Každý rok jsou publikovány miliony nových vědeckých výzkumů, které osvětlují vše od vývoje hvězd po vývoj pokračující dopady změny klimatu na zdravotní výhody (nebo odrazení) kávy na tendenci vaší kočky ignorovat vás. Vzhledem k tomu, že každý rok vychází tolik výzkumů, může být obtížné vědět, co je významné, co je zajímavé, ale do značné míry nevýznamné a co je prostě špatná věda. Ale v průběhu desetiletí se můžeme ohlédnout za některými z nejdůležitějších a úctyhodných oblastí výzkumu, často vyjádřených v mnoha nálezech a výzkumných dokumentech, které vedou ke skutečnému šíření znalostí. Zde je deset největších pokroků, které vědci učinili za posledních deset let.

Noví lidští příbuzní

Lidský rodokmen se v uplynulém desetiletí významně rozšířil, s fosiliemi nových druhů homininů objevených v Africe a na Filipínách. Desetiletí začalo objevením a identifikací Australopithecus sediba, druhu homininu, který žil téměř před dvěma miliony let v dnešní Jižní Africe. Matthew Berger, syn paleoantropologa Lee Bergera, narazil na první fosilii druhu, pravou klíční kost, v roce 2008, když mu bylo pouhých 9 let. Tým poté odkryl další fosílie jednotlivce, mladého chlapce, včetně dobře zachované lebky, a A. sediba popsal Lee Berger a jeho kolegové v roce 2010. Tento druh představuje přechodnou fázi mezi rodem Australopithecus a rodem Homo, s některými rysy starší skupiny primátů, ale se stylem chůze, který se podobal moderním lidem.

Homo naledi, který byl také pod vedením Bergera objeven v Jižní Africe, žil mnohem nověji, před 335 000 až 236 000 lety. , což znamená, že se mohlo překrývat s naším vlastním druhem, Homo sapiens. Tento druh, poprvé objevený v jeskynním systému Rising Star v roce 2013 a popsaný v roce 2015, měl také směs primitivních a moderních prvků, jako je malý mozkový kufřík (asi jedna třetina velikosti Homo sapiens) a velké tělo pro čas, vážící přibližně 100 liber a stojí až pět stop vysoký. Menší Homo luzonensis (vysoký tři až čtyři stopy) žil na Filipínách asi před 50 000 až 67 000 lety a překrýval se s několika druhy homininu. První fosilie H. luzonensis byly původně identifikovány jako Homo sapiens, ale analýza z roku 2019 zjistila, že kosti patřily zcela neznámému druhu.

Tyto tři hlavní nálezy za posledních deset let naznačují, že kosti více druhy starověkých lidských příbuzných jsou pravděpodobně ukryty v jeskyních a sedimentech světa a čekají na objevení.

Opatření vesmíru

Když Albert Einstein v roce 1915 poprvé publikoval obecnou teorii relativity, pravděpodobně si nedokázal představit, že 100 o několik let později by astronomové otestovali předpovědi teorie s některými z nejsofistikovanějších přístrojů, jaké kdy byly postaveny – a teorie by obstála v každém testu. Obecná relativita popisuje vesmír jako „strukturu“ časoprostoru, která je zdeformována velkými masami. Je to toto deformace, která způsobuje gravitaci, spíše než vnitřní vlastnost hmoty, jak si myslel Isaac Newton.

Jedna předpověď tento model spočívá v tom, že zrychlení hmot může způsobit „zvlnění“ v časoprostoru nebo šíření gravitačních vln. S dostatečně velkou hmotou, jako je černá díra nebo neutronová hvězda, mohou tyto vlnky dokonce detekovat astronomové na Zemi. V září 2015 spolupráce LIGO a Panny poprvé detekovala gravitační vlny šířící se z dvojice splývajících černých děr vzdálených asi 1,3 miliardy světelných let. Od té doby oba přístroje detekovaly několik dalších gravitačních vln, včetně jedné ze dvou slučujících se neutronových hvězd.

