Ogni anno vengono pubblicati milioni di nuovi articoli di ricerca scientifica, che fanno luce su tutto, dall’evoluzione delle stelle al gli impatti continui del cambiamento climatico sui benefici per la salute (o il deterioramento) del caffè alla tendenza del tuo gatto a ignorarti. Con così tante ricerche che escono ogni anno, può essere difficile sapere cosa è significativo, cosa è interessante ma in gran parte insignificante e cosa è semplicemente cattiva scienza. Ma nel corso di un decennio, possiamo guardare indietro ad alcune delle aree di ricerca più importanti e maestose, spesso espresse in molteplici scoperte e documenti di ricerca che portano a una vera proliferazione della conoscenza. Ecco dieci dei più grandi progressi compiuti dagli scienziati negli ultimi dieci anni.

Nuovi parenti umani

L’albero genealogico umano si è espanso in modo significativo negli ultimi dieci anni, con fossili di nuove specie di ominidi scoperte in Africa e nelle Filippine. Il decennio è iniziato con la scoperta e l’identificazione dell’Australopithecus sediba, una specie di ominidi vissuta quasi due milioni di anni fa nell’attuale Sudafrica. Matthew Berger, figlio del paleoantropologo Lee Berger, si è imbattuto nel primo fossile della specie, una clavicola destra, nel 2008, quando aveva solo 9 anni. Un team ha poi portato alla luce altri fossili dall’individuo, un giovane ragazzo, incluso un cranio ben conservato, e A. sediba è stato descritto da Lee Berger e colleghi nel 2010. La specie rappresenta una fase di transizione tra il genere Australopithecus e il genere Homo, con alcuni tratti del gruppo dei primati più anziani ma uno stile di camminare che assomigliava agli umani moderni.

Anche scoperto in Sud Africa da un team guidato da Berger, l’Homo naledi visse molto più recentemente, da 335.000 a 236.000 anni fa , nel senso che potrebbe essersi sovrapposto alla nostra specie, Homo sapiens. La specie, scoperta per la prima volta nel sistema Rising Star Cave nel 2013 e descritta nel 2015, aveva anche un mix di caratteristiche primitive e moderne, come una piccola cassa cerebrale (circa un terzo delle dimensioni di Homo sapiens) e un grande corpo per il tempo, del peso di circa 100 libbre e in piedi fino a cinque piedi di altezza. Il più piccolo Homo luzonensis (alto da tre a quattro piedi) viveva nelle Filippine da 50.000 a 67.000 anni fa, sovrapponendosi a diverse specie di ominidi. I primi fossili di H. luzonensis sono stati originariamente identificati come Homo sapiens, ma un’analisi del 2019 ha stabilito che le ossa appartenevano a una specie completamente sconosciuta.

Questi tre principali ritrovamenti negli ultimi dieci anni suggeriscono che le ossa di più specie di antichi parenti umani sono probabilmente nascoste nelle caverne e nei depositi di sedimenti del mondo, in attesa di essere scoperte.

Misurare il cosmo

Quando Albert Einstein pubblicò per la prima volta la teoria della relatività generale nel 1915, probabilmente non avrebbe potuto immaginare che 100 anni dopo, gli astronomi avrebbero testato le previsioni della teoria con alcuni degli strumenti più sofisticati mai costruiti e la teoria avrebbe superato ogni test. La relatività generale descrive l’universo come un “tessuto” dello spazio-tempo che è deformato da grandi masse. È questa deformazione che causa la gravità, piuttosto che una proprietà interna della massa come pensava Isaac Newton.

Una previsione di questo modello è che l’accelerazione delle masse può causare “increspature” nello spazio-tempo, o la propagazione di onde gravitazionali. Con una massa abbastanza grande, come un buco nero o una stella di neutroni, queste increspature possono persino essere rilevate dagli astronomi sulla Terra. Nel settembre 2015, la collaborazione tra LIGO e Virgo ha rilevato per la prima volta onde gravitazionali, che si propagano da una coppia di buchi neri che si fondono a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Da allora, i due strumenti hanno rilevato diverse onde gravitazionali aggiuntive, inclusa una derivante dalla fusione di due stelle di neutroni.

