baarmoeder, baarmoederhals, vagina en lever.

Bloed
Door het systeem wordt een speciale vloeistof gepompt die de functie van bloed vervult. De verschillende orgaanmodellen kunnen met elkaar ‘communiceren’ middels stofjes die ze afgeven – waaronder hormonen. “Eén van de redenen dat deze technologie in het verleden niet verder is gekomen, is dat niemand het probleem van het ‘universele medium’ had opgelost,” legt Woodruff uit. “Wij bedachten dat de organen in het lichaam zich in één medium bevinden – het bloed – dus creëerden we een simpele versie van bloed en stelden de weefsels in staat om via dat medium te communiceren.”

Onderzoek
Het miniatuur-voortplantingssysteem kan gebruikt worden om onderzoek te doen naar veelvoorkomende aandoeningen zoals endometriose en vleesbomen. Tevens kan er onderzoek gedaan worden naar sommige vormen van kanker. “Al deze ziekten zijn hormonaal gedreven en we weten echt niet hoe we anders dan middels een operatie kunnen behandelen,” vertelt onderzoeker Joanne Burdette. “Dit systeem stelt ons in staat om te bestuderen hoe deze ziekten ontstaan en hoe we ze kunnen behandelen.”


Persoonlijk
Het mooie van dit miniatuur-voortplantingssysteem is dat het gemaakt is van menselijk weefsel. In de toekomst hopen onderzoekers stamcellen van individuele patiënten te kunnen gebruiken om zo’n miniatuur-versie van hun voortplantingssystemen te maken. Zo kan bijvoorbeeld gekeken worden hoe die patiënt reageert op bepaalde medicijnen.

De ontwikkeling van het miniatuur-voortplantingssysteem maakt deel uit van een veel groter onderzoeksproject. Het uiteindelijke doel van dit project is het ontwikkelen van “een lichaam op een chip”, oftewel een miniatuur-versie van het lichaam. “Als ik jouw stamcellen had en een hart, lever, long en eierstok creëerde, kon ik tien verschillende medicijnen in tien verschillende doses testen en zeggen: “Dit is het medicijn dat jouw Alzheimer of Parkinson of diabetes bestrijdt,” legt Woodruff uit. “Het is het ultieme gepersonaliseerde medicijn: een model van jouw lichaam waarmee we medicijnen kunnen testen.”

(scientias.nl)

04-04-2017

Rekent Belgisch onderzoek af met allergieën?


© anp.

video Onderzoekers van VIB-UGent hebben een belangrijke stap gezet in de bestrijding van allergische aandoeningen zoals astma en eczeem. Ze brachten de werking in kaart van een sleutelmolecule en ontwikkelden ook een nieuwe molecule die de werking van dat eiwit tegengaat. De combinatie van de twee biedt veel potentieel om op termijn nieuwe anti-allergietherapieën uit te werken, meldt VIB-UGent.

"Wereldwijd lijden miljoenen mensen aan veelvoorkomende allergieën, van lichte astma tot zware vormen van eczeem", duidt professor Rudi Beyaert het belang. "Hoewel de precieze oorzaken nog niet duidelijk zijn, gaat het wellicht om een combinatie van erfelijke en omgevingsfactoren. Sommige behandelingen kunnen de symptomen wel verlichten, maar een echt geneesmiddel bestaat nog niet."

Baanbrekend

Onderzoekers uit Gent, Antwerpen en Brussel, maar ook uit Frankrijk en zelfs Peru, ontrafelden de werking van het eiwit TLSP. "Zo zagen we hoe het een eiwitcomplex vormt op celoppervlakken, wat allergische reacties zoals astma en eczeem veroorzaakt", gaat professor Savvas Savvides (VIB-UGent) verder.

"Het gaat om een baanbrekende ontdekking, want tal van academici buigen zich al jaren over deze materie. Dankzij onze kennis kunnen ze nu verderbouwen aan therapieën."

Molecule

Op basis van die inzichten ontwierpen de wetenschappers ook een molecule die de werking van TSLP blokkeert, en dus allergieën tegengaat. "Ons onderzoek vormt zo de basis voor een evolutie naar nieuwe allergieremmers", zegt professor Beyaert.

Het vervolgonderzoek moet nu enerzijds de TSLP-remmer optimaliseren en anderzijds de nieuwe molecule testen voor het hele spectrum allergische ziektes.

(HLN)

04-04-2017

Simpel hulpmiddel kan zeewater drinkbaar maken


Britse onderzoekers van de universiteit van Manchester hebben ontdekt hoe ze de grootte van de poriën in een zeef van grafeenoxide kunnen controleren. © Manchester University.

Dertien procent van de wereldbevolking heeft geen toegang tot drinkbaar water. Wetenschappers hebben een zeef van grafeenoxide ontwikkeld die zeewater omzet in drinkbaar water en er zo voor kan zorgen dat miljoenen mensen drinkbaar water krijgen.

Britse onderzoekers van de universiteit van Manchester hebben ontdekt hoe ze de grootte van de poriën in een grafeenoxide zeef kunnen controleren. Dat stelt hen in staat zouten uit water te filteren en het veilig te maken om ervan te drinken. Dat melden ze in het vakblad Nanotechnology.

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt op een rooster met een honingraatstructuur. Het is het basiselement van andere stoffen. Zo bestaat grafiet uit opeengestapelde lagen grafeen en zijn koolstof nanobuizen cilinders van grafeen.

Grafeen heeft bijzondere eigenschappen. Zo is het meer dan 200 keer sterker dan staal, een uitstekende thermische en elektrische geleider, flexibel, zeer dun en transparant. Dit maakt het potentieel geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

Nu de klimaatverandering de watervoorraden in het gedrang brengt, investeren landen steeds meer in ontziltingstechnologie. De VN voorspelt dat 1.2 miljard mensen of 14 procent van de wereldbevolking tegen 2025 moeite zal hebben om aan proper water te raken.

Professor Rahul Nair, die het team vorsers in Manchester leidt, noemt de ontdekking "een belangrijke stap voorwaarts die nieuwe mogelijkheden opent voor de verbetering van de ontziltingstechnologie".

(HLN)

quote:

Op woensdag 5 april 2017 08:56 schreef ExperimentalFrentalMental het volgende:
04-04-2017

Simpel hulpmiddel kan zeewater drinkbaar maken

[ afbeelding ]
Britse onderzoekers van de universiteit van Manchester hebben ontdekt hoe ze de grootte van de poriën in een zeef van grafeenoxide kunnen controleren. © Manchester University.

Dertien procent van de wereldbevolking heeft geen toegang tot drinkbaar water. Wetenschappers hebben een zeef van grafeenoxide ontwikkeld die zeewater omzet in drinkbaar water en er zo voor kan zorgen dat miljoenen mensen drinkbaar water krijgen.

Britse onderzoekers van de universiteit van Manchester hebben ontdekt hoe ze de grootte van de poriën in een grafeenoxide zeef kunnen controleren. Dat stelt hen in staat zouten uit water te filteren en het veilig te maken om ervan te drinken. Dat melden ze in het vakblad Nanotechnology.

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt op een rooster met een honingraatstructuur. Het is het basiselement van andere stoffen. Zo bestaat grafiet uit opeengestapelde lagen grafeen en zijn koolstof nanobuizen cilinders van grafeen.

Grafeen heeft bijzondere eigenschappen. Zo is het meer dan 200 keer sterker dan staal, een uitstekende thermische en elektrische geleider, flexibel, zeer dun en transparant. Dit maakt het potentieel geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

Nu de klimaatverandering de watervoorraden in het gedrang brengt, investeren landen steeds meer in ontziltingstechnologie. De VN voorspelt dat 1.2 miljard mensen of 14 procent van de wereldbevolking tegen 2025 moeite zal hebben om aan proper water te raken.

Professor Rahul Nair, die het team vorsers in Manchester leidt, noemt de ontdekking "een belangrijke stap voorwaarts die nieuwe mogelijkheden opent voor de verbetering van de ontziltingstechnologie".

(HLN)

Niets nieuws aan
http://gizmodo.com/599087(...)ut-of-desalinization

Er zijn trouwens meer manieren dit te doen, deze bv
https://www.scientias.nl/(...)manier-te-ontzouten/

quote:

Op woensdag 5 april 2017 09:19 schreef Pietverdriet het volgende:

[..]

Niets nieuws aan
http://gizmodo.com/599087(...)ut-of-desalinization

Er zijn trouwens meer manieren dit te doen, deze bv
https://www.scientias.nl/(...)manier-te-ontzouten/

05-04-2017

Nederlanders bouwen piepkleine supercomputer

De computer heeft het rekenvermogen van 10.000 pc’s, maar is slechts net zo groot als vier pizzadozen.

De supercomputer bestaat eigenlijk uit vier pc’s met elk vier speciale grafische kaarten. De pc’s zijn via een supersnel netwerk met elkaar verbonden. Zo ontstaat een supercomputer met een rekenvermogen van ruim 0,2 Petaflops. Dat zijn 200.000.000.000.000 berekeningen per seconde.

Compact
En die machtige supercomputer is dus piepklein. “Ons ontwerp is heel compact,” vertelt onderzoeker Simon Portegies Zwart. “Je zou ‘m zelfs in een bakfiets kunnen vervoeren. Bovendien is het elektriciteitsverbruik slechts ongeveer 1 procent van dat van een vergelijkbare grote supercomputer.”


Little Green Machine II. Afbeelding: Simon Portegies Zwart (Universiteit Leiden).

Little Green Machine II
De computer – die de naam Little Green Machine II draagt – staat bij de Universiteit Leiden. Het is – zoals de naam al doet vermoeden – de opvolger van de Little Green Machine I. Deze eerste supercomputer maakte nog gebruik van standaard spelletjeskaarten uit de computerwinkel en de x86-architectuur van Intel. De Little Green Machine II is een stuk professioneler. Zo gebruikt deze geprofessionaliseerde grafische kaarten die geschikt zijn voor grote wetenschappelijke berekeningen en is deze gebaseerd op de door IBM ontwikkelde OpenPower-architectuur (die veel sneller is dan de x86-architectuur van Intel).

KI
De kleine supercomputer – die zo’n 200.000 euro kostte om te bouwen – kan voor verschillende doeleinden worden ingezet. Zo kan deze bijvoorbeeld gebruikt worden om vraagstukken in de sterrenkunde op te lossen. Maar ook onderzoekers in de oceanografie, informatica en kunstmatige intelligentie kunnen hun voordeel doen met de superpc.

Natuurlijk hebben de onderzoekers de supercomputer al uitgeprobeerd. Tijdens de eerste tests gebruikten ze deze om de botsing tussen de Melkweg en Andromedanevel te simuleren. Die botsing staat voor over ongeveer 4 miljard jaar op de agenda en is enkele jaren geleden al bestudeerd met de enorme Titan-computer (17,6 Petaflops) die in de VS staat. “Nu kunnen we deze berekeningen zelf thuis doen,” vertelt onderzoeker Jeroen Bédorf. “Dat is wel zo gemakkelijk.”

(scientias.nl)

20-04-2017

Veelbelovende ontdekking: bestaande medicijnen kunnen dementie of alzheimer halt toeroepen



Wetenschappers slaagden er in 2013 al in het afsterven van hersencellen bij muizen te stoppen. © Thinkstock.

Britse wetenschappers hopen een medicijn gevonden te hebben om alle neurodegeneratieve hersenziekten zoals dementie een halt toe te roepen. Dat meldt de BBC.

De onderzoekers benadrukken dat de kans klein is dat de ziekten volledig genezen kunnen worden, maar als de ontwikkeling tegengehouden kan worden, is alzheimer wel een ziekte waar je mee kan leven

Een onderzoeksteam van de universiteit van Leicester slaagde er in 2013 voor het eerst in het afsterven van hersencellen te stoppen bij muizen. Experts spraken van een mijlpaal, maar het middel dat gebruikt werd bleek onbruikbaar bij mensen omdat het schade berokkende aan andere organen.

Dezelfde wetenschappers hebben nu twee nieuwe medicijnen ontdekt die hetzelfde beschermende effect hebben. Bovendien worden ze al - veilig - gebruikt door patiënten met andere ziekten. De onderzoekers willen nu zo snel mogelijk starten met tests bij dementiepatiënten. Binnen de drie jaar hopen ze te weten of de medicijnen effectief werken.

Giftig voor pancreas
De nieuwe benadering is gebaseerd op het natuurlijke defensiemechanisme in de hersencellen. Wanneer een virus in een hersencel dringt, leidt dat tot een ophoping van virale eiwitten. De cellen reageren door de eiwitproductie stil te leggen om een verdere verspreiding van het virus te voorkomen.

Ook bij neurodegeneratieve hersenziekten - een grote groep van al dan niet erfelijke aandoeningen zoals de ziekten van parkinson en alzheimer - worden defecte eiwitten aangemaakt. Dat leidt tot dezelfde reactie, maar met veel ernstigere gevolgen. De productie van eiwitten wordt zo lang stilgelegd dat de hersenen uiteindelijk 'verhongeren' en afsterven.

Bij de studie uit 2013 slaagden de onderzoekers erin met een chemische stof te voorkomen dat het defensiemechanisme in werking trad bij muizen met prionziekte, een aandoening vergelijkbaar met alzheimer. Verder onderzoek wees uit dat het middel ook werkte bij andere neurodegeneratieve ziekten, maar het bleek wel giftig voor de pancreas.

Meer dan duizend medicijnen getest


Een van de medicijnen dat gebruikt zou kunnen worden is trazodone, bekend onder de merknaam Trazodan. Het gaat onder meer depressie tegen. © RV.

Sindsdien zijn meer dan duizend bestaande medicijnen getest op wormen, muizen en menselijke cellen. Twee medicijnen bleken dementie en prionziekte te kunnen voorkomen - ze zorgden ervoor dat de hersencellen niet konden afsterven. Het bekendste van die twee middelen is trazodone, een medicijn dat ook verkrijgbaar is onder de merknaam Trazolan, en wordt gebruikt om depressie tegen te gaan. Het andere medicijn, DBM (dibenzoylmethaan), wordt getest bij kankerpatiënten.

Tests bij mensen met hersenziekten moeten nu uitwijzen of de middelen ook hier baat hebben. De onderzoekers benadrukken wel dat de kans klein is dat de ziekten volledig genezen kunnen worden. "Maar als de ontwikkeling tegengehouden kan worden, wordt alzheimer een ziekte waar je mee kan leven", luidt het.

