Milioane de noi lucrări de cercetare științifică sunt publicate în fiecare an, aruncând lumină asupra tuturor, de la evoluția stelelor până la impactul continuu al schimbărilor climatice asupra beneficiilor (sau descurajărilor) cafelei asupra tendinței pisicii tale de a te ignora. Cu atât de multe cercetări care apar în fiecare an, poate fi dificil să știm ce este semnificativ, ce este interesant, dar în mare măsură nesemnificativ și ce este doar o știință proastă. Dar, pe parcursul unui deceniu, putem privi înapoi la unele dintre cele mai importante și uimitoare domenii de cercetare, adesea exprimate în mai multe descoperiri și lucrări de cercetare care duc la o adevărată proliferare a cunoștințelor. Iată zece dintre cele mai mari progrese făcute de oamenii de știință în ultimii zece ani.

Noi rude umane

Arborele genealogic uman s-a extins semnificativ în ultimul deceniu, cu fosile de noi specii de hominin descoperite în Africa și Filipine. Deceniul a început cu descoperirea și identificarea Australopithecus sediba, o specie de hominină care a trăit acum aproape două milioane de ani în actuala Africa de Sud. Matthew Berger, fiul paleoantropologului Lee Berger, a dat peste prima fosilă a speciei, o clavicula dreaptă, în 2008, când avea doar 9 ani. O echipă a descoperit apoi mai multe fosile de la individ, un băiat tânăr, inclusiv un craniu bine conservat, și A. sediba a fost descris de Lee Berger și colegii săi în 2010. Specia reprezintă o fază de tranziție între genul Australopithecus și genul Homo, cu unele trăsături ale grupului primat mai vechi, dar un stil de mers care seamănă cu oamenii moderni.

De asemenea, descoperit în Africa de Sud de o echipă condusă de Berger, Homo naledi a trăit mult mai recent, cu aproximativ 335.000 – 236.000 de ani în urmă , ceea ce înseamnă că s-ar putea suprapune cu propria noastră specie, Homo sapiens. Specia, descoperită pentru prima dată în sistemul Raven Star Star Cave în 2013 și descrisă în 2015, avea, de asemenea, un amestec de trăsături primitive și moderne, cum ar fi un caz de creier mic (aproximativ o treime din dimensiunea Homo sapiens) și un corp mare pentru timpul, cântărind aproximativ 100 de kilograme și înălțime de până la cinci picioare. Cel mai mic Homo luzonensis (înălțime de trei până la patru picioare) a trăit în Filipine acum aproximativ 50.000 până la 67.000 de ani, suprapunându-se cu mai multe specii de hominin. Primele fosile de H. luzonensis au fost identificate inițial ca Homo sapiens, dar o analiză din 2019 a determinat că oasele aparțineau unei specii complet necunoscute.

Aceste trei descoperiri majore din ultimii zece ani sugerează că oasele mai multor speciile de rude umane antice sunt probabil ascunse în peșterile și depozitele de sedimente ale lumii, așteptând să fie descoperite.

Luarea măsurii Cosmosului

Când Albert Einstein a publicat pentru prima dată teoria generală a relativității în 1915, probabil că nu și-ar fi putut imagina că 100 ani mai târziu, astronomii vor testa predicțiile teoriei cu unele dintre cele mai sofisticate instrumente construite vreodată – și teoria va trece fiecare test. Relativitatea generală descrie universul ca o „țesătură” a spațiului-timp care este deformată de mase mari. Această deformare este cea care determină gravitația, mai degrabă decât o proprietate internă a masei așa cum credea Isaac Newton.

O predicție a acest model este că accelerația maselor poate provoca „valuri” în spațiu-timp sau propagarea undelor gravitaționale. Cu o masă suficient de mare, cum ar fi o gaură neagră sau o stea de neutroni, aceste valuri pot fi chiar detectate de astronomii de pe Pământ. În septembrie 2015, colaborarea LIGO și Fecioară a detectat unde gravitaționale pentru prima dată, propagându-se dintr-o pereche de găuri negre care fuzionează la aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină distanță. De atunci, cele două instrumente au detectat mai multe unde gravitaționale suplimentare, inclusiv una de la două stele de neutroni care fuzionează.

O altă predicție a relativității generale – una despre care Einstein însuși s-a îndoit – este existența găurilor negre. , sau puncte de colaps gravitațional în spațiu cu densitate infinită și volum infinitesimal. Aceste obiecte consumă toată materia și lumina care se îndepărtează prea aproape, creând un disc de material supraîncălzit care cade în gaura neagră.În 2017, colaborarea Event Horizon Telescope – o rețea de radiotelescoape conectate din întreaga lume – a realizat observații care ar rezulta ulterior în prima imagine a mediului în jurul unei găuri negre, lansată în aprilie 2019.

