12 wetenschappelijk onderbouwde tekens die u uw partner zou moeten dumpen


Volgen jij en je partner verschillende religies? Of is een van jullie een verkwister en de ander een cheapskate? Of houd je lijnrecht tegenover elkaar staande politieke overtuigingen?

Al deze mogelijk explosieve problemen kunnen van invloed zijn op de vraag of we onszelf als vergelijkbaar of ongelijk aan onze partners beschouwen, zei Slotter.

Wanneer je voor het eerst kennis maakt met een potentiële liefdesbelang, "hoe meer vergelijkbaar ze zijn voor ons, des te meer hebben we de neiging om ze leuk te vinden," zei Slotter. Dit geldt voor alles, van hobby's tot demografie, ja, religieuze en politieke overtuigingen. Maar of je een goede match bent, is complexer dan of je allebei "Pokémon Go" wilt spelen of horrorfilms wilt bekijken.

Het komt allemaal neer op het verhaal dat we onszelf vertellen over onze partners.

"Het gaat om de perceptie van gelijkenis", zei Slotter. "Als ik denk dat mijn partner en ik erg op elkaar lijken, is dat goed. Als ik mijn partner zie als die van mij, is dat een grote voldoening voor mij in de relatie." Dus, zelfs als je vrienden denken dat jij en je partner heel anders zijn, maakt het niet uit. Het draait allemaal om hoe je je partner ziet, zei Slotter.

Gewoonlijk worden paren na verloop van tijd meer gelijk, maar onze percepties van onze partners kunnen ook op de lange termijn veranderen. En als je denkt dat je partner ongelijker is dan je, dan kan het tijd zijn voor een diep gesprek, of misschien zelfs een Dear John (of Jane) brief.

De 12 vreemdste objecten in het universum


DGSAT I is een ultradiffuse sterrenstelsel (UDG), wat betekent dat het zo groot is als een melkweg zoals de Melkweg, maar de sterren zijn zo dun uitgespreid dat het bijna onzichtbaar is. Maar toen wetenschappers de spookachtige DGSAT 1 in 2016 zagen, merkten ze dat het helemaal alleen zat, helemaal anders dan andere UDG's, die meestal in clusters worden gevonden. De kenmerken suggereren dat het vage object zich in een heel ander tijdperk in het universum vormde, terug slechts 1 miljard jaar na de oerknal, waardoor DGSAT 1 een levende fossiel werd.

AI-algoritmen zijn nu schokkend goed in het doen van wetenschap


Geen mens, of team van mensen, zou de lawine van informatie kunnen bijhouden die door veel van de hedendaagse fysica en astronomie-experimenten wordt geproduceerd. Sommigen nemen dagelijks terabytes aan gegevens op – en de torrent neemt alleen maar toe. De Square Kilometre Array, een radiotelescoop die gepland is om in te schakelen in het midden van de jaren 2020, genereert ongeveer evenveel dataverkeer per jaar als het hele internet.

Quanta Magazine


auteur foto

Wat betreft

Oorspronkelijke verhaal herdrukt met toestemming van Quanta Magazine, een redactioneel onafhankelijke publicatie van de Simons Foundation wiens missie het is om het publieke inzicht in de wetenschap te vergroten door onderzoeksontwikkelingen en trends in wiskunde en de fysische en levenswetenschappen te behandelen.

De zondvloed heeft veel wetenschappers die hulp zoeken bij kunstmatige intelligentie. Met minimale menselijke inbreng kunnen AI-systemen zoals kunstmatige neurale netwerken – door computers gesimuleerde netwerken van neuronen die de functie van hersenen nabootsen – door bergen met gegevens ploegen, anomalieën benadrukken en patronen detecteren die mensen nooit zouden hebben gezien.

Natuurlijk gaat het gebruik van computers om te helpen bij wetenschappelijk onderzoek ongeveer 75 jaar terug, en de methode om handmatig gegevens te overdenken op zoek naar betekenisvolle patronen ontstond millennia eerder. Maar sommige wetenschappers beweren dat de nieuwste technieken in machine learning en AI een fundamenteel nieuwe manier zijn om wetenschap te doen. Een dergelijke benadering, ook wel generatieve modellering genoemd, kan helpen de meest plausibele theorie te vinden tussen concurrerende verklaringen voor observationele gegevens, uitsluitend gebaseerd op de gegevens, en, belangrijker, zonder enige voorgeprogrammeerde kennis van welke fysieke processen mogelijk in het onderzochte systeem werkzaam zijn . Voorstanders van generatieve modellering zien het als nieuw genoeg om te worden beschouwd als een mogelijke "derde weg" om over het universum te leren.

Traditioneel hebben we door observatie over de natuur geleerd. Denk aan Johannes Kepler die Tycho Brahe's tabellen van planetaire posities doorsnijdt en probeert het onderliggende patroon te onderscheiden. (Hij concludeerde uiteindelijk dat planeten in elliptische banen bewegen.) De wetenschap is ook doorgeschoten door middel van simulatie. Een astronoom kan de beweging van de Melkweg en het naburige sterrenstelsel, Andromeda, modelleren en voorspellen dat ze in een paar miljard jaar zullen botsen. Zowel observatie als simulatie helpen wetenschappers hypothesen te genereren die vervolgens met verdere observaties kunnen worden getest. Generatieve modellering verschilt van beide benaderingen.

"Het is eigenlijk een derde benadering, tussen observatie en simulatie", zegt Kevin Schawinski, astrofysicus en een van de meest enthousiaste voorstanders van generatieve modellen, die tot voor kort werkte aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich (ETH Zürich). "Het is een andere manier om een ​​probleem aan te pakken."

Sommige wetenschappers zien generatieve modellering en andere nieuwe technieken eenvoudigweg als krachtige hulpmiddelen voor het doen van traditionele wetenschap. Maar de meesten zijn het erover eens dat AI een enorme impact heeft en dat zijn rol in de wetenschap alleen maar zal groeien. Brian Nord, een astrofysicus van het Fermi National Accelerator Laboratory die kunstmatige neurale netwerken gebruikt om de kosmos te bestuderen, is een van de mensen die vrezen dat een menselijke wetenschapper niets doet dat onmogelijk te automatiseren is. "Het is een beetje een huiveringwekkende gedachte," zei hij.

Discovery by Generation

Sinds zijn graduate school heeft Schawinski naam gemaakt in data-driven science. Tijdens zijn promotie werkte hij aan de taak om duizenden sterrenstelsels te classificeren op basis van hun uiterlijk. Omdat er geen direct beschikbare software voor de klus bestond, besloot hij deze te crowdsourcen – en dus werd het burgerproject van de Galaxy Zoo geboren. Vanaf 2007 hielpen gewone computergebruikers astronomen door hun beste inschatting te maken van welk sterrenstelsel in welke categorie behoorde, waarbij de meerderheidsregel meestal leidde tot correcte classificaties. Het project was een succes, maar, zoals Schawinski opmerkt, AI heeft het verouderd: "Vandaag zou een getalenteerde wetenschapper met een achtergrond in machine learning en toegang tot cloud computing het hele ding in een middag kunnen doen."

Schawinski wendde zich tot de krachtige nieuwe tool van generatieve modellering in 2016. In essentie, generatieve modellering vraagt ​​hoe waarschijnlijk het is, gegeven conditie X, dat je resultaat Y zult observeren. De aanpak is ongelooflijk krachtig en veelzijdig gebleken. Stel dat u een generatief model een reeks afbeeldingen van menselijke gezichten geeft, waarbij elk gezicht is gemarkeerd met de leeftijd van de persoon. Terwijl het computerprogramma deze 'trainingsgegevens' doorzoekt, begint het een verband te trekken tussen oudere gezichten en een verhoogde kans op kreukels. Uiteindelijk kan het elk gezicht 'verouderen' dat het heeft gekregen, dat wil zeggen, het kan voorspellen welke fysieke veranderingen een bepaald gezicht van welke leeftijd dan ook waarschijnlijk zal ondergaan.

Geen van deze gezichten is echt. De vlakken in de bovenste rij (A) en linkerkolom (B) zijn geconstrueerd door een generatief adversair netwerk (GAN) met bouwsteenelementen van echte gezichten. Het GAN combineerde vervolgens basiskenmerken van de gezichten in A, inclusief hun geslacht, leeftijd en gezichtsvorm, met fijnere gezichten in B, zoals haarkleur en oogkleur, om alle vlakken in de rest van het raster te maken.

De bekendste generatieve modelleringssystemen zijn "generative adversarial networks" (GAN's). Na voldoende blootstelling aan trainingsgegevens, kan een GAN afbeeldingen repareren die beschadigde of ontbrekende pixels hebben, of ze kunnen wazige foto's scherp maken. Ze leren de ontbrekende informatie af te leiden door middel van een wedstrijd (vandaar de term "tegenstrijdig"): een deel van het netwerk, bekend als de generator, genereert valse gegevens, terwijl een tweede deel, de discriminator, valse gegevens probeert te onderscheiden van echte gegevens. Terwijl het programma loopt, worden beide helften steeds beter. Je hebt misschien enkele van de hyperrealistische, door GAN geproduceerde 'gezichten' gezien die recentelijk zijn verspreid – afbeeldingen van 'grillig realistische mensen die niet echt bestaan', zoals een kop luidde.

Meer in het algemeen neemt generatieve modellering datasets (meestal beelden, maar niet altijd) en breekt ze elk in een reeks elementaire, abstracte bouwstenen – wetenschappers noemen dit de 'latente ruimte' van de data. Het algoritme manipuleert elementen van de latente ruimte om te zien hoe dit de oorspronkelijke gegevens beïnvloedt, en dit helpt bij het blootleggen van fysieke processen die aan het werk zijn in het systeem.

Het idee van een latente ruimte is abstract en moeilijk te visualiseren, maar als een ruwe analogie, bedenk wat je hersenen misschien doen wanneer je het geslacht van een menselijk gezicht probeert te bepalen. Misschien merk je kapsel, neusvorm enzovoort, maar ook patronen die je niet gemakkelijk onder woorden kunt brengen. Het computerprogramma zoekt op soortgelijke wijze naar opvallende kenmerken van gegevens: hoewel het geen idee heeft wat een snor is of wat geslacht is, als het is getraind in gegevenssets waarin sommige afbeeldingen zijn getagd als "man" of "vrouw" en waarin sommigen hebben een "snor" -tag, het zal snel een verbinding afleiden.

Kevin Schawinski, een astrofysicus die een KI-bedrijf onder de naam Modulos runt, stelt dat een techniek die generatieve modellering wordt genoemd, een derde manier biedt om over het universum te leren.