(HLN)

22-04-2017

March for Science in Brussel: "Wetenschap staat onder druk door fake news"



De March for Science is een initiatief dat komt overgewaaid uit de Verenigde Staten. © epa.

Brussel Zo'n 250 wetenschappers, onderzoekers en sympathisanten van de wetenschap zijn vanmiddag samengekomen op het Albertinaplein in Brussel om er met een mars voor de wetenschap te manifesteren tegen het wantrouwen in de expert. Een problematiek die in de Verenigde Staten steeds groter wordt. Bedoeling van de bijeenkomst is duidelijk maken dat vanuit de onderbuik geformuleerde meningen het nooit zouden mogen halen van op wetenschappen gebaseerd onderzoek, zeker in deze tijden van alternatieve feiten en fake news.


Als luider roepen qua beleid de norm wordt, zal de wetenschap daar de dupe van zijn, onder meer op het vlak van subsidiëring
Lieven Scheire


© belga.

Hoewel we het in België en Europa misschien niet zozeer merken, toch zijn initiatiefneemster Charlotte Thorley en comedian/wetenschapsman Lieven Scheire het erover eens dat de wetenschap onder druk staat. "We leven in tijden dat feiten hoe langer hoe meer in twijfel worden getrokken", zegt de Britse Thorley. "Met dit evenement willen wij de Europese en Belgische autoriteiten duidelijk maken dat ze moeten blijven investeren in wetenschappelijk onderzoek."

Scheire, die het hele gebeuren op het Brusselse Albertinaplein in goede banen leidde, treedt haar hierin bij. "Het initiatief komt overgewaaid uit de Verenigde Staten, waar na de verkiezing van president Donald Trump onder wetenschappers het gevoel leeft dat de jarenlange traditie van de wetenschappelijke methode hoe langer hoe meer aan belang inboet", zegt Scheire. "Het buikgevoel wordt even belangrijk en zelfs belangrijker dan aangetoonde feiten."

En dat heeft natuurlijk gevolgen voor het wetenschappelijk onderzoek. "Het is een zelfversterkend systeem. Als luider roepen qua beleid de norm wordt, zal de wetenschap daar de dupe van zijn, onder meer op het vlak van subsidiëring." En dat, zo waarschuwt Scheire, kan ook voor ons een impact hebben. "Als dit soort denken het beleid op korte termijn kan beïnvloeden, dan zitten we op lange termijn met de miserie. Ik denk maar aan de vooruitgang in kankeronderzoek of telefonietechnologie."

Keuzes maken

Hoewel Europa en België relatief gespaard blijft van deze problematiek, ziet Thorley dat ook hier de wind aan het keren is. "De verkiezingscampagnes in Nederland en Frankrijk en de brexitcampagne tonen aan dat feiten er niet langer toe doen. Met dit soort acties willen we duidelijk maken dat mensen keuzes moeten maken op basis van betrouwbare informatie", zegt Thorley.

Er verzamelden heel wat sprekers op het Albertinaplein in Brussel. Zo tekenden heel wat klimaatexperts, onder wie Jean-Pascal van Ypersele van de KU Leuven, present.

De acties in het kader van de 'March for Science' begonnen vandaag in Nieuw-Zeeland en Australië. Nadien volgde Europa, met onder meer acties in 18 Duitse steden, Groot-Brittanië, Nederland, Noorwegen, Zwitserland en landen als India, Zuid-Korea, Japan, Argentinië, Brazilië, Canada of Zuid-Afrika. De belangrijkste protestkaravaan zal nabij het Witte Huis in Washington voorbijtrekken.

(HLN)

22-04-2017

Knap kunstje, water halen uit woestijnlucht



Het lijkt een onhaalbare klus: water maken in de woestijn. Beeldend kunstenaar Ap Verheggen heeft de afgelopen tien dagen installaties getest waarmee het onmogelijke mogelijk werd.

Donderdagochtend kwam Verheggen terug uit Afrika. Met behulp van op zonne-energie werkende koelelementen, heeft hij daar geprobeerd het water dat in de woestijnlucht zit eruit te halen.

Test geslaagd

Verheggen probeerde zijn installaties uit in Mali, waar op dit moment een ongekende warmte en droogte heerst; zo’n 45 graden met maar tien procent luchtvochtigheid. Dit is zelfs voor de Sahel, het gebied ten zuiden van de Sahara, extreem warm en droog. Op papier zou het experiment dan ook eigenlijk niet kunnen slagen. Toch is het gelukt om kleine hoeveelheden water te halen uit de kurkdroge woestijnlucht.

DC03-technologie



De technologie, die Verheggen de DC03-technologie heeft genoemd, werkt als volgt: via een zonnepaneel wordt energie opgewekt om een aluminium blokje enorm af te koelen (een zelfde soort principe wordt gebruikt in de koelkast). Als de temperatuur van het blokje onder het dauwpunt van de lucht komt, condenseert de lucht op het blokje. Dit druipt naar beneden waar het wordt opgevangen.



Bijzondere fusie

Verheggen zoekt als kunstenaar graag de grenzen op van wat er allemaal kan op technologisch gebied. Defensie had hiervan lucht gekregen en benaderden Verheggen voor een nieuwe uitdaging. De militairen in de Sahel hebben namelijk vaak een enorm watertekort. In het militaire trainingskamp waar Verheggen zijn installaties testte kwamen kunst, techniek en defensie bij elkaar.

Bewijs biedt mogelijkheden

Er zijn meer van dit soort ideeën en initiatieven geweest, maar nu is eindelijk het bewijs geleverd dat het ook daadwerkelijk mogelijk is om water te verkrijgen uit droge lucht. Verheggen ziet grote mogelijkheden om woestijngebieden van water te voorzien in de toekomst. Nu de installaties getest zijn heeft hij ook een idee hoe ze efficiënter gemaakt kunnen worden. Een voorbeeld hiervan is de toevoeging van een cilindervormig paneel om te zorgen voor een efficiëntere luchtdoorstroom.



Ijs en fontijnen in de woestein





Verheggen heeft meer concepten ontworpen voor kunstwerken die autonoom moeten werken in de droge woestijnomgeving. In het geval van de bovenstaande ‘desert cascades’ gebruikt hij hetzelfde systeem van koelen met zonne-energie, maar dit keer om autonome watervallen te laten stromen. Zijn onderstaande ‘sunglacier sculpture’ maakt van de condens geen lucht, maar zelfs ijs. Het beeld heeft de vorm van een iepenblad, en het ijs verzamelt zich op het oppervlak.



Hulp van de wetenschap

Met zijn projecten hoopt Verheggen mensen te stimuleren creatief na te denken over oplossingen voor klimaatverandering. Hij ziet zichzelf niet als wetenschapper, maar als kunstenaar die pioniert in nieuwe technieken: de installaties zijn ontworpen op basis van testen en uitproberen. De wetenschap kan nu helpen om deze techniek uit te breiden en efficiënter te maken.

(dekennisvannu.nl)

Negatieve massa.

https://news.wsu.edu/2017/04/10/negative-mass-created-at-wsu/

‘Negative mass’ created at Washington State University

PULLMAN, Wash. – Washington State University physicists have created a fluid with negative mass, which is exactly what it sounds like. Push it, and unlike every physical object in the world we know, it doesn’t accelerate in the direction it was pushed. It accelerates backwards.
The phenomenon is rarely created in laboratory conditions and can be used to explore some of the more challenging concepts of the cosmos, said Michael Forbes, a WSU assistant professor of physics and astronomy and an affiliate assistant professor at the University of Washington. The research appears today in the journal Physical Review Letters, where it is featured as an “Editor’s Suggestion.”
Hypothetically, matter can have negative mass in the same sense that an electric charge can be either negative or positive. People rarely think in these terms, and our everyday world sees only the positive aspects of Isaac Newton’s Second Law of Motion, in which a force is equal to the mass of an object times its acceleration, or F=ma.
In other words, if you push an object, it will accelerate in the direction you’re pushing it. Mass will accelerate in the direction of the force.
“That’s what most things that we’re used to do,” said Forbes, hinting at the bizarreness to come. “With negative mass, if you push something, it accelerates toward you.”

<...>

01-04-2017

's Werelds snelste camera maakt het onzichtbare zichtbaar

De camera kan zelfs gebeurtenissen die maar 0,2 biljoenste van een seconde duren, vastleggen!

De camera is ontwikkeld door Zweedse onderzoekers. De camera kan gebruikt worden om razendsnelle processen in de chemie of biologie die eerder simpelweg niet te vereeuwigen waren, vast te leggen. Zo hebben de onderzoekers de camera bijvoorbeeld gebruikt om vast te leggen hoe licht – een verzameling fotonen – een afstand aflegt die vergelijkbaar is met de dikte van een vel papier. Een gebeurtenis die slechts 1 picoseconde tijd in beslag neemt.

Vijf biljoen
Tot voor kort waren de snelste camera’s in staat om zo’n 100.000 beelden per seconde te maken. Indrukwekkend. Maar deze camera is vele malen sneller en kan de equivalent van 5 biljoen(!) beelden per seconde vastleggen.


Lasers
Hoe is dat mogelijk? Normaal gesproken is het zo dat supersnelle camera’s in staat zijn om heel snel achter elkaar foto’s te maken. Die foto’s worden achter elkaar gezet en zo kunnen we bijvoorbeeld een chemische reactie vertraagd terugzien. Maar de nieuwe camera werkt een tikje anders. De onderzoekers belichten het object of de gebeurtenis die ze filmen met behulp van laserpulsen. Die pulsen smelten samen in één foto, maar kunnen ook weer uit elkaar worden gehaald. Zo verkrijg je individuele frames die – als je ze in de juiste volgorde vertoont – het gefilmde razendsnelle proces laten zien.


Explosies en hersenactiviteit
De camera kan ingezet worden om allerlei kort durende processen vast te leggen. “Explosies, plasmaflitsen, verbrandingsprocessen, hersenactiviteit in dieren en chemische reacties,” somt onderzoeker Elias Kristensson op. “We zijn nu in staat om zulke extreem korte processen te filmen.” En dat is een hele verbetering. Tot voor kort konden onderzoekers dergelijke processen alleen in beeld krijgen door stilstaande foto’s van een proces te schieten. “Je moet dan proberen om identieke experimenten te herhalen om meerdere stilstaande beelden te verkrijgen die je later kunt gebruiken om een filmpje te maken. Het probleem met die aanpak is dat het zeer onwaarschijnlijk is dat een proces – wanneer je een experiment herhaalt – elke keer hetzelfde is.”

De supersnelle camera pronkt nu alleen nog in het Zweedse lab, maar dat gaat op korte termijn veranderen. Een Duits bedrijf heeft reeds een prototype van de technologie ontwikkeld, wat betekent dat de camera over een jaar of twee waarschijnlijk door meer onderzoekers gebruikt kan gaan worden

(scientias.nl)

16-05-2017

Muizen met 3D-geprinte eierstokken krijgen gezonde jongen

Dankzij de 3D-geprinte eierstokken gingen de onvruchtbare muizen ovuleren.

Dat schrijven onderzoekers in het blad Nature Communications. Hoewel hun experimenten zich beperken tot muizen, hopen ze dat het onderzoek in de toekomst hoop kan bieden aan vrouwen die op jonge leeftijd kanker hebben gehad en wiens hormonen en vruchtbaarheid door de behandelingen zijn aangetast.

3D-geprint
De onderzoekers verwijderden de eierstokken van muizen en vervingen deze door een door hen gemaakte eierstok. Die eierstok bestaat uit een 3D-geprinte structuur. De onderzoekers noemen dat een ‘steiger’, ter vergelijken met de stellage die je soms rond huizen in aanbouw ziet staan. “Elk orgaan heeft een skelet,” legt onderzoeker Terese Woodruff uit. “Wij keken hoe het skelet van de eierstok eruitzag en gebruikten dat als een model voor het implantaat.”

Follikel
De onderzoekers vulden de geprinte stellage met follikels: eicellen met daaromheen de cellen die de eicel ondersteunen, bijvoorbeeld door de hormoonproductie te organiseren. Vervolgens plaatsten de wetenschappers de ‘eierstok’ in het lichaam van een muis bij wie een eierstok was verwijderd. Dankzij de open structuur van de geprinte eierstok hadden de eicellen de ruimte om te rijpen en vond er een eisprong (ovulatie) plaats. Ook konden zich bloedvaten vormen in de 3D-geprinte structuur waardoor de hormonen die hier geproduceerd werden, in de bloedbaan van de muis terechtkwamen. Dankzij dat laatste waren de muizen die dankzij de geprinte eierstokken gezonde jongen kregen, ook in staat om deze van melk te voorzien.


Uitkomst
Wetenschappers zijn in hun nopjes met de resultaten. “Dit onderzoek laat zien dat deze bio-prothetische eierstokken op lange termijn kunnen functioneren,” stelt onderzoeker Teresa Woodruff. Ze hoopt dat het onderzoek in de toekomst een uitkomst zal blijken voor vrouwen die op jongere leeftijd kanker hebben gehad. “Wat sommige van onze kankerpatiënten overkomt, is dat hun eierstokken niet goed genoeg functioneren en zij hormoonvervangers nodig hebben om de puberteit te triggeren,” legt onderzoeker Monica Laronda uit. De door de onderzoekers gemaakte eierstok kan die behandelingen in theorie overbodig maken, omdat deze alle functies van de gezonde eierstok – waaronder het regelen van de hormoonproductie – kan overnemen. Voor de kunstmatige eierstok is dan ook niet alleen een rol weggelegd op het moment dat een patiënt een kinderwens heeft. Want deze is in elk stadium van het leven van de vrouw belangrijk. “Van puberteit tot adolescentie tot de natuurlijke menopauze,” somt Laronda op.

Of de eierstok ook in het lichaam van mensen zo goed werkt als bij muizen zal uit nader onderzoek moeten blijken.

(scientias.nl)

27-05-2017

Elektrische stimulatie wekt mensen uit hun coma


Met elektrische stimulatie werden de hersenen uit de comateuze toestand gehaald.
© Shutterstock

In een nieuwe, baanbrekende proef hebben onderzoekers de hersenen van mensen in coma onder stroom gezet – en hen zo tot een week lang uit hun bewusteloze toestand gehaald.

Door zwaar hersenletsel, vergiftiging, ernstig zuurstofgebrek of diabetes kan iemand in coma raken. En dan is het maar de vraag of hij of zij ooit weer zal ontwaken.

