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10 inversioni scientifiche del mondo come lo conosciamo
Scoperto in natura o creato dall'uomo, ciascuna di queste inversioni scientifiche cambia alcune proprietà nella vita così come la conosciamo. Alcuni di loro sono solo stranezze della natura, mentre altri potrebbero avere profonde implicazioni per come vivremo le nostre vite.
10 Inversione del tempo di riverbero
Abbiamo tutti sentito echi tipici, ma la vera inversione del suono non esiste in natura. Ad esempio, con l'inversione esatta del suono, se si urla "ciao", si ritorna come "olleh", con l'onda sonora che viaggia precisamente verso la bocca invece di diffondersi nell'aria come in genere farebbe. Questo tipo di tecnologia ha molti usi, come la rottura dei calcoli renali, il monitoraggio dei veicoli sottomarini e la traduzione di un parlante in più lingue per diversi ascoltatori.
Ma uno degli usi più interessanti sarebbe da un punto di vista della difesa nazionale. Trasformando i loro corpi in dispositivi di ricerca, questa tecnologia di inversione acustica può essere utilizzata per stordire terroristi che si immergono nell'oceano per fornire esplosivi. Un modo per farlo sarebbe quello di ingrandire e restituire il suono del loro equipaggiamento respiratorio subacqueo. Il forte rumore li avrebbe resi vertiginosi e disorientati. Probabilmente sarebbe anche doloroso. Ma l'eco verrebbe distribuito in modo così preciso da non danneggiare altre persone, animali o attrezzature vicino all'obiettivo.
9versione genitale femminile / femminile
In un mondo evolutivo per il regno animale, gli scienziati hanno scoperto gli insetti nelle caverne brasiliane eccezionalmente asciutte dove le femmine hanno organi sessuali simili a pene chiamati ginosomi e i maschi hanno strutture vaginali note come fallosomi. Questo è un rovesciamento di ruolo estremo tra i sessi che probabilmente include le femmine che costringono i maschi riluttanti ad accoppiarsi per 40-70 ore alla volta.
Questi insetti sono tutti del genere neotrogla. Gli adulti sono lunghi 2,7-3,7 millimetri (0,11-0,15 in). I ginosomi, o peni femminili, sono circa un settimo fino a quando gli insetti. È come un uomo con un'altezza di 175 centimetri (5'9 ") con un pene lungo quasi 25 centimetri.
Dopo aver inserito il suo ginosoma nel fallosoma del maschio, la femmina neotroglaI palloncini con l'organo sessuale con una copertura ricoperta di spine per ancorarsi saldamente al suo compagno. Il lungo periodo di copulazione consente un maggiore trasferimento di seme dal maschio.
I ricercatori sembravano particolarmente interessati a come il maschio neotrogla reagirebbe all'accoppiamento coercitivo, che è un'altra inversione di ruolo inusuale in queste specie di insetti. Con altre specie, le femmine forzate si libereranno dello sperma dai maschi che non gli piacciono, o prenderanno deliberatamente lo sperma da altri maschi che amano. Ma il neotrogla i maschi non ricevono le uova dai loro compagni, quindi non hanno un modo per vendicarsi, soprattutto perché le spine sul ginosoma femminile li legano insieme.
8 La macchina audio a senso unico
Tutte le onde sonore possiedono una proprietà chiamata "simmetria dell'inversione temporale". Se si invia un'onda sonora attraverso l'aria in una direzione, può essere restituita allo stesso modo. Quindi se puoi parlare con qualcuno, loro possono rispondere a te, e ognuno sentirà l'altro.
La simmetria dell'inversione temporale funziona anche con altre onde, tra cui la luce visibile e le onde radio. Con le onde radio, tuttavia, gli scienziati hanno scoperto come far girare gli elettroni in una sola direzione usando materiali magnetici. Ciò interrompe la simmetria dell'inversione temporale, in modo che le onde radio che trasmettono le nostre canzoni preferite non rimbalzino sulle torri di trasmissione.
