Millioner af nye videnskabelige forskningsartikler offentliggøres hvert år, der kaster lys over alt fra stjernernes udvikling til løbende virkninger af klimaændringer på de sundhedsmæssige fordele (eller afskrækkelser) af kaffe på din kats tendens til at ignorere dig. Med så meget forskning, der kommer ud hvert år, kan det være svært at vide, hvad der er vigtigt, hvad der er interessant, men stort set ubetydeligt, og hvad der bare er dårlig videnskab. Men i løbet af et årti kan vi se tilbage på nogle af de vigtigste og ærefrygtindgydende forskningsområder, ofte udtrykt i flere fund og forskningsopgaver, der fører til en reel spredning af viden. Her er ti af de største fremskridt, som forskere har gjort de sidste ti år.

Nye menneskelige slægtninge

Det menneskelige stamtræ udvidede sig markant i det sidste årti, med fossiler af nye homininarter opdaget i Afrika og Filippinerne. Årtiet begyndte med opdagelsen og identifikationen af Australopithecus sediba, en homininart, der levede for næsten to millioner år siden i det nuværende Sydafrika. Matthew Berger, søn af paleoanthropolog Lee Berger, snublede over den første fossil af arten, en højre kraveben, i 2008, da han kun var 9 år gammel. Et hold udgravede derefter flere fossiler fra individet, en ung dreng, herunder en velbevaret kranium, og A. sediba blev beskrevet af Lee Berger og kolleger i 2010. Arten repræsenterer en overgangsfase mellem slægten Australopithecus og slægten Homo, med nogle træk fra den ældre primatgruppe, men en gåtur, der lignede moderne mennesker.

Også opdaget i Sydafrika af et hold ledet af Berger, levede Homo naledi meget for nylig, for omkring 335.000 til 236.000 år siden , hvilket betyder, at det kan have overlappet vores egen art, Homo sapiens. Arten, der først blev opdaget i Rising Star Cave-systemet i 2013 og beskrevet i 2015, havde også en blanding af primitive og moderne træk, såsom et lille hjernehus (ca. en tredjedel af størrelsen af Homo sapiens) og en stor krop til tiden, der vejer ca. 100 pund og står op til fem meter høj. Den mindre Homo luzonensis (tre til fire meter høj) levede i Filippinerne for omkring 50.000 til 67.000 år siden og overlappede med flere arter af hominin. De første H. luzonensis-fossiler blev oprindeligt identificeret som Homo sapiens, men en analyse fra 2019 fastslog, at knoglerne tilhørte en helt ukendt art.

Disse tre store fund i de sidste ti år antyder, at mere af knoglerne arter af gamle menneskelige slægtninge er sandsynligvis gemt i verdens huler og sedimentaflejringer og venter på at blive opdaget.

Tager mål af kosmos

Da Albert Einstein første gang offentliggjorde den generelle relativitetsteori i 1915, kunne han sandsynligvis ikke have forestillet sig, at 100 år senere ville astronomer teste teoriens forudsigelser med nogle af de mest sofistikerede instrumenter, der nogensinde er bygget – og teorien ville bestå hver test. Generel relativitetsteori beskriver universet som et “stof” af rumtid, der vrides af store masser. Det er denne vridning, der forårsager tyngdekraft snarere end en indre egenskab af masse, som Isaac Newton troede.

En forudsigelse af denne model er, at acceleration af masser kan forårsage “krusninger” i rumtid eller udbredelse af tyngdekraftsbølger. Med en stor nok masse, såsom et sort hul eller en neutronstjerne, kan disse krusninger endda blive opdaget af astronomer på Jorden. I september 2015 opdagede LIGO og Jomfru-samarbejdet gravitationsbølger for første gang og spredte sig fra et par sammensmeltede sorte huller omkring 1,3 milliarder lysår væk. Siden da har de to instrumenter opdaget flere yderligere tyngdekraftsbølger, herunder en fra to sammensmeltende neutronstjerner.

