WETENSCHAP
maakt plaats voor lichtgevend behang
Berghagedis overleeft acht maanden diepvries
Wiskundig raadsel
lijkt opgelost
cf
himpansee ruikt slechter
maar ziet beter dan mens
Boeren voorkwamen met kappen bos nieuwe ijstijden
'Omgekeerd
werkt het als
een zonnecel'
rtvP°rn' u
HOC 298
dinsdag 20 januari 2004
san Francisco/ap - Een
Russische wiskundige die
al jaren een kluizenaars
bestaan leidt, heeft ver
moedelijk een van de
oudste en moeilijkste
wiskundige problemen
opgelost. Het lijkt er
steeds meer op dat Gri-
gori 'Grisja' Perelman,
die in november 2002
een eerste paper publi
ceerde over het 100 jaar
oude Vermoeden van Po-
incaré, een oplossing
heeft gevonden.
Sinds 1994, toen wiskun
dige Andrew Wiles van
Princeton University de
al even beroemde Laatste
Stelling van Fermat wist
te bewijzen, heeft er niet
meer zoveel opwinding
geheerst in de wereld van
de wiskunde. Als Perel-
mans rekenkundige be
wijsvoering standhoudt,
kan het hem veel geld
opleveren. Het Clay Ma-
thematics Institute in het
Amerikaanse Massachu
setts heeft voor de oplos
sing van zeven grote wis
kundige problemen,
waaronder het Vermoe
den van Poincaré, zeven
miljoen dollar uitgeloofd.
Sinds de eerste publicatie
proberen wiskundigen
overal ter wereld in Perel-
mans bevindingen fouten
te vinden, maar ze zijn
daar vooralsnog niet in
geslaagd. In maart en
april 2003 publiceerde hij
twee volgende delen.
Geen enkele oplossing
heeft ooit langer standge
houden dan die van Pe
relman en experts zijn
optimistisch dat hij voor
de definitieve doorbraak
heeft gezorgd.
De beroemde Franse wis
kundige Henri Poincaré
formuleerde in 1904 het
vermoeden dat formules
over tweedimensionale
ruimtes overdraagbaar
zijn op driedimensionale
ruimtes. Amerikaanse
wiskundigen probeerden
het in lekentaal uit te leg
gen: een lus die om een
appel ligt, kan worden
samengetrokken tot een
knoop. Als die lus door
een donut ligt, kan dat
niet tenzij de koord of de
donut breekt. Op deze
manier onderscheiden
diverse soorten objecten
zich in de topologie, de
tak van de wiskunde die
zich bezighoudt met ei
genschappen van objec
ten die bewaard blijven
bij het vervormen van die
objecten. In een tweedi
mensionale ruimte is een
voorwerp waarbij de lus
tot een knoop getrokken
kan worden, altijd een
bol. Poincaré vroeg zich
af of dat bij hogere di
mensies ook altijd het ge
val was.
Perelman is onderzoeker
aan het Steklov Instituut
voor Wiskunde in Sint-
Petersburg. Collega's om
schrijven hem als een
briljante geest die nogal
teruggetrokken leeft. Een
tijdlang doceerde hij aan
enkele Amerikaanse uni
versiteiten. Het geld dat
hij daar verdiende bood
hem de gelegenheid om
zich acht jaar lang te wij
den aan het probleem.
Het lijkt erop dat Perel
man niet geïnteresseerd
is in het prijzengeld. Om
dat te krijgen, eist het
Clay Mathematics Insti
tute dat winnaars hun
werk in een wetenschap
pelijk tijdschrift publice
ren en dat het werk twee
jaar lang alle kritiek kan
doorstaan. Vorig jaar
dook Perelman weer op
en gaf hij lezingen aan
enkele Amerikaanse uni
versiteiten. Maar hij heeft
zijn bevindingen nog niet
naar tijdschriften opge
stuurd en weigert inter
views te geven. In plaats
daarvan zette hij zijn drie
papers, waarin het Ver
moeden van Poincaré
amper bij naam wordt
genoemd, op internet.
Het oplossen van het
Vermoeden van Poincaré
kan wetenschappers mo
gelijk helpen bij het be
studeren van de vorm
van het heelal. Andere
praktische toepassingen
zijn vooralsnog niet be
kend.