Fino a poco tempo fa, però, gli scienziati non sapevano come controllare la direzione delle onde sonore attraverso l'aria in modo da poter sentire senza essere ascoltati. Volevano creare una versione ad onda sonora di uno specchio a senso unico, che sarebbe un ottimo modo per spiare le persone. Non sorprendentemente, questa ricerca è stata finanziata dal governo degli Stati Uniti.
Utilizzando quei fondi, una squadra dell'Università del Texas di Austin ha escogitato una soluzione ingegnosa. Hanno costruito un circolatore acustico, un dispositivo simile a una stella marina a tre braccia. Le braccia sono tubi con microfoni alla fine per registrare il suono che scorre attraverso una cavità a forma di anello nel corpo centrale. Tre ventole nella cavità operano a una velocità che fa muovere il suono in una sola direzione.
Quindi se dovessi incorporare un muro con molti di questi circolatori, potresti sentire l'attività dall'altra parte senza che nessuno ti senta. Questi dispositivi possono isolare il suono su aeroplani, studi di musica, sottomarini e altro ancora. Possono anche rendere più precise le ecoscandagli e le macchine a ultrasuoni.
7Unboiling An Egg
In un processo che richiede solo pochi minuti, gli scienziati hanno capito come disfare gli albumi. Aggiunsero l'urea, un componente importante dell'urina, per sciogliere gli albumi, e poi fecero girare la miscela liquida risultante ad alta velocità in un dispositivo a vortici. Ma non l'hanno fatto in modo da poter cambiare l'ordine della colazione da uova sode a uova strapazzate o una volta finita senza crackare nuove uova. Invece, questa scoperta ha il potenziale per trasformare i processi produttivi che possono ridurre i costi del trattamento del cancro e della produzione alimentare.
Gli scienziati hanno iniziato facendo bollire i bianchi d'uovo a 90 gradi Celsius (194 ° F) per 20 minuti per renderli estremamente duri. Questo fa sì che le singole proteine nei bianchi d'uovo trasparenti appiccicosi diventino pasticci intricati all'interno degli albumi d'uovo bolliti. "Questo processo è chiamato 'aggregazione'", ha affermato il ricercatore Gregory Weiss dell'Università della California, Irvine. "Questo ci fa impazzire, come scienziati, perché è davvero difficile districare [le proteine] in seguito. Spesso, abbiamo questa proteina che vogliamo studiare, e viene fuori, e loro sono solo goo. "
Oltre a dimostrare come funziona questo processo, le uova di gallina sono in realtà irrilevanti.Come spiegò Weiss, "Il vero problema è che ci sono molti casi di proteine gommose che passi troppo tempo a raschiare via le provette, e vuoi qualche mezzo per recuperare quel materiale." Usando la loro procedura, gli scienziati possono districare delicatamente le proteine molto più velocemente e più a buon mercato dei metodi precedenti, che ha richiesto circa quattro giorni. Questo è importante per qualsiasi azienda biotecnologica che ha bisogno di piegare le proteine.
6Reversal Of Emotional Links To Memories
Abbiamo già discusso in che modo gli scienziati hanno alterato geneticamente le singole cellule cerebrali dei topi in modo che un raggio di luce accendesse e spegnesse l'attività cellulare. Questa tecnica è chiamata optogenica. Nel loro primo esperimento, i ricercatori hanno piantato falsi ricordi nel cervello di questi topi e poi hanno attivato il ricordo di quei ricordi con un raggio di luce. Ora, gli scienziati stanno portando l'optogenica al livello successivo alterando il contenuto emotivo di un ricordo. Possono trasformare un'associazione negativa con una memoria in una positiva e viceversa.
Ogni memoria ha componenti che sono memorizzati in diverse aree del cervello. Ad esempio, il contesto di una memoria (come nel caso in cui qualcosa è accaduto) è memorizzato nell'ippocampo del cervello, mentre la parte emotiva di quel ricordo è trattenuta nell'amigdala.