Tot op heden konden mensen in coma op geen enkele manier geholpen worden. Maar nu zijn onderzoekers erin geslaagd mensen met behulp van elektrische stimulatie tot een week lang uit hun coma te wekken.

Elektriciteit maakt hersenen wakker

De onderzoekers stelden de hersenen van de comateuze patiënten vijf dagen lang 20 minuten per keer bloot aan elektrische stimulatie. Die was gericht op de frontale kwabben, die onder andere verantwoordelijk zijn voor besluitvorming en sociaal gedrag.

De proefpersonen bevonden zich aan het begin van het project in vegetatieve of minimaal bewuste toestand. Daarin vertonen mensen soms lichte tekenen van bewustzijn maar kunnen ze niet communiceren. Deze toestand bestond al minimaal drie maanden.

Comapatiënten antwoorden op vragen

Na de elektrische stimulatie vertoonden 9 van de in totaal 16 patiënten verrassend veel tekenen van bewustzijn. Ze konden reageren op opdrachten, herkenden voorwerpen en bewogen. Twee mensen konden zelfs communiceren en met bewegingen vragen beantwoorden.

De elektriciteit activeert de hersencellen van de frontale kwabben, waardoor die weer elektrische signalen naar elkaar en naar andere gebieden in de hersenen gaan sturen.

Helaas vielen de patiënten na ongeveer een week terug in de lage bewustzijnstoestand. De onderzoekers willen de techniek zo verfijnen dat ze in de toekomst mensen permanent uit coma kunnen halen

(wibnet.nl)

01-06-2017

Wetenschappers creëren piepklein, moleculair zwart gat

Wat krijg je als je de krachtigste röntgenlaserstraal op een molecuul richt? Een piepklein zwart gat, zo blijkt uit een nieuw experiment.

Wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory hebben de röntgenstraal van hun krachtige laser op xenonatomen en twee soorten moleculen met een jodiumatoom gericht. Binnen 30 femtoseconden (een miljoenste van een miljardste van een seconde) verloren de moleculen vrijwel alle elektronen. Daarna explodeerden de moleculen.

Het is bijzonder dat een laser in staat is om vrijwel alle elektronen van binnenuit te verwijderen. Het moleculaire zwarte gat lijkt daardoor een beetje op een echt zwart gat. Een singulariteit trekt namelijk materie naar zich toe, waarvan een flink deel wordt verorberd door het zwarte gat.

Intense straal
De gebruikte laserstraal is extreem krachtig. “Zo’n straal is honderd keer intenser dan wanneer we al het zonlicht dat nu op de aarde valt op een postzegel richten”, zegt wetenschapper Sebastien Boutet. Met speciale spiegels werd de röntgenstraal gefocust op een gebied van 100 nanometer groot. Dat is ongeveer duizend keer kleiner dan de breedte van een haar op jouw hoofd. De onderzoekers gebruikten moleculen met 53 of 54 elektronen, namelijk xenon en jodium.

Elektronendief
De laserstraal slaagde er in om de elektronen grotendeels te verwijderen, waardoor er ‘lege atomen’ overbleven. Toch stopte het proces toen niet. Het jodium verloor zijn elektronen, maar hierdoor kreeg het atoom een sterke positieve lading. Het atoom begon vervolgens elektronen van nabijgelegen atomen – zoals koolstof en waterstof – naar zich toe te trekken. Deze elektronen werden uiteindelijk afgestoten. Kortom, een jodiumatoom kan meer elektronen verliezen dan dat hij zelf rijk is: zijn eigen elektronen én elektronen van buuratomen.

Mogelijk zijn de atomen nog meer elektronen kwijtgeraakt, maar dit konden wetenschappers niet detecteren. Wellicht dat dit in een vervolgonderzoek uitgezocht kan worden.

Waarheen leidt de weg?
Het onderzoek is nuttig, want het leidt tot de ontwikkeling van betere instrumenten om moleculen, virussen en andere complexe materialen te fotograferen. Uiteindelijk betekent dit dat er weer betere medicijnen op de markt komen.

(scientias.nl)

06-06-2017

Bedrijf wil doden tot leven wekken



Het is nu al een van de meest omstreden bedrijven ter wereld, terwijl ze nog geen product hebben verkocht: Bioquark. Deze Amerikaanse start-up wil een product op de markt brengen dat miljarden kan opbrengen. Ze willen namelijk de doden weer tot leven wekken. De mensen achter deze onderneming denken namelijk dat ze hersensdode patiënten weer kunnen revitaliseren.

Daartoe willen ze stamcellen in de hersenstam spuiten om daarna via lasertherapie en zenuwstimulatie het dode brein via een soort harde reset weer tot leven te wekken. Of die methode werkt, is niet bekend. Daarom wil Bioquark graag experimenteren. Aanvankelijk zou dat in India gebeuren, waar al twintig patiënten waren geselecteerd. Maar toen dat uitkwam, werd het experiment door de Indiase overheid alsnog verboden.

Klaarblijkelijk heeft de onderneming nieuwe proefkonijnen gevonden om op te experimenteren, aangezien ze net hebben aangekondigd een grote proef te zullen uitvoeren later dit jaar. Als de uitkomsten daarvan positief zijn, dan kan de therapie niet lang daarna op grotere schaal worden uitgevoerd. De bedoeling is dat dode delen van de hersens worden vervangen door de stamcellen, die zich daarna tot hersencellen zullen ontwikkelen.

Gerenommeerde artsen hebben al vraagtekens geplaatst bij de effectiviteit, maar Bioquark ziet er een toekomst in. Aangezien hersensdode patiënten op een andere manier niet meer tot leven komen, is het de moeite van het proberen misschien waard. Maar toch stuit dat rommelen met lichamelijk nog levende mensen velen tegen de borst. Als de hersens grotendeels zijn uitgevallen, is iemand er dan nog? En als je een persoon terughaalt, wat voor persoonlijkheid heeft hij of zij dan?

Bovendien kan de patiënt zelf geen toestemming geven om met het experiment mee te doen. Een ander beslist dus over leven (en potentieel) dood.

Dankzij het experiment weten we over een tijdje zeker of de hersens een reset-knop hebben of niet. Werkt de therapie niet, dan is dat waarschijnlijk ook gelijk het einde voor Bioquark, dat sinds 2007 bestaat.

(faqt.nl)

Biokwark klinkt erg als een vapourware bedrijf, een ongelofelijke high tech innovatie willen brengen en dan investeerders zoeken.....

De CEO is Frank Nickolas Stein?

08-06-2017

Einstein heeft alweer gelijk: astronomen zien sterrenlicht realtime afbuigen

We zien regelmatig zwaartekrachtlenzen in het verre universum, maar is het ook mogelijk om realtime te zien dat een ster het licht afbuigt? Albert Einstein geloofde in 1936 dat er weinig hoop was, maar nu is aangetoond dat het wel kan.

Een zwaartekrachtlens is een soort kosmische vergrootglas en buigt het licht van verre objecten. Stel, twee sterrenstelsels staan – gezien vanaf de aarde – achter elkaar. Het ene sterrenstelsel is vijf miljard lichtjaar van onze planeet verwijderd, terwijl het andere sterrenstelsel op acht miljard lichtjaar staat. Het licht van het verre sterrenstelsel reist langs het voorgrondstelsel en wordt afgebogen. Soms betekent dit dat we eenzelfde object vanaf de aarde meerdere keren zien, bijvoorbeeld in het geval van quasar WFI2033-4723. In andere gevallen wordt het licht van het achterliggende object versterkt, waardoor we verre sterrenstelsels kunnen zien die anders niet zichtbar zijn.

Maar is het effect van zwaartekracht ook realtime zichtbaar bij sterren in ons eigen melkwegstelsel? Dat wil zeggen: kunnen we een micro-zwaartekrachtlens zien ontstaan en vervolgens weer zien verdwijnen? Ja, zo bewijzen astronomen in een nieuw paper. De nabije witte dwergster Stein 2051 B heeft het licht van een verre ster afgebogen, waardoor de positie van deze achtergrondster twee milliarcseconden afweek van de daadwerkelijke positie. Dit verschil is enorm klein. Het is alsof je een mier ziet lopen op een klein muntje op een afstand van bijna 2.500 kilometer.

Einsteinring
De witte dwerg is zeventien lichtjaar van de aarde verwijderd en is ongeveer 2,7 miljard jaar oud. De afstand tussen de achtergrondster en de aarde is 5.000 lichtjaar. De witte dwergster schoof niet exact voor de achtergrondster, waardoor er geen symmetrische Einsteinring zichtbaar was. De ring was te klein om te meten, maar door de asymmetrische vorm leek de ster twee milliarcseconden verplaatst te zijn.


Vuurvliegje naast een gloeilamp
“Stein 2051 B oogt 400 keer helderder dan de verre achtergrondster”, vertelt teamlid Jay Anderson van STScI. Hij analyseerde de posities van de sterren op de Hubble-foto’s. “Het is alsof je een vuurvliegje naast een felle gloeilamp in de gaten houdt. Het insect beweegt nauwelijks, terwijl het licht van de lamp het moeilijk maakt om het diertje te zien.”

Eerste keer
Dit is de eerste keer dat wetenschappers het licht van een ster zien verplaatsen door gravitationele microlensing. Met uitzondering van de zon, want daar werd het effect tijdens een zonverduistering in 1919 aangetoond. Normaal gesproken wordt gravitationele microlensing ingezet om exoplaneten te ontdekken.


De blauwe lijn laat de beweging van de achtergrondster zien.

Perfect gewicht
Dankzij dit onderzoek weten astronomen nu dat het gewicht van Stein 2051 B ongeveer 68% is van het gewicht van onze zon. Dat betekent dat het object zwaarder is dan eerder gedacht. Dat is goed nieuws, want het nieuwe gewicht komt exact overeen met theoretische modellen, zoals de Chandrasekhar-limiet.

(scientias.nl)

15-06-2017

Robot schrijft eigenhandig twee muziekstukken

De robot met vier armen speelt op de marimba zijn zelfgeschreven liedjes.

Al zeven jaar werkt onderzoeker Mason Bretan aan deze robot, die de naam Shimon draagt. De robot begon zijn carrière als componist door te luisteren naar door mensen gemaakte muziek. Bretan gaf de robot bijna 5000 complete liedjes – van Beethoven tot Lady Gaga – om te bestuderen. De volgende stap was improviseren op akkoordprogressies.


Deep learning

In het begin was het zo dat robots geprogrammeerd werden om één taak te doen en dat was het. Maar door machines een op het menselijk brein geïnspireerd en dus gelaagd netwerk van processors te geven – ook wel diep neuraal netwerk genoemd – kunnen ze leren van hun ervaringen en zich dus meerdere taken eigen maken en gaandeweg ook beter worden in bepaalde taken. We noemen dat deep learning.

Muziekstuk
En nu is Shimon dus nog een stapje verder gegaan en heeft zijn eigen muziekstuk geschreven. Hij kreeg daarbij vrijwel geen hulp van mensen: Bretan leverde alleen de eerste vier maten aan. “Shimons compositie laat zien hoe muziek klinkt en eruitziet als een robot middels diepe neurale netwerken alles over muziek leert op basis van miljoenen door mensen gemaakte fragmenten,” vertelt Bretan.

Denken als een muzikant
Volgens Bretan is het voor het eerst dat een robot ‘deep learning’ gebruikt om muziek te creëren. Hij wijst erop dat de robot door de tijd heen ook steeds meer als een muzikant is gaan denken. Zo was de robot in het begin nog erg gefocust op de volgende noot, maar is deze nu veel meer bezig met de structuur van de complete compositie. “Wanneer we muziek maken of luisteren, denken we niet alleen maar na over de volgende noot. Een artiest heeft een veel groter beeld van wat hij of zij in de komende maten of later in het muziekstuk wil bereiken.”


In de toekomst zal Shimon nog meer muziekstukken gaan schrijven. En zolang de onderzoekers hem andere beginmaten geven, zal hij elke keer met een ander stuk op de proppen komen. Onderzoekers kunnen onmogelijk voorspellen hoe dat stuk gaat klinken. Wel klinken in de muziekstukken invloeden door van de componisten en artiesten die Shimon heeft beluisterd. Zo hoort Bretan zo af en toe invloeden van Mozart terug bijvoorbeeld. Maar je kunt de robot niet betrappen op plagiaat: zijn stukken zijn niet te herleiden naar een specifiek muziekstuk of liedje.

(scientias.nl)

18-06-2017

Ongelooflijk: de eerste bacterieprinter



In 2010 haalde de Amerikaanse bioloog Craig Venter de wereldpers met een geweldige uitvinding. Hij had een bacterie gemaakt. Een echte, door ruw genetisch erfgoed in een lege cel te plaatsen. Het ding bleek te leven. Het wekte de belangstelling van een van de grootste futuristen ter wereld, Elon Musk. De puissant rijke zakenman zag mogelijkheden in de vinding van Venter en besloot hem te financieren. Nu, anderhalf jaar later, onthult Venter het resultaat: de eerste bacterieprinter.

Dat moet het maken van synthetische levensvormen een stuk makkelijker maken. Maar Musk wil de printer niet alleen op aarde inzetten, hij heeft veel grotere plannen. Waarom geen bacteriën gaan maken op Mars? Hij noemt het biologische teleportatie.

Het idee van Venter en Musk is simpel. Ze willen hun printer naar een planeet sturen waar geen leven is, maar wel leven mogelijk moet zijn, zoals Mars. Daar zetten ze de printer via een signaal vanaf aarde aan, waarna er simpele bacteriën worden gemaakt. Niet eentjes, maar miljoenen als het moet. De printer is in staat om de stoffen guanine, thymine, cytosine en adenine te mengen. Dat zijn de chemische bouwstenen waaruit eenvoudig leven bestaat.

Deze bacteriën zullen, als alles goed gaat, de planeet langzaam bevolken en wellicht zelfs beginnen met een evolutie. Met de printer zijn alleen zeer eenvoudige levensvormen te maken, maar die kunnen een planeet al tot leven wekken, denkt Musk. Tegen de tijd dat mensen komen, is er dan al een zeer eenvoudig ecosysteem zich aan het ontwikkelen. Het moet vervolgens voor menselijke kolonisten makkelijker zijn om bijvoorbeeld aan landbouw te gaan doen.

