Każdego roku publikowane są miliony nowych artykułów naukowych, rzucających światło na wszystko, od ewolucji gwiazd po ciągły wpływ zmian klimatycznych na korzyści zdrowotne (lub zniechęcanie) kawy lub skłonność kota do ignorowania Ciebie. Przy tak dużej liczbie badań co roku może być trudno stwierdzić, co jest znaczące, co interesujące, ale w dużej mierze nieistotne, a co jest po prostu złą nauką. Ale w ciągu dekady możemy spojrzeć wstecz na niektóre z najważniejszych i inspirujących dziedzin badań, często wyrażonych w wielu ustaleniach i artykułach badawczych, które prowadzą do prawdziwego rozprzestrzeniania się wiedzy. Oto dziesięć największych postępów dokonanych przez naukowców w ciągu ostatnich dziesięciu lat.

Nowi krewni ludzcy

Ludzkie drzewo genealogiczne znacznie się rozszerzyło w ostatniej dekadzie, ze skamieniałościami nowych gatunków homininów odkrytych w Afryce i na Filipinach. Dekada rozpoczęła się odkryciem i identyfikacją Australopithecus sediba, gatunku homininów, który żył prawie dwa miliony lat temu w dzisiejszej Południowej Afryce. Matthew Berger, syn paleoantropologa Lee Bergera, natknął się na pierwszą skamielinę tego gatunku, prawy obojczyk, w 2008 roku, gdy miał zaledwie 9 lat. Następnie zespół odkrył więcej skamieniałości osobnika, młodego chłopca, w tym dobrze zachowanej czaszki, a A. sediba została opisana przez Lee Bergera i współpracowników w 2010 r. Gatunek ten reprezentuje fazę przejściową między rodzajem Australopithecus a rodzajem Homo, z pewnymi cechami starszej grupy naczelnych, ale stylem chodzenia przypominającym współczesnych ludzi.

Homo naledi, odkryty również w RPA przez zespół kierowany przez Bergera, żył znacznie później, około 335 000 do 236 000 lat temu co oznacza, że może pokrywać się z naszym własnym gatunkiem, Homo sapiens. Gatunek, po raz pierwszy odkryty w systemie Rising Star Cave w 2013 roku i opisany w 2015 roku, miał również mieszankę prymitywnych i nowoczesnych cech, takich jak mała obudowa mózgu (około jednej trzeciej wielkości Homo sapiens) i duże ciało dla czas, waży około 100 funtów i stoi do pięciu stóp wysokości. Mniejszy Homo luzonensis (wysoki od trzech do czterech stóp) żył na Filipinach od około 50 000 do 67 000 lat temu, pokrywając się z kilkoma gatunkami homininów. Pierwsze skamieniałości H. luzonensis zostały pierwotnie zidentyfikowane jako Homo sapiens, ale analiza z 2019 r. Wykazała, że kości należały do zupełnie nieznanego gatunku.

Te trzy główne znaleziska w ciągu ostatnich dziesięciu lat sugerują, że kości więcej gatunki starożytnych krewnych są prawdopodobnie ukryte w jaskiniach i osadach na świecie, czekając na odkrycie.

Mierzenie kosmosu

Kiedy Albert Einstein po raz pierwszy opublikował ogólną teorię względności w 1915 r., Prawdopodobnie nie mógł sobie wyobrazić, że 100 lata później astronomowie testowali przewidywania teorii za pomocą najbardziej wyrafinowanych instrumentów, jakie kiedykolwiek zbudowano – i teoria przeszłaby każdy test. Ogólna teoria względności opisuje wszechświat jako „tkankę” czasoprzestrzeni, która jest zniekształcona przez duże masy. To właśnie wypaczenie powoduje grawitację, a nie wewnętrzna właściwość masy, jak sądził Izaak Newton.