Per testare se potevano cambiare l'emozione legata a un ricordo di essere in una posizione specifica, i ricercatori hanno dato ai topi maschi l'esperienza positiva di incontrare un topo femmina o l'esperienza negativa di ricevere una piccola scarica elettrica. Quindi gli scienziati hanno spostato i topi in una nuova posizione e hanno utilizzato un raggio di luce per attivare quella memoria. Ma questa volta, ogni topo ha ricevuto l'esperienza emotiva opposta. I topi maschi che per primi hanno avuto il piacere di incontrare le donne ora sono rimasti scioccati quando quel ricordo è stato attivato, e i topi maschi che in origine erano scioccati hanno ottenuto le ragazze questa volta.
Sulla base di come i topi hanno reagito una volta tornati nella prima posizione, è emerso che le emozioni legate alla memoria erano cambiate. Ad esempio, i topi che inizialmente erano scioccati erano meno spaventati nella stessa posizione e hanno iniziato a cercare un topo femmina.
Tuttavia, ha funzionato solo se hanno attivato le cellule cerebrali nell'ippocampo, dove è stato memorizzato il contesto della memoria. Non ha funzionato se attivavano le cellule cerebrali nell'amigdala, dove si trovava l'emozione associata a un ricordo.
5Reversal dei singoli continenti in un supercontinente
L'ultimo supercontinente era Pangea, quando i dinosauri vagavano per la Terra. Prima di questo, tre o quattro altri supercontinenti si erano formati durante la storia di diversi miliardi di anni del nostro pianeta.
Gli scienziati sanno che i continenti della Terra si muovono continuamente, lentamente alla deriva insieme e si rompono come pezzi di un puzzle perché riposano su placche tettoniche mobili. "I continenti su queste lastre di solito si muovono ... al ritmo con cui crescono le unghie", ha detto Ross Mitchell della Yale University. Quindi ci possono volere centinaia di milioni di anni per formare un nuovo supercontinente.
Ciò non ha impedito agli scienziati di fare previsioni sul nuovo supercontinente, anche se probabilmente gli umani non saranno in giro per vederli diventare realtà. Tra circa 50-200 milioni di anni, alcuni scienziati prevedono che il prossimo supercontinente sarà Amasia, la fusione delle Americhe e dell'Asia. Ma dove sarà questa forma di supercontinente?
La prima teoria, l'introversione, dice che Amasia chiuderà l'Oceano Atlantico per formare il punto in cui Pangea si è posato una volta sull'equatore. La seconda teoria, l'estroversione, dice che Amasia chiuderà l'Oceano Pacifico per formare un supercontinente lungo l'equatore dall'altra parte del mondo.
Tuttavia, una più recente teoria dell'introversione afferma che i nuovi supercontinenti si formano sempre ad angolo retto rispetto ai loro predecessori. Con i continenti che sembrano spostarsi verso nord, Amasia si formerà al Polo Nord chiudendo l'Oceano Artico e il Mar dei Caraibi. Analizzando la firma magnetica delle antiche rocce fuse, che si congelano in posizione puntata a nord come una bussola, i ricercatori possono determinare come queste rocce si sono spostate nel tempo e dove le masse terrestri si sposteranno per formare il prossimo supercontinente. La loro teoria è coerente con Pangea essendo ad angolo retto a dove il suo predecessore, Rodinia, si è diviso. Rodinia, a sua volta, si è formata ad angolo retto rispetto al suo predecessore, Nuna.
Ancora più importante, la posizione di questi supercontinenti può aiutarci a capire dove la vita è emersa in diversi punti del nostro pianeta e come si è spostata sulle masse terrestri. "I continenti con simili reperti fossili condividono probabilmente un antenato evoluzionario", ha detto Mitchell, "ma in realtà stabilire un ponte di terra giustapponendo quei continenti è trovare la pistola fumante".
4 Inversione rivoluzionaria del osedax
Abbiamo discusso in precedenza Ostex mucofloris (simile all'Annellide nella foto sopra), i "fiori di moccio che mangiano le ossa". Questi vermi zombi rossi, lunghi circa un pollice o due, scavano nelle ossa delle balene morte e secernono acido per nutrirsi di loro. Poi i ricercatori hanno scoperto che tutti i vermi nelle ossa delle balene erano femmine. Gli scienziati non hanno trovato i maschi fino a quando non hanno esaminato una femmina al microscopio. Vivere all'interno dei tubi delle femmine erano maschi nani larvali, ciascuno lungo circa 1 millimetro. Ogni femmina conteneva un harem di 30-100 singoli maschi.