En anden forudsigelse af generel relativitet – en som Einstein selv berømt tvivlede på – er overhovedet eksistensen af sorte huller. eller punkter med tyngdekraften kollapser i rummet med uendelig tæthed og uendeligt lille volumen. Disse objekter forbruger al materie og lys, der stræber for tæt, hvilket skaber en disk med overophedet materiale, der falder ned i det sorte hul.I 2017 tog Event Horizon Telescope-samarbejdet – et netværk af sammenkædede radioteleskoper rundt om i verden – observationer, der senere ville resultere i det første billede af miljøet omkring et sort hul, udgivet i april 2019.

The Hotteste år på rekord

Forskere har forudsagt virkningerne af brænding kul og fossile brændstoffer på temperaturen på planeten i over 100 år. Et 1912-nummer af Popular Mechanics indeholder en artikel med titlen “Bemærkelsesværdigt vejr fra 1911: Effekten af forbrænding af kul på klimaet – hvad forskere forudsiger for fremtiden”, som har en billedtekst, der lyder: “Verdens ovne er nu brænder omkring 2.000.000.000 ton kul om året. Når dette brændes og forenes med ilt, tilføjer det årligt omkring 7.000.000.000 tons kuldioxid til atmosfæren. Dette har en tendens til at gøre luften til et mere effektivt tæppe for jorden og hæve temperaturen. Effekten kan være betydelig i løbet af få århundreder. ”

Bare et århundrede senere, og virkningen er faktisk betydelig. Øgede drivhusgasser i atmosfæren har produceret varmere globale temperaturer, hvor de sidste fem år (2014 til 2018) er de varmeste år, der er registreret. 2016 var det hotteste år siden National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) begyndte at registrere global temperatur for 139 år siden. Virkningerne af denne globale ændring inkluderer hyppigere og destruktive skovbrande, mere almindelige tørke, accelererende polarissmeltning og øgede stormfloder. Californien brænder, Venedig oversvømmer, byvarmedødsfald er stigende, og utallige kyst- og øsamfund står over for en eksistentiel krise – for ikke at nævne den økologiske kaos, der er forårsaget af klimaændringer, der kvæler planetens evne til at trække kulstof tilbage ud af atmosfæren .

I 2015 nåede De Forenede Nationers rammekonvention om klimaændringer (UNFCCC) til enighed om klimaindsats, kendt som Parisaftalen. Det primære mål med Parisaftalen er at begrænse de globale temperaturstigninger til 1,5 grader Celsius over førindustrielle niveauer. For at nå dette mål er der behov for større samfundsmæssige transformationer, herunder udskiftning af fossile brændstoffer med ren energi såsom vind, sol og atomkraft; reform af landbrugspraksis for at begrænse emissioner og beskytte skovområder og måske endda opbygning af kunstige midler til at trække kuldioxid ud af atmosfæren.

Redigering af gener

Lige siden dobbelt-helix-strukturen blev opdaget i begyndelsen af 1950’erne, har forskere antaget muligheden for kunstigt at modificere DNA at ændre funktionerne i en organisme. Det første godkendte genterapiforsøg fandt sted i 1990, da en fire-årig pige fik fjernet sine egne hvide blodlegemer, forstærket med de gener, der producerer et enzym kaldet adenosindeaminase (ADA) og derefter injiceret i hendes krop for at behandle ADA. mangel, en genetisk tilstand, der hæmmer immunsystemets evne til at bekæmpe sygdomme. Patientens krop begyndte at producere ADA-enzymet, men nye hvide blodlegemer med det korrigerede gen blev ikke produceret, og hun måtte fortsætte med at modtage injektioner.

Nu er genteknologi mere præcis og tilgængelig end nogensinde før, tak for en stor del til et nyt værktøj, der først blev brugt til at modificere eukaryote celler (komplekse celler med en kerne) i 2013: CRISPR-Cas9. Genredigeringsværktøjet fungerer ved at lokalisere en målrettet sektion af DNA og “skære” den sektion ud med Cas9-enzymet. Et valgfrit tredje trin involverer erstatning af den slettede del af DNA med nyt genetisk materiale. Teknikken kan bruges til en lang række applikationer, fra at øge husdyrens muskelmasse, til at producere resistente og frugtbare afgrøder, til behandling af sygdomme som kræft ved at fjerne en patients immunsystemceller, modificere dem for bedre at bekæmpe en sygdom og genindsprøjte dem i patientens krop.