Un’altra previsione della relatività generale, quella di cui lo stesso Einstein notoriamente dubitava, è l’esistenza dei buchi neri. , o punti di collasso gravitazionale nello spazio con densità infinita e volume infinitesimale. Questi oggetti consumano tutta la materia e la luce che si allontana troppo da vicino, creando un disco di materiale surriscaldato che cade nel buco nero.Nel 2017, la collaborazione Event Horizon Telescope, una rete di radiotelescopi collegati in tutto il mondo, ha effettuato osservazioni che avrebbero successivamente portato alla prima immagine dell’ambiente attorno a un buco nero, rilasciata nell’aprile 2019.

Gli anni più caldi mai registrati

Gli scienziati hanno predicato gli effetti della combustione carbone e combustibili fossili sulla temperatura del pianeta da oltre 100 anni. Un numero del 1912 di Popular Mechanics contiene un articolo intitolato “Remarkable Weather of 1911: The Effect of the Combustion of Coal on the Climate – What Scientists Predict for the Future”, che ha una didascalia che dice: “Le fornaci del mondo sono ora bruciando circa 2.000.000.000 di tonnellate di carbone all’anno. Quando questo viene bruciato, unendosi all’ossigeno, aggiunge all’atmosfera circa 7.000.000.000 di tonnellate di anidride carbonica all’anno. Questo tende a rendere l’aria una coperta più efficace per la terra e ad aumentare la sua temperatura. L’effetto potrebbe essere considerevole in pochi secoli. “

Solo un secolo dopo, e l’effetto è davvero considerevole. L’aumento dei gas serra nell’atmosfera ha prodotto temperature globali più calde, con gli ultimi cinque anni (dal 2014 al 2018) gli anni più caldi mai registrati. Il 2016 è stato l’anno più caldo da quando la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ha iniziato a registrare la temperatura globale 139 anni fa. Gli effetti di questo cambiamento globale includono incendi più frequenti e distruttivi, siccità più comuni, accelerazione dello scioglimento dei ghiacci polari e aumento delle mareggiate. La California brucia, Venezia è inondata, le morti per il caldo urbano sono in aumento e innumerevoli comunità costiere e insulari affrontano una crisi esistenziale, per non parlare del caos ecologico provocato dal cambiamento climatico, che soffoca la capacità del pianeta di ritirare il carbonio dall’atmosfera .

Nel 2015, la Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC) ha raggiunto un consenso sull’azione per il clima, noto come Accordo di Parigi. L’obiettivo principale dell’accordo di Parigi è limitare l’aumento della temperatura globale a 1,5 gradi Celsius rispetto ai livelli preindustriali. Per raggiungere questo obiettivo, saranno necessarie importanti trasformazioni sociali, compresa la sostituzione dei combustibili fossili con energia pulita come eolica, solare e nucleare; riformare le pratiche agricole per limitare le emissioni e proteggere le aree boschive; e forse anche costruire mezzi artificiali per estrarre l’anidride carbonica dall’atmosfera.

Modifica dei geni

Sin da quando la struttura a doppia elica del DNA è stata rivelata all’inizio degli anni ’50, gli scienziati hanno ipotizzato la possibilità di modificare artificialmente il DNA cambiare le funzioni di un organismo. Il primo studio di terapia genica approvato si è verificato nel 1990, quando a una bambina di quattro anni sono stati rimossi i propri globuli bianchi, aumentati con i geni che producono un enzima chiamato adenosina deaminasi (ADA), e poi reiniettati nel suo corpo per trattare l’ADA. carenza, una condizione genetica che ostacola la capacità del sistema immunitario di combattere le malattie. Il corpo della paziente ha iniziato a produrre l’enzima ADA, ma non sono stati prodotti nuovi globuli bianchi con il gene corretto e ha dovuto continuare a ricevere iniezioni.

Ora, l’ingegneria genetica è più precisa e disponibile che mai, grazie in gran parte a un nuovo strumento utilizzato per la prima volta per modificare le cellule eucariotiche (cellule complesse con un nucleo) nel 2013: CRISPR-Cas9. Lo strumento di editing genetico funziona individuando una sezione mirata di DNA e “tagliando” quella sezione con l’enzima Cas9. Un terzo passaggio facoltativo prevede la sostituzione della sezione eliminata del DNA con nuovo materiale genetico. La tecnica può essere utilizzata per un’ampia gamma di applicazioni, dall’aumento della massa muscolare del bestiame, alla produzione di colture resistenti e fruttuose, al trattamento di malattie come il cancro rimuovendo le cellule del sistema immunitario di un paziente, modificandole per combattere meglio una malattia e reiniettandole nel corpo del paziente.