"Questi maschi non si nutrono", ha detto il biologo Robert Vrijenhoek. "Un maschio vive tutta la sua vita dal tuorlo che è stato fornito dall'uovo dal quale è nato. Questo è uno dei pochi casi nel mondo animale in cui gli individui sessualmente riproduttivi sono a malapena più sviluppati delle uova. È strano."
Ma è diventato ancora più strano quando gli scienziati hanno scoperto una nuova specie di osedax i cui maschi erano tornati ad uno stato ancestrale. In questa specie, le femmine avevano all'incirca le stesse dimensioni delle femmine di altri noti osedax specie. Tuttavia, i maschi delle nuove specie erano grandi quanto le femmine. Questi maschi erano decine di migliaia di volte più grandi del normale. Gli scienziati furono sorpresi da questo rovesciamento evolutivo perché credevano che i geni per creare adulti maschi a grandezza naturale fossero scomparsi dalla mancanza di uso. A differenza delle loro controparti nane, questi maschi a grandezza naturale si nutrono da soli.
Gli scienziati hanno chiamato questa specie Osedax priapus, dopo il dio della fertilità nella mitologia greca perché i corpi dei maschi sembrano essersi evoluti per scopi di accoppiamento. I maschi nani non devono andare da nessuna parte per accoppiarsi perché sono permanentemente attaccati ai corpi delle femmine. Ma il più grande Osedax priapus i maschi possono allungare il loro corpo fino a 10 volte la loro dimensione normale per trovare compagni. Gli scienziati non sono sicuri, ma credono che il più grande Osedax priapus i maschi si sono evoluti perché ce n'erano di meno Osedax females in competizione per lo spazio su alcune ossa di animali.
3Reversal Of Cellular Aging
Abbiamo discusso in precedenza della medusa immortale, Turritopsis nutricula, che può tornare a uno stadio di sviluppo immaturo se viene danneggiato. Se gli umani potessero fare questo, gli adulti sarebbero in grado di tornare ai bambini secondo necessità per sfuggire alle devastazioni della malattia. Abbiamo anche parlato di come l'infusione di sangue giovane nei topi ha invertito l'invecchiamento in questi animali. Che questo funzioni per gli umani è la fase successiva del test da eseguire.
Uno studio dell'Università della California a Berkley ha esaminato la degenerazione cellulare inversa iniettando cellule nei topi con SIRT3, una proteina che regola l'invecchiamento. "L'invecchiamento è solo un accumulo di danni", ha detto la ricercatrice capo Danica Chen. "Se la pensi in questo modo, probabilmente non è reversibile, perché le celle sono già danneggiate e non più funzionanti. Ma quello che mostriamo qui è che il danno da stress ossidativo, infatti, è reversibile. "Questo danno si verifica perché le persone anziane non canalizzano e usano l'ossigeno nei loro corpi con la stessa efficienza dei giovani, con conseguente invecchiamento.
Non si tratta di produrre una fonte di giovinezza. La sua applicazione pratica sarebbe quella di prevenire e curare malattie degenerative legate all'età come l'artrite, l'Alzheimer e le malattie cardiache. SIRT3 sembra anche sopprimere i tumori. Normalmente, qualsiasi cosa che rigenera le cellule causerebbe la divisione cellulare e aumenterebbe il rischio di cancro. SIRT3 sembra invertire il danno a livello molecolare. Certo, non sappiamo quanto funzionerà negli umani, specialmente a lungo termine. Questo è il primo studio a dimostrare che possiamo invertire l'invecchiamento cellulare, non solo rallentarlo.
In un test separato, i ricercatori di Stanford sono stati in grado di allungare i telomeri delle cellule umane della pelle, che invertono il tempo (e l'invecchiamento) dell'orologio dei telomeri, dando a quelle cellule una vita più lunga. I telomeri sono le ripetute sequenze di DNA alla fine dei cromosomi. L'obiettivo finale di questa tecnica è quello di trattare le malattie derivanti da telomeri accorciati.