Jedna z przepowiedni o Model ten zakłada, że przyspieszanie mas może powodować „zmarszczki” w czasoprzestrzeni lub propagację fal grawitacyjnych. Przy wystarczająco dużej masie, takiej jak czarna dziura lub gwiazda neutronowa, zmarszczki te mogą nawet zostać wykryte przez astronomów na Ziemi. We wrześniu 2015 roku współpraca LIGO i Virgo po raz pierwszy wykryła fale grawitacyjne rozchodzące się od pary łączących się czarnych dziur oddalonych o około 1,3 miliarda lat świetlnych. Od tego czasu oba instrumenty wykryły kilka dodatkowych fal grawitacyjnych, w tym jedną pochodzącą z dwóch łączących się gwiazd neutronowych.

Kolejną prognozą ogólnej teorii względności – w którą wątpił sam Einstein – jest w ogóle istnienie czarnych dziur. lub punkty zapadania się grawitacji w przestrzeni o nieskończonej gęstości i nieskończenie małej objętości. Obiekty te pochłaniają całą materię i światło, które błądzi zbyt blisko, tworząc dysk przegrzanej materii wpadający do czarnej dziury.W 2017 roku zespół Event Horizon Telescope – sieć połączonych radioteleskopów na całym świecie – prowadził obserwacje, które później zaowocowały pierwszym obrazem środowiska wokół czarnej dziury, opublikowanym w kwietniu 2019 roku.

Najgorętsze lata w historii

Naukowcy przewidywali skutki palenia węgiel i paliwa kopalne wpływają na temperaturę planety od ponad 100 lat. Wydanie Popular Mechanics z 1912 roku zawiera artykuł zatytułowany „Niezwykła pogoda roku 1911: Wpływ spalania węgla na klimat – co naukowcy przewidują na przyszłość”, który ma podpis, który brzmi: „Piece na świecie są teraz spalanie około 2 000 000 000 ton węgla rocznie. Kiedy jest spalany, łącząc się z tlenem, dodaje około 7 000 000 000 ton dwutlenku węgla do atmosfery rocznie. Powoduje to, że powietrze staje się bardziej skuteczną powłoką dla ziemi i podnosi jej temperaturę. Efekt może być znaczący za kilka stuleci ”.

Zaledwie sto lat później i efekt jest rzeczywiście znaczący. Zwiększone gazy cieplarniane w atmosferze spowodowały wzrost temperatury na świecie, przy czym ostatnie pięć lat (2014-2018) to najgorętsze w historii. Rok 2016 był najgorętszym rokiem od czasu, gdy National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zaczęła rejestrować globalną temperaturę 139 lat temu. Skutki tej globalnej zmiany obejmują częstsze i bardziej niszczycielskie pożary, bardziej powszechne susze, przyspieszenie topnienia lodu na biegunach i zwiększone przypływy sztormowe. Kalifornia płonie, Wenecja zalewa powodzie, rośnie liczba zgonów w wyniku upałów w miastach, a niezliczone społeczności przybrzeżne i wyspiarskie stoją w obliczu kryzysu egzystencjalnego – nie wspominając o spustoszeniu ekologicznym spowodowanym przez zmiany klimatyczne, które ograniczają zdolność planety do usuwania węgla z atmosfery .

W 2015 roku Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC) osiągnęła konsensus w sprawie działań na rzecz klimatu, znany jako Porozumienie paryskie. Głównym celem porozumienia paryskiego jest ograniczenie globalnego wzrostu temperatury do 1,5 stopnia Celsjusza w stosunku do poziomów sprzed epoki przemysłowej. Aby osiągnąć ten cel, konieczne będą poważne przemiany społeczne, w tym zastąpienie paliw kopalnych czystą energią, taką jak energia wiatrowa, słoneczna i jądrowa; reforma praktyk rolniczych w celu ograniczenia emisji i ochrony obszarów leśnych; a może nawet budowanie sztucznych sposobów wyciągania dwutlenku węgla z atmosfery.

