Gary Greenberg: De prachtige nano-details van onze wereld

Ik ga het even hebben over het bekijken van de wereld vanuit een uniek oogpunt: de microwereld. Na jaren hiermee bezig te zijn, heb ik gevonden dat er een magische wereld schuilgaat achter de werkelijkheid. Die kan je zien door een microscoop en daarvan wil ik vandaag wat laten zien.

We beginnen met iets dat niet eens erg klein is, iets dat we nog met het blote oog kunnen zien: een honingbij. Een bij is ongeveer een centimeter groot. Maar voor de details moet je wat dichterbij gaan. Hier het oog van de honingbij door een microscoop. Zo zie je dat bijen duizenden aparte ogen of ‘ommatidia’ hebben. Door de sensorische haren in hun ogen weten ze wanneer ze dicht bij iets zijn, omdat ze niet in stereo kunnen zien.

Nog kleiner is een mensenhaar. Een mensenhaar is zowat het kleinste ding dat het oog kan zien. Het is ongeveer een tiende van een millimeter dik.

Nog kleiner, ongeveer tien keer kleiner, is een cel. 10 menselijke cellen gaan in de breedte van een haar.

Door cellen onder een microscoop te observeren, Door cellen onder een microscoop te observeren, werd ik bioloog. De eerste keer dat ik levende cellen door een microscoop zag, was ik verkocht. Kijk eens naar de cellen van het immuunsysteem. Ze bewegen de hele tijd. Deze cel is op zoek naar vreemde indringers, bacteriën, dingen die ze kan vinden. Als ze zo’n indringer vindt, herkent ze die als vreemd, vloeit errond en eet hem op. Daar zie je zo’n kleine bacterie die ze opeet. Hartcellen van een dier blijven in een schoteltje gewoon doorgaan met kloppen. Dat is hun taak. Elke cel heeft een levensmissie en deze cellen moeten het bloed in ons lichaam laten rondgaan. Dit zijn zenuwcellen. Dezelfde cellen waarmee we dit zien en begrijpen. Onze hersenen en onze zenuwcellen zijn daar nu mee bezig. Ze zijn altijd aan het bewegen. Ze maken nieuwe verbindingen terwijl we leren.

Als je verder naar beneden gaat op deze schaal, komen we aan de micron of micrometer en nog verder aan de nanometer en de ångström. Nu is één ångström de grootte van de diameter van een waterstofatoom. Zo klein is dat. Onze microscopen kunnen vandaag individuele atomen zien. Dit zijn enkele beelden van individuele atomen. Elke bult is een individueel atoom. Dit is een ring van kobaltatomen.

Dit gebied noemen we de nanowereld. In die hele microwereld zit nog eens een nanowereld verpakt Dat is de wereld van moleculen en atomen.

Maar ik wil het hebben over deze grotere wereld, de microwereld.

Als je een klein beestje in een bloem was, hoe zou die bloem er dan uitzien, als die bloem zo groot was? Helemaal niet zoals wij die bloem zouden zien. Een klein beestje op die bloem zou ze zo zien. Voor een mier zou een bloemblad er zo uitzien. Vlak bij die porie en meeldraad zie je de stijl van deze bloem. Die kleine gelei-achtige dingen heten we sporen. Dit zijn nectarsporen. Voor die kleine mier is het een soort Willy Wonka-land. Of Disneyland. Niet zoals wij het zien. Dit zijn enkele stuifmeelkorrels. Dit zijn stuifmeelkorrels van graan. Zo’n kleine gele stip van stuifmeel bestaat, als je door een microscoop kijkt, uit duizenden kleine stuifmeelkorrels. Deze bijen verzamelen stuifmeel bij deze kleine planten. Ze stoppen die in hun pootjes en nemen ze mee naar de korf. Daaruit maken ze de was in de bijenraat. Ze verzamelen ook nectar voor de honing die wij opeten.

Hier is een close-up beeld of liever een gewone foto van een waterhyacint. Als je echt, echt goede ogen had, kon je ze ook zo zien. Daar is de meeldraad en de stamper. Maar kijk hoe ze eruitzien onder een microscoop. Dat is de meeldraad. Dat zijn duizenden kleine stuifmeelkorrels. Daar de stamper en deze kleine dingen heten trichomen. Die geven de bloem haar geur. Planten communiceren via hun geuren. Planten communiceren via hun geuren.

Nu over iets echt alledaags: zand. Nu over iets echt alledaags: zand. Ik raakte ongeveer 10 jaar geleden geïnteresseerd in zand, door het zand van Maui, een eiland van Hawaï. Dit is wat zand van Maui. Zandkorrels zijn ongeveer een tiende van een millimeter groot. Zandkorrels zijn ongeveer een tiende van een millimeter groot. Maar van dichterbij zijn ze heel verbazingwekkend. Je vindt microschelpen en dingen als koraal. Fragmenten van andere schelpen. Olivijn. Stukjes vulkaan. Daar zie je zo’n stukje. Ook buiswormen kom je tegen. Een ongelooflijke waaier van dingen. Dat komt omdat op dit eiland veel van het zand voortkomt van biologisch materiaal. De riffen bieden een habitat voor microscopische of macroscopische dieren. Na hun dood vergruizen hun schelpen, tanden en botten. Dat worden zandkorrels, dingen zoals koraal enzovoort. Hier een afbeelding van zand uit Maui. Dit is van Lahaina. Op zo’n strand lopen we langs miljoenen jaren van biologische en geologische geschiedenis. We realiseren het ons niet, maar hier ligt een verslag van die hele ecologie. Hier zien we een skeletnaald van een spons, hier twee stukjes koraal, dat is een stekel van een zee-egel. Echt een aantal fantastische dingen.