Der Beobachter

In een paper gepubliceerd in december in Astronomie & Astrofysica, Schawinski en zijn ETH Zürich collega's Dennis Turp en Ce Zhang gebruikten generatieve modellering om de fysieke veranderingen te onderzoeken die sterrenstelsels ondergaan terwijl ze evolueren. (De software die ze hebben gebruikt, behandelt de latente ruimte enigszins anders dan de manier waarop een generatief, tegengesteld netwerk deze behandelt, dus het is technisch gezien geen GAN, hoewel vergelijkbaar.) Hun model heeft kunstmatige gegevenssets gemaakt als een manier om hypothesen over fysieke processen te testen. Ze vroegen bijvoorbeeld hoe het 'uitdoven' van stervorming – een scherpe reductie in formatieratio's – gerelateerd is aan de toenemende dichtheid van de omgeving van een melkweg.

Voor Schawinski is de belangrijkste vraag hoeveel informatie over sterrenstelsels en galactische processen alleen uit de gegevens kunnen worden gepest. "Laten we alles wissen wat we weten over astrofysica," zei hij. "In welke mate kunnen we die kennis herontdekken, door alleen de gegevens zelf te gebruiken?"

Eerst werden de beelden van de melkweg gereduceerd tot hun latente ruimte; vervolgens kon Schawinski een element van die ruimte tweaken op een manier die overeenkwam met een bepaalde verandering in de omgeving van de melkweg, bijvoorbeeld de dichtheid van de omgeving. Dan kon hij de melkweg opnieuw genereren en zien welke verschillen er waren. "Dus nu heb ik een hypothese-generatiemachine," legde hij uit. "Ik kan een hele hoop sterrenstelsels nemen die zich oorspronkelijk in een omgeving met lage dichtheid bevinden en ze eruit laten zien alsof ze zich in een omgeving met hoge dichtheid bevinden, door dit proces." Schawinski, Turp en Zhang zagen dat, terwijl sterrenstelsels van lage tot hoge dichtheid omgevingen, ze worden roder van kleur en hun sterren worden meer centraal geconcentreerd. Dit komt overeen met bestaande observaties over sterrenstelsels, zei Schawinski. De vraag is waarom dit zo is.

De volgende stap, zegt Schawinski, is nog niet geautomatiseerd: "Ik moet als mens binnenkomen en zeggen: 'Oké, wat voor soort natuurkunde kan dit effect verklaren?'" Voor het proces in kwestie zijn er twee aannemelijke verklaringen: Misschien worden sterrenstelsels roder in omgevingen met een hoge dichtheid omdat ze meer stof bevatten, of misschien worden ze roder vanwege een afname in stervorming (met andere woorden, hun sterren zijn meestal ouder). Met een generatief model kunnen beide ideeën op de proef worden gesteld: elementen in de latente ruimte gerelateerd aan stoffigheid en stervormingspercentages worden gewijzigd om te zien hoe dit de kleur van sterrenstelsels beïnvloedt. "En het antwoord is duidelijk," zei Schawinski. Roodere sterrenstelsels zijn "waar de stervorming was gevallen, niet degenen waar het stof veranderde. Dus we moeten die uitleg begunstigen. "

Met behulp van generatieve modellering kunnen astrofysici onderzoeken hoe sterrenstelsels veranderen wanneer ze van gebieden met een lage dichtheid van de kosmos naar hogedichtheidsregio's gaan en welke fysieke processen verantwoordelijk zijn voor deze veranderingen.

De aanpak houdt verband met traditionele simulatie, maar met kritische verschillen. Een simulatie is 'in essentie door aannames aangedreven', zei Schawinski. "De benadering is om te zeggen:" Ik denk dat ik weet wat de onderliggende fysische wetten zijn die aanleiding geven tot alles wat ik in het systeem zie. "Dus ik heb een recept voor stervorming, ik heb een recept voor hoe donkere materie zich gedraagt, enzovoorts. Ik heb al mijn hypothesen daar geplaatst en ik liet de simulatie lopen. En dan vraag ik: lijkt dat op de werkelijkheid? "Wat hij heeft gedaan met generatieve modellering, zei hij, is" in zekere zin precies het tegenovergestelde van een simulatie. We weten niets; we willen niets aannemen. We willen dat de gegevens zelf vertellen wat er mogelijk aan de hand is. "

Het schijnbare succes van generatieve modellering in een studie als deze betekent natuurlijk niet dat astronomen en afgestudeerde studenten overbodig zijn geworden, maar het lijkt een verschuiving in de mate te vertegenwoordigen waarin het leren over astrofysische objecten en processen kan worden bereikt door een kunstmatige systeem dat weinig meer heeft aan zijn elektronische vingertoppen dan een enorme pool van gegevens. "Het is niet volledig geautomatiseerde wetenschap, maar het laat zien dat we in staat zijn om op zijn minst gedeeltelijk de tools te bouwen die het proces van de wetenschap automatisch maken," zei Schawinski.

Generatieve modellering is duidelijk krachtig, maar of het echt een nieuwe benadering van de wetenschap vertegenwoordigt, staat ter discussie. Voor David Hogg, een kosmoloog aan de New York University en het Flatiron Institute (die, zoals Quanta, wordt gefinancierd door de Simons Foundation), de techniek is indrukwekkend, maar uiteindelijk slechts een zeer geavanceerde manier om patronen uit gegevens te halen – wat astronomen al eeuwen doen. Met andere woorden, het is een geavanceerde vorm van observatie plus analyse. Hoggs eigen werk, zoals dat van Schawinski, leunt zwaar op AI; hij gebruikt neurale netwerken om sterren te classificeren volgens hun spectra en andere fysieke attributen van sterren af ​​te leiden met behulp van data-gestuurde modellen. Maar hij ziet zijn werk, evenals Schawinski, als beproefde wetenschap. "Ik denk niet dat het een derde weg is", zei hij onlangs. "Ik denk gewoon dat wij als community veel geavanceerder worden over hoe we de gegevens gebruiken. In het bijzonder worden we veel beter in het vergelijken van gegevens met gegevens. Maar mijns inziens bevindt mijn werk zich nog steeds vierkant in de waarnemingsmodus. '

Hardwerkende assistenten

Of ze nu conceptueel nieuw zijn of niet, het is duidelijk dat AI en neurale netwerken een cruciale rol zijn gaan spelen in het hedendaagse onderzoek naar astronomie en natuurkunde. Aan het Heidelberg Instituut voor Theoretische Studies staat de fysicus Kai Polsterer aan het hoofd van de groep astro-informatica – een team van onderzoekers richtte zich op nieuwe, gegevensgerichte methoden om astrofysica te doen. Onlangs hebben ze een algoritme voor computerleren gebruikt om roodverschuivingsinformatie uit datasets van melkwegstelsels te extraheren, een moeilijke taak.

Polsterer ziet deze nieuwe AI-gebaseerde systemen als "hardwerkende assistenten" die urenlang gegevens kunnen doorklinken zonder zich te vervelen of te klagen over de werkomstandigheden. Deze systemen kunnen al het vervelende gromwerk doen, zei hij, waardoor je "de coole, interessante wetenschap alleen moest doen".

Maar ze zijn niet perfect. In het bijzonder, waarschuwt Polsterer, kunnen de algoritmen alleen doen waarvoor ze zijn opgeleid om te doen. Het systeem is "agnostisch" met betrekking tot de invoer. Geef het een melkwegstelsel, en de software kan de roodverschuiving en de leeftijd schatten, maar datzelfde systeem een ​​selfie of een afbeelding van een rottend visje geven en het zal daar ook een (zeer verkeerde) leeftijd voor produceren. Uiteindelijk blijft toezicht door een menselijke wetenschapper essentieel, zei hij. "Het komt terug naar jou, de onderzoeker. Jij bent degene die de interpretatie uitvoert. "

Van zijn kant waarschuwt Nord bij Fermilab dat het cruciaal is dat neurale netwerken niet alleen resultaten opleveren, maar ook foutbalken om mee te gaan, zoals elke bachelor is opgeleid om te doen. In de wetenschap, als je een meting doet en geen schatting van de bijbehorende fout rapporteert, zal niemand de resultaten serieus nemen, zei hij.

Zoals veel AI-onderzoekers is Nord ook bezorgd over de ondoordringbaarheid van de resultaten van neurale netwerken; vaak levert een systeem een ​​antwoord zonder een duidelijk beeld te geven van hoe dat resultaat werd verkregen.

Toch vindt niet iedereen dat een gebrek aan transparantie noodzakelijkerwijs een probleem is. Lenka Zdeborová, een onderzoeker aan het Institute of Theoretical Physics van CEA Saclay in Frankrijk, wijst erop dat menselijke intuïties vaak even ondoordringbaar zijn. Je kijkt naar een foto en herkent een kat meteen – 'maar je weet niet hoe je het weet', zei ze. "Je eigen brein is in zekere zin een zwarte doos."

Het zijn niet alleen astrofysici en kosmologen die naar AI-gevoede, gegevensgestuurde wetenschap migreren. Kwantumfysici zoals Roger Melko van het Perimeter Institute for Theoretical Physics en de University of Waterloo in Ontario hebben neurale netwerken gebruikt om enkele van de moeilijkste en belangrijkste problemen op dat gebied op te lossen, zoals hoe de wiskundige "golffunctie" te beschrijven die een veel-deeltjes systeem. AI is essentieel vanwege wat Melko 'de exponentiële vloek van de dimensionaliteit' noemt. Dat wil zeggen dat de mogelijkheden voor de vorm van een golffunctie exponentieel groeien met het aantal deeltjes in het systeem dat het beschrijft. De moeilijkheidsgraad is vergelijkbaar met het proberen om de beste zet uit te werken in een spel zoals schaken of Go: je probeert vooruit te kijken naar de volgende beweging, je voor te stellen wat je tegenstander gaat spelen en kiest vervolgens de beste reactie, maar bij elke zet, de aantal mogelijkheden woekert.

Natuurlijk hebben AI-systemen deze schaakpartijen, tientallen jaren geleden, en Go in de knie gekregen, toen een AI-systeem met de naam AlphaGo een menselijke topspeler versloeg. Ze zijn evenzo geschikt voor problemen in de kwantumfysica, zegt Melko.

De geest van de machine

Of Schawinski gelijk heeft en beweert dat hij een "derde manier" heeft gevonden om wetenschap te doen, of dat het, zoals Hogg zegt, slechts een traditionele observatie- en gegevensanalyse is "op steroïden", het is duidelijk dat AI de smaak van wetenschappelijke ontdekking verandert, en het is zeker versnellen. Hoe ver zal de AI-revolutie in de wetenschap gaan?