Edycja genów

Od czasu odkrycia struktury podwójnej helisy DNA we wczesnych latach pięćdziesiątych XX wieku naukowcy postawili hipotezę dotyczącą możliwości sztucznej modyfikacji DNA zmienić funkcje organizmu. Pierwsza zatwierdzona próba terapii genowej miała miejsce w 1990 roku, kiedy czteroletniej dziewczynki usunięto własne białe krwinki, wzmocniono je genami wytwarzającymi enzym zwany deaminazą adenozyny (ADA), a następnie ponownie wstrzyknięto jej do organizmu w celu leczenia ADA. niedobór, stan genetyczny, który ogranicza zdolność układu odpornościowego do zwalczania chorób. Ciało pacjentki zaczęło wytwarzać enzym ADA, ale nowe białe krwinki ze skorygowanym genem nie zostały wyprodukowane i musiała kontynuować przyjmowanie zastrzyków.

Teraz inżynieria genetyczna jest bardziej precyzyjna i dostępna niż kiedykolwiek wcześniej, w dużej mierze dzięki nowemu narzędziu zastosowanemu po raz pierwszy do modyfikacji komórek eukariotycznych (złożonych komórek z jądrem) w 2013 r .: CRISPR-Cas9. Narzędzie do edycji genów działa poprzez lokalizowanie docelowej sekcji DNA i „wycinanie” tej sekcji enzymem Cas9. Opcjonalny trzeci krok polega na zastąpieniu usuniętej części DNA nowym materiałem genetycznym. Technika ta może być stosowana w szerokim zakresie zastosowań, od zwiększania masy mięśniowej zwierząt gospodarskich, przez produkcję odpornych i owocnych upraw, po leczenie chorób, takich jak rak, poprzez usuwanie komórek układu odpornościowego pacjenta, modyfikowanie ich w celu lepszej walki z chorobą i ponowne wstrzykiwanie ich do organizmu pacjenta.

Pod koniec 2018 roku chińscy naukowcy pod kierownictwem He Jiankui ogłosili, że wykorzystali CRISPR-Cas9 do genetycznej modyfikacji ludzkich embrionów, które następnie zostały przeniesione do kobiecej macicy i zaowocowały narodzinami bliźniaczek – pierwszych dzieci poddanych edycji genów . Genomy bliźniaków zostały zmodyfikowane, aby uczynić dziewczynki bardziej odpornymi na HIV, chociaż zmiany genetyczne mogły również skutkować niezamierzonymi zmianami. Praca została szeroko potępiona przez społeczność naukową, ponieważ u fizyczne i niebezpieczne, ujawniające potrzebę wprowadzenia bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących wykorzystania tych potężnych nowych narzędzi, zwłaszcza jeśli chodzi o zmianę DNA embrionów i wykorzystywanie ich do rodzenia żywych dzieci.

Tajemnice innych światów ujawnione

Statki kosmiczne i teleskopy ujawniły w ostatniej dekadzie bogactwo informacji o światach poza naszym własnym. W 2015 roku sonda New Horizons przeleciała blisko Plutona, wykonując pierwsze pobliskie obserwacje planety karłowatej Sonda odkryła zaskakująco dynamiczny i aktywny świat, z lodowymi górami sięgającymi prawie 20 000 stóp i ruchomymi równinami, które nie mają więcej niż 10 milionów lat – co oznacza, że geologia stale się zmienia. Fakt, że Pluton – który jest średnio 3,7 miliarda mil od Słońca, około 40 razy większa od odległości od Ziemi – jest tak aktywna geologicznie, że ten wieczór n zimne, odległe światy mogłyby uzyskać wystarczającą ilość energii, aby ogrzać swoje wnętrza, prawdopodobnie kryjąc podpowierzchniową wodę w stanie ciekłym lub nawet życie.

Nieco bliżej domu sonda Cassini krążyła wokół Saturna przez 13 lat, kończąc swoją misję we wrześniu 2017, kiedy NASA celowo zanurzyła statek kosmiczny w atmosferze Saturna, aby spłonąć, zamiast kontynuować krążenie wokół planety po wyczerpaniu paliwa. Podczas swojej misji Cassini odkryła procesy, które zasilają pierścienie Saturna, obserwowała globalną burzę otaczającą gazowego olbrzyma, sporządziła mapę dużego księżyca Tytana i znalazła niektóre składniki życia w pióropuszach lodowej materii wyrzucanych z wodnistego księżyca Enceladusa. W 2016 roku, rok przed zakończeniem misji Cassini, sonda Juno dotarła do Jowisza, gdzie dokonała pomiaru pola magnetycznego i dynamiki atmosfery największej planety w Układzie Słonecznym, aby pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób Jowisz – i wszystko inne wokół Słońce – pierwotnie uformowane.