Uiteindelijk leidde het onderzoek tot
een apparaat waarbij twee polymeer
laagjes worden aangebracht op een
substraat ('onderlaag') die bestaat uit
glas en een doorzichtig metaal. Aan de
andere kant wordt een metalen con-
tactlaag bevestigd om de stroom door
het lichtgevend polymeer te geleiden.
Het geheel wordt vervolgens bedekt
met een afsluitend dekseltje van glas
of metaal dat zorgvuldig wordt vastge
lijmd, omdat de polymeren hun licht
gevende eigenschappen verliezen bij
contact met vocht. Vervolgens worden
aan weerszijden metalen contact
puntjes aangebracht die dienen om de
stroom aan en af te voeren die voor
het lichtgevende effect zorgt.
De vorderingen waren zodanig dat de
Philips-afdeling Components in 1994
besloot tot investering in een zoge
naamde 'prepilot'-productieafdeling
in Heerlen waar het lichtgevende plas
tic op kleine schaal tot displays kon
worden verwerkt, die aanvankelijk nog
vooral voor verder onderzoek werden
gebruikt.
De Components-managers zagen
vooral toekomst voor de PolyLED-
technologie in displays. „Daarvoor
worden nu nog vooral zogenaamde
'vloeibare kristallen' ('LCD's') ge
bruikt", legt mede-onderzoeker Sem-
pel uit. „Lichtgevende polymeren heb
ben daartegenover een aantal duidelij
ke voordelen. Zo leveren ze een hel
derder beeld dan LCD's. Bovendien
zijn ze een stuk zuiniger in energiever
bruik."
Waren de eerste PolyLED-beeld-
schermpjes nog 'monochroom' ('één-
kleurig'), inmiddels zijn de Philips-on-
derzoekers al zover dat ze door punt
jes op een beeldschermpje te voorzien
van LED's in de drie primaire kleuren
rood, groen en blauw ook kleurafbeel
dingen kunnen maken. Voor de ver
vaardiging van zulke beeldschermpjes
maken ze gebruik van 'natte' techno
logie. Dat houdt in dat de lichtgevende
plastics die in de beeldschermpjes
worden gebruikt in vloeibare vorm
kunnen worden aangebracht.
Dat gebeurt met behulp van een 'inkt-
jet- printer' die niet zo gek veel ver
schilt van de printers die de meeste
pc-eigenaren naast hun computer
hebben staan. Ieder beeldpuntje bevat
drie holtes die door de printer afzon
derlijk met een rode, een groene en
een blauwe polymeer worden gevuld.
Een Philips-medewerker schijnt met een lampje op een PolyLED-schermpje. Daardoor wordt een elektrisch stroompje opgewekt.
Foto: Philips Research
Door daar stroompjes van verschillen
de sterkte doorheen te sturen, lichten
de drie kleuren op met verschillende
intensiteit. Dat levert een menging op
waarmee elke denkbare kleur kan wor
den weergegeven.
„De eerste toepassing van de Poly-
LED-technologie in een product was
in monochrome displaytjes op oplaad
bare scheerapparaten die aangeven
wanneer het apparaat moet worden
opgeladen, of de mesjes al aan vervan
ging toe zijn enzovoorts", aldus Sem-
pel. „Inmiddels zijn we bijna zovèr dat
we kleurenbeeldschermpjes kunnen
gaan leveren voor bijvoorbeeld mobie
le telefoons. De volgende stap is een
nog verdere schaalvergroting, naar
beeldschermen voor laptops en pe's
en uiteindelijk zelfs televisies."
Maar dat zal nog wel even duren. Net
zoals de ontwikkeling van lichtgevend
behang, wat de Philips-technici hopen
te verwezenlijken door de lichtgeven
de polymeren aan te brengen op een
substraat van een ander veelbelovend
materiaal: stroomgeleidende, buigza
me polymeren.