Další předpověď obecné relativity – o níž sám Einstein skvěle pochyboval – je existence vůbec černých děr. nebo body gravitačního kolapsu v prostoru s nekonečnou hustotou a nekonečně malým objemem. Tyto objekty spotřebovávají veškerou hmotu a světlo, které bloudí příliš blízko, a vytváří tak disk přehřátého materiálu, který spadá do černé díry.V roce 2017 se ve spolupráci s Event Horizon Telescope – síť propojených radioteleskopů po celém světě – uskutečnila pozorování, která by později vyústila v první snímek prostředí kolem černé díry, zveřejněný v dubnu 2019.

Nejžhavější roky záznamu

Vědci předpovídají účinky hoření uhlí a fosilní paliva na teplotě planety již více než 100 let. Číslo Popular Mechanics z roku 1912 obsahuje článek s názvem „Pozoruhodné počasí z roku 1911: Dopad spalování uhlí na klima – co předpovídají vědci pro budoucnost“, který má titulek s tímto zněním: „Pece světa jsou nyní spalování asi 2 000 000 000 tun uhlí ročně. Když je toto spáleno a spojeno s kyslíkem, přidává ročně do atmosféry asi 7 000 000 000 tun oxidu uhličitého. To má tendenci dělat ze vzduchu účinnější přikrývku pro Zemi a zvyšovat její teplotu. Účinek může být značný za několik století. “

Jen o jedno století později a účinek je skutečně značný. Zvýšené emise skleníkových plynů v atmosféře způsobily vyšší globální teploty, přičemž posledních pět let (2014 až 2018) bylo nejteplejším zaznamenaným rokem. Rok 2016 byl nejteplejším rokem od doby, kdy Národní úřad pro oceán a atmosféru (NOAA) začal zaznamenávat globální teplotu před 139 lety. Mezi důsledky této globální změny patří častější a ničivé požáry, častější sucha, zrychlení tání polárního ledu a zvýšení bouřkových rázů. Kalifornie hoří, Benátky zaplavují, městské úbytky tepla rostou a nespočet pobřežních a ostrovních komunit čelí existenční krizi – nemluvě o ekologickém zmatku způsobeném změnou klimatu, který potlačuje schopnost planety vytáhnout uhlík zpět z atmosféry .

V roce 2015 dosáhla Rámcová úmluva OSN o změně klimatu (UNFCCC) konsensu o opatřeních v oblasti klimatu, známého jako Pařížská dohoda. Primárním cílem Pařížské dohody je omezit zvýšení globální teploty na 1,5 stupně Celsia na předindustriální úrovni. K dosažení tohoto cíle bude zapotřebí velkých společenských transformací, včetně nahrazení fosilních paliv čistou energií, jako je vítr, sluneční a jaderná energie; reforma zemědělských postupů s cílem omezit emise a chránit zalesněné oblasti; a možná i vybudování umělých prostředků k vytahování oxidu uhličitého z atmosféry.

Úpravy genů

Od té doby, co byla počátkem padesátých let 20. století odhalena struktura dvojité šroubovice, vědci předpokládali možnost umělé úpravy DNA změnit funkce organismu. První schválená studie genové terapie proběhla v roce 1990, kdy si čtyřletá dívka nechala odstranit své vlastní bílé krvinky, doplněné o geny, které produkují enzym zvaný adenosindeamináza (ADA), a poté se znovu vstříkla do jejího těla za účelem léčby ADA nedostatek, genetický stav, který brání imunitnímu systému bojovat s nemocemi. Tělo pacientky začalo produkovat enzym ADA, ale nové bílé krvinky s korigovaným genem nebyly produkovány a musela pokračovat v injekcích.

Nyní je genetické inženýrství přesnější a dostupnější než kdykoli předtím, z velké části díky novému nástroji, který byl poprvé použit k modifikaci eukaryotických buněk (komplexních buněk s jádrem) v roce 2013: CRISPR-Cas9. Nástroj pro úpravu genů funguje tak, že vyhledá cílenou část DNA a „vyřízne“ tuto část enzymem Cas9. Volitelný třetí krok zahrnuje nahrazení odstraněné části DNA novým genetickým materiálem. Tuto techniku lze použít pro širokou škálu aplikace, od zvyšování svalové hmoty hospodářských zvířat, přes produkci odolných a plodných plodin, až po léčbu nemocí, jako je rakovina, odstraněním buněk imunitního systému pacienta, jejich úpravou tak, aby lépe bojovala s nemocí, a jejich opětovným vstřikováním do těla pacienta.