W 2012 r. łazik Curiosity wylądował na Marsie, gdzie dokonał kilku znaczących odkryć, w tym nowych dowodów na obecność wody na Czerwonej Planecie w przeszłości, obecności cząsteczek organicznych, które mogą być związane z życiem i tajemniczymi cyklami sezonowymi metanu i tlenu, które wskazują na dynamiczny świat pod powierzchnią. W 2018 roku Europejska Agencja Kosmiczna ogłosiła, że dane radarowe z penetracji ziemi ze statku kosmicznego Mars Express dostarczyły mocnych dowodów na istnienie ciekłego zbiornika wody pod ziemią w pobliżu marsjańskiego bieguna południowego.

W międzyczasie dwa teleskopy kosmiczne, Kepler i TESS, odkryli tysiące planet krążących wokół innych gwiazd. Kepler wystrzelił w 2009 roku i zakończył swoją misję w 2018 roku, odsłaniając tajemnicze i odległe planety, mierząc spadek światła, gdy przechodzą przed swoimi gwiazdami. Planety te obejmują gorące Jowisze, które krążą blisko swoich gwiazd w ciągu zaledwie kilku dni lub godzin; mini Neptuny, które są wielkościami od Ziemi do Neptuna i mogą być gazem, cieczą, ciałem stałym lub kombinacją; oraz super Ziemie, które są dużymi skalistymi planetami, które astronomowie mają nadzieję zbadać pod kątem oznak życia. TESS, który został uruchomiony w 2018 roku, kontynuuje poszukiwania jako następca Keplera. Teleskop kosmiczny odkrył już setki światów i może znaleźć 10 000, a nawet 20 000 przed końcem misji.

Skamieniałe pigmenty ujawniają kolory dinozaurów

Dekada rozpoczęła się od rewolucji w paleontologii, kiedy naukowcy po raz pierwszy spojrzeli na prawdziwe kolory dinozaurów. Po pierwsze, w styczniu 2010 r. Analiza melanosomów – organelli zawierających pigmenty – w skamieniałych piórach Sinosauropteryxu, dinozaura żyjącego w Chinach około 120–125 mln lat temu, wykazała, że prehistoryczne stworzenie miało „czerwono-brązowe odcienie” i paski wzdłuż ogona. Wkrótce rekonstrukcja całego ciała ujawniła kolory małego upierzonego dinozaura, który żył około 160 milionów lat temu, Anchiornis, który miał czarno-białe pióra na ciele i uderzające piórko czerwonych piór na głowie .

Badania skamieniałych pigmentów nadal ujawniają nowe informacje o życiu prehistorycznym, wskazując na potencjalne strategie przetrwania zwierząt, pokazując dowody na przeciwcieniowanie i kamuflaż. W 2017 roku niezwykle dobrze zachowany opancerzony dinozaur, który żył około 110 milionów lat temu stwierdzono, że Borealopelta ma czerwonawo-brązowe odcienie, które pomagają wtopić się w otoczenie. Ta nowa zdolność do identyfikowania i badania kolorów dinozaurów będzie nadal odgrywają ważną rolę w badaniach paleontologicznych, ponieważ naukowcy badają ewolucję poprzedniego życia.

Ponowne zdefiniowanie podstawowej jednostki masy

W listopadzie 2018 r. , naukowcy zajmujący się pomiarami na całym świecie głosowali za oficjalną zmianą definicji kilograma, podstawowej jednostki masy. Zamiast opierać kilogram na obiekcie – walcu ze stopu platyny i irydu mniej więcej wielkości piłki golfowej – w nowej definicji zastosowano stała natury określająca jednostkę masy. Zmiana zastąpiła ostatni fizyczny artefakt używany do określenia jednostki miary. (Pasek miernika został zastąpiony w 1960 r. przez określoną liczbę długości fal promieniowania, na przykład kryptonu, zaktualizowany, aby zdefiniować metr na podstawie odległości, jaką światło pokonuje w ułamku sekundy.)