Dergelijke terraforming is een noodzakelijke voorwaarde, wil een menselijke bewoning van Mars ooit op gang komen. Venter denkt dat het wel even gaat duren voor zijn synthetische levensvormen Mars bewoonbaar hebben gemaakt, maar het proces kan in ieder geval op gang komen. Nu nog een ruimtevaartuig ontwikkelen dat de printer mee kan nemen naar de rode planeet.

(faqt.nl)

13-06-2017

Researchers Reveal The Multi-Dimensional Universe Of The Brain


The bottom is a part of the neocortex, the top represents structures ranging from 1 dimension to 7 dimensions and beyond. The 'black-hole' in the middle is used to symbolize a complex of multi-dimensional spaces, or cavities. Blue Brain Project

The human brain is a convoluted labyrinth of passages in constant flux – routes are being created, strengthened, and deconstructed on a daily basis. On top of this, there are billions of neurons communicating with each other all day, every day via these ever-changing passages. At their junctions, there are synapses – about 1 quadrillion of them. If this all sounds complicated enough, then add a mind-boggling 11 dimensions to the mix.

Get ready, this new research is set to be a head-twister.

The study, published in Frontiers in Computational Neuroscience, uses algebraic topology to reveal the multi-dimensional architecture of the brain. This branch of mathematics harnesses abstract algebra to study topological spaces, such as spheres, knots, and tori.

The team from Blue Brain Project primarily focused on “cliques” and “cavities” to paint a picture of the structures and spaces within the brain. When neurons form a clique, they connect to every other neuron in the group in a way that forms a precise geometric object. The more neurons there are in a clique, the more connections there are, and the greater the dimension of the object.

“We found a world that we had never imagined,” said neuroscientist Henry Markram, director of Blue Brain Project, in a statement, “there are tens of millions of these objects even in a small speck of the brain, up through seven dimensions. In some networks, we even found structures with up to eleven dimensions.”

The purpose of such work is to try to peel back the relatively flat representation of the brain we have and reveal the multi-dimensional internal workings of the brain.


A representation of the neurons and connections that, in terms of the model, make up multi-dimensional "cliques". Above is a 5-dimensional simplex. Blue Brain Project

When the team then added a stimulus into the virtual brain, progressively higher dimensional cliques assembled and enclosed holes, or cavities. Much of these developments, however, were ephemeral.

Co-author Ran Levi paints it in a simpler fashion: “The appearance of high-dimensional cavities when the brain is processing information means that the neurons in the network react to stimuli in an extremely organized manner. It is as if the brain reacts to a stimulus by building then razing a tower of multi-dimensional blocks, starting with rods (1D), then planks (2D), then cubes (3D), and then more complex geometries with 4D, 5D, etc. The progression of activity through the brain resembles a multi-dimensional sandcastle that materializes out of the sand and then disintegrates.”

The team did their best to verify their findings by testing the results on real brain tissue. They state that their virtual discoveries were biologically relevant and suggest that the brain constantly rewires itself during development to construct a high-dimensional structure.

It is key to note that the objects in this study are not more than three dimensions outside the space of this model, it’s just that the mathematics used to describe the intricacy can have more dimensions.


(iflscience.com)

29-06-2017

Nieuwe kunststof verplaatst in het licht

Wetenschappers van de TU Eindhoven hebben samen met Engelse onderzoekers een nieuw polymeer ontwikkeld, dat onder invloed van licht gaat golven.

De onderzoekers plaatsten de kunststof in een rechthoekig frame. Het frame is niet groter dan een paperclip. Wanneer er licht op staat, kruipt het polymeer met een snelheid van een halve centimeter per seconde. In een paper in het wetenschappelijke vakblad Nature schrijven de onderzoekers dit het eerste wandelmachientje is dat licht direct omzet in voortbeweging.

In de video hieronder is te zien dat het machientje twee kanten op kan bewegen, afhankelijk van de positie. Is het machientje omgedraaid, dan kruipt het beestje de andere kant op.


Vloeibare kristallen
Het polymeer bestaat uit ‘liquid crystals’, die bijvoorbeeld ook in jouw LCD-televisie zitten. Het team van onderzoekers, onder leiding van hoogleraar Dick Broer, verwerkten een snel-reagerende lichtgevoelige variant in een vloeibaar-kristalpolymeer.

Hoe de technologie werkt
Wanneer er licht schijnt op het polymeer, dan zet de ene kant uit, terwijl de andere kant krimpt. Hierdoor gaat de kunststof bol staan. Is het licht weg, dan is de vorming direct verdwenen, en springt het apparaatje dus verder. Het strookje absorbeert het violette licht vrijwel volledig, waardoor er een schaduw ontstaat. Dit zelf-schaduwende effect zorgt voor een continue golfbeweging. Doordat de kunststof korter is dan het frame, staat het polymeer al direct bol. Wanneer er licht op wordt geschenen, bolt het belichtte deel naar beneden. Hierdoor ontstaat een kuil, waardoor het volgende stuk licht ontvangt en naar beneden bolt. De kuil verplaatst zich zo naar achteren en hierdoor ontstaat een golfbeweging. Het lijkt alsof het polymeer loopt.


Piepklein wandelmachientje. Foto: Bart van Overbeeke.

Zonnepanelen schoonmaken
De onderzoekers geloven in de een toekomst voor deze technologie. Zo kunnen kleine objecten naar moeilijk bereikbare plaatsen worden gebracht. Het mechanisme is namelijk zeer krachtig, waardoor het zwaardere en grotere objecten – zelfs op een helling – verplaatsen. Daarnaast is het een ideale manier om zonnepanelen schoon te houden. De piepkleine machine maakt namelijk een golvende beweging, waardoor zandkorrels en ander vuil van een zonnepaneel kan worden verwijderd.

(scientias.nl)

Caltech ontwikkelde een phased array camera. Met deze sensor heeft de camera geen objectief nodig. Vergelijk het maar met een phased array radar, waar geen ronddraaiende antenne meer gebruikt wordt.

https://www.caltech.edu/n(...)without-lenses-78731

30-06-2017

Vervuild water kan gefilterd worden met behulp van microbotjes.

In een nieuw paper beschrijven wetenschappers hoe de techniek werkt. Ieder botje bestaat voor de helft uit magnesium. Hierdoor ontstaan waterstofbellen in het water, waardoor de botjes door het water bewegen. De andere helft is gemaakt van verschillende laagjes goud en ijzer met daar bovenop zilveren nanodeeltjes. De bacteriën komen vast te zitten tussen de ijzeren en gouden lagen, waarna ze gedood worden door de nanodeeltjes.

Des te meer microbotjes er in vervuild water worden losgelaten, des te effectiever wordt het water gefilterd. De onderzoekers beweren dat de botjes in twintig minuten tijd tachtig procent van de E. coli-bacteriën in vervuild water kunnen doden.




Magnetisch
Uiteraard kan het water niet gedronken worden met de microbotjes er nog in. Dit is de reden dat ieder microbotje voor een deel uit ijzer bestaat. Hierdoor kunnen de botjes met een magneet uit het water worden gehaald.

Geen elektriciteit
Het grote voordeel is dat deze microbotjes geen elektriciteit nodig hebben om te werken. Toch is het de vraag hoe deze microbots daadwerkelijk ingezet gaan worden, want het lijkt ons alsnog een dure operatie om zakken vol microbotjes te vervoeren. Ook is tachtig procent nog geen honderd procent. Dan is deze filtermethode pas echt effectief.

Toekomst
De onderzoekers beloven hun microbots verder te verfijnen. Als de botjes goed werken, dan kunnen zij de kwaliteit van leven voor 663 miljoen mensen verbeteren. Dit zijn mensen die geen toegang hebben tot schoon drinkwater. Maar dat niet alleen! Deze microbotjes gaan in de toekomst misschien wel medicijnen afleveren in ons lichaam.

(scientias.nl)

06-07-2017

Geen diesel nodig: studenten maken bus die op mierenzuur rijdt



© thinkstock.

Studenten van de Technische Universiteit in Eindhoven (Nederland) hebben een 'mierenzuurbus' voorgesteld. Het is de allereerste bus ter wereld die aangedreven wordt door, jawel, mierenzuur. Eind dit jaar zullen de eerste bussen rondrijden.

Aanhangwagen

Mierenzuur ontstaat door waterstof te laten reageren met kooldioxide, het resultaat wordt bewaard in een kunststoftank. Dankzij een proces in twee stappen, wordt het zuur omgezet in elektriciteit. Er wordt dan een soort aanhangwagen gevuld met mierenzuur, die dienst moet doen als laadstation voor de elektrische bussen of vrachtwagens. Wanneer de aanhangwagen aangesloten wordt, kan het voertuig dankzij het mierenzuur zo'n 200 kilometer rijden. Dat is een enorme vooruitgang, want nu raken elektrische bussen slechts 80 kilometer ver.

Veilig en goedkoop

Mierenzuur is een veilig alternatief voor waterstof. Die brandstof wordt onder hoge druk in een tank opgeslagen en dat is niet zonder risico. "Waterstof is explosief. Onze brandstof is te vergelijken met diesel. Probeer dat maar eens aan te steken; dat lukt je niet. Bovendien kunnen we met hetzelfde volume aan brandstof twee keer zoveel energie genereren", aldus technisch manager Tijn Swinkels.

Nog volgens Swinkels is het mierenzuur een goedkoop alternatief voor fossiele brandstoffen zoals benzine. "Nu nog kunnen we het mierenzuur produceren voor zestig cent per liter. Bij heel grote hoeveelheden daalt de literprijs met de helft." De lage brandstofprijs compenseert het hoge verbruik: met één litertje mierenzuur kom je niet veel verder dan een kleine 700 meter.

Veel interesse

Busmaatschappijen en transportbedrijven hebben al veel interesse getoond in het systeem. Als alles goed gaat zouden de eerste 'mierenzuurbussen' eind volgend jaar op de openbare wegen rijden.

(HLN)

11-07-2017

Chinezen teleporteren informatie van de aarde naar de ruimte

Een primeur! De ‘ontvangende’ satelliet bevond zich op meer dan 500 kilometer van het aardoppervlak.

Teleportatie klinkt misschien als iets uit een sciencefictionfilm, maar in laboratoria wereldwijd wordt er op dit moment informatie geteleporteerd. Wetenschappers maken daarbij gebruik van wat Einstein ‘spooky action at a distance‘ noemde, oftewel: verstrengeling.

Over verstrengeling
“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica,” vertelde de Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson een paar jaar geleden, nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren. “Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.” Simpel gezegd: er is een soort mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van de één afhankelijk is van de toestand van de ander en je door één deeltje te bestuderen, dus meer te weten kunt komen over het andere en in feite dus informatie van het ene naar het andere deeltje teleporteert.

Het mooie van het teleporteren van informatie is dat informatie niet van A naar B reist, maar op de ene plek verdwijnt en op de andere verschijnt. Hierdoor is het onderscheppen van informatie onmogelijk. In de toekomst hopen onderzoekers dan ook een zeer veilig kwantuminternet te kunnen bouwen dat supersnelle kwantumcomputers in staat stelt om met elkaar te communiceren.

Van de aarde naar de ruimte
Chinese onderzoekers zijn nu op dezelfde wijze aan het teleporteren geslagen. Maar wel over een enorme afstand: van de aarde naar een satelliet die op meer dan 500 kilometer hoogte om de aarde draait. Een primeur. De onderzoekers beschrijven hun experiment in dit paper en zien het als “een essentiële stap richting een wereldwijd kwantuminternet” (zie kader).

Het experiment
Te lezen is hoe ze twee fotonen met elkaar verstrengelden en vervolgens één van deze fotonen naar de satelliet stuurden. De tweede foton bleef op aarde. Vervolgens voerden ze metingen uit op aarde en in de ruimte en deze bevestigden dat de deeltjes verstrengeld waren. Vanzelfsprekend deden de Chinezen dit niet zomaar met twee verstrengelde deeltjes: ze herhaalden het experiment met miljoenen fotonen. En honderden daarvan wisten ondanks de grote afstand verstrengeld te blijven.

In theorie kun je een verstrengeld deeltje naar de andere kant van het universum sturen, zonder de verstrengeling te doorbreken. Maar in de praktijk is dat lastiger, omdat fotonen gemakkelijk de interactie aangaan met hun omgeving en de verstrengeling daarbij verloren kan gaan

(scientias.nl)

02-08-2017

Doorbraak: wetenschappers halen gevaarlijke mutatie uit menselijke embryo's



De embryo's na de genaanpassing en een reeks celdelingen. © kos.

Wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd om embryo's te ontdoen van DNA dat een dodelijke, erfelijke hartaandoening veroorzaakt. Ze produceerden op die manier embryo's die op het eerste gezicht gezond zijn, zo blijkt uit een studie die vandaag werd gepubliceerd in het vakblad Nature.

De onderzoekers, een internationaal team van Amerikaanse, Zuid-Koreaanse en Chinese wetenschappers, focusten hun onderzoek op hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, een verdikking van de hartspier, die de belangrijkste doodsoorzaak vormt onder jonge atleten.

De hartaandoening treft 1 op 500 mensen en kan leiden tot een plotse hartstilstand. De ziekte wordt veroorzaakt door een afwijking in een enkel gen en dragers hebben vijftig procent kans om dat gen door te geven aan hun kinderen.

"Dankzij deze techniek is het mogelijk is de last van deze erfelijke ziekte op de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken."
Dr. Shoukhrat Mitalipov

In de studie, die beschreven wordt in het vakblad Nature, gebeurde het genetisch herstel tijdens de conceptie. Sperma van een man met hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, werd bewerkt met Crispr-technologie, die werkt als een genetische schaar en de gemuteerde DNA-sequentie uit het mannelijke gen knipt. Dat gezonde DNA werd ingebracht in het bevruchte eitje.

De onderzoekers gaven de embryo's vijf dagen de tijd om zich te ontwikkelen voor ze het experiment stopzetten. 72 procent van de embryo's bleken vrij te zijn van de ziekteverwekkende mutatie. "Elke volgende generatie zou dit herstel meekrijgen, want we hebben de ziekteverwekkende genvariant uit de verwantschapslijn gehaald. Dankzij deze techniek is het mogelijk de last van deze erfelijke ziekte voor de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken," zegt dr. Shoukhrat Mitalipov, een sleutelfiguur in het onderzoek.

De methode was echter niet sluitend: de overige embryo's hadden een ongewenste deletie of insertie in het DNA. Volgens dr. Mitalipov kan de procedure nog verder verfijnd worden, zodat minstens 90 procent van de embryo's mutatievrij zouden zijn.

