Millioner av nye vitenskapelige forskningsartikler publiseres hvert år, som kaster lys over alt fra stjernenes utvikling til pågående innvirkninger av klimaendringer på helsemessige fordeler (eller avskrekk) av kaffe for kattens tendens til å ignorere deg. Med så mye forskning som kommer ut hvert år, kan det være vanskelig å vite hva som er viktig, hva som er interessant, men stort sett ubetydelig, og hva som bare er dårlig vitenskap. Men i løpet av et tiår kan vi se tilbake på noen av de viktigste og ærefryktinngytende forskningsområdene, ofte uttrykt i flere funn og forskningsartikler som fører til en sann spredning av kunnskap. Her er ti av de største fremskrittene som er gjort av forskere de siste ti årene.

Nye menneskelige slektninger

Det menneskelige slektstreet utvidet seg betydelig det siste tiåret, med fossiler av nye homininarter oppdaget i Afrika og Filippinene. Tiåret begynte med oppdagelsen og identifiseringen av Australopithecus sediba, en homininart som levde for nesten to millioner år siden i dagens Sør-Afrika. Matthew Berger, sønn av paleoanthropolog Lee Berger, snublet over den første fossilen av arten, en høyre kraveben, i 2008, da han bare var 9 år gammel. Et team avdekket deretter flere fossiler fra individet, en ung gutt, inkludert en godt bevart hodeskalle, og A. sediba ble beskrevet av Lee Berger og kollegaer i 2010. Arten representerer en overgangsfase mellom slekten Australopithecus og slekten Homo, med noen trekk fra den eldre primatgruppen, men en stil som gikk ut som moderne mennesker.

Også oppdaget i Sør-Afrika av et team ledet av Berger, levde Homo naledi mye mer nylig, for 335 000 til 236 000 år siden , noe som betyr at den kan ha overlappet vår egen art, Homo sapiens. Arten, som først ble oppdaget i Rising Star Cave-systemet i 2013 og beskrevet i 2015, hadde også en blanding av primitive og moderne funksjoner, for eksempel et lite hjernehus (omtrent en tredjedel av størrelsen på Homo sapiens) og en stor kropp for tiden, veier omtrent 100 pounds og står opp til fem meter høy. Den mindre Homo luzonensis (tre til fire meter høy) bodde på Filippinene for 50 000 til 67 000 år siden, overlappende med flere arter av hominin. De første H. luzonensis-fossilene ble opprinnelig identifisert som Homo sapiens, men en analyse fra 2019 bestemte at beinene tilhørte en helt ukjent art.

Disse tre hovedfunnene de siste ti årene antyder at beinene til flere arter av gamle menneskelige slektninger er sannsynligvis skjult i hulene og sedimentavleiringen i verden og venter på å bli oppdaget.

Ta mål av kosmos

Da Albert Einstein første gang publiserte den generelle relativitetsteorien i 1915, kunne han sannsynligvis ikke ha forestilt seg at 100 år senere ville astronomer teste teoriens spådommer med noen av de mest sofistikerte instrumentene som noensinne er bygget – og teorien ville bestå hver test. Generell relativitetsteori beskriver universet som et «stoff» av romtid som blir vridd av store masser. Det er denne vridningen som forårsaker tyngdekraften, snarere enn en indre egenskap av masse som Isaac Newton trodde.

En spådom av denne modellen er at akselerasjonen av masser kan forårsake «krusninger» i romtid, eller forplantning av gravitasjonsbølger. Med en stor nok masse, for eksempel et svart hull eller en nøytronstjerne, kan disse krusninger til og med oppdages av astronomer på jorden. I september 2015 oppdaget LIGO og Jomfru-samarbeidet gravitasjonsbølger for første gang, og forplantet seg fra et par sammenslåtte sorte hull rundt 1,3 milliarder lysår unna. Siden da har de to instrumentene oppdaget flere gravitasjonsbølger, inkludert en fra to sammenslåtte nøytronstjerner.

