Wetenschap

In de enorme kop van de potvis schuilt het grootste brein op aarde.

“Potvissen hebben namen”

4 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 15 maart 2011

Potvis-onderzoekers zijn er in geslaagd een stukje van de ingewikkelde codes te kraken waarmee potvissen onderling communiceren. Met opmerkelijke uitkomsten. Zijn we missschien toch niet de enige intelligente soort op aarde?

Het grootste brein op aarde
Potvissen vormen een walvissoort die overal ter wereld voorkomt. De mannetjes bereiken een lengte van iets meer dan twintig meter en een gewicht van tien ton. Potvissen worden tot rond de zeventig jaar oud. Hun enorme hoofd herbergt een brein van maar liefst acht kilogram – het grootste brein dat op aarde bekend is en vermoedelijk ook het grootste dat ooit op aarde heeft bestaan.

In de enorme kop van de potvis schuilt het grootste brein op aarde.
In de enorme kop van de potvis schuilt het grootste brein op aarde.

Ter vergelijking: wij mensen halen maar ongeveer anderhalve kilogram (al zijn we veel kleiner). De dieren leven voornamelijk van reuzenpijlinktvissen – Architeuthis soorten – die in de diepere zeelagen leven. Volwassen potvissen dragen dan ook de littekens van de verwoede pogingen van de twaalf meter lange  Architeuthissen om aan hun belagers te ontkomen. De meedogenloze walvisjacht bracht deze soort tot op het randje van uitsterven, maar tegenwoordig neemt hun aantal dankzij het wereldwijde vangstverbod weer toe.

Wijfjes en jongen leven in langdurig bestaande familiegroepen. Marien bioloog Luke Rendell van de Schotse Universiteit van St. Andrews heeft nu ontdekt dat iedere familiegroep een eigen code heeft, zeg, een achternaam, alsmede een bepaalde individuele code. Leden van deze famliegroep gebruiken alle dezelfde karakteristieke volgorde van pulsen – de coda. Bij een ontmoeting zendt eerst een potvis de groepscode uit. Vervolgens zenden beide potvissen tegelijkertijd een ander patroon uit. De eerste potvis gaat door met dit patroon terwijl de andere walvis de groepscode uitzendt. Uiteindelijk valt de eerste potvis deze bij. De reden is nog onopgehelderd. Onderzoekers vermoeden dat het een vorm van sociale binding is.
Na het gedurende 41 dagen observeren van een potvis die deel uitmaakt van een familiegroep, ontdekte Rendell eveneens dat het dier zich voorstelde met een eigen coda, die afhankelijk was per individu. Een naam, als het ware.

Walvisculturen
De ’taal’ van potvissen is redelijk stabiel en lijkt nauwelijks te veranderen in de loop van generaties. Elke clan heeft zijn eigen groep klikgeluiden (die ljken op morsecodes), waaraan clanleden (en andere clans) elkaar herkennen. Mannetjes gebruiken ingewikkelde patronen om vrouwtjes te verleiden en andere mannetjes op een afstand te houden. Andere walvissoorten kennen snel muterende culturen – zo veranderde de taal van een groep bultrugmannetjes uit de Pacifische Oceaan totaal toen ze twee nieuwkomers uit de Indische Oceaan ontmoetten.  Het walvisequivalent van Elvis Presley of de Spice Girls? Er lijkt ook een sociale diversificatie te zijn die samenhangt met ecologische strategieën. Zo doet een groep met één kliktaal het beter tijdens een warme El Niño, terwijl een andere groep de koudere omstandigheden van La Niña prefereert. Walvissen vormen dus multiculturele samenlevingen.

Het is duidelijk dat we nog maar het topje van de ijsberg hebben opgehelderd van dit fascinerende onderwerp. Walvissen kunnen niet net als landdieren gereedschappen manipuleren, maar kunnen wel een ingewikkelde cultuur ontwikkelen en onderhouden, stelt professor Hal Whitehead van de Dalhousie Universiteit in de Canadese deelstaat Nova Scotia. Hun hersenen zijn hier groot genoeg voor. Worden walvisjagende naties straks voor een inter-soortelijk strafhof gesleept wegens georganiseerde moord op intelligente wezens? In ieder geval hebben de activisten van Sea Shepherd weer een uitstekend argument er bij om de walvisjacht stop te laten zetten…

Bronnen
Daily Galaxy
Oceania.org.au

Een bruine dwerg in een baan om een witte dwerg. Bron: Gemini Observatory

Bruine dwerg: Koude ster of hete planeet?

5 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 27 januari 2021

Een bruine dwerg, is dat een ster, zo warm als een tropisch bad of een planeet, zo heet dat deze uit zichzelf al aangename temperaturen bereikt? De nieuwste ontdekking van infraroodtelescoop Spitzer, een gasreus zeven keer zo zwaar als Jupiter, is waarschijnlijk de missing link tussen planeet en ster.

De bruine dwergster, op 63 lichtjaar afstand van de aarde, wordt voorlopig aangeduid met de weinig poëtische naam WD 0806-661 B. Deze dwerg staat op 2500 astronomische eenheden (een AE is de afstand aarde-zon, 150 miljoen km) van de hoofdster. Aan de oppervlakte van de bruine dwerg, heersen met dertig graden boven nul, aardse temperaturen.

De hoofdster is een A-klasse witte dwerg. Witte dwergsterren zijn het uitgedoofde, witgloeiende restant van een ster met ongeveer de massa van de zon.

Nieuwe spectraalklassen Y en T voor bruine dwerg

Vroeger dachten astronomen dat rode M-dwergen de zwakste sterren zijn. Met de ontdekking van bruine dwergen zijn er twee nieuwe spectraalklassen ingevoerd voor deze extreem zwakke sterren: T en Y, waarbij Y de koelste is. WD 0806-661 B is bijvoorbeeld een Y0-dwerg.