10.000 aandoeningen

De onderzoekers benadrukken wel dat er meer onderzoek naar genaanpassing nodig is, vooraleer kan gestart worden met klinische proeven.

Hoewel het nog enige tijd zal duren voor de praktijk ook in de realiteit kan worden toegepast, vergroot het onderzoek alleszins de kans dat baby's op een dag beschermd kunnen worden tegen erfelijke aandoeningen. Ongeveer 10.000 erfelijke aandoeningen zouden in theorie kunnen hersteld worden met deze technologie.

Ethisch verantwoord?


Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen."
Prof. Darren Griffin

Tegelijkertijd roept het onderzoek ook ethische vragen op. "Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen," zegt Darren Griffin, professor genetica aan de universiteit van Kent. "Dit is geen eenvoudige vraag. Tegelijkertijd moet ook het debat gevoerd worden over hoe moreel acceptabel het is om niet in te grijpen wanneer we deze technologie om levensbedreigende ziektes te vermijden, ter beschikking hebben," aldus Griffin.

De studie werd al scherp veroordeeld door dr. David King van de actiegroep Human Genetics Alert in Londen, die het onderzoek "onverantwoord" en een "race voor de eerste genetisch aangepaste baby" noemt.

"Hoewel we nog maar net de complexiteit van genetische aandoeningen beginnen te begrijpen, zal genaanpassing waarschijnlijk aanvaardbaar worden wanneer de potentiële voordelen, zowel voor individuen als de bredere maatschappij, groter worden dan de risico's," zegt dr. Yalda Jamshidi, docent genomische geneeskunde aan de St. George's University in Londen.

(HLN)

09-08-2017

Nieuwe chip kan lichaam repareren



Over een paar jaar heeft iedere arts er waarschijnlijk eentje: een chip waarmee kapotte cellen kunnen worden gerepareerd. Het is een sensationele uitvinding van Ohio State University in de VS die belooft de geneeskunde revolutionair te veranderen. De uitvinders noemen het zelf tissue nano-transfection of TNT.

De behandeling, die tot nu toe alleen op muizen werd uitgevoerd, bestaat uit een kleine chip die op een stuk beschadigd lichaam wordt geplaatst. Dat kan huid zijn, maar ook zenuwbanen of bloedvaten. Deze chip kan zeer nauwkeurig eiwitten en genetisch materiaal naar de beschadigde cellen leiden, waar ze worden geactiveerd om cellen te repareren.

Zo is de chip op het beschadigde pootje van een muis gezet. De bloedvaten in het ledemaat werkten niet meer goed. Door de chip werden huidcellen van de muis veranderd in bloedvatcellen. Twee weken na de behandeling huppelde het knaagdier weer vrolijk rond. Maar het is ook mogelijk om deze techniek toe te passen op de hersens van muizen die een infarct hebben gehad. Dan worden de huidcellen omgezet in zenuwweefsel.

De behandeling is zeer effectief, in 98 procent van de experimenten werden muizen genezen met een ernstige aandoening. De uitvinders denken dat het zelfs ingezet kan worden om verouderde cellen te verjongen. Dat kan betekenen dat de levensduur van muizen – en hopelijk mensen – flink omhoog kan. Het lichaam krijgt gewoon een verjongingskuur.

De volgende stap is het experimenteren op mensen. Als die net zo reageren, heeft de geneeskunde er een krachtige nieuwe reparatieset bij. Vooral het behandelen van beschadigde huid en bloedvaten ziet er veelbelovend uit. Vooral omdat er gebruik wordt gemaakt van lichaamseigen eiwitten, die door het lichaam niet worden afgestoten.

De nieuwe techniek wordt in detail beschreven in het vakblad Nature Nanotechnology.
.
(faqt.nl)

12-08-2017

Een printer waar levende wezens uitrollen: het begin is er

Een Amerikaanse onderzoeker heeft een apparaat ontwikkeld dat DNA, RNA, eiwitten en viruspartikels kan printen.

Het apparaat heeft de naam Digital-to-Biological Converter (kortweg DBC) gekregen en is ontwikkeld door de onderzoeksgroep van Craig Venter. Misschien gaat er bij het horen van die naam niet direct een belletje rinkelen. Maar binnen de synthetische biologie wordt de man gezien als een pionier. Hij verbaasde in 2000 vriend en vijand door met weinig mankracht in korte tijd het complete menselijke genoom in kaart te brengen. En in 2010 wist hij alle kranten te halen door – naar eigen zeggen – voor het eerst kunstmatig leven te creëren (zie kader). Een paar jaar later – in 2016 – presenteerde hij een uitgeklede versie van diezelfde synthetische levensvorm die enkel de genen herbergde die deze nodig had om te overleven (en dat waren er – verbazingwekkend genoeg – 437, veel meer dan vooraf werd gedacht).

Synthetisch leven

In 2010 creëerde Venter een volledig synthetisch genoom en plaatste dat vervolgens in een levende cel. Velen – waaronder Venter zelf – bestempelden het resulterende organisme als ’s werelds eerste synthetische levensvorm. Daar valt echter wel iets op af te dingen. Want dit organisme was niet vanuit het niets gecreëerd: Venter maakte immers alsnog gebruik van een bestaande, levende cel.

DBC
En nu laat Venter dus weer van zich horen. En wel met de DBC. “Allerlei methoden die in het moleculair biologisch lab gebruikt worden, worden in dit apparaat geautomatiseerd,” vertelt professor Oscar Kuipers, als moleculair microbioloog verbonden aan de Universiteit van Groningen.

Van bits naar eiwitten
Maar hoe werkt het apparaat dan precies? “Het begint allemaal met digitale informatie, dus bits: nullen en enen,” stelt Kuipers. Die bits beschrijven een DNA-sequentie, oftewel de volgorde van nucleotiden, waarvan adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) en Thymine (T) de meest voorkomende zijn. “Met twee bits kun je elke letter schrijven. A kan bijvoorbeeld 00 zijn. C kan 10 zijn, G kan 01 zijn en T kan 11 zijn.” Zo’n digitale DNA-sequentie kan het apparaat van Venter vervolgens omzetten in een echt DNA-molecuul, dat bestaat uit twee ketens van duizenden aan elkaar gekoppelde nucleotiden. “Deze DNA-syntheses (de kunstmatig gecreëerde DNA-moleculen, red.) bestaan bijvoorbeeld uit een paar duizend letters. Die kortere stukken DNA kunnen echter aan elkaar gekoppeld worden, zodat grotere stukken DNA ontstaan. En uiteindelijk kun je zo een compleet chromosoom maken.” Zo heeft Venter al aangetoond dat hij het chromosoom van een faag – een klein virus dat alleen een specifieke bacterie infecteert en uit een paar duizend basenparen bestaat – kan produceren. “Maar je kunt zeker ook grotere DNA-sequenties maken.” Het apparaat gaat echter vervolgens nog een stapje verder. “Als je zo’n stuk DNA hebt, kan het apparaat daar nog enzymen aan toevoegen die het DNA omzetten in RNA-moleculen en die coderen dan voor de eiwitten.” Door vervolgens nog wat andere stoffen – waaronder energiedragers, enzymen en ribosomen – toe te voegen, maakt het apparaat een eiwit. “En dat gebeurt dus allemaal in vitro, dus zonder tussenkomst van levende cellen.”


De Digital-to-Biological Converter. Afbeelding: Nature Biotechnology / doi:10.1038/nbt.3859.

Transformatie-unit
Op dit moment kan het apparaat dus DNA-moleculen, RNA-moleculen en eiwitten maken. Daarnaast zit in het apparaat ook een transformatie-unit. Deze transformatie-unit kan het synthetische DNA in een levende cel plaatsen. Het betekent dat het apparaat in staat is om de ‘kunstmatige levensvorm’ die Venter in 2010 presenteerde, te ‘printen’.

Vaccins en medicijnen
Het klinkt heel indrukwekkend. Maar wat kunnen we nu eigenlijk met dit apparaat? Venter ziet grote mogelijkheden. Hij ziet het apparaat al vaccins, medicijnen, voedsel en zelfs complexere levensvormen op misschien wel andere planeten printen. “Het apparaat kan onder meer RNA-moleculen maken en die worden weer gebruikt om vaccins van te maken,” vertelt Kuipers. Er liggen plannen om de DBC kleiner en mogelijk zelfs draagbaar te maken. Het zou kunnen betekenen dat vaccins straks op elke plek gemaakt kunnen worden. Hetzelfde geldt voor sommige medicijnen. “Stel je voor dat je in het regenwoud zit en je loopt een infectie op. Het apparaat kan dan de ziekteverwekker sequencen en daarmee identificeren. Dan kan een arts op afstand het apparaat opdracht geven om een geschikt antibioticum te printen.” Het klinkt misschien te mooi om waar te zijn. “Maar het is zeker niet onmogelijk, want een antibioticum kan een eiwitje of een complexe organische verbinding zijn en zolang je de juiste moleculaire bouwstenen en enzymen hebt, kun je die synthetiseren.”

Wie is Venter?

Sommige mensen noemen hem een genie. Anderen zien hem meer als een geslepen zakenman die erin slaagt om – onder meer bij bedrijven – honderden miljoenen dollars los te peuteren voor zijn onderzoek. Kuipers ontmoette Venter een aantal jaren geleden toen Venter de Leeuwenhoek Medaille in ontvangst mocht nemen. “Het is een charismatische man, een visionair, maar tegelijkertijd is hij ook heel zakelijk.” Of hij net als eerdere ontvangers van de Leeuwenhoek Medaille ooit de Nobelprijs in handen gedrukt gaat krijgen? Het zou Kuipers niet verbazen. “Hij heeft misschien geen concrete grote ontdekking gedaan, maar hij heeft wel enorm veel kennis verzameld en die kennis snel gebruikt om onderzoek en synthese te automatiseren. De moleculaire biologie is door hem absoluut in een versnelling geraakt.”

Biologische teleportatie naar Mars
Maar Venter droomt groter. Hij ziet het ook wel voor zich dat dit apparaat in de toekomst naar Mars wordt gestuurd om daar micro-organismen te printen die de rode planeet terravormen. Of misschien kunnen we de planeet zelfs wel van een afstandje koloniseren door het genoom van complexere levensvormen – misschien zelfs mensen – naar zo’n apparaat op Mars te sturen. Venter noemt dat ‘biologische teleportatie’. “Het is een beetje Jules Verne-denken,” vindt Kuipers. Want er zitten vanzelfsprekend nogal wat haken en ogen aan dit wilde plan. “Eerst moet je het apparaat daar zien te krijgen en het moet ook daar – bij lage temperaturen en extreme omstandigheden – functioneren. Bovendien heeft Venter nog niet laten zien dat hij zonder tussenkomst van levende cellen een organisme kan printen. Dus dat betekent dat je cellen, al dan niet voorgeprepareerd, mee moet sturen om leven te kunnen ‘printen’.” Kuipers ziet zelf meer in die andere toepassing: snel medicijnen en vaccins printen op de plekken waar dat nu heel lastig is.

Echt nieuw leven printen
Biologische teleportatie mag dan ver weg zijn: het maakt Kuipers niet minder enthousiast over de DBC. “Het is heel mooi dat er nu een machine is die van elke sequentie in principe een eiwit kan maken. Natuurlijk zijn er nog wel wat problemen.” Zo is niet elk eiwit dat Venter maakt, functioneel, omdat niet elk eiwit zich direct goed vouwt. “Daarvoor heb je hulp-eiwitten of andere stofjes nodig, maar die kunnen in de toekomst natuurlijk in het apparaat worden toegevoegd. In theorie is dan ook niets onmogelijk. De logische vervolgstap? Met dit apparaat een compleet genoom synthetiseren en in een bacterie plaatsen, zodat een heel nieuwe bacterie ontstaat.” Die nieuwe bacterie kan – in de toekomst wellicht samen met synthetische hogere organismen – ingezet worden om stoffen te produceren die wij mensen nodig hebben. “Denk aan medicijnen of voedsel.” En dat toekomstbeeld is de opmaat naar de heilige graal binnen de synthetische biologie: leven maken from scratch. “Dat is de uitdaging. Van levenloos materiaal – nucleotiden, aminozuren, suikers, vetten, metalen en vitamines – leven maken,” bevestigt Kuipers. “Maar dat is nog ver weg. Dat kan nog wel 20 jaar duren. Maar als het lukt, kunnen we ook dat proces waarbij uit moleculen cellen worden gemaakt, automatiseren.”

Venter mag dan zo langzamerhand uitgegroeid zijn tot het gezicht van de synthetische biologie: hij is bij lange na niet de enige die in dit onderzoeksveld actief is. Talloze onderzoeksgroepen wereldwijd proberen nieuwe moleculen en stofwisselingsprocessen in bacteriën te brengen of zelfs vanuit niets een micro-organisme te scheppen. En het lijkt een kwestie van tijd voor zij met semi-synthetische levensvormen op de proppen komen die de wereld gaan veranderen. “Ik denk dat de impact van dit onderzoeksveld enorm kan zijn. Het is een beetje vergelijkbaar met de impact die de smartphone en de personal computer op de wereld hebben gehad, denk ik.” Alleen zal de synthetische biologie toch het speelveld blijven van de specialisten. “Ik denk niet dat elke burger straks zijn eigen medicijnen print, maar de apotheek op de hoek wel.” Voor het zover is, zullen de ethische bezwaren die er altijd zijn als het gaat om het ‘knutselen met DNA’, nog regelmatig de kop opsteken. Maar ze zullen de opmars van Venter en collega’s hooguit vertragen en zeker niet stoppen. “Elke technologie kan natuurlijk ten goede of ten kwade gebruikt worden,” benadrukt Kuipers. “Maar ik kan veel gevaarlijkere technologieën bedenken dan deze

(scientias.nl)

11-08-2017

'De meest complexe machine op aarde'

“Een van de (vele) uitdagingen bij de realisatie van kernfusie als energiebron is het maken van een bestendige reactorwand. Die moet een temperatuur van zo’n 150 miljoen Celsius weerstaan. Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut DIFFER denken nu dat een wand van vloeibaar metaal de klus kan klaren. Vier jaar geleden ging ik al op bezoek bij kernfusiereactor in aanbouw ITER en zag dat kernfusie rocket science op aarde is.”