Cele mai tari ani înregistrate

Oamenii de știință au predicat efectele arderii cărbune și combustibili fosili pe temperatura planetei de peste 100 de ani. Un număr din 1912 al lui Popular Mechanics conține un articol intitulat „Vremea remarcabilă din 1911: Efectul arderii cărbunelui asupra climei – Ce prezic oamenii de știință pentru viitor”, care are o legendă care spune: „Cuptoarele lumii sunt acum arderea a aproximativ 2.000.000.000 de tone de cărbune pe an. Când aceasta este arsă, unindu-se cu oxigenul, adaugă anual în atmosferă aproximativ 7.000.000.000 de tone de dioxid de carbon. Acest lucru tinde să facă aerul o pătură mai eficientă pentru pământ și să-i ridice temperatura. Efectul poate fi considerabil în câteva secole. ”

Doar un secol mai târziu, iar efectul este considerabil într-adevăr. Creșterea gazelor cu efect de seră în atmosferă a produs temperaturi globale mai ridicate, ultimii cinci ani (2014-2018) fiind cei mai fierbinți ani înregistrate. 2016 a fost cel mai fierbinte an de când Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (NOAA) a început să înregistreze temperatura globală acum 139 de ani. Efectele acestei schimbări globale includ incendii de pădure mai frecvente și distructive, secete mai frecvente, accelerarea topirii gheții polare și creșterea valurilor de furtună. California arde, Veneția inundă, morțile de căldură urbane sunt în creștere și nenumărate comunități de coastă și insulare se confruntă cu o criză existențială – fără a menționa ravagiul ecologic provocat de schimbările climatice, înăbușind capacitatea planetei de a scoate carbonul din atmosferă .

În 2015, Convenția-cadru a Organizației Națiunilor Unite privind schimbările climatice (UNFCCC) a ajuns la un consens privind acțiunile climatice, cunoscut sub numele de Acordul de la Paris. Scopul principal al Acordului de la Paris este de a limita creșterea temperaturii globale la 1,5 grade Celsius peste nivelurile preindustriale. Pentru a atinge acest obiectiv, vor fi necesare transformări societale majore, inclusiv înlocuirea combustibililor fosili cu energie curată, cum ar fi eoliană, solară și nucleară; reformarea practicilor agricole pentru a limita emisiile și a proteja zonele împădurite; și poate chiar construirea unor mijloace artificiale de extragere a dioxidului de carbon din atmosferă.

Editarea genelor

De când a fost dezvăluită structura cu dublă helică a ADN-ului la începutul anilor 1950, oamenii de știință au emis ipoteza cu privire la posibilitatea modificării artificiale a ADN-ului pentru a schimba funcțiile unui organism. Primul studiu aprobat de terapie genică a avut loc în 1990, când unei fete de patru ani i s-au îndepărtat propriile celule albe din sânge, crescute cu genele care produc o enzimă numită adenozin deaminază (ADA) și apoi reinjectate în corpul ei pentru a trata ADA deficit, o afecțiune genetică care împiedică capacitatea sistemului imunitar de a lupta împotriva bolilor. Corpul pacientei a început să producă enzima ADA, dar nu s-au produs noi celule albe din sânge cu gena corectată și ea a trebuit să primească în continuare injecții.

Acum, ingineria genetică este mai precisă și mai disponibilă decât oricând, mulțumesc în mare parte unui nou instrument folosit pentru prima dată în 2013 pentru modificarea celulelor eucariote (celule complexe cu nucleu): CRISPR-Cas9. Instrumentul de editare genetică funcționează prin localizarea unei secțiuni vizate de ADN și „tăierea” acelei secțiuni cu enzima Cas9. Un al treilea pas opțional implică înlocuirea secțiunii șterse a ADN-ului cu material genetic nou. Tehnica poate fi utilizată pentru o gamă largă de aplicații, de la creșterea masei musculare a animalelor, la producerea de culturi rezistente și fructuoase, la tratarea bolilor precum cancerul prin eliminarea celulelor sistemului imunitar ale pacientului, modificarea acestora pentru a combate mai bine o boală și reinjectarea lor în corpul pacientului.

