Uit pollenanalyse blijkt dat het Noord-Antarctische Schiereiland twaalf miljoen jaar geleden nog bedekt was met toendra. Hier kwamen de laatste resten van de Antarctische flora aan hun einde.
Van de aardbodem verdwenen florarijk
De zes florarijken. Capensis en Antarctis zijn bijna verdwenen.
Botanici delen de wereld op in verschillende florarijken: Holarctis (Europa en Noord-Amerika), Paleotropis (Afrika en tropisch Azië), Neotropis (Zuid-Amerika plus Mexico), het minirijkje Capensis (westelijk deel van Zuid-Afrika) en Australis (Australië en Nieuw-Zeeland). Elk rijk heeft unieke plantensoorten en plantenfamilies die alleen daar voorkomen.
Aan de uiterste zuidpunt van Zuid-Amerika, het zuidelijkste puntje van Nieuw-Zeeland en op de ijskoude, onherbergzame eilanden in de Zuidelijke Oceaan komen echter planten voor die een merkwaardige verwantschap met elkaar hebben en nergens anders ter wereld voorkomen.
De wildste hypotheses werden bedacht. Zo zouden het overblijfselen zijn van het verzonken continent Atlantis. Nu weten we dat dat de laatste overlevers zijn van het ooit zo bloeiende florarijk Antarctis. In het vroege Eoceen, vlak na het uitsterven van de dino’s, was Antarctica nog bedekt met dichte wouden met veel soorten. In het late Eoceen, 35 miljoen jaar geleden, begonnen de bossen snel te verdwijnen en vormde zich de ijskap. Een taaie toendravegetatie hield het nog uit tot het late Mioceen, zeventien miljoen jaar geleden. De ijsafzettingen op het Antarctische vasteland bereikten toen hun tegenwoordige grootte. De laatste Antarctische overlevers groeien in het uiterste puntje van Zuid-Amerika, Nieuw-Zeeland en Antarctische eilanden.
Amerikaanse onderzoekers hebben een proefboring gedaan van dertig meter diep in het gesteente iets buiten de kust van het Antarctisch Schiereiland. Aan de hand van het gevonden pollen in de modder onder dit gesteente, samen meer dan duizend gefossiliseerde korrels, is een overzicht ontstaan van de veranderingen in vegetatie de afgelopen 36 miljoen jaar. Naar nu blijkt, hebben de laatste Antarctische planten het langer uitgehouden dan tot nu toe gedacht. Er zijn overblijfselen van toendraplanten-stuifmeel gebonden in sedimenten van twaalf miljoen jaar oud. Op dit moment komen er op het schiereiland nog maar een handjevol soorten voor. De moraal: ijstijden zijn veel verwoestender dan het broeikaseffect.
In superheldenfilms als de X-men serie en Superman komen wezens voor die een vernietigende laserstraal uit kunnen zenden. Onderzoekers zijn er voor het eerst in geslaagd een menselijke cel als laser te laten werken. Hoe kregen ze dat voor elkaar? En wat zijn de mogelijkheden?
Voor de eerste keer is een laser gebouwd van een levende cel. De menselijke niercel die gebruikt is om de laser mogelijk te maken overleefde het experiment. In de toekomst kunnen dergelijke “levende lasers” in dieren worden geactiveerd. In theorie kan levend weefsel op die manier op zeer nauwkeurige wijze in beeld worden gebracht.
Hoe werkt een laser?
Al eerder zijn “onconventionele” lasers gefabriceerd van drilpudding en aangedreven door kernreactoren. Ditzelfde kunststukje herhalen in een levende cel is echter een veel ingewikkelder probleem. Een laser bestaat uit twee spiegels, waartussen zich een ‘gain medium’ bevindt. Dit medium wordt opgepompt, bijvoorbeeld met een chemische reactie of met licht, zodat het in aangeslagen toestand is. Heel belangrijk is dat de meerderheid van de actieve atomen in aangeslagen toestand is.