Na konci roku 2018 oznámili čínští vědci pod vedením He Jiankuiho, že použili CRISPR-Cas9 ke genetické modifikaci lidských embryí, která byla poté přenesena do dělohy ženy a vedla k narození dvojčat – prvních dětí upravených pomocí genů Genomy dvojčat byly upraveny tak, aby byly dívky odolnější vůči HIV, i když genetické změny mohly také vést k nechtěným změnám. Práce byla široce odsouzena vědeckou komunitou, protože Čisté a nebezpečné, odhalující potřebu přísnějších předpisů pro používání těchto nových výkonných nástrojů, zejména pokud jde o změnu DNA embryí a použití těchto embryí k narození živých dětí.

Tajemství jiných světů odhalena

Kosmické lodě a dalekohledy odhalily v posledním desetiletí nepřeberné množství informací o světech mimo náš vlastní. V roce 2015 provedla sonda New Horizons těsný průchod Pluta a provedla první blízká pozorování trpasličí planety a jeho měsíce. Kosmická loď odhalila překvapivě dynamický a aktivní svět s ledovými horami dosahujícími téměř 20 000 stop a měnícími se rovinami, které nejsou staré více než 10 milionů let – což znamená, že geologie se neustále mění. Skutečnost, že Pluto – což je v průměru 3,7 miliardy mil od Slunce, což je asi 40násobek vzdálenosti Země – je tak geologicky aktivní, že to předvečer naznačuje n studené, vzdálené světy mohly získat dostatek energie na vytápění jejich interiérů, což by mohlo skrývat podpovrchovou kapalnou vodu nebo dokonce život.

Trochu blíže k domovu sonda Cassini obíhala kolem Saturnu 13 let a ukončila svoji misi v září 2017, kdy NASA úmyslně ponořila kosmickou loď do atmosféry Saturnu, aby spálila, než aby pokračovala v obíhání kolem planety, jakmile vyčerpá palivo. Během své mise Cassini objevila procesy, které napájejí Saturnovy prsteny, pozorovala globální bouři obklopující plynného obra, mapovala velký měsíc Titan a našla některé ze složek života pro chocholy ledového materiálu vybuchujícího z vodního měsíce Enceladus. V roce 2016, rok před koncem mise Cassini, dorazila sonda Juno k Jupiteru, kde měřila magnetické pole a dynamiku atmosféry největší planety sluneční soustavy, aby pomohla vědcům pochopit, jak Jupiter – a všechno ostatní kolem Slunce – původně vytvořeno.

V roce 2012 přistál vozítko Curiosity na Marsu, kde učinil několik významných objevů, včetně nových důkazů minulé vody na rudé planetě, přítomnosti organických molekul, které by mohly být souvisí se životem a tajemnými sezónními cykly metanu a kyslíku, které naznačují dynamický svět pod povrchem. V roce 2018 Evropská kosmická agentura oznámila, že radarová data pronikající ze země z kosmické lodi Mars Express poskytla přesvědčivé důkazy o tom, že v blízkosti marťanského jižního pólu existuje podzemní zásoba vody.

Mezitím dva vesmírné dalekohledy Kepler a TESS objevili tisíce planet obíhajících kolem jiných hvězd. Kepler zahájil činnost v roce 2009 a svou misi ukončil v roce 2018 a odhalil záhadné a vzdálené planety měřením úbytku světla při průchodu před jejich hvězdami. Mezi tyto planety patří horké Jupitery, které obíhají blízko svých hvězd za pouhé dny nebo hodiny; mini Neptunes, které jsou mezi velikostí Země a Neptunu a mohou být plynné, kapalné, pevné nebo nějaká kombinace; a super Země, což jsou velké kamenné planety, které astronomové doufají, že budou zkoumat známky života. TESS, který byl spuštěn v roce 2018, pokračuje v hledání jako nástupce Keplera. Vesmírný dalekohled již objevil stovky světů a před koncem mise jej mohl najít 10 000 nebo dokonce 20 000.