En annen spådom av generell relativitet – en som Einstein selv kjent tvilte om – er i det hele tatt eksistensen av sorte hull. , eller punkter av gravitasjonskollaps i rommet med uendelig tetthet og uendelig lite volum. Disse gjenstandene forbruker all materie og lys som kommer for nært, og skaper en plate med overopphetet materiale som faller ned i det svarte hullet.I 2017 tok Event Horizon Telescope-samarbeidet – et nettverk av koblede radioteleskoper over hele verden – observasjoner som senere ville resultere i det første bildet av miljøet rundt et svart hull, utgitt i april 2019.

The Hottest Years on Record

Forskere har predikert effekten av brenning kull og fossile brensler på temperaturen på planeten i over 100 år. Et nummer fra Popular Mechanics fra 1912 inneholder en artikkel med tittelen «Bemerkelsesverdig vær fra 1911: Effekten av forbrenningen av kull på klimaet – hva forskere forutsier for fremtiden», som har en billedtekst som lyder: «Verdens ovner er nå å brenne rundt 2.000.000.000 tonn kull i året. Når dette blir brent, forenet med oksygen, tilfører det atmosfæren rundt 7.000.000.000 tonn karbondioksid hvert år. Dette har en tendens til å gjøre luften til et mer effektivt teppe for jorden og heve temperaturen. Effekten kan være betydelig i løpet av noen få århundrer. ”

Bare ett århundre senere, og effekten er faktisk betydelig. Økte klimagasser i atmosfæren har gitt varmere globale temperaturer, med de siste fem årene (2014 til 2018) som de varmeste årene som er registrert. 2016 var det heteste året siden National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) begynte å registrere global temperatur for 139 år siden. Effektene av denne globale endringen inkluderer hyppigere og destruktive skogbranner, mer vanlige tørke, akselererende issmelting og økte stormflo. California brenner, Venezia flommer, byvarmedødsfall øker, og utallige kyst- og øysamfunn står overfor en eksistensiell krise – for ikke å nevne den økologiske ødeleggelsen som er forårsaket av klimaendringer, og kveler planetens evne til å trekke karbon ut av atmosfæren .

I 2015 nådde FNs rammekonvensjon om klimaendringer (UNFCCC) enighet om klimaaksjon, kjent som Paris-avtalen. Hovedmålet med Parisavtalen er å begrense globale temperaturøkninger til 1,5 grader Celsius over førindustrielle nivåer. For å oppnå dette målet vil det være nødvendig med store samfunnsomdannelser, inkludert å erstatte fossile brensler med ren energi som vind, sol og atom; reformere landbrukspraksis for å begrense utslipp og beskytte skogkledde områder; og kanskje til og med å bygge kunstige midler for å trekke karbondioksid ut av atmosfæren.

Redigering av gener

Helt siden dobbel-helix-strukturen av DNA ble avslørt tidlig på 1950-tallet, har forskere antatt muligheten for å kunstig modifisere DNA for å endre funksjonene til en organisme. Den første godkjente genterapiforsøket skjedde i 1990, da en fire år gammel jente fikk fjernet sine egne hvite blodlegemer, forsterket med genene som produserer et enzym kalt adenosindeaminase (ADA), og deretter injisert i kroppen for å behandle ADA. mangel, en genetisk tilstand som hemmer immunforsvarets evne til å bekjempe sykdom. Pasientens kropp begynte å produsere ADA-enzymet, men nye hvite blodlegemer med det korrigerte genet ble ikke produsert, og hun måtte fortsette å få injeksjoner.

Nå er genteknologi mer presis og tilgjengelig enn noen gang før, takk for en stor del til et nytt verktøy som først ble brukt til å modifisere eukaryote celler (komplekse celler med en kjerne) i 2013: CRISPR-Cas9. Genredigeringsverktøyet fungerer ved å finne en målrettet del av DNA og «kutte ut» den delen med Cas9-enzymet. Et valgfritt tredje trinn innebærer å erstatte den slettede delen av DNA med nytt genetisk materiale. Teknikken kan brukes til et bredt spekter av applikasjoner, fra å øke husdyrens muskelmasse, til å produsere resistente og fruktbare avlinger, til å behandle sykdommer som kreft ved å fjerne pasientens immunsystemceller, modifisere dem for bedre å bekjempe en sykdom og injisere dem i pasientens kropp.

