Naukowe podsumowanie roku 2016
Największe, najistotniejsze oraz najbardziej spektakularne osiągnięcia naukowe minionego roku. To one wyznaczą dążenia naukowe w kolejnych latach.
1. Odkrycie fal grawitacyjnych
Źródło: NASA / Ames Research Center / C. Henze
Do tej pory mogliśmy obserwować wszechświat wyłącznie przez obserwacje światła. Wykrycie, po raz pierwszy w historii, fal grawitacyjnych, powstałych 1,3 miliarda lat temu, w wyniku zderzenia dwóch potężnych czarnych dziur, dała naukowca zupełnie nowy sposób obserwacji nieba.
Fale pędziły przez kosmos z prędkością światła, by dotrzeć do Ziemi. Detektor Fal Grawitacyjnych Ligo, obliczył zagięcia w przestrzeni. Naukowcy liczą, że kolejne lata obfitować będą w nowe dane dotyczące fal grawitacyjnych, dając wgląd w historię wszechświata oraz kataklizmy, które wygenerowały fale.
“To wielki sukces nauki. To doniosłe odkrycie, które zdarza się raz na kilka dekad” komentuje astrofizyk z Harvardu Avi Loeb.
2. Wirus Zika
Wirus zdewastował brazylijskie rodziny. 2016 rok stał pod znakiem zdjęć dzieci z nienaturalnie małymi główkami – małogłowiem – chorobą wywołaną wirusem Zika, przenoszonym przez komary.
Przed uderzeniem w Brazylię pierwsze ogniska choroby na wyspie Yap oraz Polinezji Francuskiej pozostały nierozpoznane. Przed 2016 niewiele wiedziano o wirusie – większość zakażonych osób nie wykazuje żadnych objawów. W ciągu minionego roku opublikowano blisko 1500 artykułów naukowych na temat wirusa, łącznie z informacją, który gatunek komara go rozprzestrzenia.
Z czasem zrozumiano tajemnicę choroby – wirus wykryto w mózgach płodów.
“W minionym roku ludzie przekonali się, że przenoszony przez komary wirus może powodować wady wrodzone u dzieci” komentuje Sonja Rasmussen z U.S. Centers for Disease Control and Prevention.
CZYTAJ: Zika w Europie
3. Zamieszkiwalna planeta w systemie Alfa Centauri
Wyobrażenie artystyczne przedstawiające widok z powierzchni planety Proxima b krążącą wokół czerwonego karła Proxima Centauri najbliższą gwiazdę do Systemu Słonecznego. Podwójna gwiazda Alfa Centauri AB pojawia się również w obrazie do górnej prawej części samego Proxima.
Trój-planetarny system znajdujący się w najbliższym sąsiedztwie naszego Układu Słonecznego – Alfa Centauri – od dziesięcioleci jest kanonicznym wręcz tematem dla twórców science fiction – począwszy od Star Treka do Avatara. W sierpniu nagłówki gazet ogłosiły odkrycie małej, potencjalnie zamieszkalnej planety, orbitującej wokół Proxima Centauri, czerwonego karła w odległości 4,24 lat świetlnych od nas.
Planeta, o której mowa – Proxima b – nie jest pierwszą pobliską planetą z masą podobną do Ziemi. Jest za to pierwszą orbitującą w tzw. strefie zamieszkalnej gwiazdy, w regionie, gdzie temperatury są właściwe dla powstania wody w stanie ciekłym.
Nie jest to też pierwszy tego rodzaju obiekt odkryty wokół czerwonego karła, najczęstszego typu gwiazdy w galaktyce. Proxima B jest niezwykła z jednego powodu – jest to najbliższa nam egzoplaneta.
“To odkrycie zmienia wszystko w nauce o egzoplanetach. Fakt, że znajduje się tak blisko pozwala nam śledzić jej losy lepiej niż innych odległych egzoplanet” komentuje Rory Barnes z Uniwersytetu Waszyngtońskiego.
4. Dziecko trójki rodziców
Być może umknęło wam, ale w ubiegłym roku przyszło na świat dziecko posiadające DNA trójki rodziców. Zostało poczęte w oparciu o kontrowersyjną technikę mieszania genów w celu zapobiegania chorobom mitochondrialnym przenoszonym przez matkę na dziecko.
„O ile nam wiadomo dziecko jest normalne i wolne od choroby” mówi Andrew R. La Barbera, dyrektor naukowy American Society for Reproductive Medicine. „To pokazuje, że w istocie, procedura działa”.
Chłopiec nosi w sobie nie tylko DNA matki i ojca ale też materiał genetyczny dawcy jajeczka. Proces nazywany jest transferem wrzeciona, umieszczając wszystkie chromosomy z jaja matki w jaju dawcy, które jest wolne od mutacji mitochondrialnych i wyczyszczone z własnych chromosomów. Tak przygotowane jajo jest następnie zapładniane spermą ojca i wszczepiane matce.
Technika rodzi jednak zastrzeżenia natury etycznej i bezpieczeństwa. W szczególności pojawiają się głosy, że technika w rzeczywistości nie będzie służyć do eliminacji chorób lecz projektowania idealnych dzieci.