Een bruine dwerg in een baan om een witte dwerg. Bron: Gemini Observatory
Een bruine dwerg in een baan om een witte dwerg. Bron: Gemini Observatory

Bruine dwergen zijn gasbollen met te weinig massa om proton-proton kernfusie in gang te zetten. Voor proton-proton fusie moet een ster minimaal 0,08 zonsmassa zijn (80 Jupitermassa’s). Technisch gesproken zijn bruine dwergen dus geen volwaardige sterren. Wel kan een bruine dwerg van meer dan 0,013 zonsmassa’s (13 Jupitermassa’s) deuterium fuseren. Omdat deuterium zeldzaam is, geven dergelijke dwergen maar weinig straling af en doven op een gegeven moment uit. De ondergrens voor bruine dwergen is omstreden en varieert van 5-60 Jupitermassa’s.

De bruine dwerg ligt qua grootte tussen rode dwergsterren en gasreuzen in.
Een bruine dwerg ligt qua grootte tussen rode dwergsterren en gasreuzen in. Bron

Eigenlijk is zeven maal de massa van Jupiter te klein om zelfs voor bruine dwerg door te kunnen gaan. Het object staat te ver af van zijn ster om zich uit een planetaire schijf te kunnen vormen. Volgens de op dit moment populaire astrofysische modellen, althans; bijvoorbeeld Jupiter staat maar op vijf astronomische eenheden van de zon. Dus wordt er toch van uitgegaan dat WD 0806-661 B een bruine dwerg is.

Nieuw domein voor leven?

Onderzoekers denken door de ontdekking van dit mysterieuze object de invloed van de inwendige temperatuur op atmosferische patronen te kunnen vaststellen.
Het geeft ook exobiologen een nieuwe habitat voor leven om over na te denken. Wellicht komen er waterwolken in voor. En kunnen door het universum zwervende bruine dwergen, bacteriën in waterdruppeltjes, van energie voorzien. Wie weet, zelfs leven dat uit meer cellen bestaat. Op zich bevat dit object genoeg vrije energie voor eenvoudig leven.

Bronnen
Astronomical Journal Letters
New Scientist

Door een brokstuk met een laser af te remmen komt het in een lagere baan.

Slimme oplossing voor ruimtepuin gevonden

3 reacties / Ideeën en techniek, Wereld, Zonnestelsel / Door / 14 maart 2011

Ruimtevaart wordt steeds gevaarlijker door de enorme hoeveelheid zwevende brokstukken in een baan om de aarde. Het is een kwestie van tijd, denken deskundigen, voordat de eerste satelliet wordt vernietigd door een brok metaal dat kilometers per seconde beweegt. Gelukkig heeft NASA nu een eenvoudige oplossing gevonden om af te rekenen met ruimtepuin: een remlaser op aarde om brokstukken neer te halen.

De Kessler-catastrofe
Lanceringen brengen steeds meer ruimtepuin in een baan om de aarde, variërend van lege rakettrappen en defecte satellieten tot rondzwervende verfsplinters. NASA-wetenschapper Donald Kessler waarschuwde in 1978 al voor een aankomende catastrofe: het Kessler syndroom. Als twee brokstukken elkaar met hoge snelheid raken, spatten ze in een groot aantal kleinere brokstukken uiteen. Hierdoor wordt de kans veel groter dan er ook andere brokstukken worden geraakt. er ontstaat een kettingreactie van botsingen. Het uiteindelijke resultaat is een wolk van minuscule micrometeorieten die elk met vele kilometers per seconde bewegen en in de lege ruimte nooit worden afgeremd (zoals op aarde zou gebeuren). Ruimteschepen en satellieten die zich in deze gordel wagen, worden doorzeefd door een spervuur van minuscule kogels.  Zou het zover komen, dan wordt de mens dus voor heel lange tijd op aarde opgesloten. Volgens sommigen is het al zover. Zo moet de Europese satelliet Envisat zestig procent van de tijd uitwijken voor brokstukken van één botsing: die tussen de satellieten Iridium 33 en Cosmos 2251.
Kortom: we kunnen maar beter snel beginnen met de grote schoonmaak, voor de ruimte boven ons één grote kosmische schietbaan wordt.

Remmen met een laser
Dat je met een laser gaten kan boren en dingen smelten is bekend.

Door een brokstuk met een laser af te remmen komt het in een lagere baan.
Door een brokstuk met een laser af te remmen komt het in een lagere baan.

Minder bekend is dat elektromagnetische straling (waaronder licht uit een laser) een bepaalde druk kan uitoefenen. Lichtdeeltjes hebben namelijk net als alle fysische objecten een impuls (massa maal snelheid, in het geval van licht h/golflengte). Zonnezeil-ruimteschepen maken gebruik van dat effect: de druk van het zonlicht versnelt het ruimtescheepje zeer langzaam, maar gestaag, in principe zelfs tot in de buurt van de lichtsnelheid. Andersom, afremmen dus, werkt ook. Van dit principe maakt de NASA-methode gebruik. Door een aanvliegend brokstuk met een laser te beschieten, wordt dit afgeremd. Hoe lager de snelheid van iets dat in een baan om bijvoorbeeld de aarde draait, hoe lager de omloopbaan. Het gevolg is dat het brokstuk gaat dalen en in de aardse atmosfeer terecht komt waar het opbrandt.

Star Wars
Er is één probleem met dit plan. De Russen en Chinezen zullen niet blij zijn met dit apparaat, dat verdacht veel weg heeft van Ronald Reagan’s Star Wars project: een laser-gebaseerd verdedigingssysteem tegen kernraketten. Daarom stellen de bedenkers van het plan, NASA-onderzoeker James Mason met enkele collega’s, voor om hier een relatief zwakke laser voor te gebruiken van vijf kilowatt. De laser bestookt elk brokstuk voor ongeveer twee uur per dag en kan ongeveer tien brokstukken tegelijkertijd aanpakken.