På slutten av 2018 kunngjorde kinesiske forskere ledet av He Jiankui at de hadde brukt CRISPR-Cas9 til genetisk modifisering av menneskelige embryoer, som deretter ble overført til kvinnens livmor og resulterte i fødselen av tvillingjenter – de første genredigerte babyene Tvillingenes genomer ble modifisert for å gjøre jentene mer motstandsdyktige mot HIV, selv om de genetiske endringene også kan ha resultert i utilsiktede endringer. Arbeidet ble bredt fordømt av det vitenskapelige samfunnet som u nettisk og farlig, og avslører et behov for strengere regler for hvordan disse kraftige nye verktøyene brukes, særlig når det gjelder å endre DNA til embryoer og bruke disse embryoene til fødende levende barn.

Mysteries of Other Worlds Revealed

Romfartøy og teleskoper har avslørt et vell av informasjon om verdener utenfor vår egen i løpet av det siste tiåret. I 2015 passerte New Horizons-sonden Pluto tett, og tok de første observasjonene i nærheten av dvergplaneten og dets måner. Romfartøyet avslørte en overraskende dynamisk og aktiv verden, med isete fjell som når opp til nesten 20 000 fot og skiftende sletter som ikke er mer enn 10 millioner år gamle – noe som betyr at geologien endrer seg kontinuerlig. Det faktum at Pluto – som er et gjennomsnitt på 3,7 milliarder miles fra solen, omtrent 40 ganger avstanden fra jorden – er så geologisk aktiv antyder at kvelden n kalde, fjerne verdener kunne få nok energi til å varme opp interiøret, muligens huske flytende vann under jorden eller til og med liv. 2017 da NASA med vilje kastet romfartøyet inn i atmosfæren til Saturn, slik at det ville brenne opp i stedet for å fortsette å kretse rundt planeten når det hadde brukt opp drivstoffet. Under oppdraget oppdaget Cassini prosessene som mater Saturnus ringer, observerte en global storm som omringet gassgiganten, kartla den store månen Titan og fant noen av ingrediensene for livet i fjærene av isete materiale som brøt ut fra den vanne månen Enceladus. I 2016, et år før utgangen av Cassini-oppdraget, ankom Juno-romfartøyet til Jupiter, hvor det har målt magnetfeltet og atmosfæredynamikken til den største planeten i solsystemet for å hjelpe forskere til å forstå hvordan Jupiter — og alt annet rundt solen – opprinnelig dannet.

I 2012 landet Curiosity-roveren på Mars, hvor den har gjort flere viktige funn, inkludert nye bevis på tidligere vann på den røde planeten, tilstedeværelsen av organiske molekyler som kan være relatert til liv, og mystiske sesongmessige sykluser av metan og oksygen som antyder en dynamisk verden under overflaten. I 2018 kunngjorde Den europeiske romfartsorganisasjonen at bakkegjennomtrengende radardata fra Mars Express-romfartøyet ga sterke bevis for at det eksisterer et flytende reservoar med vann under jorden nær Mars sørpol.

I mellomtiden to romteleskoper, Kepler og TESS, har oppdaget tusenvis av planeter som kretser rundt andre stjerner. Kepler ble lansert i 2009 og avsluttet oppdraget i 2018, og avslørte mystiske og fjerne planeter ved å måle nedgangen i lys når de passerer foran stjernene sine. Disse planetene inkluderer varme Jupiters, som kretser nær stjernene sine på bare dager eller timer; mini Neptunes, som er mellom størrelsen på Jorden og Neptun og kan være gass, væske, fast eller en eller annen kombinasjon; og superjordene, som er store steinete planeter som astronomer håper å studere for tegn på liv. TESS, som ble lansert i 2018, fortsetter søket som Keplers etterfølger. Romteleskopet har allerede oppdaget hundrevis av verdener, og det kan finne 10 000 eller til og med 20 000 før oppdragets slutt.

Fossiliserte pigmenter avslører fargene på dinosaurer

Tiåret begynte med en revolusjon innen paleontologi da forskere fikk sin første titt på de sanne fargene til dinosaurene. For det første, i januar 2010, avslørte en analyse av melanosomer – organeller som inneholder pigmenter – i de fossiliserte fjærene til Sinosauropteryx, en dinosaur som bodde i Kina for 120 til 125 millioner år siden, at den forhistoriske skapningen hadde «rødbrune toner» og striper langs halen. Kort tid etter avslørte en fullkroppsrekonstruksjon fargene på en liten fjærdinosaur som levde for 160 millioner år siden, Anchiornis, som hadde svarte og hvite fjær på kroppen og en slående fjær av røde fjær på hodet. .