Alla fine del 2018, i ricercatori cinesi guidati da He Jiankui hanno annunciato di aver utilizzato CRISPR-Cas9 per modificare geneticamente gli embrioni umani, che sono stati poi trasferiti nell’utero di una donna e hanno portato alla nascita di due gemelle, le prime bambine modificate dal gene . I genomi dei gemelli sono stati modificati per rendere le ragazze più resistenti all’HIV, sebbene le alterazioni genetiche possano anche aver provocato cambiamenti non intenzionali. Il lavoro è stato ampiamente condannato dalla comunità scientifica come u etico e pericoloso, rivelando la necessità di regolamenti più severi su come vengono utilizzati questi nuovi potenti strumenti, in particolare quando si tratta di cambiare il DNA degli embrioni e di utilizzare quegli embrioni per far nascere bambini vivi.

I misteri di altri mondi svelati

Veicoli spaziali e telescopi hanno rivelato una grande quantità di informazioni su mondi oltre il nostro negli ultimi dieci anni. Nel 2015, la sonda New Horizons ha effettuato un passaggio ravvicinato di Plutone, effettuando le prime osservazioni vicine del pianeta nano e le sue lune. La sonda ha rivelato un mondo sorprendentemente dinamico e attivo, con montagne ghiacciate che raggiungono quasi 20.000 piedi e pianure mobili che non hanno più di 10 milioni di anni, il che significa che la geologia è in costante cambiamento. Il fatto che Plutone, che è una media di 3,7 miliardi di miglia dal sole, circa 40 volte la distanza dalla Terra, è così geologicamente attivo suggerisce che vigilia n mondi freddi e lontani potrebbero ricevere abbastanza energia per riscaldare i loro interni, forse ospitando acqua liquida nel sottosuolo o persino vita.

Un po ‘più vicino a casa, la sonda Cassini ha orbitato attorno a Saturno per 13 anni, concludendo la sua missione a settembre 2017, quando la NASA ha intenzionalmente immerso il veicolo spaziale nell’atmosfera di Saturno in modo che bruciasse piuttosto che continuare a orbitare attorno al pianeta una volta esaurito il carburante. Durante la sua missione, Cassini ha scoperto i processi che alimentano gli anelli di Saturno, ha osservato una tempesta globale che circonda il gigante gassoso, ha mappato la grande luna Titano e ha trovato alcuni degli ingredienti per la vita nei pennacchi di materiale ghiacciato che erutta dalla luna acquosa Encelado. Nel 2016, un anno prima della fine della missione Cassini, la sonda Juno è arrivata su Giove, dove ha misurato il campo magnetico e le dinamiche atmosferiche del più grande pianeta del sistema solare per aiutare gli scienziati a capire come funziona Giove e tutto il resto intorno il sole, originariamente formato.

Nel 2012, il rover Curiosity è atterrato su Marte, dove ha fatto diverse scoperte significative, comprese nuove prove di acqua passata sul pianeta rosso, la presenza di molecole organiche che potrebbero essere legati alla vita e misteriosi cicli stagionali di metano e ossigeno che suggeriscono un mondo dinamico sotto la superficie. Nel 2018, l’Agenzia spaziale europea ha annunciato che i dati radar che penetrano nel terreno dalla sonda Mars Express hanno fornito una forte prova che un serbatoio di acqua liquida esiste sottoterra vicino al polo sud marziano.

Nel frattempo, due telescopi spaziali, Kepler e TESS, hanno scoperto migliaia di pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Kepler è stato lanciato nel 2009 e ha concluso la sua missione nel 2018, rivelando pianeti misteriosi e lontani misurando la diminuzione della luce quando passano davanti alle loro stelle. Questi pianeti includono Giove caldi, che orbitano vicino alle loro stelle in pochi giorni o ore; mini Nettuno, che si trovano tra le dimensioni della Terra e di Nettuno e possono essere gassosi, liquidi, solidi o una qualche combinazione; e le super Terre, che sono grandi pianeti rocciosi che gli astronomi sperano di studiare per i segni di vita. TESS, lanciato nel 2018, continua la ricerca come successore di Kepler. Il telescopio spaziale ha già scoperto centinaia di mondi e potrebbe trovarne 10.000 o anche 20.000 prima della fine della missione.