Zkamenělé pigmenty odhalují barvy dinosaurů

Desetiletí začalo revolucí v paleontologii, když se vědci poprvé podívali na skutečné barvy dinosaurů. Nejprve, v lednu 2010, analýza melanosomů – organel, které obsahují pigmenty – ve zkamenělých peřích Sinosauropteryx, dinosaura, který žil v Číně před 120 až 125 miliony let, odhalila, že prehistorický tvor měl „červenohnědé tóny“ a Krátce poté rekonstrukce celého těla odhalila barvy malého pernatého dinosaura, který žil před 160 miliony let, Anchiornis, který měl na těle černé a bílé peří a na hlavě nápadný chochol červeného peří. .

Studie zkamenělých pigmentů nadále odhalovala nové informace o prehistorickém životě, což naznačuje možné strategie přežití zvířat tím, že ukazuje důkazy o Counterhading a maskování. V roce 2017 byl pozoruhodně zachovalý obrněný dinosaurus, který žil o Před 110 miliony let, Borealopelta, bylo zjištěno, že mají červenohnědé tóny, které pomáhají splynout s prostředím. Tato nová schopnost identifikovat a studovat barvy dinosaurů bude i nadále hrát důležitou roli v paleontologickém výzkumu, protože vědci studují vývoj minulého života.

Předefinování základní jednotky hmotnosti

V listopadu 2018 , vědci z celého světa, kteří se zabývají měřením, hlasovali pro oficiální změnu definice kilogramu, základní jednotky hmotnosti. Spíše než založit kilogram objektu – válec ze slitiny platiny a iridia o velikosti golfového míčku – používá nová definice konstanta přírody pro nastavení jednotky hmotnosti. Změna nahradila poslední fyzický artefakt použitý k definování měrné jednotky. (Měřicí tyč byla nahrazena v roce 1960 konkrétním počtem vlnových délek záření z kryptonu a později aktualizováno tak, aby definovalo metr podle vzdálenosti, kterou světlo ujede za zlomek sekundy.)

Použitím sofistikovaného vážicího m achine známý jako Kibbleova rovnováha, vědci dokázali přesně změřit kilogram podle elektromagnetické síly potřebné k jeho udržení. Toto elektrické měření by pak bylo možné vyjádřit pomocí Planckovy konstanty, což je číslo, které původně použil Max Planck k výpočtu svazků energie pocházejících z hvězd.

Kilogram nebyl jedinou měrnou jednotkou, která byla nedávno předefinována. Změny Mezinárodního systému jednotek, které oficiálně vstoupily v platnost v květnu 2019, také změnily definici ampéru, standardní jednotky elektrického proudu; kelvinová jednotka teploty; a mol, jednotka množství látky používané v chemii. Změny kilogramu a dalších jednotek umožní přesnější měření pro malé množství materiálu, jako jsou léčiva, a umožní vědcům z celého světa přístup k základním jednotkám namísto jejich definování podle objektů, které musí být replikovány a kalibrovány malým počtem laboratoří.

Sekvenován první starověký lidský genom

V roce 2010 vědci získali nový nástroj ke studiu dávné minulosti a lidí, kteří ji obývali. Vědci použili vlasy uchované v permafrostu k sekvenování genomu muže, který žil asi před 4 000 lety na území dnešního Grónska, a odhalil fyzické vlastnosti a dokonce i krevní skupinu člena jedné z prvních kultur, která se v této části usadila svět. První téměř úplná rekonstrukce genomu ze starověké DNA otevřela antropologům a genetikům dveře, aby se dozvěděli více o kulturách vzdálené minulosti než kdykoli předtím.

Extrakce starověké DNA je hlavní výzvou. I když je zachován genetický materiál, jako jsou vlasy nebo kůže, je často kontaminován DNA mikrobů z prostředí, takže k izolaci DNA starověkého člověka je třeba použít sofistikované techniky sekvenování. Vědci v poslední době použili skalní kost lebky, vysoce hustou kost poblíž ucha, k extrakci starověké DNA.