Studien av fossiliserte pigmenter har fortsatt å avsløre ny informasjon om forhistorisk liv, noe som antyder potensielle dyreoverlevelsesstrategier ved å vise bevis på kontraskjerming og kamuflasje. I 2017 en bemerkelsesverdig godt bevart pansret dinosaur som levde ca. For 110 millioner år siden ble Borealopelta funnet å ha rødbrune toner for å hjelpe til med å smelte inn i miljøet. Denne nye evnen til å identifisere og studere fargene på dinosaurer vil fortsette å p la en viktig rolle i paleontologisk forskning da forskere studerer utviklingen i tidligere liv.

Omdefinere den grunnleggende masseenheten

I november 2018 , stemte måleforskere over hele verden for å offisielt endre definisjonen av et kilo, den grunnleggende masseenheten. I stedet for å basere kiloet på et objekt – en platina-iridium-legeringssylinder omtrent på størrelse med en golfkule – bruker den nye definisjonen en konstant natur for å stille inn masseenheten. Endringen erstattet den siste fysiske gjenstanden som ble brukt til å definere en måleenhet. (Målestangen ble erstattet i 1960 av et spesifikt antall bølgelengder av stråling fra for eksempel krypton og senere oppdatert for å definere en meter i henhold til avstanden lyset beveger seg i en liten brøkdel av et sekund.)

Ved å bruke en sofistikert veiing m achine kjent som en Kibble-balanse, var forskere i stand til å måle et kilo nøyaktig i henhold til den elektromagnetiske kraften som kreves for å holde den oppe. Denne elektriske målingen kunne da uttrykkes i form av Plancks konstant, et tall som opprinnelig ble brukt av Max Planck for å beregne bunter med energi som kommer fra stjerner.

Kilogrammet var ikke den eneste måleenheten som nylig ble omdefinert. Endringene av det internasjonale systemet for enheter, som offisielt trådte i kraft i mai 2019, endret også definisjonen for ampere, standardenheten for elektrisk strøm; kelvin-enhetens temperatur; og føflekken, en enhet av mengden stoff som brukes i kjemi. Endringene i kilo og andre enheter vil tillate mer presise målinger for små mengder materiale, for eksempel legemidler, samt gi forskere over hele verden tilgang til de grunnleggende enhetene, i stedet for å definere dem i henhold til objekter som må replikeres og kalibreres av et lite antall laboratorier.

Første antikke menneskelige genom sekvensert

I 2010 fikk forskere et nytt verktøy for å studere den gamle fortiden og menneskene som bodde i den. Forskere brukte et hår bevart i permafrost for å sekvensere genomet til en mann som bodde for rundt 4000 år siden i det som nå er Grønland, og avslører de fysiske egenskapene og til og med blodtypen til et medlem av en av de første kulturene som bosatte seg i den delen av verden. Den første nesten fullstendige rekonstruksjonen av et genom fra eldgamle DNA åpnet døren for antropologer og genetikere til å lære mer om kulturen i den fjerne fortiden enn noen gang før.

Ekstrahering av eldgamle DNA er en stor utfordring. Selv om genetisk materiale som hår eller hud er bevart, er det ofte forurenset med DNA fra mikrober fra miljøet, så sofistikerte sekvenseringsteknikker må brukes til å isolere det gamle menneskets DNA. Mer nylig har forskere brukt det petrous benet i hodeskallen, et veldig tett bein nær øret, for å trekke ut eldgamle DNA.

Tusenvis av gamle menneskelige genomer har blitt sekvensert siden den første suksessen i 2010, og avslørte nye detaljer om fremveksten og fallet av tapte sivilisasjoner og folkevandringene over hele verden. Å studere eldgamle genomer har identifisert flere bølger av migrasjon frem og tilbake over den frosne Bering-landbroen mellom Sibir og Alaska for mellom 5000 og 15 000 år siden. Nylig ble genomet til en ung jente i det moderne Danmark sekvensert fra et 5700 år gammelt stykke bjørketjære brukt som tyggegummi, som også inneholdt hennes munnmikrober og matbiter fra en av hennes siste måltider.