Af en toe worden grote vorderingen gemaakt met betrekking tot de prestaties van een 'robo-wetenschapper'. Tien jaar geleden onderzocht een robot-robot met de naam A Adam het genoom van bakkersgist en onderzocht welke genen verantwoordelijk zijn voor het maken van bepaalde aminozuren. (Adam deed dit door giststammen waar bepaalde genen ontbraken te observeren en de resultaten te vergelijken met het gedrag van stammen die de genen hadden.) Bedrade'S kop luidt: "Robot maakt wetenschappelijke ontdekking helemaal alleen."

Meer recentelijk heeft Lee Cronin, een chemicus aan de Universiteit van Glasgow, een robot gebruikt om chemicaliën willekeurig te mengen, om te zien welke soorten nieuwe verbindingen worden gevormd. Door de reacties in realtime te volgen met een massaspectrometer, een nucleaire magnetische resonantiemachine en een infraroodspectrometer, leerde het systeem uiteindelijk te voorspellen welke combinaties het meest reactief zouden zijn. Zelfs als dit niet leidt tot verdere ontdekkingen, zei Cronin, zou het robotsysteem chemici in staat kunnen stellen hun onderzoek met ongeveer 90 procent te versnellen.

Vorig jaar gebruikte een ander team van wetenschappers bij ETH Zurich neurale netwerken om fysische wetten uit reeksen gegevens af te leiden. Hun systeem, een soort van robo-Kepler, herontdekte het heliocentrische model van het zonnestelsel uit gegevens over de positie van de zon en Mars in de lucht, gezien vanaf de aarde, en ontdekte de wet van instandhouding van momentum door het observeren van botsende ballen . Omdat natuurkundige wetten vaak op meer dan één manier tot uitdrukking kunnen worden gebracht, vragen de onderzoekers zich af of het systeem nieuwe manieren kan bieden – misschien eenvoudiger manieren – om na te denken over bekende wetten.

Dit zijn allemaal voorbeelden van AI die het proces van wetenschappelijke ontdekking op gang brengen, hoewel we in alle gevallen kunnen debatteren over hoe revolutionair de nieuwe aanpak is. Misschien het meest controversieel is de vraag hoeveel informatie kan worden verzameld uit gegevens alleen – een prangende vraag in het tijdperk van verbazingwekkend grote (en groeiende) stapels ervan. In Het boek van Waarom (2018), stellen de computerwetenschapper Judea Pearl en de wetenschapsschrijver Dana Mackenzie dat data "diep stom" zijn. Vragen over causaliteit "kunnen nooit worden beantwoord vanuit gegevens alleen", schrijven ze. "Telkens wanneer u een paper of een studie ziet die de gegevens op een modelvrije manier analyseert, kunt u er zeker van zijn dat de resultaten van de studie slechts de gegevens zullen samenvatten en misschien transformeren, maar niet interpreteren." Schawinski sympathiseert met de positie van Pearl , maar hij beschreef het idee om met "data alone" te werken als "een beetje een stroman." Hij heeft nooit beweerd dat hij op die manier oorzaak en gevolg heeft afgeleid, zei hij. "Ik wil alleen maar zeggen dat we meer met gegevens kunnen doen dan we vaak conventioneel doen."

Een ander vaak gehoord argument is dat wetenschap creativiteit vereist en dat we – althans tot nu toe – geen idee hebben hoe we dat in een machine moeten programmeren. (Gewoon alles proberen, zoals de robo-chemicus van Cronin, lijkt niet bijzonder creatief.) "Als ik een theorie bedenk, denk ik dat ik met redenering creativiteit nodig heb," zei Polsterer. "Elke keer dat je creativiteit nodig hebt, heb je een mens nodig." En waar komt creativiteit vandaan? Polsterer vermoedt dat het te maken heeft met verveling, iets dat een machine volgens hem niet kan ervaren. "Om creatief te zijn, moet je niet graag verveeld zijn. En ik denk niet dat een computer zich ooit zal vervelen. "Aan de andere kant zijn woorden als" creatief "en" geïnspireerd "vaak gebruikt om programma's als Deep Blue en AlphaGo te beschrijven. En de worsteling om te beschrijven wat er in de 'geest' van een machine gebeurt, wordt weerspiegeld door de moeilijkheid die we hebben bij het onderzoeken van onze eigen denkprocessen.

Schawinski verliet onlangs de academische wereld voor de particuliere sector; hij heeft nu een startup genaamd Modulos, die een aantal ETH-wetenschappers in dienst heeft en volgens de website werkt "in het oog van de storm van ontwikkelingen in AI en machine learning." Welke obstakels er ook mogen zijn tussen de huidige AI-technologie en de volwaardige kunstmatige geesten, hij en andere deskundigen zijn van mening dat machines klaar staan ​​om steeds meer van het werk van menselijke wetenschappers te doen. Of er een limiet is valt nog te bezien.

"Zal het in de nabije toekomst mogelijk zijn om een ​​machine te bouwen die fysica of wiskunde kan ontdekken die de intelligentste mensen in leven niet in staat zijn om het zelf te doen, met behulp van biologische hardware?" Vraagt ​​Schawinski zich af. "Zal de toekomst van de wetenschap uiteindelijk worden aangedreven door machines die werken op een niveau dat we nooit kunnen bereiken? Ik weet het niet. Het is een goede vraag. "

Oorspronkelijke verhaal herdrukt met toestemming van Quanta Magazine, een redactioneel onafhankelijke publicatie van de Simons Foundation wiens missie het is om het publieke inzicht in de wetenschap te vergroten door onderzoeksontwikkelingen en trends in wiskunde en de fysische en levenswetenschappen te behandelen.


Meer Great WIRED Stories

Wat is het tandigste dier op aarde?


Gluur binnen een paar dierlijke monden en je zult bewijzen zien van het beste werk van de evolutie. Neem slangen, waarvan de tanden naalddunne en verrijkt met gif – tergend efficiënte instrumenten voor het doden van prooien. Of walrussen, die hun enorme tanden als ijshaken gebruiken om hun zware lichamen over de grond te slepen. In hagfish, haak-achtige tanden die de slokdarm lijn zijn ideaal voor het macereren van het vlees waarin ze, headfirst graven.

Maar, mooie hoektanden opzij, als het gaat om aantallen, welk dier op aarde heeft het meeste?

Het blijkt dat er een stevige concurrentie is voor de titel van het kieskeurigste wezen, afhankelijk van waar je kijkt – en wat je definieert als een 'tand'. Hier zijn enkele van de beste kanshebbers. [Why Are Teeth Not Considered Bones?]

Diep in de regenwouden van Zuid-Amerika, het gigantische gordeldier (Priodontes maximus) boven de tanden van het landzoogdier, op 74 tanden. Dat aantal lijkt misschien niet erg indrukwekkend, maar het is hoog voor zoogdieren, die eigenlijk de minste toothy wezens op aarde zijn.

Eierleggende zoogdieren zoals vogelbekdieren hebben geen tanden, buideldieren zoals opossums hebben ongeveer 50, terwijl mensen een miezerige 32 hebben, zei Robert Voss, curator bij de afdeling Mammalogy van het American Museum of Natural History in New York City. In deze context is "het gigantische gordeldier absoluut een anomalie", vertelde hij Live Science.

Daar zit een interessante reden achter. De meeste zoogdieren zijn 'heterodonts', wat betekent dat hun tanden meer dan één vorm hebben en complex zijn, waardoor precieze interacties tussen de boven- en onderkaak mogelijk zijn. Hierdoor rusten zoogdieren hun voedsel echt fijn, waardoor het voedseloppervlak toeneemt en ze meer energie en voedingsstoffen kunnen opnemen. "Minder tanden betekenen[s] ze kunnen zich concentreren op zeer precieze soorten contacten en interacties tussen tegenover elkaar liggende tanden "en zo het energieverbruik maximaliseren, zei Peter Ungar, een paleoantropoloog aan de Universiteit van Arkansas, die onderzoekt hoe de tanden van zoogdieren evolueerden.

Maar in tegenstelling tot andere zoogdieren zijn reuze gordeldieren homodonten, wat betekent dat hun tanden minder complex zijn: "Aan de voorkant zien hun tanden er een beetje uit als scherpe chicletjes, naar de achterkant lijken ze op pinnen," zei Voss. Deze eenvoudiger gnashers passen bij een dieet van zachte gewervelde dieren, die slechts een beetje pletten nodig hebben om energie vrij te maken. "Zie het als bubble tea: je hoeft niet echt op die knoppen te kauwen," zei Voss. Evolutionair gesproken betekent het hebben van eenvoudigere tanden dat er meer in de mond kan passen. Voeg daarbij de lange kaak van het reuzegordel, en de combinatie verklaart waarom deze zoogdieren meer tanden kunnen pakken dan de meeste.

Gigantische gordeldieren kunnen echter "geen kaars aan een vis vasthouden, die honderden, zelfs duizenden tanden tegelijk in de mond kan hebben", vertelde Ungar aan Live Science. Die openbaring neemt ons mee de oceaan in – en in de kaken van requiemhaaien, die hoogstwaarschijnlijk de tandenstammen zijn van alle gewervelde dieren, volgens Gavin Naylor, directeur van het Florida-programma voor haaienonderzoek.

Dit komt neer op hun roterende tandjesstelsel – een slimme biologische hack die alle haaiensoorten hebben. In plaats van slechts één rij tanden die in de kaak is geworteld, groeien haaien meerdere rijen in hun mond. Deze worden alleen vastgemaakt aan de huid die de kaak bedekt, waardoor ze naar voren kunnen bewegen om verloren tanden te vervangen. Gevraagd naar de reden waarom haaien dit systeem hebben, zei Naylor: "Ik denk dat een betere vraag is: waarom niet? Geen tandarts nodig!" Cruciaal is dat deze eeuwigdurende transportband haaien in staat stelt de tanden te vervangen die ze vaak verliezen in hevige gevechten met hun prooi: "Tanden zijn belangrijk voor het voeden, dus vervanging ervan kan enorme voordelen met zich meebrengen," zei Naylor. [What Animal Is the Fastest Swimmer?]

Over wat voor soort nummers hebben we het? Op een gegeven moment zullen requiem haaien een paar honderd actieve tanden in hun mond hebben. Maar in de loop van hun leven suggereren "schattingen dat sommige soorten requiem haaien kunnen groeien en 30.000 tanden vergieten", vertelde Naylor Live Science. Dat is drievoudig meer dan de grote witte (Carcharodon carcharias), die tijdens zijn levensduur door ongeveer 10.000 gaat.

En toch, dat wordt nog steeds overschaduwd door een klein wezen wiens tandigheid ons allemaal overtreft.

Kijk door een microscoop in de mond van een zeesloef en je zult een bos van spijkers vinden die zo angstaanjagend zijn dat ze de inspiratie zouden kunnen zijn voor Ridley Scott's film "Alien" uit 1979. Dit zijn slak tanden, en sommige soorten hebben enkele honderdduizenden ingesloten in hun mond.