2Reversal Of The Doppler Effect
L'effetto Doppler descrive il cambiamento di frequenza delle onde sonore o della luce man mano che ci si avvicina o si allontana dalla sorgente. Un esempio comune è il cambio di tono di una sirena di ambulanza o di un fischietto, che suona più in alto man mano che si avvicina a te (all'aumentare della frequenza) e più basso man mano che si allontana (a mano a mano che la frequenza diminuisce). Invertendo l'effetto Doppler, possiamo iniziare a creare una tecnologia di cloaking acustico.
Nel 2011, gli scienziati hanno prima invertito l'effetto Doppler ottico, necessario per sviluppare la tecnologia del mantello dell'invisibilità. Quando vediamo un oggetto, stiamo davvero vedendo la sua luce riflessa. Quindi, affinché un oggetto diventi completamente invisibile, dovremmo piegare tutte le lunghezze d'onda della luce visibile attorno ad esso in modo che non produca riflessi e non proietti ombra.
Per piegare la luce attorno a un oggetto, quell'oggetto deve avere un indice di rifrazione negativo. Le onde luminose si piegano all'indietro anziché muoversi in avanti attraverso l'oggetto. Questo non si verifica in natura. Dobbiamo creare materiali artificiali, chiamati metamateriali, per controllare il percorso della luce.
I materiali con indice di rifrazione negativo invertono anche l'effetto Doppler. Normalmente, quando un oggetto si avvicina a noi, la frequenza della luce aumenta, spostando le lunghezze d'onda verso l'estremità blu dello spettro. Con un effetto Doppler inverso (che non si verifica in natura), la frequenza della luce diminuisce, spostando le lunghezze d'onda dal blu al rosso quando un oggetto si avvicina e dal rosso al blu mentre si allontana.
Questa inversione scientifica potrebbe cambiare il mondo in molti modi. Abbiamo già discusso alcuni dei mantelli per la luce, il suono, il tatto e la firma termica che sono in fase di sviluppo o sono già disponibili con la tecnologia odierna.
1 Il Chickenosaurus
Paleontologo Jack Horner, un tempo consulente tecnico per Jurassic Park, lavora sodo cercando di creare un chickenosaurus. Nel 2009, ha fatto una rissa mediatica con l'affermazione che intendeva manipolare i geni di pollo per far rivivere alcuni tratti di dinosauro latente. Da un punto di vista evolutivo, i polli moderni fanno parte della linea del velociraptor di dinosauri che aveva penne quando vivevano da 71 a 86 milioni di anni fa.
Con un peso massimo di 15 chilogrammi (33 libbre), i velociraptor erano piccoli dinosauri simili a uccelli che potevano raggiungere una lunghezza di quasi 2 metri (7 piedi) e un'altezza di 0,5 metri (1,6 piedi) ai loro fianchi. Sebbene le loro braccia fossero troppo corte per volare, le loro penne suggeriscono che i loro antenati erano una volta in grado di volare.Questo dinosauro carnivoro aveva un muso stretto con circa 30 denti seghettati nelle fauci, una coda e due braccia che terminavano con le mani, ognuna con tre artigli ricurvi.
Sono queste caratteristiche - i denti, la coda e le braccia - che Horner vuole decodificare da un pollo attivando o sopprimendo i geni appropriati. Quindi il becco del pollo sarebbe diventato il muso di un dinosauro con i denti, la coda sarebbe stata riattivata e le ali del pollo sarebbero diventate braccia, possibilmente con mani e artigli. Questo animale non sarebbe un dinosauro, ma piuttosto un pollo modificato con caratteristiche di dinosauro.
Horner crede che questo esperimento possa insegnare alla gente sull'evoluzione. Potrebbe anche avere applicazioni mediche quando scopriamo cosa succede quando i geni vengono accesi e spenti. Ma il problema iniziale era individuare i geni appropriati per riattivare le caratteristiche dei dinosauri in un pollo. Finora, il team di ricerca ha studiato lo sviluppo delle code negli embrioni di pollo, che sono poi riassorbiti.