I pigmenti fossili rivelano i colori dei dinosauri

Il decennio è iniziato con una rivoluzione nella paleontologia quando gli scienziati hanno avuto il loro primo sguardo i veri colori dei dinosauri. In primo luogo, nel gennaio 2010, un’analisi dei melanosomi – organelli che contengono pigmenti – nelle piume fossilizzate di Sinosauropteryx, un dinosauro vissuto in Cina da 120 a 125 milioni di anni fa, ha rivelato che la creatura preistorica aveva “toni bruno-rossastro” e strisce lungo la coda. Poco dopo, una ricostruzione di tutto il corpo ha rivelato i colori di un piccolo dinosauro piumato vissuto circa 160 milioni di anni fa, Anchiornis, che aveva piume bianche e nere sul corpo e un pennacchio di piume rosse sulla testa .

Lo studio dei pigmenti fossili ha continuato a esporre nuove informazioni sulla vita preistorica, suggerendo potenziali strategie di sopravvivenza degli animali mostrando prove di ombreggiatura e mimetizzazione. Nel 2017, un dinosauro corazzato straordinariamente ben conservato che ha vissuto 110 milioni di anni fa, Borealopelta, è stato trovato per avere toni bruno-rossastro per aiutare a fondersi con l’ambiente. Questa nuova capacità di identificare e studiare i colori dei dinosauri continuerà a p rivestono un ruolo importante nella ricerca paleontologica poiché gli scienziati studiano l’evoluzione della vita passata.

Ridefinire l’unità fondamentale di massa

Nel novembre 2018 , scienziati di tutto il mondo hanno votato per cambiare ufficialmente la definizione di chilogrammo, l’unità fondamentale di massa. Invece di basare il chilogrammo su un oggetto (un cilindro in lega di platino-iridio delle dimensioni di una pallina da golf), la nuova definizione utilizza una costante della natura per impostare l’unità di massa. La modifica ha sostituito l’ultimo artefatto fisico utilizzato per definire un’unità di misura. (La barra del misuratore è stata sostituita nel 1960 da un numero specifico di lunghezze d’onda della radiazione da krypton, per esempio, e successivamente aggiornato per definire un metro in base alla distanza percorsa dalla luce in una minuscola frazione di secondo.)

Utilizzando un sofisticato sistema di pesatura m Achine nota come bilancia Kibble, gli scienziati sono stati in grado di misurare con precisione un chilogrammo in base alla forza elettromagnetica richiesta per sostenerlo. Questa misura elettrica potrebbe quindi essere espressa in termini di costante di Planck, un numero originariamente utilizzato da Max Planck per calcolare i fasci di energia provenienti dalle stelle.

Il chilogrammo non era l’unica unità di misura che è stata recentemente ridefinita. Le modifiche al Sistema Internazionale di Unità, entrate ufficialmente in vigore nel maggio 2019, hanno cambiato anche la definizione di ampere, unità standard di corrente elettrica; l’unità di temperatura kelvin; e la talpa, un’unità di quantità di sostanza utilizzata in chimica. Le modifiche al chilogrammo e ad altre unità consentiranno misurazioni più precise per piccole quantità di materiale, come i prodotti farmaceutici, oltre a fornire agli scienziati di tutto il mondo l’accesso alle unità fondamentali, piuttosto che definirle in base agli oggetti che devono essere replicati e calibrati da un piccolo numero di laboratori.

Primo genoma umano antico sequenziato

Nel 2010, gli scienziati hanno ottenuto un nuovo strumento per studiare il passato antico e le persone che lo abitavano. I ricercatori hanno utilizzato un capello conservato nel permafrost per sequenziare il genoma di un uomo che visse circa 4.000 anni fa in quella che oggi è la Groenlandia, rivelando i tratti fisici e persino il gruppo sanguigno di un membro di una delle prime culture a stabilirsi in quella parte di il mondo. La prima ricostruzione quasi completa di un genoma dal DNA antico ha aperto la porta ad antropologi e genetisti per saperne di più sulle culture del lontano passato che mai.

L’estrazione del DNA antico è una sfida importante. Anche se il materiale genetico come i capelli o la pelle viene preservato, è spesso contaminato dal DNA dei microbi dell’ambiente, quindi è necessario utilizzare tecniche di sequenziamento sofisticate per isolare il DNA dell’antico essere umano. Più di recente, gli scienziati hanno utilizzato l’osso petroso del cranio, un osso altamente denso vicino all’orecchio, per estrarre il DNA antico.