„Dan hebben we het nog niet eens ge
had over een andere interessante ei
genschap van PolyLED's", vertelt Se-
mpel op de valreep. „Ze werken name
lijk ook omgekeerd: als je er licht op
schijnt, komt er stroom uit. Daarmee
zou je dan bijvoorbeeld ooit zonnecel
len kunnen maken."
door Johan Lamoral
3n gezien verschilt de chimpansee maar een procent met ons. Foto: GPD
r de
n sl
flde Jaeger
himpansee verschil-
sch slechts één pro-
ISverschil zit hem voor-
en proefvermogen
ing$>tzaakt door een an-
bedfUrsmenu, ontstaan
en levenstijl. Zo blijkt
me die van wetenschap-
bl e Cornell universiteit
ilev New York dat is gepu-
t ci 'hettijdschrift Scien-
ligi
e al :omplete vergelijken-
le vf tussen twee prima-
naar de genetische
I tussen mens en
i se. Hiertoe zijn 18
ladd ia-volgordes, gelegen
i n genen, met elkaar
/oni Dat is tweederde
hi) rk dat nodig was om
hal g menselijk genoom
etzf brengen.
It n oekers stuitten op
vol verschillen in vaar-
m geuren waar te ne-
interpretetén. „We
nderden genen met
mde dna-volgorde,
idie
een verandering als gevolg van
aanpassing door onze voorou
ders", zegt evolutiebioloog An
drew Clark.
Geurwaarneming is van belang
om voedsel te vinden. Het ver
schil in geurwaarneming tussen
primaten en mensen ontstond
volgens de onderzoekers op het
moment dat onze voorouders
vleeseters werden, ongeveer
twee miljoen jaar terug. Dat is
gekoppeld aan een andere om
zetting van aminozuren en ei
witvertering door het menselijk
lichaam.
Niet alleen de geurwaarneming
is anders, ook het gehoor en de
eigenschap tot spreken en taal
begrip. Het bewijs hiervoor
komt van een gen dat codeert
voor een eiwit in het midden
oor. Een bepaalde vorm van
doofheid bij de mens komt
door een afwijking van dit gen
dat bekend staat als alpha tec-
torine. Deze afwijking wordt, in
mindere mate, gevonden bij al
le mensapen.
„Het is net of de klankkast van
een Stradivarius is vervangen
door een stuk triplex", zegt
Clark. Dit zou tevens verklaren
waarom apen moeilijk te trai
nen zijn om menselijke spraak
te begrijpen.
Aanvullend heeft een Duitse
studie aan het Max Planck In
stituut voor Evolutionaire An
tropologie in Leipzig ontdekt
dat de mindere geur en gehoor
bij primaten wordt ingeruild
voor een beter gezichtsvermo
gen. De Duitse genetici vonden,
samen met Israëlische collegae,
een oorzakelijk verband tussen
het verlies aan de moleculaire
basis voor reukvermogen en
verbetering van kleurenwaarne-
ming.
Apen van de oude wereld bezit
ten twee genen voor full color
beelden, terwijl de 'moderne'
mensapen over drie zogenoem
de trichromatische kleurgenen
beschikken. De evolutie van
meer kleuren zien was volgens
de onderzoekers nodig om be
ter voedsel te kunnen vinden in
de natuur. Die verbetering hing
nauw samen met veranderin
gen in het klimaat.
door Martijn Hover
De mens is al bezig het klimaat te veran
deren sinds hij met landbouw begon.
Boeren hebben gezorgd voor de opmer
kelijke stabiliteit van het wereldklimaat
gedurende de afgelopen tienduizend
jaar. Als zij niet op grote schaal bossen
hadden gekapt om landbouwgrond vrij
te maken en rijstvelden aan te leggen,
zouden we inmiddels allang weer mid
den in een ijstijd hebben gezeten.
Dat concludeert de Amerikaanse kli
maatonderzoeker William Ruddiman in
een artikel in het tijdschrift Climatic
Change. Ruddiman, emeritus hoogleraar
aan de universiteit van Virginia, ontdek
te iets opvallends aan de hoeveelheden
van de 'broeikasgassen' kooldioxide en
methaan in oude ijslagen op Groenland
en Antarctica. Tijdens drie voorgaande
'interglacialen' (de betrekkelijk warme
tijdvakken tussen twee ijstijden) hield de
afname van die gassen in de dampkring
gelijke tred met de afname van de hoe
veelheid zonnestraling in de zomer.