En vaksine og nye behandlinger for å bekjempe ebola

Dette tiåret inkluderte det verste utbruddet av ebolavirus sykdommer i historien. Det antas at epidemien hadde begynt med et enkelt tilfelle av en 18 måneder gammel gutt i Guinea smittet av flaggermus i desember 2013. Sykdommen spredte seg raskt til nabolandene og nådde hovedstaden i Liberia og Sierra Leone innen juli 2014, og ga en enestående mulighet for overføring av sykdommen til et stort antall mennesker. Ebolavirus kompromitterer immunforsvaret og kan forårsake massiv blødning og multippel organsvikt. To og et halvt år etter den opprinnelige saken hadde over 28 600 mennesker blitt smittet, noe som resulterte i minst 11 325 dødsfall, ifølge CDC.

Epidemien fikk helsepersonell til å doble arbeidet med å finne en effektiv vaksine for å bekjempe ebola.En vaksine kjent som Ervebo, laget av legemiddelfirmaet Merck, ble testet i en klinisk studie i Guinea utført mot slutten av utbruddet i 2016 som viste at vaksinen var effektiv. Et nytt ebola-utbrudd ble erklært i Den demokratiske republikken Kongo i august 2018, og den pågående epidemien har spredt seg til å bli den dødeligste siden Vest-Afrika-utbruddet, med 3 366 rapporterte tilfeller og 2227 dødsfall per desember 2019. Ervebo har blitt brukt i DRC for å bekjempe utbruddet på utvidet tilgang eller «medfølende bruk» -basis. I november 2019 ble Ervebo godkjent av European Medicines Agency (EMA), og en måned senere ble det godkjent i USA av FDA.

I tillegg til en forebyggende vaksine, har forskere søkt en kur mot ebola hos pasienter som allerede har blitt smittet av sykdommen. To behandlinger, som innebærer en engangslevering av antistoffer for å forhindre at ebola infiserer pasientens celler, har nylig vist løfter i en klinisk studie i DRC. Med en kombinasjon av vaksiner og terapeutiske behandlinger håper helsepersonell en dag vil utrydde virusinfeksjonen for godt.

CERN detekterer Higgs Boson

I løpet av de siste tiårene har fysikere arbeidet utrettelig for å modellere virkemåtene i universet og utviklet det som er kjent som standardmodellen. Denne modellen beskriver fire grunnleggende interaksjoner av materie, kjent som de grunnleggende kreftene. To er kjent i hverdagen: gravitasjonskraften og den elektromagnetiske kraften. De to andre utøver imidlertid bare innflytelse inne i atomkjernene: den sterke kjernekraften og den svake kjernekraften.

En del av standardmodellen sier at det er et universelt kvantefelt som samhandler med partikler. og ga dem massene sine. På 1960-tallet beskrev teoretiske fysikere, inkludert François Englert og Peter Higgs, dette feltet og dets rolle i standardmodellen. Det ble kjent som Higgs-feltet, og i henhold til kvantemekanikkens lover skulle alle slike grunnleggende felt ha en tilhørende partikkel, som ble kjent som Higgs boson.

Tiår senere, i 2012, to lag som brukte Large Hadron Collider ved CERN for å gjennomføre partikkelkollisjoner rapporterte om påvisning av en partikkel med den forventede massen til Higgs boson, og ga betydelig bevis for eksistensen av Higgs-feltet og Higgs boson. I 2013 ble Nobelprisen i fysikk tildelt Englert og Higgs «for den teoretiske oppdagelsen av en mekanisme som bidrar til vår forståelse av opprinnelsen til masse av subatomære partikler, og som nylig ble bekreftet gjennom oppdagelsen av den forutsagte fundamentale partikkelen. ” Når fysikere fortsetter å foredle standardmodellen, vil funksjonen og oppdagelsen av Higgs-bosonen forbli en grunnleggende del av hvordan all materie får sin masse, og derfor hvordan noen materie eksisterer i det hele tatt.