Auteur: Roel van der Heijden

Ondanks de belofte op een veilige, schone en schier oneindige energieproductie faalden alle pogingen tot nu toe om kernfusie in te zetten als energiebron. Momenteel wordt er echter hard gewerkt aan een machine die de weg moet plaveien naar een centrale die fusie-energie produceert. Kennislink neemt met enkele experts testreactor ITER onder de loep, volgens sommigen de meest complexe machine op aarde in aanbouw.

Vloeibaar metaal als plasmadoosje

Het gloeiendhete plasma is de brandstof van een kernfusiereactor. Hoewel het voornamelijk in bedwang wordt gehouden door ijzersterke magneetvelden krijgt de wand van een reactor als ITER het enorm te verduren. Zelfs de sterkste en meest hittebestendige materialen slijten hierbij sneller dan ingenieurs lief is.

Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut publiceren begin augustus 2017 over een mogelijk oplossing: een wand van vloeibaar metaal. Ze testten een wand van wolfraam waarin door kleine gaatjes tin of lithium naar buiten stroomt. Als gevolg van de hitte verdampt dit materiaal en vormt een soort damplaag voor de wand, die warmte van het plasma absorbeert en verdeelt. Bovendien wordt de beschermlaag vanzelf dikker op het moment dat de temperatuur stijgt en er meer materiaal verdampt. De wetenschappers denken een veelbelovende oplossing voor toekomstige fusiereactoren in handen te hebben.


 SOHO-EIT Consortium/ESA/NASA

Zon bijgesneden

Meer weten over kernfusie zelf? Lees het Kennislinkartikel Een zon op aarde.

De zon fuseert elke seconde met schijnbaar gemak honderden miljoenen tonnen aan waterstof tot helium. Het fuseren van atoomkernen tot nieuwe, zwaardere kernen is een proces waar doorgaans ongelofelijk veel energie bij vrijkomt en dat wereldleiders dan ook maar al te graag naar de aarde willen halen als basis van onze energievoorziening. Maar kernfusie bedrijf je niet zomaar…

Het punt is dat atomen zich niet zomaar laten fuseren. Daarvoor zijn omstandigheden nodig die niet eens in de buurt komen van wat wij ons kunnen voorstellen. In de kern van de zon, waar kernfusie plaatsvindt, heerst een druk van 250 miljard maal de druk van onze atmosfeer op zeeniveau en een temperatuur van 15 miljoen graden Celsius. Dat sámen is nodig voor kernfusie en wil je het kunstje van de zon nadoen, dan ontkom je niet aan deze twee welhaast onmogelijke voorwaarden.

Daarmee lijken de beloftes van fusie-energie volstrekt onhaalbaar, maar zo niet volgens Carlos Alejandre, vice-directeur van de veiligheidsafdeling van ITER: “Als je de temperatuur nóg verder opvoert, zeg naar ruim dan 100 miljoen graden, dan valt de noodzaak voor die extreem hoge druk weg. Kernfusie zal bij die temperatuur zelfs in een bijna vacuüm plaatsvinden.”

Alejandre heeft het specifiek over de fusie van deuterium en tritium, een reactie die niet in de zon voorkomt en pas echt vlot verloopt bij een temperatuur van pakweg 150 miljoen graden. Hoe onmogelijk deze temperatuur je ook in de oren mag klinkt, het is misschien wel juist deze fusiereactie die over 100 jaar de lampen in huis zullen laten branden.

Megamagnetron

We hebben allemaal wel een oven in huis die op te stoken is tot een kleine 300 graden Celsius. Industriële exemplaren halen duizenden graden. Maar hoe stook je een reactor op tot 150 miljoen graden, oftewel tien keer de temperatuur van de kern van onze zon?

Twee soorten verwarmingssystemen staan centraal in ITER. Ten eerste worden er deuterium-atomen versneld en met hoge snelheid op het materiaal in de reactor afgeschoten die hun energie daar via botsingen overdragen. Daarnaast zijn er twee systemen die de reactor verwarmen met elektromagnetische straling die specifiek is afgestemd op de bewegingen van de deeltjes waaruit het bestaat, ionen en elektronen. Eigenlijk is dit laatste proces is vergelijkbaar met de manier waarop een magnetron werkt.

Het verschil is dat het stookvermogen van ITER 50.000.000 watt is. Dat staat gelijk aan pakweg 25.000 huis-tuin-en-keuken-ovens bij elkaar.


Fusiereactor ITER gaat de eerste poging wagen om energie te winnen uit kernfusie. Let vooral op de persoon die zich rechtsonder in deze impressie vergaapt aan de afmetingen van de reactor.
 Karlsruhe Institute of Technology

Magnetisch doosje

Zaak is dus eerst een reactor te bouwen die op te stoken is tot boven de 100 miljoen graden Celsius. De cruciale vraag daarbij is: “waar maak je die reactor van?” Richard Pitts, verantwoordelijke voor de reactorwand van ITER reageert: “We kunnen op zich best een ‘doosje’ maken dat bestand is tegen die temperatuur; de hamvraag is alleen hoe lang dat doosje het uithoudt…”

De oplossing die hiervoor ruim een halve eeuw geleden werd bedacht is complex maar elegant. Wetenschappers in de voormalige Sovjet-Unie ontdekten toen dat het veel slimmer is om het fusiemateriaal te controleren met magnetische velden. Weliswaar brengt dit technisch gezien veel uitdagingen met zich mee, maar het grote voordeel is dat magnetische velden niet slijten, hoe hoog je de verwarming ook opschroeft.

Een voorwaarde voor het functioneren van een magnetische kamer is dat hetgeen je probeert te controleren een netto lading heeft. Hierbij helpt moeder natuur gelukkig een handje, want bij ITER’s beoogde temperaturen zijn atoomkernen niet meer in staat hun elektronen vast te houden. Het resultaat is een soep van negatief geladen elektronen en positief geladen atoomkernen – ook wel plasma genoemd – die zich prima laten dirigeren door een magnetisch veld.

Ook de Joint European Torus – een van de belangrijkste voorgangers van ITER – maakt gebruik van een magnetische kamer in de vorm van een donut, een zogenoemde tokamak. Het geheim van dit concept is dat de elektrisch geladen deeltjes bij een rondgaande beweging in de reactor een magneetveld opwekken dat het bestaande veld versterkt en andere deeltjes gevangen houdt.


Om het plasma van ITER op zijn plek te houden worden 18 verticale en 6 horizontale magnetische lussen gebruikt. Daarnaast bevindt er zich een verticale magnetische staaf in het midden van de machine.*
 ITER

Vliegdekschepen afremmen

Toch zal het opstarten van ITER niet zo eenvoudig zijn als de verwarming aanzetten en de deeltjes in de reactor een zetje in de rondte te geven. De magnetische kamer bestaat immers bij de gratie van magneten; héél veel magneten… Neil Mitchell is de man die bij ITER verantwoordelijk is voor de magneten en hij laat weten dat er momenteel zo’n 409 ton aan magneten is geproduceerd, bijna een half miljoen kilo, alsof het de normaalste zaak van de wereld is. “In feite zijn die magneten lange kabels gemaakt van niobium-tin”, laat hij weten. “In totaal zo’n 85.000 kilometer in lengte. Ik schat dat de waarde van die magneten alleen al zo’n 250 miljoen euro is…”

Het principe van deze magneten is vrij eenvoudig, te vergelijken met elke elektromagneet. Jaag een flinke stroom door de kabel die is gewikkeld als een spoel en je wekt een aardig magneetveld op. Hoe hoger die stroom des te sterker is het magneetveld.


[img]https://assets.kennislink.nl/system/files/000/184/611/medium/Charles_de_Gaulle_schip.jpg?1495023023
[/img]Met de energie die in de magneten van ITER zit opgeslagen zou je het Franse vliegdekschip Charles de Gaulle tot 180 kilometer per uur kunnen versnellen.
 netmarine.net

Maar ‘aardig’ is in het geval van ITER niet goed genoeg. Hier zijn magneetvelden tot wel 13 tesla nodig, oftewel de 2500 keer de sterkte van een gemiddelde koelkastmagneet. Om dat voor elkaar te krijgen worden er handig gebruik gemaakt van supergeleiding. Door de magneetkabels te koelen tot slechts een paar graden boven het absolute nulpunt verliezen ze hun elektrische weerstand. Dat betekent dat er gigantische stromen doorheen kunnen lopen, zónder dat de kabels opwarmen of zelfs smelten.

“Het is hierbij wel cruciaal dat de magneten niet boven de kritische temperatuur komen”, zegt Mitchell. “Mochten ze op het moment dat ITER draait warmer worden dan zo’n -268 graden Celsius dan verliezen ze hun supergeleidende eigenschap en beginnen de gigantische hoeveelheid energie die ze bevatten om te zetten in warmte. En dat zal waarschijnlijk desastreuze gevolgen voor de reactor hebben. We hebben daarom een noodsysteem waarmee we de 51 gigajoule in het magneetsysteem veilig kunnen afvoeren binnen pakweg 20 seconden. Stel je voor, dit komt overeen met het afremmen van Frankrijks vlaggenschip Charles de Gaulle van 180 km/h tot 0; en dat in dezelfde korte tijd…”

Rocket science van het afvoerputje

Om te voorkomen dat deze noodstop ooit gebruikt hoeft te worden zijn de magneten goed afgeschermd van het gloeiendhete hart van de reactor. Onder andere door de vacuümkamer. De stalen kolos zorgt daarnaast voor een luchtdichte afsluiting van de reactor. Zelfs maar een grammetje lucht zou het fusiefeest in de reactor grondig verpesten. Dat komt onder andere omdat er zich tijdens operatie überhaupt maar een gram brandstof in de reactor zit. ITER wordt naast megamagnetron en magnetische krachtpatser, eigenlijk ook een van de grootste vacuümkamers te wereld. De kamer bestaat uit een dubbele stalen wand waartussen water stroomt ter koeling. Het stalen gevaarte weegt net iets meer dan het ijzer van de Eiffeltoren bij elkaar.



Deze ruimte kan vrijwel vacuüm worden gezogen zodat er tegelijkertijd slechts een gram fusiemateriaal in de reactor zit. De 44 poorten kunnen worden gebruikt als entree voor robotarmen om reparaties aan de binnenkant van de reactor uit te voeren.
 ITER

De binnenkant van de vacuümkamer is bedekt met in totaal 44 grote beryllium tegels, het zogenoemde blanket. Het is vooral deze laag die het flink te verduren zal krijgen. Grote hoeveelheden elektromagnetische straling en hoog-energetische neutronen (die niet worden bedwongen door het magneetveld van de reactor) zullen deze laag opwarmen en langzaam radioactief maken.

Een ander onderdeel van ITER dat zwaar onder vuur zal liggen is de zogenoemde divertor. “Het afvoerputje van ITER”, aldus Pitts. Hier wordt onder andere het ontstane helium – eigenlijk het ‘as’ van het vuur in de reactor – weggevoerd. Gezien de hitte van het plasma zal dit de plek zijn waar ITER het meeste zal slijten. Er zijn maar weinig materialen die de voorziene temperatuur (ongeveer 3000 graden Celsius) heelhuids kunnen doorstaan tijdens de beoogde 20-jarige levensduur van ITER, en waarschijnlijk wordt wolfraam in het ontwerp gebruikt, het metaal met het hoogste smeltpunt.

“De materialen van de divertor krijgen een hitte van tientallen megawatt per vierkante meter te verduren”, zegt Rem Haange. Dat is ter vergelijking al gauw zo’n 15.000 keer de energie die de zon op een heldere dag op een vierkante meter aarde schijnt. "Om iets te fabriceren dat zoveel hitte weerstaat kan echt wel rocket science genoemd worden.

Bouwproces

De laatste twee jaar is ITER de constructiefase ingegaan. Dat betekent dat de reactor niet slechts op de tekentafel bestaat, maar dat er in de Zuid-Franse bossen ook daadwerkelijk betonmolens draaien.


Het bouwterrein van ITER. Vergroot de afbeelding voor meer informatie.
 Princeton Plasma Physics Laboratory/ITER

Overigens wil dat nog niet zeggen dat alle bouwtekeningen keurig op een stapeltje in de kast liggen. Hoewel het ontwerp in grote lijnen vaststaat, zijn nog niet alle delen van het systeem tot op de laatste millimeter uitgedacht.

“Neem bijvoorbeeld de tokamak zelf, op zijn afmetingen zit nu nog steeds een onzekerheid van een centimeter”, zegt Brian Macklin, medewerker van ITER die verantwoordelijk is voor het samenstellen van de machine. “Blijken de aangeleverde onderdelen aan de grote kant uitgevallen dan moeten we zorgen dat de afmetingen van de overige onderdelen daarop worden afgestemd. Dit zogenoemde reverse engineering zal de komende jaren nog veelvuldig voorkomen. Verder is er nu nog ruimte voor veranderingen in het ontwerp, maar als iemand nú nog de afmetingen van de reactor in het ontwerp probeert aan te passen dan wordt hij of zij echt naar huis gestuurd, haha.”

Volgens Macklin zal het in elkaar zetten van de reactor ongeveer vier jaar in beslag nemen. In 2017, op het hoogtepunt van het sleutelwerk, werken er bijna 2000 mensen op het terrein. Als de reactor helemaal klaar is rond 2021 zal de machine een periode van 18 maanden in gaan waarbij de machine voorzichtig wordt opgestart, zonder hem op volle kracht te benutten. Daarna gaat ITER weer uit. Het duurt dan nog twee jaar om de machine te perfectioneren voor het ‘echte werk’, als de machine tot het uiterste gedreven wordt en er ook daadwerkelijk kernfusie zal plaatsvinden. De planning zegt nu dat de eerste echte deuterium-tritium-experimenten, waarbij de machine meer energie produceert dan dat erin gaat, in 2027 plaats zullen vinden.

Politieke puzzel

ITER blijkt in alle opzichten een puzzel van wereldformaat. Een van de communicatiemedewerkers grapte tijdens een bezoek van Kennislink dat zelfs het miniatuurmodel van de reactor moeilijk in elkaar te zetten was. Maar het project is niet alleen een technische puzzel. Ook de internationale samenwerking zorgt voor hoofdbrekens. Zo werd er bijvoorbeeld jarenlang gesteggeld over de locatie van de reactor. Uiteindelijk won Europa de race om het gastheerschap en werd de ‘verliezende’ partij Japan zoet gehouden met extra privileges.


