Miljontals nya vetenskapliga forskningsartiklar publiceras varje år och belyser allt från stjärnornas utveckling till pågående konsekvenser av klimatförändringarna för kaffeens hälsofördelar (eller avskräckningar) för kattens tendens att ignorera dig. Med så mycket forskning som kommer ut varje år kan det vara svårt att veta vad som är viktigt, vad som är intressant men i stort sett obetydligt och vad som är helt enkelt dålig vetenskap. Men under ett decennium kan vi se tillbaka på några av de viktigaste och mest imponerande forskningsområdena, ofta uttryckta i flera resultat och forskningsdokument som leder till en verklig spridning av kunskap. Här är tio av de största framstegen som forskare gjort de senaste tio åren.

Nya mänskliga släktingar

Det mänskliga släktträdet expanderade betydligt under det senaste decenniet, med fossiler av nya homininarter som upptäcktes i Afrika och Filippinerna. Årtiondet började med upptäckten och identifieringen av Australopithecus sediba, en homininart som levde för nästan två miljoner år sedan i dagens Sydafrika. Matthew Berger, sonen till paleoantropologen Lee Berger, snubblade över den första fossilen av arten, en högra nyckelben, 2008, när han bara var 9 år gammal. Ett team grävde sedan ut fler fossiler från individen, en ung pojke, inklusive en välbevarad skalle, och A. sediba beskrevs av Lee Berger och kollegor 2010. Arten representerar en övergångsfas mellan släktet Australopithecus och släktet Homo, med vissa drag från den äldre primatgruppen men en stil som gick som liknade moderna människor.

Upptäcktes också i Sydafrika av ett team under ledning av Berger, Homo naledi bodde mycket mer nyligen, för cirka 335 000 till 236 000 år sedan , vilket betyder att den kan ha överlappat vår egen art, Homo sapiens. Arten, som först upptäcktes i Rising Star Cave-systemet 2013 och beskrivs 2015, hade också en blandning av primitiva och moderna funktioner, såsom ett litet hjärnfall (ungefär en tredjedel av storleken på Homo sapiens) och en stor kropp för tiden, väger cirka 100 pund och står upp till fem meter lång. Den mindre Homo luzonensis (tre till fyra meter lång) bodde på Filippinerna för cirka 50 000 till 67 000 år sedan och överlappade med flera arter av hominin. De första H. luzonensis-fossilerna identifierades ursprungligen som Homo sapiens, men en analys från 2019 fastställde att benen tillhörde en helt okänd art.

Dessa tre stora fynd under de senaste tio åren tyder på att benen av mer arter av forntida mänskliga släktingar är sannolikt gömda i världens grottor och sediment, och väntar på att bli upptäckta.

Ta mått på kosmos

När Albert Einstein först publicerade den allmänna relativitetsteorin 1915 kunde han sannolikt inte ha föreställt sig att 100 år senare skulle astronomer testa teorins förutsägelser med några av de mest sofistikerade instrument som någonsin byggts – och teorin skulle klara varje test. Allmän relativitet beskriver universum som ett ”tyg” av rymdtid som vrids av stora massor. Det är denna vridning som orsakar gravitation snarare än en inre massaegenskap som Isaac Newton trodde.

En förutsägelse av denna modell är att accelerationen av massor kan orsaka ”krusningar” i rymdtid eller förökning av gravitationella vågor. Med en tillräckligt stor massa, som ett svart hål eller en neutronstjärna, kan dessa krusningar till och med upptäckas av astronomer på jorden. I september 2015 upptäckte LIGO- och Jungfrusamarbetet gravitationella vågor för första gången och förökade sig från ett par sammanslagna svarta hål cirka 1,3 miljarder ljusår bort. Sedan dess har de två instrumenten upptäckt flera ytterligare gravitationsvågor, inklusive en från två sammanslagna neutronstjärnor.

En annan förutsägelse av allmän relativitet – en som Einstein själv berömt tvivlade på – är att det alls finns svarta hål eller punkter av gravitationskollaps i rymden med oändlig densitet och oändlig volym. Dessa föremål konsumerar all materia och ljus som sträcker sig för nära och skapar en skiva av överhettat material som faller in i det svarta hålet.2017 samarbetade Event Horizon Telescope – ett nätverk av länkade radioteleskop runt om i världen – observationer som senare skulle resultera i den första bilden av miljön runt ett svart hål, släppt i april 2019.