Bij het vrijmaken van die energie wordt gebruik gemaakt van gestimuleerde emissie, een door Einstein voorspeld effect. Als een lichtdeeltje een aangeslagen atoom (of groep atomen, zoals hier) raakt, wordt het lichtdeeltje exact gekopieerd. Hierbij wordt de energie van het aangeslagen atoom opgebruikt. Dat valt terug in de grondtoestand. Als het licht keer op keer tussen de spiegels heen en weer wordt gekaatst, worden meer en meer lichtdeeltjes vrijgemaakt en ontstaat zo een lawine van fotonen die alle precies in fase zijn en exact dezelfde golflengte hebben. Erg handig om precies te kunnen werken of afstanden te meten. Zonder lasers was de moderne precisietechniek niet mogelijk geweest. Hoe beter de spiegels, hoe meer aangeslagen atomen of atoomgroepen hun energie afstaan in de vorm van laserlicht.
De levende laser
De opgewekte vermogens in biologische lasers zijn extreem zwak. Een superman met laserblik zou na enkele minuten al uitgeput zijn.
Er zijn al honderden verschillende gain media gebruikt, waaronder verschillende kleurstoffen en gassen. In sommige sterren en andere astronomische objecten komen natuurlijke radiolasers (masers) voor: als de meerderheid van bijvoorbeeld watermoleculen in het interstellaire medium aangeslagen is, kunnen zich masereffecten voordoen. Nog niemand heeft tot nu toe echter levend weefsel als laser gebruikt. Malte Gather en Seok-Hyun Yun of Harvard Universiteit besloten te experimenteren met een enkele niercel, afkomstig van een mens. Hierbij injecteerden ze in deze cel een DNA-lus die codeert voor een verbeterde vorm van GFP, groen fluorescerend proteine (eiwit). GFP licht groen op als het wordt beschenen met blauw licht en is hiermee erg nuttig als een soort biologisch signaal. Het molecuul toont de bewegingspaden van moleculen in cellen en licht op als bepaalde genen actief worden.
De onderzoekers plaatsten de cel tussen twee spiegels. Daarna bombardeerden de onderzoekers de cel met blauw licht tot hij op begon te gloeien. Zodra het groene licht tussen de spiegels op en neer begon te kaatsen, werden bepaalde geselecteerde golflengtes versterkt tot ze door de halfdoorlaatbare spiegel naar buiten treden als laserlicht. Zelfs na een paar minuten laserwerking, was de cel nog levend en gezond.
Zou in een mens of dier een krachtige laser kunnen worden ingebouwd?
Als mens beschikken we over ongeveer tweehonderd watt aan vermogen. Anders dan superheldenfilms doen geloven, bestaat er geen magisch mechanisme om veel meer vermogen dan dit op te wekken. Al deze energie halen we uit voeding. We eten per dag ongeveer tweeduizend calorieën, dit staat gelijk aan iets meer dan twee kilowattuur per dag. En daar moeten we ons lichaam ook mee onderhouden. Stel, de superheld heeft 1 kilowattuur extra per dag beschikbaar, bijvoorbeeld omdat hij heel veel eet. Dan kan slecht een klein deel van dit vermogen in een laserstraal worden geïncorporeerd. Hij zou misschien een paar minuten kunnen lassen en dan uitgeput in elkaar storten. Ook bestaan er geen biologische materialen die even goed reflecteren als laserspiegels.
Wat wel zou kunnen werken is een miniatuur kernfusiereactor die geen schadelijke straling afgeeft (neutronenarme fusie dus), in iemand inbouwen en die de energie voor een laser laten opwekken. Maar helaas. Zelfs in monsterachtige installaties als JET, ITER en de Amerikaanse Z-pinch kost kernfusie nog steeds meer energie om op te wekken dan er uit wordt gehaald. Laat staan in een mini-reactor. Maar toch. Er is ooit kernfusie opgewekt in een apparaatje kleiner dan een vuist…
Interne imaging?
Met behulp van laser optische tomografie worden laserbundels van buiten het lichaam op levend weefsel afgevuurd. De manier waarop het licht wordt doorgelaten of verstrooid toont grootte, volume en diepte van het weefsel. Op die manier kan een driedimensionaal beeld worden samengfesteld. Met een laser in het lichaam van een dier kan je veel preciezere beelden maken. Een andere techniek, fluorescentiemicroscopie, maakt gebruik van de gloed die levende cellen gedoopt met GFP afgeven om zo een beeld te produceren. Naar verwachting kan met Yun’s biologische laser een veel nauwkeuriger beeld worden geproduceerd. Hiervoor moet uiteraard wel in veel cellen het eiwit worden ingebouwd. Ook moeten er metalen spiegeltjes op nanoschaal in de cellen worden ingebouwd. Voor mensen dus minder praktisch. Al is het natuurlijk wel handig in het donker.