Slakken behoren tot de klasse van dieren genaamd gastropoda, een over het algemeen toothy bos dat ook limpets en slakken omvat. Hun spikes passen niet in de strikte definitie van 'tanden': traditionele tanden zoals die van ons zijn gemaakt van calciumfosfaat en worden meestal gevonden bij gewervelde dieren. Gastropode tanden – ook bekend als "radula" – "zijn in wezen linten van chitine, hetzelfde materiaal als exoskeletten van insecten," vertelde Ungar aan Live Science.

Maar, technische details terzijde, gastropod-radula hebben nog steeds dezelfde functie: ze helpen slakken, slakken en limpets te eten. "De radula wordt door zowel vleesetende als herbivore weekdieren gebruikt om fragmenten van voedsel in hun mond te raspen – vandaar de Latijnse naam 'radula' [which means] 'kleine schraper', "zei Tom White, senior curator van niet-insect ongewervelde dieren in het National History Museum in Londen." In wezen breiden dieren met radulae ze uit – een beetje alsof ze hun tong uitsteken – en krassen op wat ze ook eten, " hij vertelde Live Science.

Naarmate de tanden verslijten (wezens zoals zeeslakken besteden veel tijd aan het schrapen van stenen als voedsel), worden ze vervangen door nieuwe die zich achteraan in de radula vormen en bewegen ze zich voort, vergelijkbaar met de voortdurend groeiende lopende bandrijen van tanden in haaien, "zei White. (U kunt hier een foto van zien.)

Wat betreft de soort die de ultieme prijs voor de meeste tanden neemt: dat zijn de paraplu-slakken (Umbraculum umbraculum), kleurrijke zeebewonende slakken die een ongelooflijke 750.000 van deze chitineuze tanden in hun leven doormaken.

Vergeleken met deze reeks fascinerende toothy dieren, snijden onze eigen menselijke knagers het gewoon niet, zei Ungar. "Onze tanden zijn saai!"

Oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.

Wat is Crispr Gene Editing? De Complete WIRED Guide


In de vroege dagen van gene editing, hadden biologen een moleculaire toolkit die enigszins verwant was aan een drukpers. Dat wil zeggen, het veranderen van DNA was een rommelig, arbeidsintensief proces van het laden van genen op virussen die zijn gebonden aan doelwitcellen. Het betrof meer dan een behoorlijke hoeveelheid vingerovergangen. Tegenwoordig hebben wetenschappers het genetische equivalent van Microsoft Word en beginnen ze DNA net zo gemakkelijk te bewerken als software-engineers de code aanpassen. De opwindende gebeurtenis? Noem het de Grote Crispr Aardbeving van 2012.

Als je vraagt ​​"What's Crispr?" Is het korte antwoord dat het een revolutionaire nieuwe klasse van moleculaire hulpmiddelen is die wetenschappers kunnen gebruiken om elk soort genetisch materiaal precies te richten en te snijden. Crispr-systemen zijn de snelste, gemakkelijkste en goedkoopste methoden die wetenschappers ooit hebben gehad om de code van het leven te manipuleren in elk organisme op aarde, inclusief de mens. Het is simpelweg de eerste technologie die echt in staat is om de fundamentele chemie van wie we zijn te veranderen.

Het lange antwoord is dat Crispr staat voor Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats. Crispr-systemen bestaan ​​uit een eiwit met functies voor het knippen van reeksen en een genetische GPS-gids. Dergelijke systemen evolueerden van nature door het bacteriële rijk als een manier om te onthouden en te verdedigen tegen binnenvallende virussen. Maar onderzoekers ontdekten onlangs dat ze dat oorspronkelijke immuunsysteem konden hergebruiken om genomen precies te veranderen, waardoor een hausse van miljarden dollars in DNA-hacking ontstond.

Elke industrie gooit gek geld naar Crispr-pharma, landbouw, energie, materialenproductie, noem maar op. Zelfs de wietjongens willen binnen. Bedrijven gebruiken het om geneesmiddelen te maken die kanker genezen, gewassen die het klimaatveranderingsbestrijdingsvermogen aantasten, biobrandstoffen, algen en zelfindrijvende muggen. Academische onderzoekers hebben Crispr bijna universeel geadopteerd om de biologie van hun modelorganismen beter te begrijpen. Ondersteuning van deze biohacking-bonanza is een steeds drukker wordende bevoorradingsketen van Crispr; bedrijven die gen-editor ontwerptools bouwen en synthetische gids-RNA's of pre-Crispr'd-cellijnen verzenden naar de deuren van deze bedrijven. Tot nu toe zijn er echter maar weinig producten met verbeterde Crispr-kwaliteit in de handen van echte consumenten gekomen. In plaats daarvan hebben de hyperbolische krantenkoppen de grootste hoop en vrees voor de technologie uit de maatschappij weggevaagd, van het redden van bijna uitgestorven soorten tot het ontsteken van een buitengewoon mooie wapenwedloop.

In november 2018 verblufte een Chinese wetenschapper, genaamd He Jiankui, de wereld met beweringen dat hij de eerste mensen had gepareerd, in een experiment vol met ethische schendingen en mogelijk ook legale schendingen. Het zich snel ontvouwende schandaal wekte wetenschappers en overheidsfunctionarissen van de wereld op om tegemoet te komen aan de nu dringende noodzaak om uit te zoeken hoe zo'n krachtige technologie moet worden gereguleerd. Crispr heeft designer-kinderen misschien sneller geleverd dan iedereen voor mogelijk had gehouden. Maar er is nog steeds een lange weg af van het beëindigen van ziekte of honger of klimaatverandering. Misschien zal het dat nooit doen. Crispr is echter al bezig met het hervormen van de fysieke wereld om ons heen op veel minder radicale manieren, één basenpaar per keer.

De geschiedenis van Crispr

Het begon allemaal met yoghurt. Om dit te bereiken, hebben zuivelproducenten al lang de hulp in dienst van Streptococcus thermophilus, een bacterie die de lactose in melk opslokt en melkzuur uitschept. Pas in 2005 ontdekte een jonge microbioloog, Rodolphe Barrangou, dat S. thermophilus bevat vreemde reeksen van zich herhalende DNA-sequenties – Crisprs – en dat die sequenties het beschermden tegen de virussen die het aanvallen en resulteren in bederf. (Als de thermophilus verdwenen is, kunnen er onaangename bacteriën binnendringen en van de lactose eten, waardoor het product kapot gaat.)

Al snel kocht DuPont het Deense bedrijf waar Barrangou voor werkte en begon Crispr te gebruiken om al zijn yoghurt- en kaasculturen te beschermen. Aangezien DuPont ongeveer 50 procent van de wereldwijde zuivelcultuurmarkt bezit, betekent dit dat u waarschijnlijk al Crispr-geoptimaliseerde kaas op uw pizza hebt gegeten.

3 (niet-genetisch bewerken) Gebruik voor Crispr

Diagnose Ziekte

Virussen werken door je cellen in kleine fabrieken te veranderen voor hun DNA. Een Crispr-gebaseerde test kan dat vreemde DNA uit slechts een druppel bloed, spuug of urine halen en je binnen enkele minuten vertellen of je het Zika-virus, dengue of gele koorts in je lichaam hebt.

Spot Rot

Elk jaar vegen schimmels een derde van alle gewassen weg. Crispr-panels die zijn afgestemd om de ergste overtreders te identificeren, kunnen landbouwers helpen hun oogsten te redden voordat de ziekte begint.

Smartbomb Bugs

Dankzij overmatig gebruik verliest het antibioticumarsenaal van de wereld zijn effectiviteit. Nieuwe medicijnen op basis van Crispr die alleen op slechte insecten zijn gericht, zouden uw microbioom intact laten en antibioticaresistentie bestrijden.

Al die tijd daalden de kosten voor het bepalen van genen enorm, en wetenschappers van wetenschappers over de hele wereld verzamelden de genomen van bacteriën. Terwijl ze dat deden, vonden ze Crisprs overal – meer dan de helft van het bacteriële koninkrijk bleek ze te hebben. Vaak werden die sequenties geflankeerd door een reeks genen die codeerden voor een klasse van strengsnijdende enzymen die endonucleasen worden genoemd. Wetenschappers vermoedden dat ze betrokken waren bij dit primitieve immuunsysteem, maar hoe precies?

Het belangrijkste inzicht kwam van een bijzonder vervelende bug – degene die keelontsteking veroorzaakt. Het Crispr-systeem maakte twee RNA-sequenties die verbonden waren aan een clam-shaped endonuclease genaamd Cas9. Net als een genetische GPS richtten die sequenties het enzym op een streng DNA die complementair was aan de RNA-sequenties. Toen het daar aankwam, veranderde Cas9 van vorm, greep het DNA en sneed het in tweeën. De moleculair biologen die deze ontdekking deden – Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier – publiceerden hun werk over bacteriën in Wetenschap in 2012. Maar niet voordat de technologie werd gepatenteerd als een hulpmiddel voor genetische manipulatie. Als je gewoon de RNA-gids uitschakelt, kun je Cas9 overal sturen, bijvoorbeeld naar het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt en het wegsnijden. Crispr, realiseerde ze zich, zou de warpdrive van een moleculair bioloog zijn.

Zes maanden later publiceerde een moleculair bioloog aan het Broad Institute of MIT en Harvard, genaamd Feng Zhang, een paper in Science waarin hij laat zien hoe Crispr-Cas9 ook menselijke cellen kon bewerken. In feite, met de juiste genetische gidsen, kun je Crispr vrijwel alles. Dat betekende dat er gewerkt zou kunnen worden aan de volgende generatie medicijnen die dingen kunnen doen zoals het wissen van genetische defecten en de natuurlijke afweer van het lichaam tegen kanker oplaaien. En dat betekende veel geld.

Misschien is er voorspelbaar een patentgevecht begonnen – een die nog steeds gaande is vandaag. De vroege pioniers van Crispr stichtten drie bedrijven met exclusieve licenties om Crispr / Cas9 te exploiteren om ziekten bij de mens te genezen; een van hen begon zijn eerste experimenten met mensen begin 2019. Onzekerheid over wie uiteindelijk de technologie zal bezitten, heeft weinig gedaan om de eetlust voor alles wat Crispr veroorzaakt te vertragen. Het heeft in feite een stroom van interesse in de ontwikkeling van concurrerende en aangrenzende tools die beloven om het reeds ruime potentieel van Crispr verder te verfijnen en uit te breiden.

Veel van de oprichters van het veld hebben ook bedrijven opgericht of zijn momenteel aan het adviseren om de kosten en arbeid in verband met het bewerken van genen te verlagen om het voor iedereen toegankelijk te maken. Maar in november 2018 hebben sommigen van hen een les geleerd over hoe de democratisering van Crispr er echt uitziet.