The De hetaste åren på posten

Forskare har predikat effekterna av bränning kol och fossila bränslen på temperaturen på planeten i över 100 år. Ett nummer från Popular Mechanics från 1912 innehåller en artikel med titeln ”Anmärkningsvärt väder från 1911: Effekten av förbränningen av kol på klimatet – Vad forskare förutspår för framtiden”, som har en bildtext som säger: ”Världens ugnar är nu bränna cirka 2.000.000.000 ton kol per år. När detta bränns och förenas med syre tillför det årligen cirka 7 000 000 000 ton koldioxid till atmosfären. Detta tenderar att göra luften till en mer effektiv filt för jorden och höja dess temperatur. Effekten kan bli betydande på några århundraden. ”

Bara ett sekel senare, och effekten är verkligen stor. Ökade växthusgaser i atmosfären har producerat varmare globala temperaturer, med de senaste fem åren (2014 till 2018) som de hetaste åren som registrerats. 2016 var det hetaste året sedan National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) började registrera global temperatur för 139 år sedan. Effekterna av denna globala förändring inkluderar mer frekventa och destruktiva bränder, vanligare torka, accelererande issmältning och ökade stormfloder. Kalifornien brinner, Venedig översvämmer, dödsfall i stadsvärme ökar, och otaliga kust- och ösamhällen står inför en existentiell kris – för att inte tala om den ekologiska kaos som orsakats av klimatförändringarna, som kväver planetens förmåga att dra ut kol igen ur atmosfären .

2015 nådde FN: s ramkonvention om klimatförändringar (UNFCCC) enighet om klimatåtgärder, känd som Parisavtalet. Det primära målet för Parisavtalet är att begränsa den globala temperaturökningen till 1,5 grader Celsius över föreindustriella nivåer. För att uppnå detta mål krävs stora samhällsomvandlingar, inklusive ersättning av fossila bränslen med ren energi som vind, sol och kärnkraft. reformera jordbruksmetoder för att begränsa utsläpp och skydda skogsområden. och kanske till och med bygga konstgjorda medel för att dra ut koldioxid ur atmosfären.

Redigera gener

Ända sedan dubbelhelixstrukturen i DNA avslöjades i början av 1950-talet har forskare antagit möjligheten att artificiellt modifiera DNA för att ändra en organisms funktioner. Den första godkända genterapiförsöket inträffade 1990, när en fyraårig flicka fick bort sina egna vita blodkroppar, förstärkt med generna som producerar ett enzym som kallas adenosindeaminas (ADA) och sedan injiceras i hennes kropp för att behandla ADA. brist, ett genetiskt tillstånd som hämmar immunsystemets förmåga att bekämpa sjukdomar. Patientens kropp började producera ADA-enzymet, men nya vita blodkroppar med den korrigerade genen producerades inte, och hon fick fortsätta att få injektioner.

Nu är genteknik mer exakt och tillgänglig än någonsin tidigare, tack till stor del för ett nytt verktyg som först användes för att modifiera eukaryota celler (komplexa celler med en kärna) 2013: CRISPR-Cas9. Genredigeringsverktyget fungerar genom att lokalisera en riktad del av DNA och ”klippa ut” den sektionen med Cas9-enzymet. Ett valfritt tredje steg innebär att den raderade delen av DNA ersätts med nytt genetiskt material. Tekniken kan användas för ett brett spektrum av applikationer, från att öka boskapens muskelmassa, att producera resistenta och fruktbara grödor, att behandla sjukdomar som cancer genom att ta bort en patients immunsystemceller, modifiera dem för att bättre bekämpa en sjukdom och återinjicera dem i patientens kropp.

I slutet av 2018 meddelade kinesiska forskare under ledning av He Jiankui att de hade använt CRISPR-Cas9 för att genetiskt modifiera mänskliga embryon, som sedan överfördes till kvinnans livmoder och resulterade i födelsen av tvillingflickor – de första genredigerade barnen Tvillingernas genom modifierades för att göra tjejerna mer motståndskraftiga mot hiv, även om de genetiska förändringarna också kan ha resulterat i oavsiktliga förändringar. nätiskt och farligt, vilket avslöjar ett behov av strängare regler för hur dessa kraftfulla nya verktyg används, särskilt när det gäller att ändra embryonas DNA och använda dessa embryon till födda levande barn.