Średnio jedno na 4000 dzieci rodzi się z dysfunkcją mitochondrialną. Organella dziedziczone od matki posiadają własne DNA. Mutacja w jednym z 37 genów mitochondrialnych może prowadzić do śmiertelnych chorób, wpływających na takie narządy jak mózg czy mięśnie. Ponieważ nie ma skutecznych lekarstw w leczeniu chorób mitochondrialnych, procedura została opisana jako nowa nadzieja dla poszkodowanych rodzin.
Matka pierwszego dziecka urodzonego tą metodą straciła wcześniej dwójkę dzieci na skutek zespołu Leigha, choroby mitochondrialnej, która wpływa na układ nerwowy uniemożliwiając oddychanie.
5. Kurczenie się pokrywy lodowej
W tym roku arktyczny lód morski, zmniejszył latem swoją powierzchnię do rekordowego poziomu 4,14 milionów kilometrów kwadratowych. Średnia wielkość w latach 1981-2010 wynosiła 6,22 milionów kilometrów kwadratowych.
Czy jednak w świecie globalnego ocieplenia informacja ta jeszcze kogoś dziwi? Te i inne rekordy przyrodnicze są efektami złożonych procesów topnienia biegunów i otwierania się arktycznych korytarzy, o których mówi się już od ponad 10 lat. Zapowiedzi stają się aktualnie rzeczywistością.
Z perspektywy światowego handlu mniej pokrywy lodowej oznacza nowe szlaki transportowe pomiędzy Europą a Azją. Nadzieje na powstanie tego rodzaju połączenia rozbudzały wyobraźnię podróżników w minionych stuleciach. W ubiegłym roku odbył się także pierwszy rejs wycieczkowy (na 1000 pasażerów) na trasie Alaska – Nowy Jork, eskortowany przez lodołamacze.
Naukowcy jednak dyskutują nad losem pozostałych istot żywych (poza turystami) korzystającymi z tutejszy lodowców, szczególnie niedźwiedzia polarnego.
6. Starożytne migracje ludzkości
Nie dysponujemy danymi liczbowymi ani historycznymi, opisującymi starożytne wędrówki pierwszych ludzi z Afryki oraz ich ekspansji na całym globie. Jedyne czym dysponujemy to ślady genetyczne “pozostawione” przez tych nieustraszonych podróżników.
Opublikowane w minionym roku badania na temat tych pierwszych wędrówek są kolejnym krokiem do odtworzenia szlaków podróżnych z epoki kamienia.
“Zaczynamy podejrzewać, że starożytny proces wyjścia z Afryki był złożony, zawierając kilka migracji oraz następującego po nich wymierania“ mówi genetyk ewolucyjny Carles Lalueza-Fox z Instytutu Biologii Ewolucyjnej w Barcelonie.
Badanie różnic ewolucyjnych w poszczególnych społecznościach ludzkich, pobieranie próbek DNA od dawnych hominidów, wyszukiwanie archeologicznych dowodów kopalnych wciąż nie pozwala nam określić jednej, pewnej wersji zdarzeń.
Trzy z czterech opublikowanych w minionym roku badań na ten temat sugerują, że większość współczesnych nieafrykańskich mieszkańców Ziemi, odziedziczyła geny od ludzi, którzy opuścili Afrykę w fali migracji pomiędzy 75,000 a 50,000 lat temu.
Jeden zespół badający DNA z 142 różnych populacji ludzkich, zaproponował, że afrykańscy imigranci krzyżowali się z neandertalczykami na Bliskim Wschodzie przed podziałem na dwie grupy, które ruszyły do Europy i Azji.
Inny zespół, którego zbiór danych obejmował 148 populacji stwierdził, że duża migracja z Afryki w tym okresie czasu usunęła większość śladów genetycznych mniejszego exodusu, mającego miejsce około 120.000 lat temu.
Trzecie badania mówią, że rodowici Australijczycy i rodzimi Papuasi z Nowej Gwinei wywodzą się z charakterystycznego połączenia populacji Eurazji, którzy podobnie jak przodkowie innych współczesnych nie-Afrykanów, wywodzą się od ludzi, którzy opuścili Afrykę około 72.000 lat temu.
Czwarte badanie bazujące na danych klimatycznych i poziomach morza, zidentyfikowało okres pomiędzy 72.000 do 60.000 lat temu jako czas, gdy pustynie blokowany jakiekolwiek podróże z Afryki. Modele komputerowe sugerują kilka dogodnych okresów podróży międzykontynentalnej, w tym jeden zaczynający się około 59 000 roku temu. Badania archeologiczne sugerują jednak, że ludzie już rozproszyli się w tym czasie w Azji .
7. Minimalny genom
Jedno z największych osiągnięć biologii minionego roku jest najmniejszym z możliwych. Dotyczy budowania bakterii z minimalnej ilości 473 genów. To najmniejsza możliwa pula dla zaistnienia samodzielnie żyjącej komórki.