I slutningen af 2018 meddelte kinesiske forskere under ledelse af He Jiankui, at de havde brugt CRISPR-Cas9 til genetisk modifikation af menneskelige embryoner, som derefter blev overført til en kvindes livmoder og resulterede i fødslen af tvillingepiger – de første genredigerede babyer Tvillingernes genom blev modificeret for at gøre pigerne mere modstandsdygtige over for HIV, selvom de genetiske ændringer muligvis også har resulteret i utilsigtede ændringer. Arbejdet blev bredt fordømt af det videnskabelige samfund som u netisk og farligt, hvilket afslører et behov for strengere regler for, hvordan disse kraftfulde nye værktøjer bruges, især når det kommer til at ændre embryonernes DNA og bruge disse embryoner til levende børn.

Mysterier fra andre verdener afsløret

Rumfartøjer og teleskoper har afsløret et væld af oplysninger om verdener, der ligger uden for vores egne i det sidste årti. I 2015 lavede New Horizons-sonden Pluto tæt ved at tage de første nærliggende observationer af dværgplaneten og dets måner. Rumfartøjet afslørede en overraskende dynamisk og aktiv verden med iskolde bjerge, der når op til næsten 20.000 fod og skiftende sletter, der ikke er mere end 10 millioner år gamle – hvilket betyder, at geologien konstant ændrer sig. Det faktum, at Pluto – hvilket er et gennemsnit på 3,7 milliarder miles fra solen, cirka 40 gange afstanden fra jorden – er så geologisk aktiv antyder, at eve n kolde, fjerne verdener kunne få nok energi til at opvarme deres indre, muligvis huske flydende vand under jorden eller endda liv.

Lidt tættere på hjemmet kredsløb Cassini-rumfartøjet Saturn i 13 år og sluttede sin mission i september 2017, da NASA med vilje kastede rumfartøjet ind i atmosfæren i Saturn, så det ville brænde op frem for at fortsætte med at kredse rundt om planeten, når det havde brugt brændstoffet op. Under sin mission opdagede Cassini de processer, der fodrer Saturnus ringe, observerede en global storm, der omgav gaskæmpen, kortlagde den store måne Titan og fandt nogle af ingredienserne til livet i plumer af iskoldt materiale, der brød ud fra den vandige måne Enceladus. I 2016, et år inden afslutningen af Cassini-missionen, ankom rumfartøjet Juno til Jupiter, hvor det har målt det magnetiske felt og atmosfæriske dynamik på den største planet i solsystemet for at hjælpe forskere med at forstå, hvordan Jupiter — og alt andet omkring solen – oprindeligt dannet.

I 2012 landede nysgerrigheden på Mars, hvor den har gjort adskillige væsentlige opdagelser, herunder nye beviser for tidligere vand på den røde planet, tilstedeværelsen af organiske molekyler, der kunne være relateret til livet og mystiske sæsonbetingede cyklusser af metan og ilt, der antyder en dynamisk verden under overfladen. I 2018 meddelte Den Europæiske Rumorganisation, at jorddæmpende radardata fra Mars Express-rumfartøjet leverede stærke beviser for, at der findes et flydende reservoir med vand under jorden nær den sydlige pol af Mars.

I mellemtiden to rumteleskoper, Kepler og TESS, har opdaget tusinder af planeter, der kredser om andre stjerner. Kepler blev lanceret i 2009 og sluttede sin mission i 2018 og afslørede mystiske og fjerne planeter ved at måle faldet i lys, når de passerer foran deres stjerner. Disse planeter inkluderer varme Jupiters, der kredser tæt på deres stjerner på få dage eller timer; mini Neptunes, som er mellem størrelsen på Jorden og Neptun og kan være gas, flydende, fast eller en kombination; og superjord, som er store stenede planeter, som astronomer håber at undersøge for tegn på liv. TESS, der blev lanceret i 2018, fortsætter søgningen som Keplers efterfølger. Rumteleskopet har allerede opdaget hundredvis af verdener, og det kunne finde 10.000 eller endda 20.000 inden missionens afslutning.