Solitonen, kogelgolven, zijn golven die altijd op een kluitje blijven. Ze komen zelfs in eiwitten voor. Sommige zelfs voor zeer lange tijd. Is bio-energetica als principe dus minder gek dan veel mensen denken? Davydov-solitonen komen namelijk ook in eiwitten voor en zijn op dit moment een hot topic in de biochemie, de tak van scheikunde die zich met de processen in levende wezens bezig houdt.
Een faag injecteert de inhoud van de kop in een bacterie.
Bacterie krijgt ebola
Ook bacteriën kunnen een virusziekte zoals ebola oplopen. Sterker nog: er zijn veel meer bacterievirussen dan alle andere soorten virussen bij elkaar. Voor een bacterie heeft besmetting met een virus doorgaans akelige gevolgen, omdat bacteriën maar uit één cel bestaan.
Neemt een faag, een bacterievirus, een bacterie over, dan is het doorgaans einde oefening voor die bacterie. De gekaapte bacterie produceert duizenden kopieën van de faag en scheurt open als een dode huls.
Gelukkig zijn er heel erg veel bacteriën: om precies te zijn rond een kwadriljard (dat is een één met zevenentwintig nullen er achter), evenveel als er watermoleculen in twee emmers water zitten, of, iets indrukwekkender, samen met een lengte van honderdduizend lichtjaar, genoeg om vier keer een levende ketting van de aarde naar hartje melkweg te vormen. Bacteriën (en hun bacterieachtige neefjes, de archaeae) zullen dus niet snel uitsterven.
‘Soliton brengt virus in slaap’
Sommige fagen kunnen tijdelijk in een slaaptoestand raken. Als een bacterie deelt, wordt de faag weliswaar gekopieerd, maar blaast deze de bacterie niet op. Tot nu toe was een raadsel wat die slaaptoestand veroorzaakt en hoe deze werd beëindigd. Onderzoekers denken nu te weten waarom. In de moleculaire structuur van de lambda faag (die de darmbacterie E. coli besmet) komt een paar solitons voor dat elkaar vernietigt als ze elkaar tegenkomen.
Zodra dat gebeurt, door injectie van energie bijvoorbeeld, verandert de faag van een slapende, lysogene vorm in een lytische vorm (de vorm waarin hij de bacterie overneemt en zichzelf duizenden maken kopieert). Dit is een theoretische voorspelling. Is de vorm van virussen daadwerkelijk zoals wiskundig onderzoekers Andrei Krokhotin en Antti J. Niemi denken, dan zou dit een experimentele bevestiging opleveren.
Inderdaad zijn fagen extreem regelmatig en heeft de vorm van een faag wel wat wel van een structuur met een antenne. je kan je voorstellen dat het gedrag van bacterién verandert als er veel andere bacteriën in de buurt zijn. Zou deze misschien dienen om energie met een bepaalde frequentie op te vangen, die de faag het signaal geeft dat er veel slachtofferbacteriën in de buurt zijn en de tijd nu is aangebroken om toe te slaan?
Vergeet de weesgegroetjes, bedevaarten en goed karma. Volgens visionair denker Ray Kurzweil zal de wetenschap er rond 2045 in slagen om de mens onsterfelijk te maken. Dus zorg dat je voor die tijd niet doodgaat, is het devies volgens hem. Volgens Kurzweil leven we op dit moment in een tijdperk van steeds snellere technische vooruitgang. Er zijn nu meer wetenschappers dan ooit die met steeds betere apparatuur werken en ook steeds slimmer worden in gericht onderzoek doen. Een komende monstergolf van technologische ontdekkingen dus die de wereld zoals we die kennen totaal op zijn kop zal zetten, zoals een achttiende-eeuwer verdwaasd rond had gekeken op een vroeg eenentwintigste eeuws verkeersklaverblad tijdens de ochtendspits.