Vijf kilowatt is ongeveer het vermogen van drie zware stofzuigers; onvoldoende om een vijandelijke satelliet (laat staan een kernraket) uit te schakelen. Zowel de VS als de Russen en de Chinezen beschikken over veel zwaardere lasers om satellieten en vijandelijke kernraketten mee uit de lucht te schieten. Volgens Mason kan dit project voor minder dan een miljoen dollar gerealiseerd worden. De laser zou bekostigd en bemand moeten worden door technici uit diverse ruimtevarende naties. Hoe het ook zij, dit is duidelijk één van de meest veelbelovende ideeën tot nu toe om het netelige ruimteafval-probleem aan te pakken…

Bronnen
ArXiv Blog
ArXiv
NASA

De ontplofte reactor in Tsjernobyl, ingepakt in een betonnen sarcofaag, is nog steeds een stille getuige van de ramp die daar in 1982 plaatsvond.

Kernenergie, een slecht idee?

14 reacties / Maatschappij, Wetenschap / Door / 7 januari 2021

Met de nieuwe kernongelukken in het reactorcomplex Fukushima I als gevolg van de aardbeving en tsunami laait de discussie tussen voor- en tegenstanders van kernenergie weer op. Tegenstanders zeggen dat de gevaren en kosten van kernenergie niet opwegen tegen de voordelen. Klopt dit?

De voordelen van kernenergie
Kernenergie kent een aantal aanzienlijke voordelen. Er hoeven geen dure olie of kolen te worden geïmporteerd. De hoeveelheid energie die vrij komt is enorm: in theorie per kilo uranium 22 miljoen kilowattuur, meer dan in honderd ton steenkool of zeshonderd vaten aardolie zit. In feite is het verarmde uranium dat bij de invasie in Irak was gebruikt, duizend tot tweeduizend ton, in theorie voldoende om evenveel energie op te wekken als het land in een tot twee jaar in de vorm van aardolie exporteert.

De CO2-uitstoot, waar veel klimaatactivisten zich overdreven zorgen over maken, is in verhouding ook laag: een tiende van die van een kolencentrale als alles wordt meegerekend. De EREOI, de hoeveelheid energie die in een kerncentrale moet worden gestopt om er elektriciteit uit te krijgen, is ook behoorlijk en te vergelijken met een kolencentrale: 1:10. Geen wonder dat gezien deze voordelen, energiebedrijven graag extra kerncentrales willen bouwen en vooral de centrales als ze er staan lang open willen houden. Staat de kerncentrale er eenmaal, dan zijn de kosten van brandstof in verhouding zeer laag, slechts een derde van de kosten van de centrale zelf. Een kerncentrale, zoals die in Borssele, langer open laten levert dus veel geld op.

Maar ook nadelen…
Kerncentrales kennen drie grote nadelen die alle te maken hebben met radioactiviteit: het risico op het verspreiden van materialen om atoombommen mee te maken, kernafval en het risico dat een kerncentrale ontploft of gaat lekken. De brandstof in een doorsnee kerncentrale is te arm om er een atoomwapen van te maken. Wel kunnen er zogeheten vuile bommen mee geproduceerd worden: bommen die als ze ontploffen een grote hoeveelheid radioactief materiaal verspreiden.

De ontplofte reactor in Tsjernobyl, ingepakt in een betonnen sarcofaag, is nog steeds een stille getuige van de ramp die daar in 1982 plaatsvond.
De ontplofte reactor in Tsjernobyl, ingepakt in een betonnen sarcofaag, is nog steeds een stille getuige van de ramp die daar in 1982 plaatsvond. – Carl Montgomery, public domain via Flickr

Een kerncentrale zoals die in Borssele produceert 12 ton radioactief afval per jaar. Zou Nederland alle energie met kerncentrales opwekken, dan wordt dat ongeveer vierhonderd ton per jaar. Weliswaar is dat veel minder dan de vliegas die een enkele kolencentrale produceert, maar deze vliegas wordt als grondstof in de bouw gebruikt terwijl kernafval met een moeizaam en kostbaar proces verwerkt moet worden of – zoals in de VS – ondergronds opgeslagen. Hoogradioactief kernafval blijft honderdduizenden jaren gevaarlijk.

Een ander nadeel is de kans op ongelukken. In een kernreactor wordt een kettingreactie plaats: als neutronen uranium-235 kernen raken, splijten deze, waardoor weer andere neutronen vrijkomen. Een kernreactor bewaart een precair evenwicht tussen het uitdoven van deze kernreactie en het ontploffen. Vaak wordt met behulp van neutronenvangende regelstaven de reactie gecontroleerd. Loopt de reactie uit de hand, dan zullen de reactorstaven smelten. In het ergste geval ontstaat een totale meltdown: de plas zeer zwaar (uranium is zwaarder dan lood), hoogradioactief metaal vreet zich een weg door het beton van de centrale naar beneden en komt uiteindelijk in de grondwaterlaag terecht, waardoor een enorme stoomwolk en dus ontploffing ontstaat.

Als de koelinstallatie defect is, kan de reactor zo oververhit raken dat deze ontploft en radioactieve stoffen vrijkomen. Dit is gebeurd in de Japanse Fukushima-I reactor van veertig jaar oud die toch al op het punt stond buiten bedrijf gesteld te worden. In dit geval was de dieselgenerator die het backup-koelsysteem aandreef, weggespoeld door de tsunami. Moderne kerncentrales zijn weliswaar omgeven door veel veiligheidsmaatregelen maar niet alle omstandigheden zijn te voorzien. Dit is ook de reden dat in moderne reactorontwerpen gebruik wordt gemaakt van zogeheten passieve beveiliging: als de centrale om welke reden dan ook uitvalt, stopt de kernreactie direct, bijvoorbeeld omdat een elektromagneet wordt uitgeschakeld die voorkomt dat neutronenvangende staven tussen de splijtstof zakken. Snelle kweekreactoren werken met een poel van vloeibaar metaal onderin de reactor dat,  mocht er een meltdown optreden, de warmte afvoert en ook neutronen vangt. De rampen in Fukushima en Tsjernobyl waren zo te voorkomen geweest.

Wegen de voordelen tegen de nadelen op?
Ook olie en kolen hebben ernstige nadelen, bijvoorbeeld de noodzaak om oorlogen te voeren in olierijke landen of de noodzaak, deze te vriend te houden. Gas is een relatief schone brandstof, maar raakt net als olie en makkelijk winbare steenkool ook snel op. Wind is te onregelmatig,  zon is er in Nederland in de winter veel te weinig. Blauwe stroom, energie winnen uit het “mengen” van zout met zoet water, is interessant, ook constant  maar niet voldoende om in meer dan een kwart van onze energiebehoefte te voorzien. Als we alle rivieren volledig uitmelken. Golfslag, gecombineerd met windmolens op zee zou voor een deel kunnen, misschien. Echter: het potentieel is beperkt.

