Ongelma(t): Mitä voimme oppia luonnosta? Miten voimme hyödyntää näitä oppeja?



Samankaltaiset tiedostot
Tarkastele kuvaa, muistele matematiikan oppejasi, täytä tekstin aukot ja vastaa kysymyksiin.

Lataa Kelpoisimman synty - Andreas Wagner. Lataa

Eliömaailma. BI1 Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

Miten kasvit saavat vetensä?

Lataa Itse tulee mieleen - Antonio Damasio. Lataa

Kuinka materiaalien pitkäaikaiskestävyys todennetaan

Solun toiminta. II Solun toiminta. BI2 II Solun toiminta 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Robotit ja tekoäly terveydenhuollon työvälineinä nyt ja tulevaisuudessa työn tutkimukseen perustuva näkökulma

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Nimi: Ratkaise tehtävät sivun alalaitaan. (paperi nro 1) 1. Valitse oikea toisen asteen yhtälön ratkaisukaava: (a) b ± b 4ac 2a. (b) b ± b 2 4ac 2a

Tulevaisuuden ja kehitteillä olevat tekniikat (FET)

Designing switchable nanosystems for medical applica6on

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

NITRIFIKAATIOBAKTEERIEN TOIMINTA

Lataa Elämää auringosta - John King. Lataa

Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat

Nanomateriaalien mahdollisuudet ja riskit Näkökohtia, muutoksia vuoden 2008 jälkeen?

782630S Pintakemia I, 3 op

DNA:n informaation kulku, koostumus

Ongelma(t): Miten merkkijonoja voidaan hakea tehokkaasti? Millaisia hakuongelmia liittyy bioinformatiikkaan?

Bakteeri onkin kaveri - ja luonto kiittää -

Tasoitteiden alkaliselta kosteudelta suojaavat ominaisuudet

Staffan Widstrand / WWF. WWF:n opetusmateriaali yläkouluille ja lukioille

1 Vaikutusalueen herkkyys yhdyskuntarakenteen kannalta

Ongelma(t): Mihin perustuu tietokoneiden suorituskyky ja sen jatkuva kasvu? Mitkä tekijät rajoittavat suorituskyvyn parantamista ja mitkä niistä ovat

IHMISKUNTA MUUTTAA ILMASTOA

Mikä muuttuu, kun kasvihuoneilmiö voimistuu? Jouni Räisänen Helsingin yliopiston fysiikan laitos

Ihminen havaitsijana: Luento 5. Jukka Häkkinen ME-C2000

Tehtävä 1. (6 p). Nimi Henkilötunnus Maankuori koostuu useista litosfäärilaatoista. Kahden litosfäärilaatan törmätessä raskaampi mereinen laatta

Nanoteknologian tulevaisuuden näkymistä. Erja Turunen Vice President, Applied Materials

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Luottamusvälit. Normaalijakauma johnkin kohtaan

Kaihileikkauksen komplikaatiot. Saara Yli-Kyyny Silmätautien erikoislääkäri, KYS

Luku 21. Evoluution perusteet

KALKKIA VEDENPUHDISTUKSEEN

.. KEITTIOT EDISTYNEET PUHDISTUS- RATKAISUT

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING

BAKTEERIRODOPSIINI-SENSORIN JÄNNITEVAHVIS- TUS JA TOTEUSUKSEN SUUNNITTELU

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Lataa Vesi - Julian Caldecott. Lataa

ModerniOptiikka. InFotonics Center Joensuu

Ulkona oppiminen ja opetussuunnitelmauudistus Jukka Tulivuori Opetushallitus

siirtyy uuteen bioteknologian aikakauteen!