Migliaia di antichi genomi umani sono stati sequenziati dal primo successo nel 2010, rivelando nuovi dettagli sull’ascesa e la caduta di civiltà perdute e le migrazioni di persone in tutto il mondo. Lo studio degli antichi genomi ha identificato più ondate di migrazione avanti e indietro attraverso il ponte di terra ghiacciato di Bering tra la Siberia e l’Alaska tra 5.000 e 15.000 anni fa. Recentemente, il genoma di una giovane ragazza nella moderna Danimarca è stato sequenziato da un pezzo di catrame di betulla di 5.700 anni usato come gomma da masticare, che conteneva anche microbi della sua bocca e frammenti di cibo da uno dei suoi ultimi pasti.

Un vaccino e nuovi trattamenti per combattere l’Ebola

Questo decennio ha incluso la peggiore epidemia di malattie da virus Ebola nella storia. Si ritiene che l’epidemia sia iniziata con un solo caso di un ragazzo di 18 mesi in Guinea infettato da pipistrelli nel dicembre 2013. La malattia si è rapidamente diffusa nei paesi vicini, raggiungendo le capitali della Liberia e della Sierra Leone entro luglio 2014, fornendo un’opportunità senza precedenti per la trasmissione della malattia a un gran numero di persone. Il virus Ebola compromette il sistema immunitario e può causare enormi emorragie e insufficienza multiorgano. Due anni e mezzo dopo il caso iniziale, più di 28.600 persone erano state infettate, provocando almeno 11.325 morti, secondo il CDC.

L’epidemia ha spinto i funzionari sanitari a raddoppiare i loro sforzi per trovare un efficace vaccino per combattere l’Ebola.Un vaccino noto come Ervebo, prodotto dalla società farmaceutica Merck, è stato testato in uno studio clinico in Guinea eseguito verso la fine dell’epidemia nel 2016 che ha dimostrato l’efficacia del vaccino. Un’altra epidemia di Ebola è stata dichiarata nella Repubblica Democratica del Congo nell’agosto 2018 e l’epidemia in corso si è diffusa fino a diventare la più mortale dallo scoppio dell’epidemia in Africa occidentale, con 3.366 casi segnalati e 2.227 decessi a dicembre 2019. Ervebo è stato utilizzato nel DRC per combattere l’epidemia su base di accesso esteso o “uso compassionevole”. Nel novembre 2019, Ervebo è stato approvato dall’Agenzia europea per i medicinali (EMA) e un mese dopo è stato approvato negli Stati Uniti dalla FDA.

Oltre a un vaccino preventivo, i ricercatori hanno cercato una cura per l’Ebola in pazienti che sono già stati infettati dalla malattia. Due trattamenti, che prevedono una somministrazione una tantum di anticorpi per impedire che l’Ebola infetti le cellule di un paziente, hanno recentemente mostrato risultati promettenti in uno studio clinico nella RDC. Con una combinazione di vaccini e trattamenti terapeutici, i funzionari sanitari sperano di sradicare un giorno l’infezione virale per sempre.

Il CERN rileva il bosone di Higgs

Negli ultimi decenni, i fisici hanno lavorato instancabilmente per modellare il funzionamento dell’universo, sviluppando quello che è noto come il modello standard. Questo modello descrive quattro interazioni di base della materia, note come forze fondamentali. Due sono familiari nella vita di tutti i giorni: la forza gravitazionale e la forza elettromagnetica. Gli altri due, tuttavia, esercitano la loro influenza solo all’interno dei nuclei degli atomi: la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.

Parte del modello standard dice che esiste un campo quantistico universale che interagisce con le particelle , dando loro le loro masse. Negli anni ’60, fisici teorici tra cui François Englert e Peter Higgs descrissero questo campo e il suo ruolo nel Modello Standard. Divenne noto come campo di Higgs e, secondo le leggi della meccanica quantistica, tutti questi campi fondamentali avrebbero dovuto avere una particella associata, che divenne nota come bosone di Higgs.

Decenni dopo, nel 2012, due squadre che hanno utilizzato il Large Hadron Collider del CERN per condurre collisioni di particelle hanno segnalato il rilevamento di una particella con la massa prevista del bosone di Higgs, fornendo prove sostanziali dell’esistenza del campo di Higgs e del bosone di Higgs. Nel 2013 il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato a Englert e Higgs “per la scoperta teorica di un meccanismo che contribuisce alla nostra comprensione dell’origine della massa delle particelle subatomiche, e che recentemente è stato confermato attraverso la scoperta della predetta particella fondamentale. ” Mentre i fisici continuano a perfezionare il modello standard, la funzione e la scoperta del bosone di Higgs rimarranno una parte fondamentale di come tutta la materia ottiene la sua massa e, quindi, di come esiste la materia.