Bij kerncentrales worden de risico’s en de kans op dodelijke ongevallen verplaatst naar het eigen land. Kernreactoren waarin ongelukken zijn gebeurd, waren hetzij sterk verouderd (Fukushima), hetzij door menselijke fouten ontploft (Tsjernobyl). Er zijn geen gevallen bekend van moderne kernreactoren die ontploft zijn.

Wel is er nog steeds geen goede oplossing om van het kernafval af te komen. Het gebruik van snelle kweekreactoren zorgt dat we meer energie uit dezelfde hoeveelheid uranium kunnen halen en vormt hiermee mogelijk een gedeeltelijke oplossing voor het kernafvalprobleem, er is dan immers veel minder brandstof nodig en ontstaat ook minder afval, maar het fundamentele probleem blijft hetzelfde.

De oudste mens ooit, Jeanne Calment, hier 22 jaar oud, leidde een regelnmatig, maar actief leven.

Wilskracht en lang doorwerken verlengt leven

14 reacties / Mensheid, Wetenschap / Door / 13 maart 2011

De AOW een paar jaar opschuiven is goed voor de gezondheid: rust roest. Ook overleven wilskrachtige doeners het langst. Zo blijkt uit het Longevity onderzoek dat al vanaf 1921 wordt uitgevoerd onder vijftienhonderd slimme kinderen, aangevuld met andere bronnen. Redt een actief leven levens?

Kleine onderzoeken geven vaak foute uitkomsten
Hoe kleiner het onderzoek, des te groter de kans dat er foutieve dingen uit komen, dus hoe scherper de waarnemingsgrenzen gesteld moeten worden. Vaak wordt in statistische onderzoeken een overschrijdingskans p van 0,05 gehanteerd.

Met andere woorden: er is vijf procent kans dat een onderzoek er stevig naast zit. Als er maar genoeg onderzoeken worden uitgevoerd, zal er in minstens één op de twintig gevallen wat significants uit rollen. Minstens, want ook wetenschappers is niets menselijk vreemds en het dokteren aan onderzoeksgegevens, vooral als er snel een publicatie gescoord moet worden, komt helaas af en toe voor. Een groot onderzoek is beter dan een klein onderzoek in staat om statistische ruis te elimineren. Onderzoekers kunnen dan ook genoegen nemen met een veel kleinere overschrijdingskans.

Veel mythes over lang leven sneuvelen
Het zeer uitgebreide Longevity Project onderzoek, ooit opgezet door de psycholoog Terman om er achter te komen wat er gebeurt met intelligente kinderen, maakt een einde aan een aantal tot nu toe geliefde mythes over wat leidt tot een lang leven.

De oudste mens ooit, Jeanne Calment, hier 22 jaar oud, leidde een regelnmatig, maar actief leven.
De oudste mens ooit, Jeanne Calment, hier 22 jaar oud, leidde een regelnmatig, maar actief leven.

In dit project, dat in 1920 begon, werden (en worden nog steeds) vijftienhonderd hoogbegaafde kinderen hun hele leven gevolgd. Al eerder bleek, hel verrassend, dat maar een klein deel van hen de hoge posities bereikte die hen werden toegedicht. Zaken als religiositeit, pessimisme en dergelijke blijken niet uit te maken. Zo blijkt weliswaar dat getrouwde mannen langer leven, maar dat geldt niet voor getrouwde vrouwen. Ook geluk duurt niet lang. Gelukkige mensen met veel gevoel voor humor overlijden zelfs iets eerder dan wat minder gelukkige mensen, vermoedelijk omdat ze meer risico’s nemen. Ook workaholics plegen minder roofbouw op hun gezondheid dan vaak wordt gedacht, integendeel: juist de in hun werk meest gedreven mensen leven veel langer dan mensen die de kantjes er vanaf lopen. Gescheiden vrouwen leven vrijwel even lang als hun getrouwde zusters.

Vroeg naar school gaan is al evenmin een verstandig idee, althans om een lange levensduur te bereiken. Kinderen moeten voldoende kunnen spelen. Niet alle oorlogsveteranen leven korter. Alleen als ze er niet in slagen hun stress te overwinnen en daardoor ongezonde leefgewoontes ontwikkelen, verkort hun levensduur. Christenen zullen het prettig vinden te lezen dat anderen helpen goed voor je is: vooral mensen die betrokken zijn bij anderen en ze helpen leven lang.

De aanhouder wint
Opmerkelijk genoeg blijkt er vooral één eigenschap te zijn die langlevende mensen van jongs af aan gemeen hebben: wilskracht, levenswijsheid en zelfdiscipline, ‘prudence’. Er zit dus een kern van waarheid in de vele religieuze teksten, denk aan het bijbelboek Spreuken, de Bhagavad Gita en het boeddhistische wijsheidsboek Tripitaka, die deze aanbevelen. Dit zet langlevenden er toe aan om gezonde leefgewoontes te ontwijken en gaat ook samen met een sterke levenslust.
Slecht nieuws dus voor visionairen, die sterker zijn in bedenken en dromen dan doen? Niet perse. Ook visionaire overtuigingen kunnen voortkomen uit wilskracht en wijsheid. In feite waren sommigen van de grootste visionairen uit de geschiedenis zulke mensen. Je idealen in praktijk brengen maakt in ieder geval zeker gelukkig en zal ook je levensverwachting sterk naar boven bijstellen.

Bronnen
Science Daily

Neanderthalers hadden in verhouding langere ringvingers dan wij. Liepen er veel onbegrepen Neanderthal-genieën rond, of waren het autisten, zoals Jean Auel in haar boeken veronderstelt?