Aan de vooravond van de Tweede Internationale Top over Human Gene Editing, brak het nieuws dat een Chinese wetenschapper met de naam He Jiankui, die was gepland om te spreken tijdens de bijeenkomst, paren had geworven in een poging om de eerste Crispr'd-baby's te maken. Uren later heeft He Jiankui zelf vijf gladjes geproduceerde promotievideo's op YouTube geplaatst die beweren dat ze dit al hebben gedaan: "Twee mooie kleine Chinese meisjes, Lulu en Nana, kwamen een paar weken geleden net zo gezond de wereld in huilen." Het enige verschil was dat de tweeling geïnjecteerd was met Crispr toen ze nog embryo's waren, in een poging om een ​​gen genaamd CCR5 te elimineren en ze resistent te maken tegen HIV. In een presentatie aan de top een paar dagen later gaf hij nog meer bewijs van zijn experiment, dat hij grotendeels in het geheim had laten zien, en onthulde dat er een tweede zwangerschap aan de gang was. Begraven in de pagina's van zijn klinische papierwerk waren aantekeningen die aangaven dat hij zijn Crispr-componenten bij biotech-bedrijven in de VS had besteld, wat in strijd was met hun beleid voor uitsluitend 'research use'.

Deze firma's sloten zich aan bij het koor van walging, verontwaardiging en bijna unanieme veroordeling van Zijn werk. Jennifer Doudna zei dat dat zo was “Geschokt” Feng Zhang riep op tot een onmiddellijk moratorium op de implantatie van door genen bewerkte embryo's en meer dan 100 Chinese wetenschappers ondertekenden een brief waarin het onderzoek als "gek" werd aangemerkt. Binnen enkele dagen was hij ontslagen uit zijn universitaire functie en al zijn onderzoeksactiviteiten waren geschorst. Een volgend onderzoek door overheidsinstanties wees uit dat hij de Chinese wet schond. Hij staat nu voor een onzeker lot als hij wacht op de mogelijkheid van officiële aanklachten.

In de VS lopen momenteel meerdere onderzoeken voor Amerikaanse wetenschappers waarvan vermoed wordt dat ze betrokken zijn geweest bij – of op zijn minst kennis hebben van – He's Crispr-babyproject. Die omvatten Michael Deem van Rice University en Steven Quake van Stanford, die ook copresident is van de Chan Zuckerberg Biohub.

En terwijl nieuwe openbaringen binnen blijven druppelen, worstelen beleidsmakers om een ​​aantal basisregels voor deze nieuwe Crispr-babywereld vast te leggen. In maart vormde China een nieuw nationaal ethisch comité met brede autoriteit over alle medische biotechnologieën met een hoog risico. Het zal belast worden met het handhaven van de nieuwe richtlijnen voor klinisch onderzoek van het land, die in februari zijn vrijgegeven. De Wereldgezondheidsorganisatie is ook bezig met het samenstellen van een panel om wereldwijde normen te ontwikkelen waaraan overheden zich kunnen houden. Volgens de huidige Amerikaanse regelgeving mag de Food and Drug Administration geen studies overwegen die een zwangerschap met genetisch gemodificeerde embryo's zouden starten. Maar die taal moet elk jaar door het Congres worden vernieuwd. Gezien de onwaarschijnlijkheid van een mondiale consensus over hoe de technologie op een verantwoorde manier kan worden ontwikkeld, zal de taak waarschijnlijk onder de individuele landen vallen. Verschillende culturen kunnen verschillende ideeën hebben over de beperkingen van het voorgoed veranderen van de genetische bestemming van de menselijke soort. Maar één ding is zeker. Hij is Crispr-baby's zullen niet de laatste zijn.

De toekomst van Crispr

Ondanks de komst van Lulu en Nana is Crispr nog steeds vooral het buzzword van een bioloog. Maar net zoals computers evolueerden van een nerdy niche tool voor wiskunde geeks naar een alomtegenwoordige, onzichtbare uitbreiding van ons eigen lichaam, zo zal Crispr op een dag naadloos in de structuur van onze fysieke realiteit weven. Het zal gewoon zo zijn de manier om een ​​probleem op te lossen, als dat probleem op afstand biologisch van aard is.

Neem bijvoorbeeld industriële gisting. Met behulp van old-school genetische manipulatietechnieken hebben wetenschappers al micro-organismen zoals herprogrammeerd E coli en biergist in fabrieken die alles van insuline tot ethanol kunnen maken. Crispr zal snel de catalogus van designerchemicaliën, moleculen en materialen die bioraffinaderijen kunnen produceren, uitbreiden. Zelfherstellend beton? Brandvertragende, plantaardige bouwmaterialen lichter dan aluminium? Volledig biologisch afbreekbare kunststoffen? Crispr maakt dit niet alleen mogelijk, het maakt het ook mogelijk om ze op grote schaal te produceren.

Maar we komen er niet met de tools die we momenteel hebben. Daarom racen nu de onderzoekers om de volledige uitgestrektheid van het Crispr-universum in kaart te brengen. Op dit moment speuren ze de hele wereld af naar obscure bacteriën om te sequensen, en ze sleutelen aan de systemen die al zijn ontdekt. Ze deponeren octrooien op elke veelbelovende nieuwe nuclease die ze tegenkomen, en voegen een lijst toe die het komende decennium zeker zal uitbreiden. Elk nieuw enzym zal niet alleen de genverwerkingsvermogens van Crispr verbeteren, maar zijn mogelijkheden uitbreiden tot ver voorbij DNA-manipulatie. Zie je, het snijden en in schijven snijden is niet het enige interessante wat je met DNA kunt doen. Verdwaalde nieuwe Crispr-systemen konden genen tijdelijk in- en uitschakelen of het genoom bewaken om mutaties te fixeren terwijl ze in realtime plaatsvonden, zonder af te hoeven knippen. De eerste zou wetenschappers menselijke ziekten laten behandelen waar er te veel of te weinig van een bepaalde stof is – zeg insuline – zonder het DNA van de patiënt permanent te veranderen. De tweede zou op een dag kunnen voorkomen dat ziekten zoals kanker volledig voorkomen. De specificiteit van Crispr, misschien meer dan het feitelijke snijmechanisme, zal toepassingen inspireren die we ons nog niet kunnen voorstellen.

The Amazing Crispr Enzyme Clan

Cas9 | De OG

Goed in het knippen van DNA, ideaal voor knockouts. Al vervangen door nieuwere basen-editors met meer verfijnde controle.

Cpf1 | De Stickler

Zoals Cas9 maar niet zo slordig. Het laat "kleverige" DNA-uiteinden achter, die gemakkelijker zijn om mee te werken bij het maken van bewerkingen.

Cas13 | De cowboy

Snijdt RNA niet door DNA. Kan eiwitniveaus uitschakelen zonder uw genoom permanent te veranderen. Koppel het met een reportersignaal en je hebt een diagnose.

Cas3 | De Gobbler

Cas3 geeft nul f ***. Het biedt geen reparatiemechanisme – als het eenmaal ontdekt dat de doel-DNA-sequentie begint het net te snijden totdat er geen DNA meer is.

CasX / CasY | De X / Y-factor

Net ontdekt in een verlaten zilvermijn, weten we nog niet wat de superkrachten van deze kleine enzymen zullen zijn.

Ondertussen kunnen consumenten verwachten dat hun eerste Crispr'd-producten binnenkort in de supermarkt zullen verschijnen. Omdat Crispr geen plantenziekteverwekkers gebruikt om DNA te manipuleren (de oude GMO-genererende methode), heeft de USDA een gratis regelgevingspas doorgegeven aan gen-bewerkte gewassen, waardoor droogtetolerante sojabonen en extra-zetmeelrijke maïs gemakkelijker in uw favoriete verwerkte gewassen kunnen worden verwerkt voedingsmiddelen. Speciale groenten en fruit zullen waarschijnlijk de waren volgen; de lagere regelgevingsdruk en de goedkope werking van Crispr zullen bedrijven in staat stellen om de zintuigen van de consument aan te spreken in plaats van de bottom line van de boeren om op de markt te komen. Er zijn al een tiental startups verschenen om de Bayer / Monsanto, DowDupont / Pioneers van de wereld uit te dagen.

Dit democratiserende aspect van op Crispr gebaseerde technologie, gecombineerd met de bijna onbegrensde commerciële mogelijkheden, maakt vandaag een geweldige tijd om moleculair bioloog te zijn. Wil je antibiotica maken die alleen op slechte insecten mikken zonder het hele microbioom te vernietigen? Er zijn bedrijven die dat doen. Wil je op papier gebaseerde diagnostiek maken die artsen in het veld kunnen gebruiken om te testen op ziektes als dengue en Zika? Er zijn onderzoekslaboratoria en startups die dat ook doen. En naarmate meer hulpmiddelen online komen, zal het ecosysteem van de backend Crispr voortdurend uitbreiden om ze te ondersteunen, te leveren en te optimaliseren.

Crispr-applicaties worden alleen maar krachtiger, en als ze dat doen, zullen ze terecht meer onderzoek en waarschijnlijk meer regelgeving uitnodigen. We zullen moeten uitzoeken of het OK is om een ​​hele soort uit te roeien in naam van het behoud en om anderen weer van uitsterven te halen. We zullen moeten worstelen met de mogelijkheid dat hulpmiddelen voor het bewerken van genen kunnen worden gebruikt om biologische wapens van onpeilbare vernietiging te produceren. Lulu en Nana hebben al moeilijke gesprekken aangewakkerd rond de werkelijke mogelijkheid – of misschien onvermijdelijkheid – van designerbaby's; wanneer is het acceptabel om een ​​genetische mutatie op te lossen? Zouden we ooit beginnen met het toevoegen van functies? Waar trekken we de lijn? Crispr en alle hulpmiddelen die ooit het Crispr-universum vormen, zullen ongetwijfeld de maatschappijen – en niet alleen wetenschappers – dwingen deze vragen te beantwoorden en de oudste van allemaal te overdenken; wat betekent het om mens te zijn?

Kom meer te weten:

  • Alles wat u moet weten over Crispr Gene Editing
    Oké, je begrijpt het, Crispr is een groot probleem. Maar nu, ben je niet nieuwsgierig om te weten precies hoe het werkt? U hoeft geen microbioloog te zijn om deze stapsgewijze blik in de moleculaire multitool van de eeuw te begrijpen.

  • Welk goed is crispr als het niet kan krijgen waar het naartoe moet?
    Het maakt niet uit hoe goed Crispr wordt, om daadwerkelijk de ergste ziektes van de mensheid weg te knip- pen, moet het eerst de juiste cellen bereiken. En dat is veel moeilijker gezegd dan gedaan. Het is tijd om te praten over het leveringsprobleem van Crispr.