La sfârșitul anului 2018, cercetătorii chinezi conduși de He Jiankui au anunțat că au folosit CRISPR-Cas9 pentru modificarea genetică a embrionilor umani, care au fost apoi transferați în uterul unei femei și au dus la nașterea fetelor gemene – primii bebeluși editați de gene Genomul gemenilor a fost modificat pentru a face fetele mai rezistente la HIV, deși modificările genetice ar fi putut avea ca rezultat și schimbări neintenționate. Lucrarea a fost larg condamnată de comunitatea științifică net și periculos, dezvăluind necesitatea unor reglementări mai stricte pentru modul în care sunt utilizate aceste noi instrumente puternice, în special atunci când vine vorba de schimbarea ADN-ului embrionilor și de utilizarea acestor embrioni pentru a naște copii vii.

Misterele altor lumi dezvăluite

Nave spațiale și telescoape au dezvăluit o multitudine de informații despre lumi dincolo de ale noastre în ultimul deceniu. În 2015, sonda New Horizons a făcut o trecere strânsă a lui Pluto, luând primele observații din apropiere ale planetei pitice. Nava spațială a dezvăluit o lume surprinzător de dinamică și activă, cu munți înghețați care ajung până la aproape 20.000 de picioare și câmpii în mișcare care nu au mai mult de 10 milioane de ani – ceea ce înseamnă că geologia este în continuă schimbare. Faptul că Pluto – care este o medie de 3,7 miliarde de mile de la soare, de aproximativ 40 de ori distanța față de Pământ – este atât de activă din punct de vedere geologic, sugerează că în ajun Lumile reci și îndepărtate ar putea obține suficientă energie pentru a-și încălzi interiorul, adăpostind eventual apă lichidă subterană sau chiar viață.

Un pic mai aproape de casă, nava spațială Cassini a orbitat Saturn timp de 13 ani, încheindu-și misiunea în septembrie 2017, când NASA a aruncat intenționat nava spațială în atmosfera lui Saturn, astfel încât să ardă mai degrabă decât să continue să orbiteze pe planetă odată ce și-a epuizat combustibilul. În timpul misiunii sale, Cassini a descoperit procesele care hrănesc inelele lui Saturn, a observat că o furtună globală înconjoară gigantul gazos, a cartografiat luna mare Titan și a găsit câteva dintre ingredientele pentru viață în penurile de material înghețat care erup din luna apoasă Enceladus. În 2016, cu un an înainte de sfârșitul misiunii Cassini, nava spațială Juno a ajuns la Jupiter, unde a măsurat câmpul magnetic și dinamica atmosferică a celei mai mari planete din sistemul solar pentru a ajuta oamenii de știință să înțeleagă modul în care Jupiter – și orice altceva din jur soarele – s-a format inițial.

În 2012, roverul Curiosity a aterizat pe Marte, unde a făcut mai multe descoperiri semnificative, inclusiv noi dovezi ale apei din trecut pe planeta roșie, prezența moleculelor organice care ar putea fi legate de viață și de ciclurile sezoniere misterioase de metan și oxigen care aluzie la o lume dinamică sub suprafață. În 2018, Agenția Spațială Europeană a anunțat că datele radar care pătrund în sol de pe nava spațială Mars Express au furnizat dovezi puternice că există un rezervor lichid de apă sub pământ lângă polul sud marțian.

Între timp, două telescoape spațiale, Kepler și TESS, au descoperit mii de planete care orbitează alte stele. Kepler a lansat în 2009 și și-a încheiat misiunea în 2018, dezvăluind planete misterioase și îndepărtate măsurând scăderea luminii atunci când trec în fața stelelor lor. Aceste planete includ Jupiteri fierbinți, care orbitează aproape de stelele lor în doar câteva zile sau ore; mini Neptuni, care sunt între dimensiunea Pământului și Neptun și pot fi gaz, lichid, solid sau o combinație; și super-Pământuri, care sunt mari planete stâncoase pe care astronomii speră să le studieze pentru semne de viață. TESS, care a fost lansat în 2018, continuă căutarea ca succesor al lui Kepler. Telescopul spațial a descoperit deja sute de lumi și ar putea găsi 10.000 sau chiar 20.000 înainte de sfârșitul misiunii.