ITER is een samenwerkingsproject van China, de Europese Unie, India, Japan, Rusland, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De rode stip geeft aan waar de reactor gebouwd wordt.
 Rfassbind via publiek domein

Het illustreert hoe lastig is om met de halve wereld één machine te bouwen die zijn weerga niet kent. Pitts besluit: “Misschien komen de detectors van de deeltjesversneller LHC in de buurt maar ik weet vrij zeker dat ITER de meest complexe machine wordt die ooit is gebouwd.”

(Kennislink.nl)

28-08-2017

Nanochip verandert lichaamscellen




Onderzoekers van de Ohio State University Wexner Medical Center hebben een nanochip ontwikkeld die in staat is om lichaamscellen om te zetten in andere soorten lichaamscellen.

Zo voerden zij onlangs een proef uit op muizen en varkens met een verminderde bloedstroom in hun poten, waarbij huidcellen werden omgezet in vaatcellen. ‘Door de vorming van nieuwe bloedvaten kon de doorbloeding in zeer aangetaste poten terug op gang worden gebracht, waarna de poot zonder verdere behandeling kon genezen’, vertelt Chandan Sen, PhD, directeur van de afdeling regeneratieve geneeskunde & celtherapie.

De silicium nanochip ter grootte van een manchetknoop werkt door middel van het injecteren van synthetisch DNA onder de huid. Het injecteren gaat met behulp van een kort stroomstootje. ‘Dit proces duurt nog geen seconde, waarna de chip verwijderd wordt. Het lichaam doet vervolgens de rest. Doordat we geen virussen of ander infectiemateriaal gebruiken om ontstekingen te voorkomen, zijn de eventuele risico’s zeer laag. Cellen zullen dus niet opeens extreem snel gaan delen met alle gevolgen van dien’, aldus Sen.

Zenuwcellen

Naast vaatcellen kunnen de huidcellen ook worden omgezet in andere cellen, zoals zenuwcellen. In een ander experiment met muizen is het de onderzoekers gelukt om zenuwcellen te laten groeien onder de huid om deze vervolgens in de hersenen in te brengen om de muis te laten herstellen van een beroerte.

Sen en zijn team zijn zo’n vijf jaar geleden gestart met dit onderzoek en inmiddels tonen de proeven aan dat de techniek, door de onderzoekers Tissue Nanotransfection (TNT) genoemd, in 98 % van de gevallen aanslaat. Sen: ‘Normaal gesproken worden stamcellen of andere cellen omgezet in de versimpelde omgeving van het laboratorium, waarna deze worden ingebracht in het lichaam. Doordat het lichaam natuurlijk veel complexer is, presteren deze omgezette cellen meestal niet voldoende. Met ons onderzoek wilden we kijken of we de groeiende cellen ter plaatse kunnen omzetten, om op deze manier celfuncties aan te passen aan de behoefte.’

De onderzoekers willen volgend jaar starten met de klinische trials, waarbij eerst wordt gekeken naar het vormen van bloedvaten in verwonde ledematen. In een later stadium kunnen huidcellen worden omgezet in zenuwcellen voor een eventuele behandeling van parkinson en alzheimer.

(technischweekblad.nl)

28-08-2017

Kwantumteleportatie is ook onder water mogelijk

Dat tonen Chinese onderzoekers aan. Het is volgens hen “de eerste stap richting onderzeese kwantumcommunicatie”.

Al enige jaren zijn onderzoekers bezig met teleportatie van data. Ze maken daarbij gebruik van wat Einstein jaren geleden “spooky action at a distance” noemde: verstrengeling van deeltjes. De Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson vertelde er een paar jaar geleden – nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren – het volgende over:

“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.”

Wanneer twee deeltjes met elkaar verstrengeld zijn, is er dus een mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van deeltje A afhankelijk is van de toestand van deeltje B. En door deeltje A te bestuderen, weet je dus hoe deeltje B eraan toe is en omgekeerd. In zekere zin wordt er dus informatie over het ene deeltje naar het andere geteleporteerd. En dat noemen we dus kwantumteleportatie of kwantumcommunicatie. Het heeft tal van voordelen. Zo reist informatie niet fysiek van deeltje A naar deeltje B, waardoor het ook onmogelijk te onderscheppen is. Kwantumcommunicatie is dus superveilig.

Eerdere experimenten
Onderzoeksteams wereldwijd zijn op dit moment druk met kwantumteleportatie aan het experimenteren. Daarbij wordt de afstand waarover geteleporteerd wordt, gaandeweg opgevoerd. Vorige maand maakten Chinese onderzoekers bijvoorbeeld bekend dat het ze voor het eerst gelukt was om informatie van de aarde naar de ruimte te teleporteren (over een afstand van zo’n 500 kilometer).

Zeewater
Tot voor kort werd er echter alleen geteleporteerd door bijvoorbeeld glasvezel of lucht. “Maar het blijft onduidelijk of zeewater, dat meer dan 70 procent van de aarde bedekt, ook gebruikt kan worden,” zo schrijven Chinese onderzoekers in het blad Optics Express. Maar daar wordt in datzelfde onderzoekspaper verandering in gebracht. De onderzoekers beschrijven namelijk een experiment dat aantoont dat kwantumcommunicatie ook doorgang kan vinden in water.

Het experiment
De onderzoekers verzamelden zeewater en pompten het in een drie meter lange tank in het laboratorium. Vervolgens creëerden ze twee verstrengelde fotonen die zich aan weerszijden van de tank bevonden. En hoewel tussen deze deeltjes van elkaar gescheiden werden door een drie meter brede ‘zee’, bleek de verstrengeling stand te houden en informatie in 98 procent van de gevallen keurig van het ene naar het andere deeltje ‘geteleporteerd’ te worden.

Daarmee is voor nu aangetoond dat kwantumteleportatie ook in zeewater werkt. De afstand waarover dat is aangetoond, is nog niet zo heel indrukwekkend. Maar de onderzoekers hebben goede hoop dat dat gaat veranderen. In hun paper schrijven ze er alle vertrouwen in te hebben dat kwantumteleportatie onder water mogelijk moet zijn over een afstand van zo’n 885 meter. Experimenten in volle zee moeten uitwijzen of dat werkelijk het geval is.

(scientias.nl)

06-09-2017

Primeur: onderzoekers veranderen de kleur van een bloem met CRISPR

Door één gen te verstoren, kleurden de bloemen wit in plaats van violet.

Japanse onderzoekers gingen aan de slag met de plant Ipomoea nil. Hun experiment bewijst dat CRISPR/Cas9 ook ingezet kan worden om genen van planten te bestuderen en manipuleren.

Wat is CRISPR/Cas9?
Het is een methode die onderzoekers kunnen gebruiken om heel specifieke genen uit te schakelen of een stukje DNA te vervangen door een ander stukje DNA. Onderzoeker hebben het trucje afgekeken van bacteriën die een vergelijkbare techniek gebruiken om zich te wapenen tegen virussen. Als een virus een bacterie binnendringt, integreert de bacterie het DNA van het virus in een bijzondere DNA-sequentie (ook wel Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, kortweg CRISPR genoemd). Vervolgens maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van dat virus bevat. Dat RNA – ook wel guide-RNA genoemd – wordt opgenomen door een enzym dat ‘Cas’ wordt genoemd en leidt het enzym naar het virus. Eenmaal daar aangekomen knipt Cas het DNA van het virus in stukjes, waardoor het virus zich niet meer kan vermenigvuldigen. Wetenschappers hebben echter ontdekt dat Cas niet alleen viraal DNA, maar DNA van elk organisme kapot kan knippen. En door een specifiek stukje guide-RNA aan het enzym mee te geven, kunnen onderzoekers heel precies bepalen waar het DNA kapot wordt geknipt. Een cel zal vervolgens proberen het DNA te repareren, maar vaak worden daarbij fouten gemaakt en ontstaan mutaties waardoor het gen niet functioneert. Het is ook mogelijk om deze techniek in te zetten om een fout stukje DNA te vervangen door een gewenst stukje DNA. in dat geval krijgt het guide-RNA ook een stukje DNA mee. Zodra het DNA doormidden is geknipt, wordt dit stukje DNA ertussen geplakt, zodat een nieuwe – wenselijke – DNA-sequentie ontstaat.

De onderzoekers richtten zich op het gen DFR-B. Dit gen codeert voor een enzym dat verantwoordelijk is voor de kleur van de stengels, bladeren en bloemen van I. nil. Ze wilden dit gen met behulp van CRISPR uitschakelen. Dat was best nog een uitdaging, aangezien vlakbij DFR-B twee nauw aan DFR-B verwante genen te vinden zijn. Grote vraag was dan ook of het zou lukken om DFR-B specifiek te raken en de andere genen onaangetast te laten.

Gelukt
Maar in het blad Scientific Reports schrijven de onderzoekers nu dat het gelukt is. Het DFR-B-gen werd verstoord en het enzym waarvoor het gen codeerde was niet langer actief. Hierdoor werd een bepaald pigment niet langer geproduceerd en kleurden de bloemen van de plant in 75 procent van de gevallen wit in plaats van violet. Een analyse van het genoom van de aangepaste planten bevestigt dat het stukje DNA dat de onderzoekers wilden veranderen, daadwerkelijk veranderd was en dat de nabijgelegen genen niet gemuteerd waren. Het bewijst dat CRISPR/Cas9 nauwgezet werkt.

CRISPR haalt de laatste tijd regelmatig de kranten. Onlangs meldden onderzoekers bijvoorbeeld nog dat het gelukt was om met behulp van CRISPR een schadelijke mutatie in menselijke embryo’s te repareren. Langzaam maar zeker wordt de enorme potentie van deze techniek dan ook steeds duidelijker. Tegelijkertijd roepen dergelijke experimenten ook ethische vraagstukken op. Bijvoorbeeld: hoever mogen we gaan tijdens het aanpassen van het menselijk genoom?

(scientias.nl)

14-09-2017

Quantumcomputer kan Nederlandse staatsgeheimen in no-time op straat gooien

Onderzoekers luiden de noodklok. De quantumcomputer komt eraan. En dus moeten we onze data als de wiedeweerga beschermen met nieuwe cryptografietechnieken. Maar die zijn er nog niet…

Op dit moment wordt onze data beschermd door beveiligingstechnieken zoals RSA en ECC. En daarmee is die data veilig, want deze beveiligingstechnieken bevatten sleutels die met een traditionele computer in nog geen 100 jaar te kraken zijn. Maar binnen tien jaar kunnen die beveiligingstechnieken wel eens compleet nutteloos worden.

Wat is een quantumcomputer precies?

De quantumcomputer onderscheidt zich van een traditionele computer doordat deze geen gebruik maakt van bits – die de waarde 0 óf 1 kunnen hebben – maar van quantumbits. Quantumbits kunnen bijvoorbeeld atomen zijn en die kunnen – dankzij verstrengeling – tegelijkertijd de waarde 0 én 1 hebben. Die quantumbits geven de quantumcomputer – zeker in vergelijking met de traditionele pc – een enorme capaciteit, zo legde Ton van Leeuwen eerder uit aan Scientias.nl. “Neem 256 bits: zo’n beetje het kleinste geheugentje dat we kennen. Met behulp van quantummechanische beschrijvingen zouden we in 256 atomen meer informatie op kunnen slaan dan in de gehele aarde, wanneer je deze om zou bouwen tot een USB-stick.” Maar niet alleen de capaciteit, ook de verwerkingssnelheid van een quantumcomputer is dankzij de quantumbits indrukwekkend. “Stel, ik geef jou een groot getal en vraag je te berekenen welke 28 priemgetallen ik vermenigvuldigd heb om tot dat grote getal te komen. Een klassieke computer zou het daar ontzettend moeilijk mee hebben. En dat is maar goed ook, want elke encryptie is hierop gebaseerd. Maar een quantumcomputer kan dat vraagstuk wel relatief snel oplossen.” Dat komt ook weer doordat deze niet alle opties één voor één, maar tegelijkertijd kan toetsen.

Quantumcomputer
Naar verwachting verschijnt rond 2025 namelijk de kwantumcomputer op het toneel. Deze computer maakt gebruik van quantummechanische eigenschappen en kan zo niet alleen bepaalde rekenproblemen in no-time oplossen, maar ook de RSA- en ECC-sleutels in een paar dagen of misschien zelfs uren kraken. Het zou kunnen betekenen dat data die nu nog veilig is dan in één klap op straat komt te liggen. En dat geldt niet alleen voor data die rond 2025 wordt gecreëerd, maar ook voor data die nu of in het verleden is opgeslagen. “Een kwaadwillende kan de beveiligde communicatie van nu opslaan om het vervolgens jaren later te kraken met een quantumcomputer,” vertelt hoogleraar cryptologie Tanja Lange. “Alle geheime informatie van nu is dan openbaar.”

Nieuwe cryptografie
Het is een angstaanjagend beeld. En daarom trekt Lange in het blad Nature aan de bel. Er is maar één manier om onze data in de toekomst tegen quantumcomputers te beschermen: post-quantum cryptografie ontwikkelen. Oftewel: beveiligingssleutels ontwikkelen die ook voor de quantumcomputer te hoog gegrepen zijn. Maar dat valt nog niet mee. En het lijkt dan ook een race tegen de klok te worden: zullen die beveiligingssleutels er zijn voor de quantumcomputer gemeengoed wordt?

Lange zet – samen met een collega – in Nature uiteen welke opties er op dit moment zijn voor post-quantum cryptografie. En elke optie lijkt zijn beperkingen te hebben. De ene vraagt bijvoorbeeld veel bandbreedte. Terwijl de andere gemakkelijker te bouwen is, maar weer minder veilig lijkt. Kortom: een robuuste post-quantum cryptografie lijkt nog ver weg. En dat is met het oog op de opmars van de quantumcomputer zorgwekkend. Daarom moet er volgens Lange onmiddellijk meer ingezet worden op cryptografie-onderzoek. “Na ontwikkeling en standaardisatie duurt alleen al het invoeren van nieuwe cryptosystemen 15 tot 20 jaar.”

Wil je meer weten over de quantumcomputer en de quantummechanica die erachter schuilgaat? Duik dan eens in dit artikel, waarin Ton van Leeuwen onthult dat zelfs de knapste koppen moeite hebben om de quantummechanica te bevatten: “Als je twintig natuurkundigen bij elkaar zet en over quantummechanica laat discussiëren, heb je binnen de kortste keren ‘ruzie’.”



(scientias.nl)

02-10-2017

Primeur: licht opgeslagen als geluid

Licht op een microchip. Dat hebben wetenschappers ontwikkeld om jouw computer in de toekomst supersnel te maken.