SODANKYLÄN KOITELAISENVOSIEN KROMI-PLATINAMALMIIN LIITTYVIEN ANORTOSIITTIEN KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET

Oy WatMan Ab Vedenkäsittely, Yrittäjäntie 4, SAUKKOLA

Lataa Maapallon ilmastohistoria - Juha Pekka Lunkka. Lataa

Evolutiiviset muutokset aivoalueiden rakenteessa, osa , Nisse Suutarinen

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe Etunimet Tehtävä 5 Pisteet / 20

Koostaneet Juulia Lahdenperä ja Rami Luisto. Kochin lumihiutale

ELÄVÄ PELTO. Kompostointireaktorin optimointi ja lopputuotteen laadun varmistus lannoitetuotantoon. Anssi Suhonen

Terveellisen ympäristön suunnittelu

VALAISTUSSUUNNITTELUN RESTORATIIVISET VAIKUTUKSET RAKENNETUSSA YMPÄRISTÖSSÄ

2. Makuaisti Makusilmuja kaikkialla suuontelossa, eniten kielessä.

ÍOppiaineen nimi: BIOLOGIA 7-9. Vuosiluokat. Opetuksen tavoite Sisältöalueet Laaja-alainen osaaminen. Arvioinnin kohteet oppiaineessa

Lataa Luonnon poluilla. Lataa

Huomioita puhdistimien hankinnassa. Varkaus seminaari

sivu 1/7 OPETTAJALLE Työn motivaatio

KESKI-SUOMI KOHTI KIERTOTALOUTTA 2018

Kuinka selität NANOTEKNIIKKA?

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

YLEISTIETOA LÄMPÖPUMPUISTA

Kaikki eläimet täyttävät alla olevat seitsemän elämälle välttämätöntä ehtoa: 2. Hengittäminen Voi ottaa sisään ja poistaa kehostaan kaasuja

LUONTOA VOI SUOJELLA SYÖMÄLLÄ

SAHALAHDEN KIRKKOJÄRVI JOUTSENRANTA

VistaScan Mini Plus -kuvalevyn lukijalaite ominaisuuksista tinkimättä

SMG-4500 Tuulivoima. Ensimmäisen luennon aihepiirit. Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat TUULEN LUONNONTIETEELLISET PERUSTEET


Olet arvokas! Jokainen ihminen on arvokas ja siihen on syy.

LATTIALÄMMITYS UPONOR CONTROL SYSTEM. Uponor Control System Energiaa säästävä lämmönsäätö - Lisää mukavuutta vähemmällä energiankulutuksella

Lataa Lähikuvassa otus. Lataa

Virukset Materiaalitieteiden Rakennusaineina Suomalainen Tiedeakatemia

ECOMATION. environment in mind ECOMATION - TUOTTEITA JA RATKAISUJA NYKYAIKAISILLE KULLANKAIVAJILLE. Recycling Technologies

Lataa Maa nimeltä Nuuksio - Mauri Leivo. Lataa

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

TIEDOKSI! Kaikkiin kysymyksiin ei välttämättä näyttelyssä löydy suoraa vastausta infokylteistä. Osa

IPv6 ja Esineiden Internet

Miten kasvit saavat vetensä?

rikastustekniikka Rikastustekniikka Värähtely-, Vaakatasoisku-, Pyöröiskuseulat we process the future

Iloa, leikkiä ja yhdessä tekemistä, varhaisvuosien fyysisen aktiivisuuden suositukset käytäntöön

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

Pidetään kaikki mukana. Jokaista ihmistä pitää arvostaa

SYSTEEMIJOHTAMINEN! Sami Lilja! itsmf Finland 2014! Oct ! Kalastajatorppa, Helsinki! Reaktor 2014

13. Savisideaineet. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

ASEA. Maailman ensimmäinen ja ainoa redoxsignalointimolekyyli valmiste. Mitä ovat redoxsignalointimolekyylit?

TURUN YLIOPISTO GEOLOGIAN PÄÄSYKOE

MILLAISESTA NÄKÖKULMASTA AISTITIEDON KÄSITTELYN HÄIRIÖITÄ JA NIIDEN APUKEINOJA TARKASTELLAAN?

Evoluutio. BI Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

KE Orgaaninen kemia 1

Oppilas tunnistaa ympäristöopin eri tiedonalat ja osaa luokitella asioita ja ilmiöitä eri tiedonaloihin kuuluviksi.