Ik had het gevoel een schat te hebben gevonden. Ik kon het niet geloven. Ik wilde de stukjes eruit halen en er foto's van maken. Zo ziet het meeste zand van onze wereld eruit. Kwartskristallen en veldspaat. Daar is het meeste zand op het vasteland van gemaakt. Het is het erosieproduct van graniet. Bergen worden opgebouwd en water, regen, ijs, enzovoort eroderen ze weg tot zandkorrels. Sommige zandsoorten zijn kleurrijker. Dit is zand van bij de Grote Meren. Het bevat mineralen zoals roze granaat en groene epidoot, allemaal prachtige dingen. Zanden van verschillende plaatsen, van verschillende stranden, zijn allemaal anders. Deze van Big Sur zijn net kleine juwelen. Waar ze in Afrika edelstenen opdelven, kan je in de rivierzanden onder de microscoop letterlijk kleine edelstenen zien. Elke zandkorrel is uniek. Elk strand is anders. Er zijn geen twee dezelfde korrels in de wereld. Er zijn geen twee dezelfde korrels in de wereld. Elke zandkorrel komt ergens vandaan en gaat ergens heen. Ze zijn een momentopname in de tijd.

Zand vind je niet alleen op aarde, maar overal in het universum. In feite vind je in de ruimte overal zand. Het is het bouwmateriaal voor de planeten en de Maan. Je vindt het in micrometeorieten. Dit is een micrometeoriet die ik van het leger kreeg. Ze vinden ze in waterputten op de Zuidpool. Ze zien er verbazingwekkend uit. Het zijn kleine bestanddelen van de wereld waarin we leven, de planeten en de Maan.

NASA vroeg me wat foto's van zand van de Maan te nemen. Ze bezorgden me zanden van de verschillende landingsplaatsen, van de Apollo-missies van 40 jaar geleden. Ik gebruikte mijn 3D-microscopen. Dit was de eerste afbeelding. Geweldig. Ik vond het een beetje op de Maan lijken, toch interessant. In mijn microscopen zie je maar weinig in één keer. Je moet de hele tijd opnieuw scherpstellen, foto's nemen en dan met een computerprogramma al die foto's combineren tot één beeld in 3D. tot één beeld in 3D. Daar zie je de beelden voor het linker- en het rechteroog. Daar zie je de beelden voor het linker- en het rechteroog.

Nu iets interessants. Dit ziet er heel anders uit dan enig zand dat ik ooit op Aarde heb gezien. En ik heb een heleboel zand van de Aarde gezien, geloof me. (Gelach) Kijk naar dit gat in het midden. Dat werd veroorzaakt door een micrometeoriet die insloeg op de Maan. De Maan heeft geen atmosfeer. Het hele oppervlak van de Maan is bedekt met poeder, omdat het al vier miljard jaar lang wordt gebombardeerd met micrometeorieten. Die slaan in met snelheden van 30 tot 100.000 km per uur. Ze verdampen bij de inslag. Hier kan je dat zien. Het is verdampt en dat materiaal houdt een klompje zandkorrels samen. Dit hele ding is een zeer kleine zandkorrel en heet een agglutinaatring. Veel zandkorrels op de Maan zien er zo uit. Op aarde kom je dat nooit tegen. Het meeste zand op de Maan ziet er zo uit, vooral dan in de donkere gebieden. Dat zijn basaltische lavastromen. Dat zand doet erg denken aan het zand van de Haleakala (vulkaan op het eiland Maui). Andere zanden verdampen door deze micrometeorieten en vormen fonteinen. Deze microscopische fonteinen gaan -- ik zei bijna "de lucht in", maar er is geen lucht op de Maan -- omhoog en vormen ogenblikkelijk microscopische glasparels. Die vallen terug op de Maan. Het zijn prachtig gekleurde glazen ‘sferulen’. Je hebt een microscoop nodig om ze te kunnen zien.

Op deze zandkorrel van de Maan kan je de hele kristalstructuur nog steeds waarnemen. Deze zandkorrel is waarschijnlijk ongeveer 3,5 tot 4 miljard jaar oud en werd nooit geërodeerd zoals het zand op aarde door water, tuimelen, lucht, enzovoort. Alleen hierbeneden een beetje erosie door de zon door zonnestormen. Dus erosie door zonnestraling.

Ik heb vandaag proberen duidelijk te maken dat zelfs dingen als een ordinaire zandkorrel buitengewoon zijn als je ze met nieuwe ogen bekijkt. Ik denk dat dit best door William Blake werd verwoord toen hij zei: "Een wereld zien in een korrel zand en een hemel in een wilde bloem, vang oneindigheid in de palm van je hand en eeuwigheid in een uur." Bedankt. (Applaus)