De Wet van Kurzweil en de Singulariteit
Onze geest in een robot plaatsen is volgens Kurzweil de definitieve oplossing voor het ultieme probleem: de dood.
Volgens de Wet van Kurzweil, een uitgebreidere versie van de Wet van Moore die voorspelt dat computerchips elke 18 maanden verdubbelen in capaciteit, werken al deze vormen van vooruitgang exponentieel op elkaar in. Snellere computers maken bijvoorbeeld betere biochemische simulaties en dus betere medicijnen mogelijk, waardoor de arbeidsproductiviteit en innovatiesnelheid voor onder meer nieuwe energiebronnen omhoog raast. Kunstmatige intelligentie zal het tempo van ontdekkingen nog veel hoger opvoeren: op dit moment is er al software die de wetenschappelijke methode in praktijk kan brengen.
Kurtzweil weet waar hij het over heeft: hij is een veteraan op het gebied van kunstmatige intelligentie en patroonherkenning door computers.
Op een gegeven moment bereiken we stelt hij een punt, door hem en andere toekomstvoorspellers de Singulariteit genoemd, waarna onze bestaande theorieën en inzichten niet meer opgaan. De vooruitgang gaat op dat punt zo snel dat de uitkomst niet te voorspellen is. Rond 2050 zal volgens hem kunstmatige intelligentie het menselijk brein ver in kracht overtreffen. De rekencapaciteit wordt, zo voorspelt hij, miljoenen malen groter dan nu. Al is deze theorie niet onomstreden, er is geen logische reden waarom de technische vooruitgang in de toekomst niet nog veel sneller zou gaan dan nu.
De eerste Brug van Kurzweil: gezonder leven Om onsterfelijkheid te bereiken stelt Kurzweil drie fases, of ‘bruggen’ voor. De eerste Brug, gezonder leven binnen de mogelijkheden van de bestaande techniek, brengt hij nu al in praktijk.
Groenten als paprika's, tomaten en sla bevatten weinig koolhydraten. Dit voorkomt mede suikerziekte, stelt Kurzweil.
Toen bij hem in de jaren ’80 ouderdomsdiabetes werd vastgesteld, veronderstelde hij dat de oorzaak bij hem insulineresistentie is. In plaats van te spuiten ging hij op een vezelrijk en extreem koolhydraatarm dieet, sliep langer en bewoog meer. Het gevolg: zijn bloedsuikergehalte is in vijfentwintig jaar gehalveerd tot normaal: onmogelijk, volgens de gevestigde medische wetenschap. Niet iedereen zal het er voor over hebben nog maar 1500 calorieën per dag te nemen en net als Kurzweil honderdvijftig voedingssupplementen per dag te slikken (met wekelijkse injecties met diverse farmaceutische preparaten) en het drinken van tien glazen alkalisch mineraalwater per dag.
De Tweede Brug: stamcellen en klonen De technologie voor de Tweede Brug, stamcellen en klonen, is nu volop in ontwikkeling. Ons lichaam heeft een levensduur van enkele tientallen jaren. Als ook maar één essentieel onderdeel, bijvoorbeeld een nier, het opgeeft betekende dat voor kort een doodvonnis.
Diverse onderzoeksgroepen werken aan het kweken van levers in een lab.
God levert geen reserveonderdelen mee (al hebben we bijvoorbeeld twee nieren en longen). Nu er transplantatietechnieken beschikbaar zijn waar Mary Shelley’s Dr. Frankenstein stikjaloers op zou zijn, is de medische wetenschap ongeveer op het niveau van een autosloper. Uit een gezond lichaam kunnen donororganen worden gehaald en ingebouwd in een levende patiënt. In feite is dit een inferieure techniek. Omdat het DNA van een donororgaan anders is dan dat van de patiënt krijg je afstotingsverschijnselen en moeten patiënten zware, gevaarlijke medicijnen slikken (die vaak ook niet helpen).