“Testosteron baarmoeder leidt tot genialiteit”

5 reacties / Mensheid, Wetenschap / Door / 13 maart 2011

Wat bepaalt hoe intelligent iemand wordt? Op dit moment zijn er in hethoogbegaafdheidsdebat twee stromingen: nature: die intelligentie aan erfelijke factoren toeschrijft en nurture: opvoeding en geestelijke prikkels. Maar er is nog een derde mogelijkheid, zegt hoogleraar onderwijspsychologie Marty Mrazik van de Canadese Universiteit van Alberta: testosteron. In de baarmoeder.

Is intelligentie aangeboren of aangeleerd?
Niet iedereen is even slim of heeft gelijke talenten. Over wat intelligentie precies is, lopen de meningen stevig uiteen.

Neanderthalers hadden in verhouding langere ringvingers dan wij. Liepen er veel onbegrepen Neanderthal-genieën rond, of waren het autisten, zoals Jean Auel in haar boeken veronderstelt?
Neanderthalers hadden in verhouding langere ringvingers dan wij. Liepen er veel onbegrepen Neanderthal-genieën rond, of waren het autisten, zoals Jean Auel in haar boeken veronderstelt?

Wel blijken de verschillende intelligentietesten als leereffecten uit worden geschakeld, een onveranderlijke component te meten: g, de fluïde intelligentie. Al sinds de beruchte schedelmetingen en rassentheorieën uit de negentiende eeuw, volgens sommigen zelfs ver daarvoor, wordt het debat over wat precies bepaalt hoe intelligent we worden. Twee stromingen staan min of meer lijnrecht tegenover elkaar: de stroming die de verschillen tussen mensen toeschrijft aan genetische verschillen en een stroming die de verschillen wijt aan culturele invloeden. Geen wonder: we koesteren akelige herinneringen aan eugenetica en rasverbeteringstheorieën uit onder meer het naziverleden (hoewel het probleem veel breder was).

Tweelingonderzoek
Op dit moment hebben de aanhangers van genetische oorzaken de overhand. Hierbij steunen ze op de vele onderzoeken die aan eeneiige tweelingen zijn verricht. Om nature en nurture te scheiden kan je onderzoek doen  naar de intelligentie van geadopteerde tweelingen die elk apart op zijn gegroeid in verschillende sociale milieus. Het blijkt uit de vele onderzoeken op dit terrein dat tachtig procent van de variatie in IQ-score verklaard kon worden uit het deel uitmaken van dezelfde eeneiige tweeling.De variatie tussen tweeëiige tweelingen, biologische broertjes en zusjes en adoptiekinderen ligt aanmerkelijk lager.

Flynn-effect: nurture strikes back
Toch kennen de aanhangers van nurture een ijzersterk tegenargument: het Flynn-effect. Elke toen jaar moeten IQ-testen worden gerenormeerd (‘moeilijker’ worden gemaakt) omdat de bevolking steeds hoger scoort op intelligentietests. Het is moeilijk te verklaren uit genetische selectie dat mensen in zo korte tijd genetisch zoveel meer aanleg krijgen. Er valt eerder te denken aan dingen als betere voeding, meer scholing en kleinere gezinnen.

De derde verklaring: hormonen
Hier kan echter ook een andere verklaring voor zijn: de invloed van hormonen op de hersenontwikkeling, vooral tijdens de zwangerschap, zo blijkt uit onderzoek van Marty Mrazik en collega. Aan de verhouding tussen de lengte van wijsvinger en ringvinger, de digit index, is vast te stellen hoe groot deze is geweest. Ze stellen dat er “enig bewijs” is voor een correlatie tussen een hoog testosterongehalte in de baarmoeder en extra verbindingen tussen neuronen in de rechter voorhoofdskwab van de hersenen en “bepaalde persoonskenmerken die vaker voorkomen bij begaafde personen”. Mogelijk doelt Mrazik hierbij op autisme. Het is al wat langer bekend dat bijvoorbeeld autisme of autisme spectrum stoornis veel vaker voorkomt bij mensen die tijdens de zwangerschap bloot werden gesteld aan testosteron. En inderdaad: je moet wel iets van de dwangmatigheid van een autist hebben om je jarenlang vast te bijten in een onderwerp, zoals wetenschappelijke specialisten moeten…

Bronnen:
Science Daily
Roeper Review

Slijmzwammen bestaan uit samenwerkende eencelligen. Het eerste meercellige leven begon denkt men ook op deze manier.

‘Kankergezwel is oeroud dier’

5 reacties / Mensheid, Wetenschap / Door / 12 maart 2011

Volgens een aantal onderzoekers is kanker een overblijfsel uit de tijd dat er nog maar net meercellige dieren bestonden. Een eencellig dier zal zich zo vaak het kan delen. Kan kanker genezen worden door dit oeroude precambrische mechanisme uit te schakelen?

Eencelligheid was de norm
Het leven bestaat op aarde al bijna vier miljard jaar, maar het grootste deel van die tijd, gedurende meer dan twee miljard jaar, was het ingewikkeldste organisme op aarde de stromatoliet, een bacteriekolonie die een soort levende rotsen vormt en nu nog in bepaalde extreme milieus voorkomt.

Slijmzwammen bestaan uit samenwerkende eencelligen. Het eerste meercellige leven begon denkt men ook op deze manier.
Slijmzwammen bestaan uit samenwerkende eencelligen. Het eerste meercellige leven begon denkt men ook op deze manier.

Pas toen de zuurstofgehaltes voldoende hoog waren, veronderstellen wetenschappers, ontstond er een energiebron die krachtig genoeg was om ingewikkelder, meercellige organismen in leven te houden. Dit tijdstip lag iets voor het begin van het Cambrium, het tijdperk waarin (m.u.v. de raadselachtige Ediacara-fossielen) de vroegste fossielen van meercelligen zijn aangetroffen. Kortom: in de lange evolutionaire geschiedenis van het leven hebben onze voorouders verreweg het grootste deel van de tijd als eencellige doorgebracht.