MITEN PERUSTAN TILATEURASTAMON KOKEMUKSIA ARJESTA

Green BEAM. LAX 300 G ristilaser luotitoiminnolla. Vihreät laserlinjat optimaaliseen näkyvyyteen kirkkaissa sisätiloissa

TUULAHDUS RAIKKAUTTA 2019

KALKKIA SAVUKAASUJEN PUHDISTUKSEEN

Hankilannevan tuulivoimahanke, Haapavesi ja Kärsämäki

EVO KEVYT SUOJAKYPÄRÄ

BI4 Ihmisen Biologia KAUSTISEN MUSIIKKILUKIO

Tilastotiede ottaa aivoon

TALOUSVEDEN LAATUVAATIMUKSET JA LAATUSUOSITUKSET

ENERGY SAVING LAMPS. Energiansäästölamput 2008

Transkriptio:

Ongelma(t): Mitä voimme oppia luonnosta? Miten voimme hyödyntää näitä oppeja? 2

Evoluutio on muovannut eliöt ja biomolekyylit elinympäristöönsä sopiviksi. Elinympäristön pysyessä suhteellisen muuttumattomana eliöiden ja molekyylien toiminnallisuus onkin mukautunut lähes optimaaliseksi. Biomimetiikan tavoitteena on kehittää ratkaisuideoita erilaisiin ongelmiin tutkimalla ja mukailemalla luonnollisia prosesseja. Bioniikka taas pyrkii parantamaan luonnon eliöiden toiminnallisuutta. 3

Tietojenkäsittelyn perusteet 2 Biomimetiikkaa ja bioniikkaa 4

Biomimetiikkaa ja bioniikkaa 5

Biomimetiikka ja bioniikka Käsitteitä: Biomimiikka/Biomimetiikka (engl. biomimicry, biomimetics). Bioniikka (engl. bionics) Luonnon eliöiden rakenteiden, toimintojen ja prosessien "matkimista" Bioniikan tavoitteena on kehittää ratkaisuideoita erilaisiin (tyypillisesti teknisiin) ongelmiin tutkimalla ja mukailemalla luonnollisia prosesseja. 6

Bioniikan suunnittelu ja arviointi http://www.biomimicryinstitute.org/images/stories/challenge_spiral.jpg 7

Elämä maapallolla Elämä on syntynyt maapallolle veden, orgaanisten yhdisteiden sekä arkkien ja bakteerien ansiosta. Vanhimmat tunnetut fossiilit ovat noin 3 miljardia vuotta vanhoja sinibakteerien aikaansaamia stromatoliitteja. Elämän kolme domeenia [1] [1] Ben Waggoner. Archaea: Systematics [verkkodokumentti]. 1994 [viitattu 22.9.2008]. Saatavissa: http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeasy.html. 8

Arkkien ja bakteerien elinolot Arkit ja bakteerit ovat parhaiten ympäristön muutoksia kestäviä eliöitä. Halobacterium salinarium on yksi nykyisinkin elävä arkki, joka kestää: Suoraa auringonvaloa Korkeita lämpötiloja: yli 80 C vedessä ja yli 140 C kuivana Happamuutta ja emäksisyyttä: ph 0-12 Suolaisuutta: 3 M NaCl Halobacterium salinariumin elinympäristö suolasuolla [1] [1] Robert R. Birge. Protein-based computers. Scientific American, 1995. 9

Bakteerirodopsiini 1 Halobacterium salinarum käyttää auringonvaloa energianlähteenä ja pystyy liikkumaan. Purppurakalvo koostuu bakteerirodopsiinista ja rasvamolekyyleistä. Bakteerirodopsiini osallistuu kemiallisen energian tuottamiseen arkin käyttöön: ADP ATP. Bakteerirodopsiinin luonnollinen toiminta ja purppurakalvo [1] [1] Norbert Hampp. Bacteriorhodopsin as a photochromic retinal protein for optical memories. Chemical Reviews, 2000. 10

Bakteerirodopsiini 2 Halobacterium salinarumia voidaan kasvattaa ja siitä on mahdollista erottaa bakteerirodopsiinia. Miksi bakteerirodopsiini kiinnostaa? Biomolekyyli on valoaktiivinen: vaihtaa väriä ja tuottaa valosähköisen vasteen valolle herkkä: hyötysuhde 64 % pienikokoinen: 5 5 5 nanometriä rakenteeltaan kestävä/epäherkkä eri ympäristötekijöille toiminnassaan pitkäikäinen yksinkertainen kasvattaa muunneltavissa ominaisuuksiltaan 11