Jest to kamień milowy, liczących kilkadziesiąt lat wysiłków, stworzenia minimalistycznego organizmu, który byłby zdolny do samodzielnego życia i rozmnażania. Takie minimalne genetycznie komórki mogą służyć jako szablony laboratoryjne to testowania leków, tworzenie innowacyjnych chemikaliów dla przemysłu oraz rolnictwa i innych molekularnych projektów, o których jeszcze nawet nam się nie śniło.
Projekt pozwolił również zdefiniować najbardziej istotne geny konieczne do przetrwania mikrobów, wypełniając lukę w dotychczasowej wiedzy.
8. Lek na Alzheimera
Nowy lek o nazwie aducanumab wydaje się usuwać z mózgu osób chorych wszystkie białka amyloidu beta, kluczowych w rozwoju choroby. Lek może okazać się przełomem w leczeniu Alzheimera.
Pytanie tylko czy naukowcy faktycznie celują w odpowiednie białka? Zgodnie z tzw. hipotezą amyloidu, choroba jest spowodowana nieprawidłowym nagromadzeniem białka A-beta w mózgu. Nagromadzenie dławi istotne obszary mózgu i niszczy komórki nerwowe. Pomimo dużego poparcia w ostatnich dziesięcioleciach dla tej teorii, nie udało się jeszcze rozwiać wszystkich wątpliwości.
Aducanumab oferuje pozornie niezawodny i bezpieczny sposób na osiągnięcie niższych poziomów białka A-beta, co pozwoli finalnie przetestować prawdziwość hipotezy amyloidu.
W ciągu minionego rok, aducanumab został zastosowany w mózgach osób z wczesną chorobą Alzheimera i oczyścił je z białka A-beta, jak poinformowali we wrześniu naukowcy na łamach magazynu “Nature”. Badanie było niewielkie – zaledwie na 165 osobach. Wyniki są jednak bardzo obiecujące, w mózgach wszystkich badanych pacjentów poziom białka znacząco spadł. Im wyższe dawki leku tym niższy poziom białka zarejestrowano.
9. Dziura ozonowa zaczyna się zmniejszać
Jest to jedna z niewielu pozytywnych informacji dotycząca środowiska. Naukowcy odnotowali, że w 2016 dziura ozonowa powstająca co roku nad Antarktydą, zaczyna się “goić”. Zgromadzone dane wskazują, że Protokół Montrealski, międzynarodowa umowa z 1987 roku w celu ograniczenia stosowania ozonu i niszczących środków chemicznych, faktycznie działa.
Arktyczna dziura ozonowa powstaje każdej wiosny na półkuli południowej, gdy reakcje chemiczne z udziałem chloru i bromu niszczą atomy tlenu tworzące ozon.
Mniej ochronnego ozonu oznacza, że więcej promieniowania ultrafioletowego dosięgnie powierzchnię Ziemi, powodując u organizmów żywych uszkodzenia DNA i prowadząc do wyższych liczb zachorowań na raka skóry.
Protokół Montrealski zakazuje wytwarzania niszczycielskich dla ozonu związków chemicznych takich jak freon lub CFC, które były powszechnie stosowane w lodówkach, klimatyzatorach i innych sprzętach RTV i AGD. Protokół wszedł w życie w 1989 deklarując wycofaniem CFC z produkcji do 2010 roku.
Najnowsze badania dziury ozonowej potwierdzają, że staje się ona coraz mniejsza. Pomiary satelitarne wykazały, że od 2000 do 2015 roku średni zakres dziury ozonowej we wrześniu (czyli w połowie corocznego cyklu powstawania dziury) zmniejszył się o około 4,5 miliona kilometrów kwadratowych do poziomu 18 milionów kilometrów kwadratowych. Radiosonda z balonów pogodowych nad Antarktydą potwierdziła te ustalenia.
10. Sztuczna inteligencja pokonała człowieka w Go
Program komputerowy AlphaGo pokonał mistrza świata chińskiej gry planszowej Go cztery do jednego. Zwycięstwo zszokowało zarówno środowisko graczy jak i komputerowych guru.
„To stało się znacznie szybciej niż ludzie tego oczekiwali” mówi Stuart Russell, informatyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. „Rok przed meczem mówiono, że zajmie nam kolejne 10 lat aby osiągnąć ten poziom”.
Mecz był demonstracją potężnego potencjału komputerów, które mogą uczyć się bazując na doświadczeniu. Elementy sztucznej inteligencji są już rzeczywistością, znajdują zastosowanie od diagnostyki medycznej do samojezdnych samochodów.
„Nie wiemy, jakie są granice” mówi Russell. „Powiedziałbym, że potrzebujemy co najmniej dziesięciu lat pracy, aby dowiedzieć się, co możemy zrobić z tą technologią”.
AlphaGo zostało zaprojektowane tak, aby naśladować sposób w jaki ludzki mózg uczy się rozwiązywania problemów, bazując na własnym doświadczeniu. Program uczył się gry poznając 30 milionów pozycji, z 160 tysięcy partii GO, w które grali ludzie. Te doświadczenia pozwoliły AlphaGo na bardziej efektywne dobieranie kolejnych ruchów w grze i ostatecznie pokonanie człowieka.