Korzystając z zaawansowanego narzędzia ważenia m achine, znany jako waga krokietów, naukowcy byli w stanie precyzyjnie zmierzyć kilogram zgodnie z siłą elektromagnetyczną wymaganą do jego utrzymania. Ten pomiar elektryczny można następnie wyrazić za pomocą stałej Plancka, liczby pierwotnie używanej przez Maxa Plancka do obliczania wiązek energii pochodzących z gwiazd.

Kilogram nie był jedyną jednostką miary, która została niedawno przedefiniowana. Zmiany w Międzynarodowym Układzie Jednostek, które oficjalnie weszły w życie w maju 2019 r., Zmieniły także definicję ampera, czyli standardowej jednostki prądu elektrycznego; kelwin jednostka temperatury; a kret, jednostka ilości substancji używanej w chemii. Zmiany w kilogramie i innych jednostkach pozwolą na bardziej precyzyjne pomiary niewielkich ilości materiałów, takich jak farmaceutyki, a także zapewnią naukowcom na całym świecie dostęp do jednostek podstawowych, zamiast definiować je według obiektów, które muszą być replikowane i kalibrowane przez niewielką liczbę laboratoriów.

Pierwsza sekwencja genomu starożytnego człowieka

W 2010 roku naukowcy zyskali nowe narzędzie do badania starożytnej przeszłości i ludzi, którzy ją zamieszkiwali. Naukowcy wykorzystali włosy zakonserwowane w wiecznej zmarzlinie do sekwencjonowania genomu człowieka, który żył około 4000 lat temu na terenach dzisiejszej Grenlandii, ujawniając cechy fizyczne, a nawet grupę krwi członka jednej z pierwszych kultur, które osiedliły się w tej części świat. Pierwsza prawie całkowita rekonstrukcja genomu ze starożytnego DNA otworzyła antropologom i genetykom drzwi do poznania kultur z odległej przeszłości, niż kiedykolwiek wcześniej.

Wydobycie starożytnego DNA jest dużym wyzwaniem. Nawet jeśli zachowany jest materiał genetyczny, taki jak włosy lub skóra, często jest on zanieczyszczony DNA drobnoustrojów ze środowiska, więc do izolacji DNA starożytnego człowieka należy zastosować zaawansowane techniki sekwencjonowania. Niedawno naukowcy użyli skalistej kości czaszki, bardzo gęstej kości w pobliżu ucha, do ekstrakcji starożytnego DNA.

Od czasu pierwszego sukcesu w 2010 roku zsekwencjonowano tysiące starożytnych genomów ludzkich, ujawniając nowe szczegóły o powstaniu i upadku zaginionych cywilizacji oraz migracji ludzi na całym świecie. Badanie starożytnych genomów pozwoliło zidentyfikować wiele fal migracji tam iz powrotem przez zamarznięty most lądowy Beringa między Syberią a Alaską między 5000 a 15 000 lat temu. Niedawno genom młodej dziewczyny ze współczesnej Danii został zsekwencjonowany z 5700-letniego kawałka smoły brzozowej używanej jako guma do żucia, który zawierał również mikroby z ust i resztki jedzenia z jednego z jej ostatnich posiłków.

Szczepionka i nowe metody leczenia wirusa Ebola

W tej dekadzie nastąpił najgorszy wybuch epidemii wirusa Ebola w historii. Uważa się, że epidemia rozpoczęła się od pojedynczego przypadku 18-miesięcznego chłopca z Gwinei zarażonego nietoperzami w grudniu 2013 r. Choroba szybko rozprzestrzeniła się na sąsiednie kraje, docierając do stolic Liberii i Sierra Leone w lipcu 2014 r., Zapewniając bezprecedensowa okazja do przeniesienia choroby na dużą liczbę osób. Wirus Ebola osłabia układ odpornościowy i może powodować masywne krwotoki i niewydolność wielonarządową. Według CDC dwa i pół roku po pierwszym przypadku ponad 28 600 osób zostało zarażonych, co doprowadziło do co najmniej 11325 zgonów.