  • De eerste mens-varken Chimera is een stap in de richting van aangepaste organen
    Wetenschappers hebben lang gedroomd van xenotransplantatie – het plaatsen van dierlijke organen in mensen – als een mogelijke oplossing voor het huidige menselijke tekort aan organen. Maar bijna alle pogingen om dit te doen zijn mislukt. Dit is hoe Crispr nieuwe hoop brengt voor de droom van dierorgelbouwbedrijven.

  • Wetenschapper die Crispr'd-baby's zijn eigen gedragsbeleid heeft afgekeurd
    Een Chinese onderzoeker genaamd He Jiankui doorkruiste elke felrode ethische lijn (en brak waarschijnlijk een paar wetten) om de eerste gene-bewerkte kinderen ter wereld te brengen. Dit is wat hij zo heeft gekregen, zo fout.

  • Amerikaanse biotech-bedrijven maakten Crispr-baby's mogelijk
    Je hoorde het hier eerst, zelfs Crispr-baby's hebben een wereldwijde toeleveringsketen.

  • Hier is het plan om malaria te beëindigen met knaagdierige muggenEen door Bill Gates gesteunde organisatie hoopt malaria in Afrika uit te roeien door de ziektedragende muggen van het continent uit te roeien. Maar wanneer je het lot van een soort manipuleert, is langzaam bewegen een deugd.

  • Proces van eliminatie
    Al tientallen jaren gebruiken natuurbeschermers middeleeuwse methodes om invasieve eilandroofdieren zoals ratten uit te roeien. En al die vallen en geweren en vergiften hebben de klus nog steeds niet gedaan. Lokale soorten worden nog steeds met uitsterven bedreigd. Nu wenden sommige wetenschappers zich tot Crispr-genaandrijvingen, een bijzonder krachtige genetische tool die onze macht voor altijd voor de natuur zou kunnen transformeren. Emma Marris ging naar de Galapagos om te zien hoe ze in het wild zouden kunnen werken.

  • De FDA wil gentechnologische dieren reguleren als medicijnen
    We begrijpen het. Het is moeilijk om het Amerikaanse wetboek van 1938, rond de technologie van de 21ste eeuw, te verdraaien. Maar bedrijven die koeien zonder hoorns en staartloze varkens en mannelijk vleesvee maken, zijn boos op de nieuwe interpretatie van de regels door de FDA en praten over het elders brengen van hun technologie.

  • Gemakkelijke DNA-bewerking zal de wereld veranderen. Riemen vast.
    Nog steeds niet genoeg Crispr gehad? Amy Maxmen's coververhaal 2015 is het definitieve overzicht van deze technologie voor het bewerken van genen; van zijn bescheiden bacteriële begin, tot de loopgraven van zijn woeste patentstrijd, tot binnen de bedrijven die al kronkelen in de richting van onze door Crispr gecreëerde toekomst.

Plus! Crispr uploadt een galopperende GIF-paard in een levende bacterie en meer WIRED gene editing-dekking.

Deze handleiding is voor het laatst bijgewerkt op 11 maart 2019.

Genoten van deze diepe duik? Bekijk meer WIRED Guides.

Waarom zien Cambrian-wezens er zo raar uit?


Waarom zien Cambrian-wezens er zo raar uit?

De 500 miljoen jaar oude Hallucigenia Sparsa worm ziet er raar uit volgens de normen van vandaag.

Krediet: Danielle Dufault

Een stekelige worm met poten als noedels. Een gigantisch roofdier dat lijkt op een kruising tussen een walrus en een huisvlieg. Veel dieren die tijdens de Cambrische periode zijn geëvolueerd, 541 miljoen tot 485 miljoen jaar geleden, lijken bizar in vergelijking met moderne levensvormen. Zelfs paleontologen vragen zich soms af: waarom zien Cambrische schepsels er zo vreemd uit?

Dieren uit deze oude tijd zijn zeker onderscheidend. Een van de bekendere is Hallucigenia, een worm genoemd naar zijn gelijkenis met het product van een koortsdroom. Fossielen van het door de spine bedekte wezen werden voor het eerst ontdekt in de jaren 1900 in de Burgess Shale, een beroemde fossielenafzetting in de Canadese Rockies. Wetenschappers gevonden HallucigeniaDe vorm van het lichaam was zo verwarrend dat het jaren duurde om te bevestigen welk einde ervan het hoofd was.

Een ander opvallend is Opabinia, een vijfoogige ongewervelde Cambrium met een klauw die aan het einde van een lange, flexibele gezichtspijp bungelt. Een groep paleontologen barstte in lachen uit toen hun collega, Harry Whittington, hen zijn reconstructie van het fossiel voor het eerst liet zien tijdens een conferentie in de jaren zeventig. Whittington nam de reactie als "een eerbetoon aan de vreemdheid van dit dier" toen hij het later vertelde in zijn gedetailleerde studie van Opabinia. Hij concludeerde dat het dier waarschijnlijk zijn onhandige gezichtsaanhangsel gebruikte om te graven naar voedsel. [Why Don’t Fish Have Necks?]

Al deze vreemd uitziende dieren evolueerden op een speciale tijd in de geschiedenis van de aarde, zei Javier Ortega-Hernández, een ongewervelde paleontoloog en assistent-professor van organismische en evolutionaire biologie aan de universiteit van Harvard. Gedurende miljarden jaren vóór de Cambrische periode waren eenvoudige micro-organismen onder water de enige levende wezens op aarde. Aan het begin van het Cambrium waren minuscule dieren verschenen die deze microben aten. Maar ze bleven op het vlakke oppervlak van de zeebodem, niet in staat om erboven of eronder te bewegen.

Toen, 541 miljoen jaar geleden, ontwikkelden wormachtige dieren de eerste eenvoudige spieren. "Dat is het hele spel echt veranderd," vertelde Ortega-Hernández aan Live Science. De kracht om te bewegen hielp de wormen zich in de zeebodem te begraven en zuurstof mee te nemen. "En ineens, bam," zei Ortega-Hernández. "We hebben deze mariene sedimenten die gewoon krioelen van activiteit en leven."

Bewegen boven en onder het oppervlak van de zeebodem opende nieuwe mogelijkheden voor dieren om de kost te verdienen. De vroege Cambrische periode bracht een snelle uitbreiding van nieuwe levensvormen met zich mee, aangepast aan nieuwe leefgebieden, voedselbronnen, roofdieren en prooien. Deze keer – vaak aangeduid als de Cambrische explosie – gaf aanleiding tot vele afstammelingen van dieren die nog steeds bij ons zijn, waaronder enkele van de eerste weekdieren en geleedpotigen.

"Veel van deze geleedpotigen hadden bijna tanden-achtige structuren in de benen die ze gebruikten om te kauwen [on] en dat begon een echt probleem te worden "voor hun slachtoffers, zei Ortega-Hernández. Wiwaxia geëvolueerd verdedigingspantser, zoals stekels en platen. In de loop van duizenden jaren werd deze adaptieve wapenwedloop alleen maar geïntensiveerd. Dieren werden steeds diverser, complexer en buitengewoon raar uitziend terwijl ze elkaar vochten om te overleven.

<Img class = "pure-img lui" big-src = "https://img.purch.com/h/1400/aHR0cDovL3d3dy5saXZlc2NpZW5jZS5jb20vaW1hZ2VzL2kvMDAwLzEwNC83NzMvb3JpZ2luYWwvQ29sbGluc2l1bS1jaWxpb3N1bS1yZWNvbnN0cnVjdGlvbi5qcGc/MTU1MjY2NTA4Nw==" data-src = "https://img.purch.com/ w / 640 / aHR0cDovL3d3dy5saXZlc2NpZW5jZS5jb20vaW1hZ2VzL2kvMDAwLzEwNC83NzMvaTAyL0NvbGxpbnNpdW0tY2lsaW9zdW0tcmVjb25zdHJ1Y3Rpb24uanBnPzE1NTI2NjUwODc = "alt =" Ziet, het bizarre Cambrische wezen Collinsium ciliosum.”/>

Zie, het bizarre Cambrische schepsel Collinsium ciliosum.

Krediet: Javier Ortega-Hernández

Veel Cambrische dieren stierven uit tijdens de overgang naar de volgende geologische periode, de Ordovicium. Maar sommige curiositeiten in het Cambrium zijn nog steeds bij ons vandaag. Dieren zoals sponzen, kwallen en anemonen lijken relatief veel op hun voorouders uit het Cambrium. En in 2014 was Ortega-Hernández co-auteur van een studie in het tijdschrift Nature bewijs leveren dat Hallucigenia zijn gerelateerd aan hedendaagse velvet wormen.

In sommige opzichten is het vinden van Cambrische wezens raar en dat is slechts een weerspiegeling van onze hedendaagse vooroordelen, zei Ortega-Hernández. Hoe ouder een organisme is, legde hij uit, hoe meer veranderingen het leven op aarde heeft moeten aanpassen sinds het organisme verscheen. Dat betekent dat de soort die we vandaag zien, natuurlijk heel anders is dan de soorten die 500 miljoen jaar geleden leefden. Met andere woorden, Hallucigenia en Opabinia zou waarschijnlijk denken dat je er ook belachelijk uitziet.

Oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.

De 'koolstofbom' van de Noordpool zou het klimaat nog meer kunnen schaden


Dit verhaal is oorspronkelijk gepubliceerd door Grist en wordt hier weergegeven als onderdeel van de samenwerking met Climate Desk.

Zelfs in een waargebeurd scenario waarin we erin slagen om alle koolstofemissies in de wereld een nacht te stoppen, zou de Noordpool onvermijdelijk heter en heter worden. Dat is volgens een nieuw rapport van UN Environment, dat zegt dat de regio al is "ingesloten" in de winterverwarming van 4 tot 5 graden C (7,2 tot 9 graden F) bij temperaturen van eind 1900.

Het rapport, gepubliceerd op de VN-milieuconferentie in Kenia op woensdag, zegt dat het noordpoolgebied twee keer zo snel opwarmt als het planetaire gemiddelde, en modellen tonen aan dat het op weg is om ijsvrij te worden in de zomer van zodra 2030.

Dat is het slechte nieuws. Dus hier is nog slechter nieuws: het noordpoolgebied bevat veel van de permafrost in de wereld, wat volgens het rapport een "slaapreus" van broeikasgassen is. Naarmate de grond warmer wordt, worden de microben in de grond wakker en beginnen broeikasgassen te broeien. Schattingen variëren, maar volgens het rapport ligt 1,5 biljoen ton kooldioxide op de loer onder de permafrost van de aarde. Dat is meer dan 40 keer zoveel CO2 zoals mensen vorig jaar in de atmosfeer vrijkomen, en het dubbele van de hoeveelheid gas in de atmosfeer vandaag.