Een structurele oplossing is het kweken van nieuwe organen uit stamcellen van de patiënt. Afstoting is dan geen probleem meer, wachttijden op een geschikte donor of overdracht van ziekten zijn dan ook verdwenen. Met huidcellen lukt dit al vrij aardig. Op dit moment is onderzoek naar ‘eenvoudige’ organen als spieren of levers al in volle gang. Het einddoel: zenuwweefsel en een compleet hart. Zodra deze uitdagingen overwonnen zijn, kunnen we elk onderdeel van ons lichaam laten vervangen. Kurzweil kijkt verder: hij wil de cellulaire klok (telomeren, de beschermkapjes van chromosomen, de dragers van ons DNA worden bij elke celdeling korter) terug kunnen zetten en op celniveau vervangingen door kunnen voeren. Ook op deze terreinen vindt heel veel onderzoekplaats. Geen wonder. De farmaciegigant die een levensverlengende behandeling ontwikkelt, loopt binnen.
De Derde Brug: de geest van de mens in een computer Kurzweils derde stap is het meest omstreden. Volgens veel geloven leeft onze geest, de ziel, na de dood voort. Afhankelijk van het geloof wordt je ziel beloond met een toestand van algemene gelukzaligheid bij God (christendom), wijn, gedweeë maagden en schone knapen (islam) of een reïncarnatie in een beter lichaam ( hindoeïsme). Het bewijsmateriaal voor een leven na de dood (bijna dood ervaringen) is niet erg overtuigend; als het al bestaat dan lijkt het weinig uit te maken welk geloof de man of vrouw in kwestie aanhangt.
Kurzweil heeft een methode voor het bereiken van onsterfelijkheid bedacht die volgens modern-wetenschappelijke inzichten wel werkt. Door middel van nanorobotjes (robotjes zo groot als een cel) wordt ons brein synaps voor synaps afgetapt en worden onze herinneringen en manier van denken getransporteerd naar een computer. Dit ligt minder ver buiten bereik dan veel mensen denken: de totale informatieinhoud van ons brein ligt volgens schattingen tussen een moderne harde schijf van een terabyte en duizend terabyte (een exabyte). Kortom: over een paar decennia zijn er waarschijnlijk computers die slimmer zijn dan wij en dus met gemak onze geest kunnen nabootsen. Zullen Kurzweils voorspellingen uitkomen? Zal onze generatie nooit meer sterven? Kurtweils argumenten zijn behoorlijk overtuigend…
In een baanbrekend onderzoek is nu aangetoond dat evolutie veel sneller kan verlopen dan tot nu toe wiskundig voor mogelijk werd gehouden.
De velociraptor, een snelle roofdino en een nauwe verwant van de eerste vogels, kon niet vliegen, maar beschikte al wel over een lichte bouw en veren. Die eigenschappen komen namelijk ook van pas om snelle prooidieren te vangen. Bron: Wikipedia
Voor creationisten is de vermeende wiskundige onmogelijkheid van snelle evolutie een geliefd argument om de evolutietheorie mee naar het rijk der fabelen te wijzen.
De kans dat bijvoorbeeld de voorouder van de vogels of de vleermuizen door spontane mutaties ineens ging vliegen is vrijwel uitgesloten.
Wiskundige Herbert Wilf en twee gepensioneerde hoogleraren nemen in hun model aan dat iedere tussenliggende stap een klein evolutionair voordeel opleveren. Ze laten hiermee zien dat zich op deze manier een nieuwe eigenschap relatief snel kan ontwikkelen.
Uit eerdere computersimulaties is al bekend dat zich in slechts enkele honderden generaties uit een oogvlek een oog kan ontwikkelen. Nu is voor het eerst een rigide wiskundig model opgesteld.
Kortom: de creationisten kunnen weer op zoek naar een nieuw argument.
Door biotechnologie slagen we er mogelijk in om dieren te ontwikkelen waarbij voeren niet meer nodig is.
Op dit moment zijn er al enkele diersoorten, alle ongewerveld, die samenwerken met eencelligen die in staat zijn tot fotosynthese. De meeste dieren die samenwerken met algen huisvesten de eencelligen in hun lichaam, waar ze de suikers oogsten die de algen aanmaken.
Zeeslak op weg naar plantenbestaan
Het grootste succesverhaal is de zeeslak Elysia chlorotica. Deze slak in de vorm van een blad is in staat om zelf chlorofyl, het groene pigment in planten dat zonlicht invangt, aan te maken.