Fossiliserede pigmenter afslører dinosaurernes farver

Årtiet begyndte med en revolution inden for paleontologi, da forskere fik deres første kig på de sande farver på dinosaurer. Først i januar 2010 afslørede en analyse af melanosomer – organeller, der indeholder pigmenter – i de fossiliserede fjer af Sinosauropteryx, en dinosaur, der levede i Kina for omkring 120 til 125 millioner år siden, at den forhistoriske væsen havde “rødbrune toner” og striber langs halen. Kort efter afslørede en fuldkropsrekonstruktion farverne på en lille fjer dinosaur, der levede for omkring 160 millioner år siden, Anchiornis, som havde sorte og hvide fjer på kroppen og en slående sky af røde fjer på hovedet .

Undersøgelsen af fossiliserede pigmenter har fortsat eksponeret nye oplysninger om forhistorisk liv, hvilket antyder potentielle strategier for overlevelse af dyr ved at vise tegn på kontraskygge og camouflage. For 110 millioner år siden blev Borealopelta fundet at have rødbrune toner for at hjælpe med at blande sig i miljøet. Denne nye evne til at identificere og studere farverne på dinosaurer vil fortsætte med at p lægge en vigtig rolle i paleontologisk forskning, da forskere studerer udviklingen i tidligere liv.

Omdefinering af den grundlæggende enhed for masse

I november 2018 , stemte måleforskere over hele verden officielt med at ændre definitionen af et kilogram, den grundlæggende masseenhed. I stedet for at basere kilogrammet på et objekt – en platin-iridium-legeringscylinder på størrelse med en golfbold – bruger den nye definition en konstant natur for at indstille masseenheden. Ændringen erstattede den sidste fysiske artefakt, der blev brugt til at definere en måleenhed. (Målerbjælken blev erstattet i 1960 af et specifikt antal bølgelængder af stråling fra f.eks. krypton og senere opdateret til at definere en måler i henhold til den afstand, lyset bevæger sig i en lille brøkdel af et sekund.)

Ved at bruge en sofistikeret vejning m achine kendt som en Kibble-balance, var forskere i stand til nøjagtigt at måle et kilogram i henhold til den krævede elektromagnetiske kraft for at holde det op. Denne elektriske måling kunne derefter udtrykkes i form af Plancks konstant, et tal, der oprindeligt blev brugt af Max Planck til at beregne bundter af energi, der kommer fra stjerner.

Kilogrammet var ikke den eneste måleenhed, der for nylig blev omdefineret. Ændringerne af det internationale enhedssystem, der officielt trådte i kraft i maj 2019, ændrede også definitionen for ampere, standardenheden for elektrisk strøm; kelvin-temperaturenheden og muldvarpen, en enhed af mængden af stof, der anvendes i kemi. Ændringerne i kilo og andre enheder tillader mere præcise målinger af små mængder materiale, såsom lægemidler, samt giver forskere over hele verden adgang til de grundlæggende enheder, snarere end at definere dem i henhold til objekter, der skal replikeres og kalibreres af et lille antal laboratorier.

Første gamle menneskelige genom sekventeret

I 2010 fik forskere et nyt værktøj til at studere den gamle fortid og de mennesker, der beboede den. Forskere brugte et hår, der var bevaret i permafrost, til at sekventere genomet hos en mand, der boede for omkring 4.000 år siden i det, der nu er Grønland, og afslører de fysiske træk og endda blodtypen hos et medlem af en af de første kulturer, der bosatte sig i den del af verdenen. Den første næsten komplette rekonstruktion af et genom fra gammelt DNA åbnede døren for antropologer og genetikere til at lære mere om kulturen i den fjerne fortid end nogensinde før.

Ekstraktion af gammel DNA er en stor udfordring. Selvom genetisk materiale som hår eller hud bevares, er det ofte forurenet med DNA fra mikrober fra miljøet, så sofistikerede sekventeringsteknikker skal bruges til at isolere det gamle menneskes DNA. For nylig har forskere brugt kraniumens petrale knogle, en meget tæt knogle nær øret, til at udtrække gammelt DNA.

Tusinder af gamle menneskelige genomer er blevet sekventeret siden den første succes i 2010 og afslørede nye detaljer om stigende og faldende af mistede civilisationer og migrationer af mennesker over hele kloden. At studere gamle genomer har identificeret flere migrationsbølger frem og tilbage over den frosne Bering-landbro mellem Sibirien og Alaska for mellem 5.000 og 15.000 år siden. For nylig blev genomet til en ung pige i det moderne Danmark sekventeret fra et 5.700 år gammelt stykke birketjære, der blev brugt som tyggegummi, som også indeholdt hendes mundmikrober og bidder af mad fra en af hendes sidste måltider.