Pigmenții fosilizați dezvăluie culorile dinozaurilor

Deceniul a început cu o revoluție în paleontologie, oamenii de știință primind o privire adevăratele culori ale dinozaurilor. Mai întâi, în ianuarie 2010, o analiză a melanozomilor – organite care conțin pigmenți – în penele fosilizate ale Sinosauropteryx, un dinozaur care a trăit în China cu aproximativ 120 până la 125 de milioane de ani în urmă, a dezvăluit că creatura preistorică avea „tonuri maroniu roșiatic” și La scurt timp, o reconstrucție a întregului corp a dezvăluit culorile unui dinozaur cu pene mici care a trăit în urmă cu aproximativ 160 de milioane de ani, Anchiornis, care avea pene alb-negru pe corp și o plumă izbitoare de pene roșii pe cap. .

Studiul pigmenților fosilizați a continuat să dezvăluie noi informații despre viața preistorică, sugerând strategii potențiale de supraviețuire a animalelor, arătând dovezi de contracolorare și camuflaj. În 2017, un dinozaur blindat remarcabil de bine conservat care a trăit aproximativ În urmă cu 110 milioane de ani, Borealopelta avea tonuri maronii roșiatice pentru a se amesteca în mediu. Această nouă capacitate de a identifica și studia culorile dinozaurilor va continua să joacă un rol important în cercetarea paleontologică pe măsură ce oamenii de știință studiază evoluția vieții trecute.

Redefinirea unității fundamentale de masă

În noiembrie 2018 , oamenii de știință de măsurare din întreaga lume au votat pentru a schimba oficial definiția unui kilogram, unitatea fundamentală de masă. În loc să bazeze kilogramul de pe un obiect – un cilindru din aliaj de platină-iridiu de dimensiunea unei mingi de golf – noua definiție folosește o constantă a naturii pentru a seta unitatea de masă. Schimbarea a înlocuit ultimul artefact fizic folosit pentru a defini o unitate de măsură. (Bara contorului a fost înlocuită în 1960 cu un număr specific de lungimi de undă ale radiației de la kripton, de exemplu, și mai târziu actualizat pentru a defini un contor în funcție de distanța pe care o parcurge lumina într-o mică fracțiune de secundă.)

Prin utilizarea unei cântăriri sofisticate m Achine cunoscut sub numele de echilibru Kibble, oamenii de știință au reușit să măsoare cu precizie un kilogram în funcție de forța electromagnetică necesară pentru a-l menține. Această măsurare electrică ar putea fi apoi exprimată în termeni de constantă a lui Planck, un număr folosit inițial de Max Planck pentru a calcula fasciculele de energie provenind de la stele.

Kilogramul nu a fost singura unitate de măsură care a fost redefinită recent. Modificările aduse Sistemului Internațional de Unități, care au intrat oficial în vigoare în mai 2019, au schimbat, de asemenea, definiția pentru ampere, unitatea standard de curent electric; unitatea de temperatură kelvin; și alunița, o unitate de cantitate de substanță utilizată în chimie. Modificările aduse kilogramului și altor unități vor permite măsurători mai precise pentru cantități mici de material, cum ar fi produsele farmaceutice, precum și vor oferi oamenilor de știință din întreaga lume acces la unitățile fundamentale, mai degrabă decât să le definească în funcție de obiecte care trebuie să fie replicate și calibrate de un număr mic de laboratoare.

Primul genom uman antic secvențiat

În 2010, oamenii de știință au câștigat un nou instrument pentru a studia trecutul antic și oamenii care l-au locuit. Cercetătorii au folosit un păr conservat în permafrost pentru a secvenția genomul unui bărbat care a trăit acum aproximativ 4.000 de ani în ceea ce este acum Groenlanda, dezvăluind trăsăturile fizice și chiar tipul de sânge al unui membru al uneia dintre primele culturi care s-au stabilit în acea parte a lumea. Prima reconstrucție aproape completă a unui genom din ADN-ul antic le-a deschis ușilor antropologilor și geneticienilor să afle mai multe despre culturile trecutului îndepărtat decât oricând.

Extragerea ADN-ului antic este o provocare majoră. Chiar dacă materialul genetic, cum ar fi părul sau pielea, este păstrat, acesta este adesea contaminat cu ADN-ul microbilor din mediul înconjurător, așa că trebuie folosite tehnici de secvențiere sofisticate pentru a izola ADN-ul vechiului om. Mai recent, oamenii de știință au folosit osul petros al craniului, un os foarte dens lângă ureche, pentru a extrage ADN-ul antic.