Plotseling begint je computer te pruttelen. Je voelt eraan. Ja hoor, hij is weer eens oververhit.

Het is bekend: als een computer te heet wordt, gaat hij langzamer werken en wordt hij instabiel. Daarom proberen natuurkundigen en bedrijven als IBM al lang een andere, snellere energiebron dan stroom te vinden. Licht ligt voor de hand, en om gegevens als licht op te slaan en te verwerken willen wetenschappers een fotonische chip ontwikkelen.

Computers met ‘lichtsnelheid’

Lichtdeeltjes, fotonen, wekken namelijk geen warmte op. Bovendien transporteren ze gegevens veel sneller, met een lager energieverbruik en zonder de storende elektromagnetische velden die stroom vormt.

Maar de onderzoekers worstelen met een probleem: hoe kan een chip gegevens ophalen en verwerken als het licht 300.000 kilometer per seconde aflegt?

Licht omgezet in geluid

Daar hebben geleerden aan de universiteit van Sydney nu iets op bedacht. Ze remmen het lichtsignaal binnen in een microchip af en ‘parkeren’ gegevens in een geluidsgolf, waardoor de gegevens vijf keer zo lang in de chip blijven.

Daardoor ontstaat er een pauze, waarin de computer de gegevens kan ophalen en verwerken, zelfs nauwkeuriger dan zoals het nu gaat.

Dit is mogelijk doordat de kleinste deeltjes van licht en geluid opvallende overeenkomsten vertonen. Net als fotonen bewegen zogenoemde fononen in golven met een verschillende kracht en lengte, en beide elementen kunnen elkaar beïnvloeden.

Er zijn echter meer experimenten nodig voordat de microchip in productie kan worden genomen.


1) Een dataimpuls in de vorm van pulserend licht (geel) wordt vanaf links de chip in gestuurd. Een lichtimpuls, die moet helpen met het opslaan van gegevens, komt van de rechterkant (blauw). 2) De twee lichtimpulsen stuiten op elkaar en beïnvloeden elkaar en het materiaal in het circuit, waardoor er een korte geluidsgolf ontstaat. Nu kunnen gegevens 10 nanoseconden lang worden opgeslagen, opgehaald en doorgestuurd. 3) Een nieuwe lichtimpuls loopt naar de chip en beweegt zich voort naar de geluidsgolf. 4) De lichtimpuls lost de geluidsgolf op en vormt een nieuwe lichtimpuls, identiek aan de oorspronkelijke gegevensdrager. 5) De lichtimpuls komt de chip uit. Dit alles duurt, afhankelijk van de grootte van de spiraal, 12 tot 13 nanoseconden.

(wibnet.nl)

25-10-2017

Oersoep-experiment onverwacht succesvol

Bouwstenen van eiwitten gevormd in herhaling van historisch Miller-Urey-experiment in NEMO

Na een looptijd van vijf jaar is het Miller-Urey-experiment uit NEMO geanalyseerd. Wat is er ontstaan in deze nagebootste oersoep? Net als in het originele experiment, blijken ook nu weer ‘bouwstenen van leven’ te zijn gevormd.



Het beroemde Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum, links een foto uit 2012, rechts een foto uit 2017.

Wat zit erin? Dat was de grote vraag toen in mei van dit jaar het Miller-Urey-experiment in NEMO werd gestopt. Zou er in deze nabootsing van de ‘oersoep’ leven zijn ontstaan? Dat niet, zo weten we nu. Maar er zijn wel aminozuren gevormd, de bouwstenen van eiwitten. Cruciale moleculen voor al het leven dat we nu op aarde kennen. Ook van dat van ons. En misschien is er nog veel meer mogelijk: vandaag gaan drie nieuwe experimenten van start om de huidige resultaten te bevestigen en hopelijk nieuwe vondsten te genereren.

Scepsis en verbazing

In 1953 publiceerden de Amerikaanse promovendus Stanley Miller en zijn begeleider Harold Urey de resultaten van een revolutionair experiment. Ze hadden een kolf gevuld met eenvoudige gassen en water om de situatie op de jonge aarde, nog voordat er leven was, na te bootsen. In de kolf zorgden twee elektroden voor een elektrische ontlading, een soort bliksemflits, die de energie moest leveren voor chemische reacties. Doel van het experiment was om te zien of onder deze omstandigheden leven kan ontstaan. Of, iets minder ambitieus, dat er moleculen worden gevormd die belangrijk zijn voor leven.

Het plan van Miller en Urey werd destijds met de nodige scepsis onthaald en de verbazing was dan ook groot toen na een week verschillende aminozuren opdoken in deze ‘oersoep’. Een mengsel van eenvoudige gassen, wat water en energie uit een bliksemflits bleken voldoende om de ‘bouwstenen van leven’ te kunnen vormen.

Al snel volgde er kritiek; er werd hardop getwijfeld of hun experiment die oersituatie wel goed nabootste. Tegelijkertijd staat wel vast dat het Miller-Urey-experiment de start betekende van een heel nieuwe kijk op experimenteel onderzoek naar het ontstaan van leven. “Natuurlijk is er veel discussie geweest over de wetenschappelijke waarde van hun resultaten, maar het is hoe dan ook een belangrijk historisch experiment”, vindt Bert Meijer, hoogleraar Organische Chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven.



Filmpje over het afronden van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum


Prut en aanslag

Toen Meijer werd benaderd door Rob van Hattum van NEMO Science Museum om mee te werken aan een langdurige herhaling van het Miller-Urey-experiment vond hij dat een heel leuk idee, maar hij had zo z’n twijfels of het iets zou opleveren. “We moesten de omstandigheden van het originele experiment flink aanpassen. Bij een experiment in een museum vol kinderen staat de veiligheid natuurlijk voorop. Daarom moesten we werken bij veel lagere druk en een veel lagere temperatuur dan in de originele situatie. Ook de kracht van stroomstootjes moest flink omlaag.” Chemische reacties verlopen langzamer bij lagere temperatuur en druk, als ze al op gang komen.

In 2012 ging het experiment van start. Meijer: “Af en toe keek ik in die kolf en dan zag ik wat grijze prut en wat aanslag op de elektroden en dan kon ik me niet voorstellen dat hier iets interessants zou ontstaan.” In mei van dit jaar zat de looptijd erop. De opstelling werd afgebroken en de zorgvuldig afgesloten kolf met onbekende inhoud ging op transport naar Eindhoven. Daar stonden Marle Vleugels en Martin van Son, masterstudenten scheikunde, klaar om deze nieuwe oersoep te doorgronden.

Te klein

Waar begin je met zoeken in een mengsel waar van alles in kan zitten? “Onze opdracht was om specifiek naar aminozuren te zoeken”, vertelt Vleugels. Dat klinkt als een rechttoe-rechtaan klusje, maar dat bleek toch iets ingewikkelder, ondanks dat ze een hele batterij aan analytische technieken tot hun beschikking hadden. Als eerste stap wilden ze HPLC gebruiken, een techniek waarbij je een mengsel scheidt in de afzonderlijke componenten. “Maar aminozuren zijn te klein om direct te detecteren met HPLC”, legt Van Son uit.



Marle Vleugels en Martin van Son

Koppeling aan een groter molecuul, een derivaat, was noodzakelijk en dat bood meteen de mogelijkheid tot selectie. Van Son: “We kozen een derivaat dat alleen zou binden aan amines, dat zijn moleculen met daarin een NH2-groep, een stikstofatoom met daaraan twee waterstofatomen. Alle aminozuren bevatten zo’n groep, dus dan weet je dat alles wat niet bindt aan je derivaat in ieder geval geen aminozuur is.”

Niet-standaard aminozuur

Het had nog behoorlijk wat voeten in de aarde, maar uiteindelijk lukte het de twee studenten om de potentiële aminozuren uit het mengsel te halen. Met behulp van nog weer andere technieken konden ze vervolgens aantonen dat er drie verschillende aminozuren zijn gevormd: glycine, alanine en bèta-alanine. Deze laatste is een variant op alanine met de NH2-groep op een andere locatie in het molecuul. En er zijn heel sterke aanwijzingen dat er ook 4-aminobutaanzuur is gevormd; een aminozuur dat we niet tegenkomen als bouwsteen van eiwitten. “Het is wel heel leuk dat we ook een niet-standaard aminozuur hebben gevonden”, zegt Van Son.

“Ik ben echt verrast dat ook bij de bijzonder milde omstandigheden van dit experiment deze stoffen ontstaan”, aldus een enthousiaste Bert Meijer. “Dit had ik vooraf niet gedacht.” Vleugels en Van Son hebben alleen naar aminozuren gezocht, maar er is vast nog meer te vinden. Daar heeft Meijer wel ideeën over. “Natuurlijk moeten we een slag om de arm houden, maar als ik naar de resultaten van de massaspectrometrie-bepalingen kijk, dan lijkt het er sterk op dat er langere ketens in het mengsel zitten. We gaan nu eerst zorgvuldig bepalen wat er precies aanwezig is, maar ik durf wel te zeggen dat we hier wellicht heel interessante moleculen tegenkomen.”

Klei in de kolf

Met de analyse zijn ze in Eindhoven nog wel even zoet, maar ondertussen gaat er alweer een nieuwe versie van het Miller-Urey-experiment van start in NEMO. Nu in maar liefst drie kolven, vertelt Vleugels. “Eentje is een exacte herhaling van het vorige experiment, de tweede is gelijk aan nummer één maar dan met klei toegevoegd en de derde is gelijk aan nummer één, maar in plaats van elektrische ontladingen zorgt een uv-lampje voor de energie.” Waarom klei? “Veel wetenschappers denken dat anorganische stoffen zoals klei een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van het eerste leven”, zegt Van Son. “Aan het oppervlak van dit soort vaste materialen kunnen zich allerlei belangrijke reacties hebben afgespeeld.”



De drie nieuwe versies van het Miller-Urey-experiment: rechts de kolf die een herhaling is van het vorige experiment, in het midden de kolf waar een uv-lampje voor de energie gaat zorgen (nog niet gemonteerd) en links de versie met klei toegevoegd.



Miller exp ingepakt okt2017

Het nieuwe Miller-Urey-experiment is zorgvuldig ingepakt en klaar voor transport van de TU Eindhoven naar NEMO Science Museum in Amsterdam waar het vijf jaar zal lopen onder toeziend oog van de bezoekers.

Bert Meijer hoopt dat de twee variaties op het originele experiment ook echt leiden tot de vorming van andere moleculen. En hij hoopt dat de replica van het origineel juist een herhaling van de resultaten laat zien. “Ik kan niet vaak genoeg benadrukken hoe belangrijk het is dat je resultaten kunt reproduceren. Eén experiment levert geen wetenschappelijk bewijs.”

Niet zo snel

Maar in hoeverre levert dit experiment eigenlijk wetenschappelijk relevante informatie? Leert dit ons iets over het ontstaan van leven? “Dit is in de eerste plaats een experiment voor in een museum, waarmee je kinderen kennis wilt laten maken met wetenschap en bezoekers wilt laten nadenken over het ontstaan van leven”, aldus Meijer. “Als het verrassende uitkomsten levert is dat een mooie bijvangst, maar het is niet het uitgangspunt.”

Meijer denkt echter wel dat chemici op een andere manier iets van dit experiment kunnen leren. “Dit experiment heeft vijf jaar geduurd en chemici werken nooit zo lang aan één experiment. Bij ons moeten reacties vooral zo snel mogelijk verlopen, maar dit laat zien dat snelheid misschien niet altijd de beste drijfveer is. Een langere looptijd en heel milde condities kunnen ook interessante resultaten opleveren.” Dus toch maar een hoekje reserveren in het lab om een experiment lekker lang te laten lopen. Wie weet wat je tegenkomt.


Nobelprijswinnaar Ben Feringa en supramoleculair-wetenschapper Bert Meijer bij de nieuwe opstelling van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum op 13 oktober 2017.

 DigiDaan

(kennislink.nl)

26-10-2017

Algoritme geeft cellen nieuwe toekomst




Stop alle nu al beschikbare data over genetische expressie in één computeralgoritme, en je kunt elk type cel rechtstreeks omtoveren in elk ander celtype. Dat claimen Indika Rajapakse en collega’s van de universiteit van Michigan deze week in PNAS.

Je zou op die manier bijvoorbeeld de regeneratie van menselijke organen op gang kunnen brengen. Maar je zou ook kankercellen kunnen herprogrammeren tot weefsel dat zich normaal gedraagt.

Die herprogrammering is een kwestie van zogeheten transcriptiefactoren. Dat zijn eiwitten die selectief een aantal genen inschakelen die het nieuwe specialisme van de cel bepalen.

Tot nu toe was het vinden van die transcriptiefactoren een kwestie van stug uitproberen. Al in 1989 is het wijlen Harold Weintraub min of meer per ongeluk gelukt om bindweefselcellen (fibroblasten) te veranderen in spiercellen, mede omdat daar maar één zo’n factor voor nodig was. En in 2007 lukte het Shinya Yamanaka om fibroblasten met behulp van vier transcriptiefactoren te deprogrammeren tot ongespecialiseerde stamcellen waar je dan weer ándere transcriptiefactoren op kunt uitproberen; het leverde Yamanaka een Nobelprijs op en vormt nog altijd een hoeksteen van de regeneratieve geneeskunde.

Rajapakse stelt dat het simpeler kan. Hij ging uit van een pakket gegevens over de expressie van 22.083 genen in menselijke fibroblasten, op een aantal verschillende momenten binnen de ontwikkelingscyclus. En om die dataset een beetje handzamer te maken, vulde hij hem aan met zogeheten Hi-C gegevens over de manier waarop het DNA normaal gesproken ligt opgerold in de celkern. Daar kun je uit halen welke genen vlak naast elkaar liggen en dus grote kans maken elkaar rechtstreeks te beïnvloeden.

Met behulp van een dik pak bio-informatica is het inderdaad gelukt een algoritme te ontwikkelen dat op basis van deze datasets correct de werking voorspelt van de eerder door Yamanaka gevonden transcriptiefactoren, en van nog een paar andere die al eerder in de literatuur zijn beschreven.

Combinaties van transcriptiefactoren uitproberen die door het algoritme worden voorspeld maar niet eerder zijn getest, is de volgende stap. Volgens een persbericht zijn ze daar nu in Michigan mee bezig. In de tussentijd is alvast octrooi aangevraagd op het algoritme.

bron: University of Michigan

(c2w.nl)