En vaccine og nye behandlinger til bekæmpelse af ebola

Dette årti omfattede det værste udbrud af Ebolavirus-sygdomme i historien. Det antages, at epidemien var begyndt med et enkelt tilfælde af en 18 måneder gammel dreng i Guinea smittet af flagermus i december 2013. Sygdommen spredte sig hurtigt til nabolandene og nåede hovedstæderne i Liberia og Sierra Leone i juli 2014 og gav en hidtil uset mulighed for overførsel af sygdommen til et stort antal mennesker. Ebola-virus kompromitterer immunsystemet og kan forårsage massiv blødning og manglende organsvigt. To og et halvt år efter den oprindelige sag var mere end 28.600 mennesker blevet smittet, hvilket resulterede i mindst 11.325 dødsfald ifølge CDC.

Epidemien fik sundhedsembedsmænd til at fordoble deres bestræbelser på at finde en effektiv vaccine til bekæmpelse af ebola.En vaccine kendt som Ervebo, fremstillet af medicinalfirmaet Merck, blev testet i et klinisk forsøg i Guinea udført mod slutningen af udbruddet i 2016, der viste, at vaccinen var effektiv. Et andet ebola-udbrud blev erklæret i Den Demokratiske Republik Congo i august 2018, og den igangværende epidemi har spredt sig til at være den dødbringende siden Vestafrika-udbruddet med 3.366 rapporterede tilfælde og 2.227 dødsfald pr. December 2019. Ervebo er blevet brugt i DRC for at bekæmpe udbruddet med udvidet adgang eller “medfølende brug” -basis. I november 2019 blev Ervebo godkendt af Det Europæiske Lægemiddelagentur (EMA), og en måned senere blev det godkendt i USA af FDA.

Ud over en forebyggende vaccine har forskere søgt en kur mod ebola hos patienter, der allerede er blevet inficeret af sygdommen. To behandlinger, der involverer en engangsafgivelse af antistoffer for at forhindre, at ebola inficerer en patients celler, har for nylig vist løfter i et klinisk forsøg i DRC. Med en kombination af vacciner og terapeutiske behandlinger håber sundhedsembedsmænd en dag at udrydde virusinfektionen for altid.

CERN opdager Higgs Boson

I løbet af de sidste årtier har fysikere arbejdet utrætteligt for at modellere universets arbejde og udvikle hvad der er kendt som standardmodellen. Denne model beskriver fire grundlæggende interaktioner mellem stof, kendt som de grundlæggende kræfter. To er velkendte i hverdagen: tyngdekraften og den elektromagnetiske kraft. De to andre udøver imidlertid kun deres indflydelse inde i atomernes kerner: den stærke kernekraft og den svage kernekraft.

En del af standardmodellen siger, at der er et universelt kvantefelt, der interagerer med partikler og giver dem deres masser. I 1960’erne beskrev teoretiske fysikere inklusive François Englert og Peter Higgs dette felt og dets rolle i standardmodellen. Det blev kendt som Higgs-feltet, og ifølge kvantemekanikens love skulle alle sådanne grundlæggende felter have en tilknyttet partikel, der blev kendt som Higgs-bosonen.

Årtier senere, i 2012, to hold, der brugte Large Hadron Collider ved CERN til at gennemføre partikelkollisioner, rapporterede påvisning af en partikel med den forudsagte masse af Higgs-bosonen, hvilket gav væsentlige beviser for eksistensen af Higgs-feltet og Higgs-bosonen. I 2013 blev Nobelprisen i fysik tildelt Englert og Higgs “for den teoretiske opdagelse af en mekanisme, der bidrager til vores forståelse af massens oprindelse af subatomære partikler, og som for nylig blev bekræftet gennem opdagelsen af den forudsagte grundpartikel. ” Når fysikere fortsætter med at forfine standardmodellen, vil funktionen og opdagelsen af Higgs-bosonen forblive en grundlæggende del af, hvordan alt stof får sin masse, og derfor, hvordan ethvert stof overhovedet eksisterer.