Luonnollinen ja keinotekoinen näkö Ihmisen silmä ja keinotekoinen verkkokalvo bakteerirodopsiinista 12

Sensorin rakenteesta Kultaelektrodi Bakteerirodopsiini + polyvinyylialkoholi Tinaoksidi- tai kultaelektrodi Lasialusta tai piirilevy Ihmissilmän [1] ja keinotekoisen verkkokalvon rakenne [1] Helga Kolb et al. Webvision the organization of the retina and visual system [verkkojulkaisu]. John Moran Eye Center, University of Utah, 2005 [viitattu 21.5.2007]. Saatavissa: http://webvision.med.utah.edu/. 13

Sensorin rakenteesta Ihmissilmän verkkokalvon tappisoluja [1] ja purppurakalvon bakteerirodopsiinimolekyylejä [2] [1] Helga Kolb et al. Webvision the organization of the retina and visual system [verkkojulkaisu]. John Moran Eye Center, University of Utah, 2005 [viitattu 21.5.2007]. Saatavissa: http://webvision.med.utah.edu/. [2] D. Müller et al. Atomic force microscopy of native purple membrane. Biochimica et Biophysica Acta, 2000. 14

Sensorin rakenteesta Ihmissilmän rodopsiini [1] ja bakteerirodopsiini [2] [1] Helga Kolb et al. Webvision the organization of the retina and visual system [verkkojulkaisu]. John Moran Eye Center, University of Utah, 2005 [viitattu 21.5.2007]. Saatavissa: http://webvision.med.utah.edu/. [2] D. Müller et al. Atomic force microscopy of native purple membrane. Biochimica et Biophysica Acta, 2000. 15

Sensorin toiminnasta Ihmissilmän rodopsiinin toiminta [1] ja bakteerirodopsiinin valosykli [1] Helga Kolb et al. Webvision the organization of the retina and visual system [verkkojulkaisu]. John Moran Eye Center, University of Utah, 2005 [viitattu 21.5.2007]. Saatavissa: http://webvision.med.utah.edu/. 16

Sensorin ominaisuuksista Ihmissilmän tappisolujen ja kolmen erityyppisen bakteerirodopsiinin väriherkkyydet 17

Sensorin ominaisuuksista Spektrikuvat sekä ihmissilmän ja bakteerirodopsiiniin perustuvan keinotekoisen verkkokalvon vasteet. Puolipallomainen bakteerirodopsiinisilmä [1]. [1] Wei Wei Wang et al. Bioelectronic Imaging Array Based on Bacteriorhodopsin Film, IEEE Transactions on Nanobioscience, 2008 18

Sensorin ominaisuuksista Jättiraakkuäyriäisen (Gigantocypris) halkaisija on enintään 25 mm. Se elää noin kilometrin syvyydessä valtameressä ei auringonvaloa. Sen herkkä mutta epätarkka näkökyky perustuu muutaman millimetrin halkaisijaltaan oleviin peileihin. Wikimedia Commons 19

Muistista Bakteerirodopsiiniin perustuvat optinen muisti [1] ja ihmismäisesti toimiva assosiatiivinen muisti [1] [1] Robert Birge et al. Biomolecular electronics: protein-based associative processors and volumetric memories. Journal of Physical Chemistry B, 1999. 20

Yhteenveto Elämä sopeutuu jatkuvasti ympäristöönsä ja eliöiden toiminta on hiotunut ympäristön tarjoamiin mahdollisuuksiin. Tekniikan alat voivat ottaa oppia luonnosta ja hyödyntää sitä esimerkkinä. Biomimetiikka ammentaa ratkaisuideoita luonnon eliöitä ja prosesseja tutkimalla ja mukailemalla. Bakteerirodopsiinista on tehty ihmissilmää muistuttava verkkokalvo ja aivojen toimintatapaa mukaileva valolla toimiva muisti. Luonnon ja biomolekyylien perustutkimus auttaa ihmistä myös esim. terveydenhoidon kautta. 21