Grote Samensmelting
Na de Grote Samensmelting – een gebeurtenis waarbij verschillende bacteriën de eerste cellen met celkern en gespecialiseerde orgaantjes zoals mitochondrieën vormden – werd pas de stap tot meercellige mogelijk. Meercelligheid betekent dat het organisme veel meer DNA moet bevatten. Nu pas kon dat omdat één van de samenwerkende bacteriën – die zich tot celkern zou ontwikkelen – kon leven van de energie die andere bacteriën produceerden.

Altruïsme essentieel voor meercelligheid
Meercelligheid maakte veel ingewikkelder en veelzijdiger organismen mogelijk. Dit kon alleen omdat individuele cellen hun neiging tot zelfbehoud verloren en zich in dienst stelden van het lichaam als geheel.  Een belangrijk onderdeel hiervan is dat ze alleen delen op tijdstippen dat dat voor het organisme als geheel het beste uitkomt. Sommige cellen plegen tijdens de embryonale ontwikkeling zelfs zelfmoord (apoptose).

Dier temt cel
De evolutie van één- naar meercellige ging vermoedelijk in tussenstappen. Misschien dat de eerste meercelligen, net als slijmzwammen nu, alleen in ongunstige situaties één organisme vormden. Daarna vormden zich gespecialiseerde weefsels (ook deze komen al in slijmzwammen voor, die in feite “overdoen”  wat onze verre voorouders eerder deden). De coördinatie tussen de cellen moet daarna in de loop van miljoenen jaren steeds permanenter en beter zijn geworden.

De duivelse doortraptheid van kankergezwellen
De vernuftige listen waarvan vele soorten kankers zich bedienen om zich uit te breiden, zijn veel te ingewikkeld om door toeval tot stand te zijn gekomen. Kankercellen vertonen namelijk een opmerkelijk gestructureerd gedrag. Ze verspreiden zich niet zoals bacteriën lukraak, maar vormen kolonies, tumoren, die een vorm van organisatie kennen. Ze vormen uitlopers, bloedvaten en andere organen met als doel zichzelf in leven te houden. Sommige cellen laten juist los en zaaien zich uit in de rest van het lichaam: metastase. Ze zijn vaak in staat om zich te verdedigen tegen gifstoffen.

Schrijver dezes vermoedde daarom dat wellicht zeer grote, ingewikkelde virussen zoals het kankerverwekkende Epstein-Barr virus en menselijk wrattenvirus op de een of andere manier een cel kapen en dit door middel van hun ingewikkelde DNA aan kunnen sturen als een biologische robot.

‘Kankergezwel is oeroud dier’
Astrobioloog Charles Lineweaver en Paul Davies, van oorsprong theoretisch natuurkundige, hebben een eleganter mechanisme bedacht. Diep in ons DNA liggen nog steeds de oeroude genen begraven die honderden miljoenen jaren geleden onze voorouder stuurden. Ze denken nu dat af en toe, in gang gezet door een onbekende prikkel, dit oeroude dierlijke systeem opnieuw aanschakelt waardoor de cel zich ongecontroleerd gaat delen. Een kankergezwel is volgens hen daarom te vergelijken met primitieve dieren als waterpoliepen die ook uit een klein stukje weer helemaal uit kunnen groeien.

Klopt dit? Zo ja, hoe gebruiken we deze kennis?
Collega-onderzoekers vinden de theorie weliswaar elegant, maar zijn nog niet overtuigd. Zo hebben eenvoudige dieren als platwormen geen bloedvaten, kankergezwellen wel. Andere onderzoekers zijn voorzichtig enthousiast.
We kunnen ook niet ongestraft deze genen uitschakelen, omdat we in wezen nog steeds het bouwplan hebben van een lopende en pratende worm. Deze genen liggen aan de basis van de menselijke groei en ontwikkeling. Wel kan dit nieuwe paradigma wel eens het langgezochte wondermiddel om kanker uit te schakelen, de uit-knop voor tumorgroei, opleveren.

Met dit nieuwe paradigma, stellen Davies en Lineweaver, kunnen we biologische kennis gebruiken om kankerverwekkende genen te identificeren en hun onderlinge relatie uit te zoeken. Er bestaat namelijk een vrij nauwkeurig overzicht van de manieren waarop de metazoa (meercellige dieren) met groepen protozoa (eencellige dieren) en andere organismen verwant zijn.   

Er zijn uit de medische literatuur van vrijwel elke kankersoort, zelfs de dodelijkste, gevallen van spontane remissie bekend. Hebben patiënten of artsen, of de Voorzienigheid, in die gevallen door stom toeval de kill-switch van kanker omgezet?

Bron:
New Scientist
IOP Science

Wat de ene theorie beter maakt dan de andere

10 reacties / Filosofie, Wetenschap / Door / 12 maart 2011

Binnen de wetenschapsfilosofie probeert men wat te zeggen over het hoe en waarom van de wetenschap en haar methodes. Zoals het filosofen betaamt, is er weinig consensus in het wetenschapsfilosofisch vakgebied. Bij deze een opvatting over wat we wel kunnen zeggen.

1. Dingen veranderen. Ik neem aan dat iedereen, realist of idealist, het daar mee eens is.
2. Dankzij de wetenschap krijgen veranderingen een bepaalde richting. Nieuwe bevindingen zorgen voor nieuwe apparatuur waarmee we nieuwe handelingen kunnen verrichten of oude handelingen op een nieuwe manier kunnen verrichten. Zo kunnen we dankzij verschillende vervoermiddelen binnen kortere tijd een langere afstand afleggen en op plaatsen komen die eerst ontoegankelijk waren.
3. Dit zorgt er onder andere voor dat we als mensen op een andere manier tegen dingen aankijken en anders in het leven staan. Ook mensen veranderen, tussen generaties evenals in één mensenleven.
Ik heb bewust gekozen voor het woord ‘veranderen’ omdat deze een vrij neutrale connotatie heeft. Of de verandering een (positieve) vooruitgang betreft is nog maar de vraag. Sterker nog, ik denk dat DAT de vraag is waar het in de wetenschapsfilosofie om draait.
Vele gelezen stukken draaien om de hoedanigheid (of status) van de werkelijkheid (of ontologie) en of uit die werkelijkheid door ons als mens met al haar tekortkomingen een waarheid geabstraheerd kan worden. Zie het volgende schema:

Werkelijkheid -?-> waarheid –> goed en fout –> positief en negatief

Afhankelijk van het antwoord op de vraag of er zoiets als ‘waarheid’ bestaat volgt of theorieën (of paradigma’s, zo je wilt) cumulatief zijn of niet en of wij dit kunnen meten/weten.
Een verdieping in de wetenschapsfilosofie heeft mij vooral veel onenigheid tussen verschillende filosofen over deze onderwerpen te berde gebracht. Het dichtst dat we bij ‘waar’ zijn gekomen vind ik in het tweede deel van de definitie van wetenschappelijk realisme van van Fraassen: “… acceptance of a scientific theory involves the belief that it is true” [1].
Het ‘geloof dat iets waar is’ is naar mijn idee het dichts bij een bevredigend antwoord tot nu toe. Naar aanleiding van de drie punten waar ik mee begon, zou ik verder willen gaan met deze notie van ‘waarheid’.
4. Om een verandering als positief of negatief te kunnen beschouwen, is er een notie van waarheid nodig om de verandering aan te meten. Deze waarheid vinden we, tot dusver, in ons geloof in die waarheid.
5. Ons geloof in een bepaalde waarheid kunnen we rechtvaardigen door bij onszelf te rade te gaan. Als er verschillende theorieën zijn die bepaalde fenomenen op een verschillende manier verklaren en verschillende voorspellingen doen, kiezen we doorgaans voor die theorie waarvan we de kans op een gelukkig leven het grootst achtten.
6. Uit het idee dat we nu ouder worden en gezonder kunnen blijven dan vroeger volgt het idee dat de wetenschap ons verder heeft gebracht in positieve zin.

Hieruit volgt dan dat een theorie die naar ons idee meer verklaard en op een preciezer manier, we daarom beter kunnen noemen dan een voorgaande theorie.

[1] Curd, M. & Cover, J.A. “Philosophy of Science: The Central Issues” (1998). Pagina 1066

Nanogeheugen bespaart tot 99% stroom. Stroomstootjes veranderen het materiaal tussen de twee nanobuisjes.

Computergeheugen bespaart 99% energie

4 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 12 maart 2011

Met een opmerkelijke doorbraak wordt computergeheugen nu honderd keer zo zuinig. Hiermee worden laptops zo energiezuinig dat ze in principe nooit meer opgeladen hoeven te worden. Nu nog wat slimmers bedenken voor de energieslurpende processoren en het beeldscherm vervangen door elektronisch papier.

Iedere gefrustreerde bezitter van een laptop weet het uit bittere ondervinding. Na twee tot misschien tien uur is het einde oefening voor de uitgeputte batterij van het apparaat. Deze moet snel aan het stroominfuus, wil je  ongestoord verder wilt werken aan je verslag, topwebsite of magistrale roman.
Helaas zijn oplaadpunten schaars en onhandig. De voor de hand liggende oplossing van dit probleem is dus het stroomverbruik van de laptop of mobieltje verminderen. Traditioneel vereisen de processors en het beeldscherm veel stroom, maar nu deze steeds energiezuiniger worden en de computers steeds sneller,  slokt het geheugen een steeds groter aandeel van het stroomverbruik op. En loopt veel kans op doorbranden.

Zuiniger, kleiner en stabieler
Met een opmerkelijke doorbraak zijn een viertal onderzoekers, Feng Xiong, Albert Liao, David Estrada en Eric Pop er nu in geslaagd het stroomverbruik van het geheugen tot één procent van het standaard verbruik terug te brengen.

Nanogeheugen bespaart tot 99% stroom. Stroomstootjes veranderen het materiaal tussen de twee nanobuisjes.
Nanogeheugen bespaart tot 99% stroom. Stroomstootjes veranderen het materiaal tussen de twee nanobuisjes.

Het geheim: de geheugenopslageenheden kleiner maken. De onderzoekers deden dit door gebruik te maken van koolstofnanobuisjes, waartussen kleine blokjes phase-change materials (PCM) hangen. PCM’s zijn een soort warmtebatterijen die smelten als ze warmte opnemen en vast worden als ze die weer afstaan – nadat ze een signaal hebben gekregen. U kent ze wellicht als die handige zakjes die je door een metalen ring te knikken kan laten stollen en zo warm laat worden. Je kan ze weer laten smelten, ‘opladen’, door ze in een pan met heet water te leggen.
De weerstand van de PCM die de onderzoekers kozen, verandert door hoge spanningspieken. Deze zeer kleine elementjes verbruiken maar een procent van de hoeveelheid stroom van een standaard geheugenelement omdat ze veel kleiner zijn. Dat is nog niet eens alle goede nieuws. Ze zijn ook nog eens veel stabieler dan  standaard geheugenelementen omdat ze hun informatie niet opslaan als elektrische of magnetische lading, maar door de atomen onderling van positie te veranderen. Ook ideaal voor gebruik in fabrieksomgevingen en de ruimte dus, waar kosmische straling en sterke magneetvelden schering en inslag zijn.

Laptop hoeft nooit meer opgeladen te worden
Als ook het verbruik van de processor en het beeldscherm flink omlaag kan, komt de tijd dichterbij dat laptops helemaal niet meer opgeladen hoeven te worden. In de buurt van het apparaat is er dan voldoende energie beschikbaar. Denk aan licht, temperatuursverschillen en dergelijke. Als het verbruik van een laptop onder een watt komt te liggen – minder dan een fietslampje gebruikt – kan dat ook. Je zou zelfs de energie van het typen of het heen en weer schudden van de laptop tijdens het dragen, kunnen gebruiken om de laptop mee op te laden.  Ongeveer zoals kinematische horloges zichzelf voeden door het voortdurende lopen en schudden van de trotse bezitter. Volgens het enthousiaste viertal hebben ze nog lang niet de bodem van de mogelijkheden bereikt. Ze denken dat het verbruik nog eens met factor tien omlaag kan. Dit systeem is uiteraard ook uiterst interessant voor de enorme computer – en datacentra. Naar schatting zijn computersystemen nu al verantwoordelijk voor enkele procenten van het totale energiegebruik in landen met intensief computergebruik zoals Nederland en de VS en dit percentage stijgt gestaag.