Od prvního úspěchu v roce 2010 byly sekvenovány tisíce starověkých lidských genomů, které odhalily nové podrobnosti o vzestupu a pádu ztracených civilizací a migraci lidí z celého světa. Studium starověkých genomů identifikovalo několik migračních vln tam a zpět přes zamrzlý Beringův most mezi Sibiřem a Aljaškou před 5 000 až 15 000 lety. Nedávno byl genom mladé dívky v moderním Dánsku sekvenován z 5 700 let starého kusu březového dehtu používaného jako žvýkačky, který také obsahoval její ústní mikroby a kousky jídla z jednoho z jejích posledních jídel.

Vakcína a nová léčba boje proti ebole

Toto desetiletí zahrnovalo nejhorší ohnisko onemocnění virem Ebola v historii. Předpokládá se, že epidemie začala jediným případem 18měsíčního chlapce infikovaného netopýry v Guineji v prosinci 2013. Nemoc se rychle rozšířila do sousedních zemí a do července 2014 dosáhla hlavních měst Libérie a Sierry Leone a poskytla nebývalá příležitost k přenosu nemoci na velký počet lidí. Virus ebola ohrožuje imunitní systém a může způsobit masivní krvácení a selhání více orgánů. Dva a půl roku po počátečním případu bylo nakaženo více než 28 600 lidí, což podle CDC mělo za následek nejméně 11 325 úmrtí.

Epidemie přiměla zdravotnické pracovníky, aby zdvojnásobili své úsilí o nalezení účinného vakcína k boji proti ebole.Vakcína známá jako Ervebo vyrobená farmaceutickou společností Merck byla testována v klinické studii v Guineji provedené na konci epidemie v roce 2016, která prokázala účinnost vakcíny. Další ohnisko eboly bylo vyhlášeno v Demokratické republice Kongo v srpnu 2018 a pokračující epidemie se rozšířila a stala se nejsmrtelnější od vypuknutí západní Afriky, přičemž k prosinci 2019 bylo hlášeno 3 366 případů a 2 227 úmrtí. Ervebo bylo použito v Konžská demokratická republika bude bojovat proti epidemii na základě rozšířeného přístupu nebo „soucitného použití“. V listopadu 2019 byl přípravek Ervebo schválen Evropskou agenturou pro léčivé přípravky (EMA) a o měsíc později byl schválen v USA agenturou FDA.

Vedle preventivní vakcíny hledají vědci lék na ebolu u pacientů, kteří již byli touto chorobou nakaženi. Dvě léčby, které zahrnují jednorázové dodání protilátek, aby se zabránilo infekci buněk pacienta ebolou, nedávno prokázali slib v klinickém hodnocení v KDR. Díky kombinaci vakcín a terapeutické léčby úředníci ve zdravotnictví doufají, že jednoho dne virovou infekci nadobro vymýtí.

CERN detekuje Higgsova bosona

V posledních několika desetiletích fyzici neúnavně pracovali na modelování fungování vesmíru a rozvíjeli co je známé jako standardní model. Tento model popisuje čtyři základní interakce hmoty známé jako základní síly. Dva jsou v každodenním životě známé: gravitační síla a elektromagnetická síla. Ostatní dva však uplatňují svůj vliv pouze v jádrech atomů: silná jaderná síla a slabá jaderná síla.

Část standardního modelu říká, že existuje univerzální kvantové pole, které interaguje s částicemi , což jim dává jejich masy. V 60. letech popsali toto pole a jeho roli ve standardním modelu teoretičtí fyzici včetně Françoise Englerta a Petera Higgsa. Stalo se známým jako Higgsovo pole a podle zákonů kvantové mechaniky by všechna taková základní pole měla mít přidruženou částici, která se stala známou jako Higgsův boson.

O několik desetiletí později, v roce 2012, dva týmy využívající Large Hadron Collider v CERNu k provádění srážek částic hlásily detekci částice s předpokládanou hmotností Higgsova bosonu a poskytly podstatné důkazy o existenci Higgsova pole a Higgsova bosonu. V roce 2013 byla Nobelova cena za fyziku udělena Englertovi a Higgsovi „za teoretický objev mechanismu, který přispívá k našemu porozumění původu hmoty subatomárních částic a který byl nedávno potvrzen objevem předpokládané základní částice. “ Protože fyzici nadále zdokonalují standardní model, funkce a objev Higgsova bosonu zůstanou základní součástí toho, jak veškerá hmota získává svoji hmotu, a tedy jak vůbec nějaká hmota existuje.