Mii de genomi umani antici au fost secvențați de la primul succes din 2010, dezvăluind noi detalii despre creșterea și căderea civilizațiilor pierdute și migrațiile oamenilor din întreaga lume. Studierea genomurilor antice a identificat mai multe valuri de migrație înainte și înapoi pe podul înghețat al teritoriului Bering între Siberia și Alaska între 5.000 și 15.000 de ani în urmă. Recent, genomul unei tinere fete din Danemarca modernă a fost secvențiat dintr-o bucată de gudron de mesteacăn în vârstă de 5.700 de ani folosită ca gumă de mestecat, care conținea și microbi ai gurii și bucăți de mâncare de la una din ultimele ei mese.

Un vaccin și noi tratamente pentru combaterea Ebola

Acest deceniu a inclus cel mai grav focar de boli ale virusului Ebola din istorie. Se crede că epidemia a început cu un singur caz de băiat de 18 luni în Guineea infectat cu lilieci în decembrie 2013. Boala s-a răspândit rapid în țările vecine, ajungând în capitalele Liberia și Sierra Leone până în iulie 2014, oferind o oportunitate fără precedent pentru transmiterea bolii la un număr mare de oameni. Virusul Ebola compromite sistemul imunitar și poate provoca hemoragii masive și insuficiență multiplă a organelor. La doi ani și jumătate după cazul inițial, mai mult de 28.600 de persoane fuseseră infectate, rezultând cel puțin 11.325 de decese, potrivit CDC.

Epidemia a determinat oficialii din domeniul sănătății să-și dubleze eforturile pentru a găsi un sistem eficient vaccin pentru combaterea Ebola.Un vaccin cunoscut sub numele de Ervebo, realizat de compania farmaceutică Merck, a fost testat într-un studiu clinic din Guineea efectuat spre sfârșitul focarului în 2016, care a dovedit că vaccinul este eficient. Un alt focar de Ebola a fost declarat în Republica Democrată Congo în august 2018, iar epidemia în curs de desfășurare a devenit cea mai mortală de la izbucnirea Africii de Vest, cu 3.366 de cazuri raportate și 2.227 de decese începând din decembrie 2019. Ervebo a fost utilizat în RDC pentru a combate focarul pe bază de acces extins sau „utilizare compasională”. În noiembrie 2019, Ervebo a fost aprobat de Agenția Europeană a Medicamentului (EMA), iar o lună mai târziu a fost aprobat în SUA de către FDA.

În plus față de un vaccin preventiv, cercetătorii au căutat un remediu pentru Ebola la pacienții care au fost deja infectați de boală. Două tratamente, care implică o eliberare unică de anticorpi pentru a preveni infectarea celulelor pacientului cu Ebola, s-au arătat recent promițătoare într-un studiu clinic din RDC. Cu o combinație de vaccinuri și tratamente terapeutice, oficialii din domeniul sănătății speră să elimine într-o bună zi infecția virală definitiv.

CERN detectează Bosonul Higgs

În ultimele decenii, fizicienii au lucrat neobosit pentru a modela funcționarea universului, dezvoltând ceea ce este cunoscut sub numele de Model Standard. Acest model descrie patru interacțiuni de bază ale materiei, cunoscute sub numele de forțe fundamentale. Doi sunt familiarizați în viața de zi cu zi: forța gravitațională și forța electromagnetică. Celelalte două, cu toate acestea, își exercită influența doar în interiorul nucleelor atomilor: forța nucleară puternică și forța nucleară slabă.

O parte a modelului standard spune că există un câmp cuantic universal care interacționează cu particulele , oferindu-le masele lor. În anii 1960, fizicienii teoretici, inclusiv François Englert și Peter Higgs, au descris acest domeniu și rolul său în modelul standard. A devenit cunoscut sub numele de câmpul Higgs și, conform legilor mecanicii cuantice, toate aceste câmpuri fundamentale ar trebui să aibă o particulă asociată, care a ajuns să fie cunoscută sub numele de bosonul Higgs.

Zeci de ani mai târziu, în 2012, două echipe care foloseau Large Hadron Collider la CERN pentru a efectua coliziuni de particule au raportat detectarea unei particule cu masa prezisă a bosonului Higgs, oferind dovezi substanțiale pentru existența câmpului Higgs și a bosonului Higgs. În 2013, Premiul Nobel pentru fizică a fost acordat lui Englert și Higgs „pentru descoperirea teoretică a unui mecanism care contribuie la înțelegerea noastră a originii masei particulelor subatomice și care a fost confirmat recent prin descoperirea particulei fundamentale prezise. ” Pe măsură ce fizicienii continuă să rafineze modelul standard, funcția și descoperirea bosonului Higgs vor rămâne o parte fundamentală a modului în care toată materia își obține masa și, prin urmare, a modului în care există orice materie.