Epidemia skłoniła urzędników służby zdrowia do podwojenia wysiłków w celu znalezienia skutecznego szczepionka na zwalczanie wirusa Ebola.Szczepionka znana jako Ervebo, wyprodukowana przez firmę farmaceutyczną Merck, została przetestowana w badaniu klinicznym w Gwinei przeprowadzonym pod koniec wybuchu epidemii w 2016 r., Które potwierdziło skuteczność szczepionki. Kolejna epidemia wirusa Ebola została ogłoszona w Demokratycznej Republice Konga w sierpniu 2018 r., A trwająca epidemia rozprzestrzeniła się i stała się najbardziej śmiertelną od wybuchu epidemii w Afryce Zachodniej, z 3 366 zgłoszonymi przypadkami i 2227 zgonami w grudniu 2019 r. Ervebo był używany w DRK ma walczyć z epidemią na zasadzie rozszerzonego dostępu lub „współczucia użycia”. W listopadzie 2019 r. Ervebo zostało zatwierdzone przez Europejską Agencję Leków (EMA), a miesiąc później zostało zatwierdzone w USA przez FDA.

Oprócz szczepionki zapobiegawczej, naukowcy szukali lekarstwa na Ebolę u pacjentów, którzy zostali już zakażeni tą chorobą. Dwa zabiegi, które obejmują jednorazowe dostarczenie przeciwciał, aby zapobiec zakażeniu komórek pacjenta wirusem Ebola, niedawno okazały się obiecujące w badaniu klinicznym w DRK. Dzięki połączeniu szczepionek i terapii terapeutycznych urzędnicy służby zdrowia mają nadzieję, że pewnego dnia wyeliminują infekcję wirusową na dobre.

CERN wykrywa bozon Higgsa

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci fizycy niestrudzenie pracowali nad modelowaniem funkcjonowania wszechświata, rozwijając tak zwany model standardowy. Model ten opisuje cztery podstawowe oddziaływania materii, zwane siłami podstawowymi. Dwa są znane w życiu codziennym: siła grawitacji i siła elektromagnetyczna. Jednak pozostałe dwa wywierają swój wpływ tylko wewnątrz jąder atomów: silna siła jądrowa i słaba siła jądrowa.

Część Modelu Standardowego mówi, że istnieje uniwersalne pole kwantowe, które oddziałuje z cząstkami dając im ich masy. W latach 60. fizycy teoretyczni, w tym François Englert i Peter Higgs, opisali tę dziedzinę i jej rolę w Modelu Standardowym. Stało się znane jako pole Higgsa i zgodnie z prawami mechaniki kwantowej wszystkie takie fundamentalne pola powinny mieć związaną z nimi cząstkę, która stała się znana jako bozon Higgsa.

Dziesięciolecia później, w 2012 roku, Dwa zespoły wykorzystujące Wielki Zderzacz Hadronów w CERN do przeprowadzania zderzeń cząstek zgłosiły wykrycie cząstki o przewidywanej masie bozonu Higgsa, dostarczając istotnych dowodów na istnienie pola Higgsa i bozonu Higgsa. W 2013 roku Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki została przyznana Englertowi i Higgsowi „za teoretyczne odkrycie mechanizmu, który przyczynia się do zrozumienia pochodzenia masy cząstek subatomowych, co ostatnio zostało potwierdzone poprzez odkrycie przewidywanej cząstki fundamentalnej. ” W miarę jak fizycy nadal udoskonalają Model Standardowy, funkcja i odkrycie bozonu Higgsa pozostanie fundamentalną częścią tego, jak cała materia uzyskuje swoją masę, a tym samym jak w ogóle istnieje materia.