Mysterier från andra världar avslöjade

Rymdfarkoster och teleskop har avslöjat en mängd information om världar bortom våra egna under det senaste decenniet. Under 2015 gjorde New Horizons-sonden Pluto nära och tog de första närliggande observationerna av dvärgplaneten och dess månar. Rymdfarkosten avslöjade en förvånansvärt dynamisk och aktiv värld, med isiga berg som når upp till nästan 20 000 fot och skiftande slätter som inte är mer än 10 miljoner år gamla – vilket betyder att geologin ständigt förändras. Det faktum att Pluto – vilket är i genomsnitt 3,7 miljarder miles från solen, cirka 40 gånger avståndet från jorden – är så geologiskt aktivt antyder att kvällen n kalla, avlägsna världar kan få tillräckligt med energi för att värma upp sina interiörer, eventuellt hysa flytande vatten under vattnet eller till och med liv.

Rymdfarkosten Cassini kretsade lite närmare hemmet i 13 år och avslutade sitt uppdrag i september 2017 när NASA avsiktligt kastade rymdfarkosten i Saturnus atmosfär så att den skulle brinna upp snarare än att fortsätta att kretsa kring planeten när den hade tömt sitt bränsle. Under sitt uppdrag upptäckte Cassini processerna som matar Saturnus ringar, observerade en global storm omringa gasjätten, kartlade den stora månen Titan och hittade några av ingredienserna för livet i plommon av isigt material som bröt ut från den vattniga månen Enceladus. År 2016, ett år före Cassini-uppdraget, anlände rymdfarkosten Juno till Jupiter, där den har mätt magnetfältet och atmosfärsdynamiken på solens största planet för att hjälpa forskare att förstå hur Jupiter — och allt annat runt solen – ursprungligen bildad.

År 2012 landade Curiosity-roveren på Mars, där den har gjort flera viktiga upptäckter, inklusive nya bevis på tidigare vatten på den röda planeten, närvaron av organiska molekyler som kan vara relaterade till livet och mystiska säsongscykler av metan och syre som antyder en dynamisk värld under ytan. År 2018 tillkännagav Europeiska rymdorganisationen att markdjupande radardata från rymdfarkosten Mars Express gav starka bevis för att det finns en flytande behållare med vatten under jorden nära Mars sydpol.

Under tiden har två rymdteleskop, Kepler och TESS, har upptäckt tusentals planeter som kretsar kring andra stjärnor. Kepler lanserades 2009 och avslutade sitt uppdrag 2018 och avslöjade mystiska och avlägsna planeter genom att mäta minskningen av ljus när de passerar framför sina stjärnor. Dessa planeter inkluderar heta jupiter, som kretsar nära sina stjärnor på bara några dagar eller timmar; mini Neptunes, som är mellan storleken på jorden och Neptune och kan vara gas, flytande, fast eller någon kombination; och superjordar, som är stora steniga planeter som astronomer hoppas kunna studera för tecken på liv. TESS, som lanserades 2018, fortsätter sökningen som Keplers efterträdare. Rymdteleskopet har redan upptäckt hundratals världar, och det kan hitta 10 000 eller till och med 20 000 innan uppdraget är slut.

Fossiliserade pigment avslöjar färgerna på dinosaurier

Årtiondet började med en revolution inom paleontologi när forskare fick sin första titt på de sanna färgerna på dinosaurier. Först, i januari 2010, avslöjade en analys av melanosomer – organeller som innehåller pigment – i de fossiliserade fjädrarna av Sinosauropteryx, en dinosaurie som bodde i Kina för cirka 120 till 125 miljoner år sedan, att den förhistoriska varelsen hade ”rödbruna toner” och ränder längs svansen. Kort därefter avslöjade en rekonstruktion av hela kroppen färgerna på en liten fjäderdinosaurie som levde för cirka 160 miljoner år sedan, Anchiornis, som hade svarta och vita fjädrar på kroppen och en slående plym av röda fjädrar på huvudet .

Studien av fossiliserade pigment har fortsatt att avslöja ny information om förhistoriskt liv, vilket antyder potentiella djuröverlevnadsstrategier genom att visa bevis för konterskadning och kamouflage. 2017, en anmärkningsvärt välbevarad pansrad dinosaurie som levde ung 110 miljoner år sedan, Borealopelta, visade sig ha rödbruna toner för att hjälpa till att smälta in i miljön. Denna nya förmåga att identifiera och studera färgerna på dinosaurier kommer att fortsätta att låg en viktig roll i paleontologisk forskning när forskare studerar utvecklingen av tidigare liv.