Die is het gevolg van schommelingen in
de baan van de aarde om de zon. Op
grond van die trend had vier- tot vijfdui
zend jaar geleden een nieuwe Ijstijd
moeten beginnen. Na het einde van de
laatste ijstijd, ongeveer 12.000 jaar gele
den, veranderde het patroon. De hoe
veelheid kooldioxide in de atmosfeer be
gon ongeveer achtduizend jaar geleden
te stijgen. Datzelfde gebeurde vanaf on
geveer vijfduizend jaar geleden met het
methaangehalte. Volgens Ruddiman ko
men die tijdstippén niet toevallig over
een met respectievelijk het ontstaan van
de landbouw in het Midden-Oosten en
het aanleggen van de eerste rijstvelden
in het Verre Oosten. Om landbouw te
bedrijven moesten op betrekkelijk grote
schaal bomen worden gekapt die nor
maal gesproken C02 zouden hebben ge
absorbeerd. Bij de aanleg van de natte
rijstvelden kwam veel methaan vrij. Ook
groeiende kuddes gedomesticeerde
hoefdieren zouden aar de methaanpro-
ductie hebben bijgedragen. De onder
zoeker stelt dat menselijke activiteit
heeft gezorgd voor een toename van de
gemiddelde temperatuur op aarde van
0,80 Celsius tot aan het jaar 1700, het
begin van de eerste industriële revolutie.
Opmerkelijk is dat hij met zijn hypothe
se ook een tijdelijke afkoeling van het
klimaat aan het einde van de Middel
eeuwen weet te verklaren. Die zoge
naamde 'Kleine Ijstijd', aldus Ruddi
man, was het gevolg van de 'Zwarte
Dood', de grote pestepidemie die begon
in de 14de eeuw en die aan minstens
eenderde van de Europese bevolking het
leven kostte. Daardoor veranderden eer
der ontgonnen landbouwgronden weer
in bossen.
rke
irtijn Hover
ew :pjë onderzoekers van Philips is
iaand, samen met een aantal
uit'het Verenigd Koninkrijk,
Juitsland en Zweden vereerd
)escartesprijs van de Europese
prijs, ter waarde van 700.000
•d toegekend voor baanbre-
\ij derzoek dat een 'revolutionaire
e ak' teweeg zal brengen op het
h^an beeldschermen,
de
ntf
kl li
five!r<
Jaag de dag een donkere ka-
reedt, verwacht dat door be-
van het lichtknopje een lamp
[aan. Of het nu een gloei- of
np of een tl-buis betreft, het
01 ntmin of meer uit één punt.
an de onderzoekers van Phi-
larch ligt, zou daar binnen niet
e tijd wel eens verandering in
,e irehers werken aan zogenaam-
ers imitting diodes (lichtgevende
lie uiteindelijk een vorm van
°*>nd behang mogelijk moeten
idat in plaats van één punt
rek, de hele muur of het hele
icht geeft. In theorie moet het
gelijk zijn een lichtgevend be-
maken dat daarnaast als tele-
huisbioscoop kan dienstdoen,
ven meezit binnen afzienbare
4;
1 nog nooit meegemaakt dat een
|]iieuwe uitvinding zó snel al tot
haar product heeft geleid",
van de onderzoekers. Voorlo-
0 en hij en zijn collega's echter
an displays, de beeldscherm-
og|e tegenwoordig aantreft in zo-
pparaat, van mobiele tele-
tschootcomputers en van
iparaten tot magnetrons,
iding is de zogenaamde 'Poly-
Ol arbij poly staat voor 'poly-
verjen deftige naam voor wat de
lensen kennen als 'plastic',
mige plastics licht uitstralen
ïen elektrisch stroompje door-
aier urt, werd eind jaren 80 ont-
pn r scheikundigen van de uni-
van Cambridge in Engeland,
ag al snel in dat dat een veel-
Cai Iprincipe was, zodat het be-
1 Fi 1991 begon met zijn eerste
derzoek naar het verschijnsel.
Ti e drie jaar dat we ermee be
en 1, was het vooral een spel",
:etliavHaskal. „We moesten de
pi gie in de vingers krijgen en
bran of echte praktische toepas-
ogelijk waren. Aanvankelijk
amelijk nogal behelpen met
alen. De lichtopbrengst was
loog en hetzelfde gold voor de
In de uiterst noordwestelijke
punt van Finland leeft een zeld
zame soort hagedis die een
merkwaardige overlevingsstra
tegie heeft ontwikkeld. In dit
Finse deel van Lapland zijn de
zomers kort en koel en de win
ters lang en ijzig. De tempera
tuurverschillen tussen beide
seizoenen kunnen tot 60 gra
den Celsius bedragen. Weini
gen die daar kunnen leven. Be
halve dan de berghagedis. Hij
kan zich laten invriezen zonder
dood te vriezen. Geen wonder
dat de biologen zich afvragen
hoe hij dat klaarspeelt.