Als die permafrost permanent bevroren bleef, zoals het woord zelf aangeeft, zouden we ons verder zorgen kunnen maken over andere dingen. Maar onderzoekers verwachten dat de Arctische permafrost 45 procent krimpt in vergelijking met vandaag. Het ontketenen van opgeslagen koolstofdioxide en methaan zou uiteraard "ontsporingen doen" om de opwarming te beperken tot 2 graden C (3,6 graden F) zoals uiteengezet in de Overeenkomst van Parijs, aldus het rapport. Maar aan de andere kant zou het vrijwel alles doen ontsporen.

"Nieuw bewijs suggereert dat permafrost veel sneller ontdooit dan eerder werd gedacht, met gevolgen niet alleen voor arctische volkeren en ecosystemen, maar voor de planeet als geheel vanwege feedbackloops," aldus het rapport.

Dit is een van de ontluikende opwarmingsscenario's, vaak de "koolstofbom" of "methaanbom" genoemd (Permafrost houdt beide broeikasgassen vast.) Anders dan een echte bom zou het echter niet in één keer exploderen. En ten minste één recente studie suggereert dat we nog steeds tijd hebben om het onschadelijk te maken.

Binnen het noordpoolgebied zou de bodem die vroeger bekendstond als permafrost – laten we het 'meltafrost' noemen – een gevaar kunnen vormen voor 70 procent van de huidige infrastructuur in 2050, evenals de 4 miljoen inwoners van de regio, waarvan 10 procent inheems is. Recente studies hebben aangetoond dat permafrost-dooien huizen ineen kunnen storten, leiden tot oneffen wegen en belangrijke culturele en archeologische vindplaatsen bedreigen.

De Noordpool wordt warmer dan de rest van de planeet vanwege een fenomeen dat Arctic-versterking wordt genoemd – eigenlijk een regiospecifieke term voor feedbacklussen. "Wanneer zeeijs smelt in de zomer, opent het donkere gebieden van water die meer warmte van de zon absorberen, waardoor meer ijs smelt", legt het rapport uit.

Deze snelle veranderingen in het poolgebied lijken misschien ver weg, maar u zult ze ook voelen. Voor degenen aan de kust, houd er rekening mee dat het smelten van Arctische gletsjers en Groenlandse ijskap een derde van de zeespiegelstijging over de hele wereld vormt. Opkomende zeeën zullen grote schade aanrichten in kustgebieden, omdat ze te maken hebben met overstromingen, beschadigde gebouwen en zoutwatervervuiling van drinkwaterbronnen.

En voor degenen die verder landinwaarts zijn, is er het wilde weer. Het smelten van het noordpoolgebied veroorzaakt veranderingen in de straalstroom en verstoort weerpatronen veel verder naar het zuiden. Het is in verband gebracht met een verslechtering van de droogte in de westelijke Verenigde Staten, vastgelopen orkanen in het oosten en de polaire werveling die af en toe over Noord-Amerika stroomt om ons allemaal ijslollys te maken.

Zoals velen graag zeggen: "Wat er in het Noordpoolgebied gebeurt, blijft niet in het Noordpoolgebied."


Meer Great WIRED Stories

Waarom het mogelijk is dat rijke ouders onethisch zijn


Waarom het mogelijk is dat rijke ouders onethisch zijn

Actrices Felicity Huffman (links) en Lori Loughlin (rechts) behoren tot de 50 mensen die zijn aangeklaagd in een landelijk schandaal rond toelating tot omkoping door universiteiten.

Krediet: LISA O'CONNOR, TOMMASO BODDI / AFP / Getty Images

Federale advocaten hebben 50 mensen gearresteerd in een oplichting op de universiteit die rijke ouders toestond om de toelating van hun kinderen aan universiteiten te kopen. Aanklagers ontdekten dat ouders samen 6,5 miljoen dollar betaalden om hun kinderen naar de universiteit te brengen. De lijst bevat bekende ouders, zoals actrices Felicity Huffman en Lori Loughlin.

Sommigen vragen zich misschien af ​​waarom deze ouders de morele implicaties van hun acties niet in overweging namen?

Mijn 20 jaar onderzoek in de morele psychologie suggereert vele redenen waarom mensen zich op een onethische manier gedragen. Als het gaat om de rijken, laat onderzoek zien dat ze zich tot het uiterste zullen inspannen om hun hogere status te behouden. Een gevoel van rechten speelt een rol.

Laten we eerst eens kijken naar wat mensen in staat stelt onethisch te handelen en toch geen schuldgevoel of spijt voelen.

Onderzoek toont aan dat mensen goed zijn in het rationaliseren van onethische acties die hun eigenbelang dienen. Het succes of falen van iemands kinderen heeft vaak implicaties voor hoe ouders zichzelf zien en door anderen worden bekeken. Ze zullen meer geneigd zijn om te koesteren in de weerspiegelde glorie van hun kinderen. Ze lijken achting te winnen op basis van hun band met succesvolle kinderen. Dit betekent dat ouders kunnen worden gemotiveerd door eigenbelang om de prestaties van hun kinderen te garanderen.

In het geval van valsspelen voor hun kinderen, kunnen ouders het gedrag rechtvaardigen door middel van vergelijkingen die hen helpen moreel los te komen van een actie. Ze kunnen bijvoorbeeld zeggen dat andere ouders veel ergere dingen doen, of de gevolgen van hun acties minimaliseren door woorden als: "Mijn gedrag heeft niet veel kwaad gedaan."

Het bekijken van de onethische resultaten als het dienen van anderen, inclusief iemands kinderen, kan ouders helpen een psychologische afstand te creëren om wangedrag te rationaliseren. Verschillende onderzoeken tonen aan dat mensen eerder onethisch zijn als hun acties ook iemand anders helpen. Het is bijvoorbeeld gemakkelijker voor werknemers om steekpenningen te accepteren wanneer ze van plan zijn om de opbrengst met collega's te delen.

Als het gaat om de rijken en bevoorrechten, kan een gevoel van rechten, of een overtuiging dat men privileges verdient ten opzichte van anderen, een belangrijke rol spelen in onethisch gedrag.

Bevoorrechte personen zijn ook minder geneigd om regels en instructies te volgen, omdat zij van mening zijn dat de regels onrechtvaardig zijn. Omdat ze meer verdienen dan hun rechtvaardige aandeel, zijn ze bereid om de normen van passend en sociaal overeengekomen gedrag te overtreden.

Het gevoel van recht hebben, leidt er ook toe dat mensen competitiever, egoïstischer en agressiever zijn als ze een bedreiging voelen. Blanke mannen zijn bijvoorbeeld minder geneigd om bevestigende actie te ondersteunen, zelfs als ze het speelveld niet gebruiken, omdat het hun bevoorrechte status bedreigt.

Onderzoek suggereert dat het recht deels kan komen van het rijk zijn. Rijke mensen die op basis van hun inkomen als "hogere klasse" worden beschouwd, bleken te liegen, te stelen en vals te spelen om te krijgen wat ze verlangen. Ze blijken ook minder genereus te zijn. Ze hebben meer kans om de wet te overtreden tijdens het rijden, geven minder hulp aan vreemden in nood en geven anderen over het algemeen minder aandacht.

Bovendien wordt opgroeien met rijkdom geassocieerd met meer narcistisch gedrag, wat resulteert in zelfzucht, waarin behoefte aan bewondering en een gebrek aan empathie tot uiting komt.

Personen die denken dat ze oneerlijke voordelen verdienen, ondernemen eerder acties om hun statusniveau te verhogen, bijvoorbeeld door ervoor te zorgen dat hun kinderen naar universiteiten met een hoge status gaan. De status Verliezer lijkt bijzonder bedreigend voor personen met een hoge status.

Een recent overzicht van het onderzoek naar de status laat zien dat statusverlies, of zelfs angst voor statusverlies, in verband is gebracht met een toename van zelfmoordpogingen. Van personen is gemeld dat ze fysiologische veranderingen vertonen, zoals hogere bloeddruk en pols.

Zulke individuen deden ook meer inspanningen om statusverlies te voorkomen door bereid te zijn om geld te betalen en middelen aan zichzelf toe te wijzen.

In hun boek 'The Coddling of the American Mind' stellen de eerste amendement-expert Greg Lukianoff en sociaal psycholoog Jonathan Haidt dat de ouders, vooral in de hogere klasse, steeds angstiger worden over hun kinderen die naar de topuniversiteiten gaan.

Deze auteurs beweren dat gezien de economische vooruitzichten minder zeker zijn door stagnerende lonen, automatisering en globalisering, vooral rijkere ouders zich vooral zorgen maken over de toekomstige economische kansen voor hun kinderen.

Mensen die een gevoel van macht voelen, dat vaak gepaard gaat met rijkdom en roem, hebben de neiging minder snel te geloven dat ze kwetsbaar zijn voor de schadelijke gevolgen van onethisch gedrag.

Het ervaren van een psychologisch gevoel van macht leidt tot een vals gevoel van controle. Het kan ook leiden tot meer risico's en minder aandacht voor anderen.

Het is mogelijk dat enkele van deze morele psychologische redenen achter deze rijke ouders lagen die vals speelden namens hun kinderen. Een verlangen om tot het uiterste te gaan om het kind te helpen is bewonderenswaardig. Wanneer die lengtes ethische grenzen overschrijden, is het echter een stap te ver.

David M. Mayer, hoogleraar Management & organisaties, Universiteit van Michigan

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd in The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel. Volg alle Expert Voices-problemen en debatten – en word deel van de discussie – op Facebook, tjilpen en Google +. De geuite meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.

Een woeste garnaal inspireert een robotklauw die plasma afschiet


De pistoolgarnaal, aka de happende garnaal, is een eigenaardige tegenstrijdigheid. Met een lengte van slechts enkele centimeters hanteert hij een klauw van proportioneel formaat en een andere enorme klauw die met zo'n kracht klikt dat de resulterende schokgolf zijn prooi koud laat kloppen. Als de twee stukjes van de klauw samenkomen, vormen zich belletjes en dan snel instorten, schieten uit een kogel van plasma dat op zijn beurt een lichtflits en temperaturen van 8000 graden Fahrenheit produceert. Dat klopt – een onderwaterdier dat in de palm van je hand past, kan met een tik van zijn klauw een explosie van waanzinnig hete bubbels wapenen.

Nu leren wetenschappers hoe ze deze formidabele kracht zelf moeten hanteren. Vandaag in het dagboek Science Advances, beschrijven onderzoekers hoe ze een robotachtige klauw vormden na het plasmakanon van de pistoolgarnaal om zelf plasma te genereren. Dat zou een reeks onderwatergebruiken kunnen vinden, zodra wetenschappers hun versie van een van de vreemdste uitvindingen van de evolutie hebben aangescherpt.