Bronnen:
Science Daily
Science Magazine

Klopt de theorie dat onze geest geheel bepaald wordt door de hersenen, of is er meer dan we kunnen vermoeden?

Hoeveel informatie bevat de menselijke geest?

24 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Wetenschap / Door / 13 maart 2011

Hoeveel ruimte heb je minimaal nodig om informatie op te slaan?  Zou je de menselijke geest in een eindige hoeveelheid materie op kunnen sluiten? Om hoeveel materie gaat het dan ongeveer?

Hoeveel kan je in een atoom kwijt?
In principe kan je per atoom 1,3 bit informatie opslaan. Rekenen is dus makkelijk. Laten we uitgaan van doorsnee koolstofatomen, C-12 dus. Een terabyte (de informatieinhoud van een gemiddelde harde schijf) is tien picogram, ongeveer een bacterie. Alle, ja alle, ooit in druk verschenen of op websites gepubliceerde tekst in de menselijke geschiedenis, van de eerste papyrus tot de twaalfde kladversie van je rapport, dat je baas in zijn bureaulade laat verstoffen is samen iets meer: 200 petabytes;vijfentwintig microgram, een stofje. Alle digitale informatie die er in 2009 in de wereld bestond,  een halve zettabyte, is een tiende gram, ongeveer een erwt. Aldus vrij naar Wikipedia’s overzicht van de ordes van grootte van hoeveelheden data.

Door met soorten atomen te variëren zou je in theorie nog wat extra informatie op kunnen slaan, misschien een factor tien of meer. Kortom: sla je dingen op atoomniveau op, dan kan je heel veel informatie kwijt in heel weinig materie.

De menselijke geest
We weten nog lang niet alles van hoe de menselijke geest informatie opslaat of überhaupt functioneert.

Klopt de theorie dat onze geest geheel bepaald wordt door de hersenen, of is er meer dan we kunnen vermoeden?
Klopt de theorie dat onze geest geheel bepaald wordt door de hersenen, of is er meer dan we kunnen vermoeden?

Gelovige mensen geloven dat een deel van onze geest, de ziel, ook na de dood voort blijft bestaan. De meeste wetenschappers denken dat onze geest voortkomt uit alleen onze hersenen en ophoudt te bestaan na de dood – al zijn er de raadselachtige bijna-dood ervaringen, waarbij de meetbare hersenactiviteit stopt maar de geest helderder is dan ooit en zich los lijkt te maken van het lichaam.
We weten hoe neuronen, zenuwcellen, signalen aan elkaar doorgeven en door welke biochemische veranderingen, neuronen veelgebruikte verbindingen opslaan. We weten ook dat dendrieten – de vertakte kabels waarmee neuronen communiceren – in staat zijn tot patroonherkenning en dus een stuk slimmer zijn dan tot nu toe werd aangenomen. Een ontdekking kort geleden bewees dat onze hersenen ook gevoelig zijn voor elektrische velden die in groepen werkende neuronen opwekken.

Een redelijke schatting?
Onze hersenen werken niet met bits en bytes, maar met frequenties en trillingen. Fundamenteel anders dan een computer dus. We kunnen niet naïef onze opslagcapaciteit in bits en bytes vertalen. Herinneringen kunnen vaag of scherp zijn. Een bit is altijd een één of een nul. Schattingen uit het verre verleden, die elke hersencel gelijkstelden aan één bit en de totale informatieinhoud van onze menselijke geest als het aantal neuronen – elf miljard of honderd miljard, als je alle zenuwcellen in ons lichaam meetelt, zaten er dus stevig naast. Ook modernere schattingen – die uitgaan van de hoeveelheid onderlinge verbindingen tussen neuronen als maat voor informatie, gemiddeld zo’n duizend per neuron, dus zo’n elf terabit – zijn twijfelachtig. Psycholoog Paul Reber gaat uit van een veel hoger getal: 2,5 petabit. Honderd mensen samen zouden als deze schatting klopt dus alle geprinte teksten ooit kunnen onthouden. Je zou dan de hele inhoud van een menselijk brein kunnen opslaan in iets dat kleiner is dan een stofje. Alle geesten van alle mensen die ooit hebben geleefd – honderd miljard – passen dan in een vat van vijfentwintig liter. Dit doet denken aan de eerste strofe van het beroemde gedicht Auguries of Innocence van de Britse dichter William Blake:

To see a world in a grain of sand,
And a heaven in a wild flower,
Hold infinity in the palm of your hand,
And eternity in an hour.

Kwantumcomputers of geheugenmoleculen?
Niet iedereen is het hier echter mee eens.  Zo denken sommige onderzoekers dat onze hersencellen kleine quantumcomputers bevatten: Orch-OR. Deze theorie is overigens uiterst omstreden. Klopt Orch-OR, dan zou dit natuurlijk de opslagcapaciteit en rekensnelheid van ons brein nog veel groter maken. New-age healers geloven dat ons hele lichaam een kwantumcomputer is die op verschillende vibratieniveaus vibreert, de aura’s.

Anderen denken dat we op de een of andere manier informatie in moleculen als DNA of RNA of eiwitten zouden kunnen opslaan als chemisch geheugen. Inderdaad zijn er in het verleden nogal sadistische experimenten met platwormen uitgevoerd waarbij de dieren werden getraind de weg in een doolhof te vinden; vervolgens werden de arme platwormen vermalen en in andere platwormen geïnjecteerd. Deze platwormen bleken volgens de onderzoekers iets van de doolhofkennis van de ongelukkige doolhofkennende platwormen te hebben opgedaan, want ze leerden aanmerkelijk sneller. Dat kan natuurlijk ook te maken hebben met stresshormonen of speciale leer-chemicaliën die lerende platwormen aanmaken. Mogelijk hebben deze de andere platwormen gestimuleerd. Dit is wat de meeste neurowetenschappers anno nu geloven. Jammer, aan één kant. Met één prik de complete opleidingsstof uit je hoofd kennen is best handig, al mis je dan wel de studententijd…