De berghagedis of Lacerta vivi-
para is het meest noordelijk le
vende reptiel. Hij leeft hoofdza
kelijk boven de 69ste graad
noorderbreedte op de zuid
westflank van de Saana-berg-
vlakte. Daarheen trokken we
tenschappers van de Etövös Lo-
rand universiteit van Budapest
en van de universiteit van Hel
sinki, om de leefgewoonten van
deze krachtpatser te onderzoe
ken.
In hét wetenschappelijk vak-
tijdschrift Polar Biology be
schrijven zij eerst de grote kli
matologische verschillen in dit
gebied in de poolcirkel. Zelfs in
de korte poolzomer daalde de
temperatuur in juni 's nachts
tot het vriespunt terwijl zij 's
middags tot 40 graden Celsius
kon stijgen. De middaghitte
schijnt de hagedissen niet te
hinderen en zij gebruiken de
De zeldzame berghagedis in de poolcirkel kan zich volledig laten bevriezen zonder dood te vriezen. Foto: GPD
schaarse uren warmte om uit
gebreid te zonnen. Indien no
dig zoeken zij de schaduw van
de berkebomen op. Hun ideale
lichaamstemperatuur schom
melt dan tussen de 25 en 35
graden.
Niet de hitte is echter een pro
bleem, wel het te sterk en te
plots afkoelen. In de zomerse
nachten met temperaturen
rond het vriespunt zoeken de
berghagedissen dan ook een
vorstvrije schuilplaats op. In
zo'n droog en windbeschut
slaapplaatsje kan hun li
chaamstemperatuur tot min 3,5
graden dalen zonder dat hun li
chaamsvocht bevriest.
Anders is het gesteld in de ijzige
temperaturen van de lange
winter. Gedurende meer dan
acht maanden is het gebied
met sneeuw en ijs bedekt en
dalen de temperaturen gemid
deld tot min 20. De berghage
dissen graven zich dan zo diep
mogelijk in en lijken tot ijs
klompjes te verstarren, om bij
het begin van de poolzomer uit
hun ijsmantel te ontdooien en
weer langzaam tot leven te ko
men.
Precies dat intrigeerde de we
tenschappers. Hoe kunnen de
ze reptielen acht maanden lang
bevriezen zonder dood te vrie
zen? De Hongaarse en Finse
biologen ontdekten dat de die
ren tijdens de wintermaanden
hun bloedsuikerspiegel fors la
ten stijgen. Het zoete en suiker-
rijke bloed onttrekt het water
uit de lichaamsweefsels en be
let op die manier dat er zich in
de cellen ijskristallen vormen,
wat de bevriezingsdood tot ge
volg zou hebben.
Wanneer het vocht uit de cellen
is verwijderd, bevriest het wei
nige resterende lichaamsvocht
geleidelijk, het hart houdt stil
aan op met kloppen en de
ademhaling valt stil. Dat de in
wendige organen niet langer
van zuurstof worden voorzien,
schijnt de hagedissen in hun
gedehydreerde toestand niet te
deren. Wanneer de dieren dan
eindelijk weer ontdooien, ne
men zij weer water op en be
ginnen langzaam weer te func
tioneren.
Dat ontdooien en weer tot le
ven komen duurt minstens
twee dagen. Het wonderlijke
daarbij is dat de dieren in de
korte zomer maar weinig tijd
overblijft om gedurende drie tot
vier maanden weer op krachten
te komen, voldoende eten te
vinden, te groeien, te paren, het
nageslacht ter wereld te bren
gen en het groot te brengen.
Want de jonge hagedisjes moe
ten snel fit en sterk genoeg zijn
om op hun beurt de lange diep
vriesperiode door te komen.
Het is dan ook niet verwonder
lijk dat de berghagedissen op
de Saana-hoogvlakte dun ge
zaaid zijn en tot de zeldzame
diersoorten behoren. Tijdens
hun lange observatieperiode
hebben de Hongaarse en Finse
wetenschappers apiper vijf
exemplaren kunrfhi vinden en
bestuderen.