Als alle pistoolgarnalen een plasma-straalhamer hebben, ziet de hele wereld er inderdaad uit als een spijker. Het gebruikt zijn klauw om te jagen, zeker, maar ook om te communiceren met korte drukknopen die een krankzinnige 210 decibel meten. (Een echt pistoolschot produceert ongeveer 150 decibel.) Sommige soorten gebruiken zelfs de plasma-ontploffingen om stukjes rif weg te spuiten voor beschutting. Het resultaat is een zeebodem die zo lawaaierig is dat deze de sonar kan storen.

Texas A & M werktuigbouwkundig ingenieur David Staack dacht dat veelzijdigheid ook van pas zou kunnen komen bij mensen. Zijn team begon met het verkrijgen van enkele levende pistoolgarnalen. Net als andere geleedpotigen, vervellen deze dieren periodiek en vervellen ze hun exoskeletten terwijl ze groeien. Die exoskeletten gaven Staack een mooie kleine cast van de klauw, die hij vervolgens scande om een ​​gedetailleerd 3D-model te maken. Dit stuurde hij naar Shapeways, de commerciële 3D-printservice, en kreeg een plastic versie van het plasmapistool van de pistoolgarnaal terug.

Hierdoor kon Staack experimenteren met de unieke structuur van de ledematen. De bovenste helft van de klauw, die door de garnalen wordt teruggeklemd en vergrendeld, bevat een "plunjer", die in een "sok" in de onderste helft van de klauw slaat. Dit creëert een snel bewegende waterstroom die bubbels produceert, ook in deze situatie bekend als cavitatie.

"Dat herinnerde ons aan een muizenval," zegt hij. "Dus we hebben zelfs wat experimenten gedaan waarbij we wat muizenvallen onder water legden om te zien hoe snel de kleine arm zou draaien terwijl je hem activeerde. We hebben dat muizevalidee overgenomen en het toegepast als een manier om de klauw dicht te klikken. '

In Staacks versie van de klauw draait de bovenste helft snel op een veerbelaste staaf, waardoor er genoeg kracht ontstaat om de zuiger in de mof te slaan. Deze actie genereert een hoge-snelheidsstroom van water die op zijn beurt een cavitatiebel produceert, die aanvankelijk lage druk en relatief groot is. Maar dan begint het in te storten.

"Het water dringt naar binnen, duwt erin en duwt erin, en je krijgt heel hoge drukken en temperaturen," voegt hij eraan toe. De temperaturen zijn zelfs zo hoog dat ze licht-emitterend plasma creëren, dat je ook kunt zien wanneer de pistoolgarnaal zijn eigen klauw snapt. "Terwijl het probeert het water terug te duwen, zendt het een schokgolf uit." Zo schrapt de schaaldier zijn prooi in het wild.

Schokgolven van het knappen van de robotklauw.

David Staack

De ongelooflijk krachtige snap produceert een cavitatiebel die instort en licht uitstraalt.

David Staack

In het laboratorium gebruikten de onderzoekers hogesnelheidscamera's om te zien hoe de waterstraal uit hun klauw barstte. Ze beelden ook de resulterende schokgolven af ​​en vangen de lichtflits op terwijl het plasma zich vormt.

De pistoolgarnaal heeft geen monopolie op het genereren van onderwaterplasma. Mensen lassen onder water met behulp van plasma, bekend als plasma-booglassen, dat intense hitte produceert. En onderzoekers kunnen ook plasma maken in water met lasers. Het probleem is dat die middelen inefficiënt zijn. Het gebruik van de klauw om plasma te genereren is 10 keer efficiënter dan de eerder onderzochte methoden, volgens Staack. Het zal echter meer ontwikkeling op schaal vereisen.

Het kan zelfs nog efficiënter worden, omdat de onderzoekers de biologie van de pistoolgarnaal niet getrouw moeten volgen. Staack besefte zelfs dat ze de grootte van het bovenste deel van de klauw konden verkleinen. In de echte pistoolgarnalen is het bolvormig omdat het de spieren vasthoudt die nodig zijn om de ledemaat te bedienen. Maar deze robotversie wordt niet beperkt door die biologie.

"Repliceren wat het dier heeft gedaan, is de eerste stap", zegt Stanwick University bioloog Rachel Crane, die heeft meegewerkt aan de ontwikkeling van Ninjabot, een apparaat dat de staking van de mantis-garnaal nabootst, die op dezelfde manier cavitatie bubbels produceert. "Dan kun je daarnaar kijken en erachter komen, ja, ik heb geen gigantische spier nodig, en dus kan ik dit deel verwijderen. Dan kun je een beter systeem engineeren. "

Onderzoekers kunnen zelfs terug willen kijken naar de natuur voor manieren om het systeem aan te passen. Honderden soorten pistoolgarnalen knappen weg daar in de zee, elk met zijn eigen uniek aangepaste klauw. Dat en zelfs individuen binnen een soort varieert in hun morfologie.

"Het substraat voor evolutie, de enige reden dat we vandaag de dag garnalen van al deze verschillende soorten hebben, is vanwege individuele variatie", zegt Duke-bioloog Sheila Patek, die de staking van de bidsprinkhanengarnaal bestudeert. Dus terwijl de onderzoekers hun eigen aanpassingen aan hun klauwrobot kunnen maken, kunnen ze ook inspiratie putten uit de inherente diversiteit van pistoolgarnalen om met andere klauwmorfologieën te spelen dan degene die ze oorspronkelijk 3D-geprint hebben.

Die diversiteit kan op een dag een op een op een pistoolgarnaal geïnspireerde inrichting zien die op een aantal gebieden wordt gebruikt. Eén benadering zou zijn om door klauw gegenereerde plasma's te gebruiken om door rots te boren, zoals de schaaldieren het in het wild doen om een ​​thuis in een rif te maken. Of u kunt het systeem gebruiken voor waterzuivering door water op te delen in de samenstellende delen ervan, dat een peroxide vormt. "Deze peroxiden kunnen vervolgens organische verontreinigingen in het water aantasten", zegt Staack. "Als u nadenkt over het reinigen van gemeentelijk water of het reinigen van afvalwater, wordt efficiëntie erg belangrijk."

En zo vindt de pistoolgarnaal nog een paar spijkers.


Meer Great WIRED Stories

Aliens kunnen Lasers op zwarte gaten schieten om door de Melkweg te reizen


Een astronoom aan Columbia University heeft een nieuwe gok over hoe hypothetische buitenaardse beschavingen onzichtbaar door onze Melkweg kunnen navigeren: lasers op binaire zwarte gaten (dubbele zwarte gaten die om elkaar draaien).

Het idee is een futuristische upgrade van een techniek die NASA al tientallen jaren gebruikt.

Op dit moment navigeren ruimtevaartuigen al door ons zonnestelsel met zwaartekrachtputten als katapulten. Het ruimtevaartuig zelf komt in een baan rond een planeet, slingert zich zo dicht mogelijk bij een planeet of maan om snelheid op te pikken, en gebruikt dan die toegevoegde energie om nog sneller naar zijn volgende bestemming te reizen. Daarbij neemt het een klein deel van het momentum van de planeet weg door de ruimte – hoewel het effect zo minimaal is dat het vrijwel onmogelijk is om op te merken. [9 Strange, Scientific Reasons We Haven’t Found Aliens Yet]

Dezelfde basisprincipes werken in de intense zwaartekrachtbronnen rond zwarte gaten, die niet alleen de paden van vaste objecten buigen, maar ook het licht zelf. Als een foton of een licht deeltje een bepaald gebied in de buurt van een zwart gat binnengaat, zal het één deelcircuit rond het zwarte gat maken en in precies dezelfde richting terug worden geslingerd. Natuurkundigen noemen die regio's 'zwaartekrachtspiegels' en de fotonen die ze 'boemerang-fotonen' teruggooien.

Boomerang-fotonen bewegen al met de snelheid van het licht, dus nemen ze geen snelheid van hun trips rond zwarte gaten op. Maar ze halen wel energie op. Die energie neemt de vorm aan van een verhoogde golflengte van het licht, en de individuele foton "pakketten" dragen meer energie dan ze hadden toen ze de spiegel binnengingen.

Dat gaat ten koste van het zwarte gat, waardoor het momentum wordt ondermijnd.

In een artikel gepubliceerd in het preprint-tijdschrift arXiv op 11 maart, David Kipping, de Columbia-astronoom, stelde voor dat een interstellair ruimtevaartuig een laser kan vuren op de zwaartekrachtspiegel van een snel bewegend zwart gat in een binair zwart gatensysteem. Wanneer de nieuw geactiveerde fotonen van de laser rondslingerden, kon deze ze weer absorberen en al die extra energie omzetten in momentum – voordat de fotonen weer in de spiegel werden afgevuurd.

Dit systeem, dat Kipping de "Halo Drive" noemde, heeft een groot voordeel ten opzichte van meer traditionele lichtmasten: het heeft geen enorme brandstofbron nodig. Huidige lichtslakvoorstellen vereisen meer energie om de spaceshuttle te versnellen tot "relativistische" snelheden (wat een aanzienlijk deel van de lichtsnelheid betekent) dan de mensheid in zijn hele geschiedenis heeft geproduceerd.

Met een halo-aandrijving kan al die energie gewoon uit een zwart gat worden geduwd, in plaats van uit een brandstofbron.

Halo-aandrijvingen zouden grenzen hebben – op een gegeven moment zou het ruimtevaartuig zo snel van het zwarte gat weggaan dat het niet genoeg lichtenergie zou absorberen om extra snelheid toe te voegen. Het is mogelijk om dit probleem op te lossen door de laser van het ruimteschip te verplaatsen naar een nabije planeet, merkte hij op en richtte de laser nauwkeurig, zodat hij uit de zwaartekracht van het zwarte gat tevoorschijn kwam om het ruimteschip te raken. Maar zonder het laserlicht opnieuw te absorberen zou de planeet brandstof moeten verbranden om voortdurend nieuwe stralen te genereren, en zou deze uiteindelijk verdwijnen.

Een beschaving zou op dit moment zo'n systeem kunnen gebruiken om door de Melkweg te navigeren, schreef Kipping. Er zijn zeker genoeg zwarte gaten die er zijn. Als dat zo is, kan die beschaving zo veel vaart van zwarte gaten wegnemen dat het zou knoeien met hun banen, en we zouden mogelijk de tekenen van buitenaardse beschaving kunnen detecteren vanuit de excentrieke banen van binaire zwarte gaten.

En als er geen andere beschavingen zijn die dit doen, voegde hij eraan toe, misschien zou de mensheid de eerste zijn.

Oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.