De zeeslak Elysia chlorotica maakt zijn eigen voedsel uit zonlicht. Alleen een beginpopulatie aan bladgroenkorrels moet hij nog uit algen halen.
De slak oogst één keer in zijn leven algen, die met uitzondering van de chloroplasten, bladgroenkorrels, geheel worden verteerd. Als de slak later in zijn leven een maaltje algen voorbij ziet komen, zal hij dit niet versmaden, maar noodzakelijk om in leven te blijven is dat dan niet meer. Er zijn Elysia’s gekweekt die een jaar lang – de levensduur van de slak – genoeg hadden aan de chloroplasten van één algenmaal.
En dat is merkwaardig, immers chloroplasten kunnen zich weliswaar vermenigvuldigen, maar hebben dan wel behoefte aan een bron van chlorofyl en andere bouwstenen. Onderzoekers vonden in het DNA van de slak genen van de alg die precies dit deden en die ook actief werden als de slak aan licht werd blootgesteld. De enige bottleneck voor de slak zijn de chloroplasten zelf. De slak slaagt er niet in de chloroplasten in haar eicellen mee te geven aan jonge slakken.
Grote voordelen De omzetting van zonlicht in dierlijk weefsel is een nogal energieverspillend proces. Eerst wordt door de plant het zonlicht omgezet in glucose, de bouwsteen van suikers. Dit glucose wordt weer omgezet in andere stoffen die de plant nodig heeft, zoals eiwitten, vetzuren, zetmeel en cellulose.
Als de plant wordt gegeten door een dier, moeten deze stoffen in voor dieren verteerbare stukjes worden omgezet (wat ook weer energie kost). Sommige moleculen, cellulose bijvoorbeeld, kunnen dieren helemaal niet verteren. Andere moleculen heeft het dier niet in de hoeveelheden nodig. Ook moeten eerst bacteriën de uitwerpselen van dieren afbreken tot minerale zouten zodat planten die op kunnen nemen.
Als het dier zelf deze stappen over kan slaan betekent dat, dat de opbrengst vele malen groter wordt en hiermee goedkoop dierlijk eiwit binnen bereik komt. Op dit moment zorgt veeteelt voor enorme milieuprobnlemen: elke kilo vlees (met 60% of meer water) kost twee tot twintig kilo droog plantaardig voer om te produceren. Het dier kan dan een kleine hoeveelheid voer, rijk in mineralen, krijgen en produceert de rest zelf. Grote nauwelijks voor landbouw geschikte gebieden kunnen dan weer teruggegeven worden aan de natuur. Ondervoeding zal steeds minder een issue zijn.
Als de mens even effectief als een plant in staat zou zijn om energie uit zonlicht te halen, zou een dagje zonnen gelijk staan aan een kleine maaltijd.
Knutsel je eigen plantvis Om fotosynthese in bijvoorbeeld vissen in te bouwen, moet als eerste stap een deel van het algen-genoom in het DNA van de vis worden ingebouwd.
Sommige vissen hebben een groene kleur als camouflage. In de toekomst ook omdat ze chlorofyl gebruiken?
De techniek hiervoor, DNA recombinatie, is bekend en wordt al massaal gebruikt. Dat is nog niet genoeg: er moet ook een triggermechanisme in worden gebouwd dat bestanddelen van chloroplasten aanmaakt als ze nodig zijn, onder invloed van licht bijvoorbeeld. Verder zouden stikstofbindende bacteriën handig zijn, stikstof is essentieel voor eiwitten.
Een alternatief is wellicht ammoniumzouten in het water oplossen. Het efficiëntste met algen samenwerkende koraal produceert ongeveer tachtig gram koolstof (overeenkomend met 160 gram drooggewicht) per vierkante meter per dag. De vis zal een grote staart of plat lichaam moeten krijgen om maar aan veel oppervlak te komen.
Meest geschikte plaats Uiteraard komen de tropen, verrassend genoeg vooral de woestijngebieden, het meest in aanmerking voor deze kweekinstallaties. Om een kilo vlees te produceren is al gauw 20.000 liter water nodig. Bij deze vissen is dat maar enkele liters.