Omdefiniera den grundläggande massenheten

I november 2018 , röstade måttforskare runt om i världen officiellt att ändra definitionen av ett kilogram, den grundläggande massenheten. I stället för att basera kiloet på ett objekt – en platina-iridiumlegeringscylinder på storleken på en golfboll – använder den nya definitionen en konstant natur för att ställa in massaenheten. Förändringen ersatte den sista fysiska artefakten som användes för att definiera en måttenhet. (Mätarstången ersattes 1960 av ett specifikt antal våglängder av strålning från till exempel krypton och senare uppdaterad för att definiera en mätare efter avståndet som ljuset färdas på en liten bråkdel av en sekund.)

Genom att använda en sofistikerad vägning m som kallas en Kibble-balans kunde forskarna mäta ett kilo exakt enligt den elektromagnetiska kraft som krävs för att hålla upp den. Denna elektriska mätning kan sedan uttryckas i termer av Plancks konstant, ett tal som ursprungligen användes av Max Planck för att beräkna buntar av energi som kommer från stjärnor.

Kilogrammet var inte den enda måttenhet som nyligen omdefinierades. Ändringarna av det internationella systemet för enheter, som officiellt trädde i kraft i maj 2019, ändrade också definitionen för ampere, standardenheten för elektrisk ström; kelvinenhetens temperatur; och mullvaden, en enhet av mängden ämne som används i kemi. Förändringarna av kilo och andra enheter möjliggör mer exakta mätningar av små mängder material, såsom läkemedel, samt ger forskare världen över tillgång till de grundläggande enheterna, snarare än att definiera dem enligt objekt som måste replikeras och kalibreras av ett litet antal laboratorier.

Första antika mänskliga genomet sekvenserat

År 2010 fick forskare ett nytt verktyg för att studera det forntida förflutet och de människor som bodde i det. Forskare använde ett hår som bevarats i permafrost för att sekvensera genomet hos en man som bodde för ungefär 4000 år sedan i det nuvarande Grönland och avslöjade de fysiska egenskaperna och till och med blodtypen hos en medlem av en av de första kulturerna som bosatte sig i den delen av världen. Den första nästan fullständiga rekonstruktionen av ett genom från forntida DNA öppnade dörren för antropologer och genetiker att lära sig mer om kulturerna i det avlägsna förflutna än någonsin tidigare.

Att extrahera forntida DNA är en stor utmaning. Även om genetiskt material som hår eller hud bevaras är det ofta förorenat med DNA från mikrober från miljön, så sofistikerade sekvenseringstekniker måste användas för att isolera den forntida människans DNA. På senare tid har forskare använt skallen av petrosten, ett mycket tätt ben nära örat, för att extrahera gammalt DNA.

Tusentals forntida mänskliga genom har sekvenserats sedan den första framgången 2010 och avslöjade nya detaljer om uppkomsten och nedgången av förlorade civilisationer och migrationen av människor runt om i världen. Att studera antika genomer har identifierat flera migrationsvågor fram och tillbaka över den frusna Bering-landbroen mellan Sibirien och Alaska för mellan 5000 och 15 000 år sedan. Nyligen sekvenserades genomet för en ung flicka i det moderna Danmark från en 5700 år gammal bit björktjära som användes som tuggummi, som också innehöll hennes munmikrober och matbitar från en av hennes sista måltider.

Ett vaccin och nya behandlingar för att bekämpa ebola

Detta decennium inkluderade det värsta utbrottet av Ebolavirussjukdomar i historien. Epidemin antas ha börjat med ett enda fall av en 18 månader gammal pojke i Guinea smittad av fladdermöss i december 2013. Sjukdomen spridte sig snabbt till grannländerna och nådde huvudstäderna Liberia och Sierra Leone i juli 2014, vilket gav en oöverträffad möjlighet för överföring av sjukdomen till ett stort antal människor. Ebolavirus äventyrar immunsystemet och kan orsaka massiv blödning och multipelt organsvikt. Två och ett halvt år efter det ursprungliga fallet hade mer än 28 600 människor smittats, vilket resulterade i minst 11 325 dödsfall, enligt CDC.

Epidemin uppmanade hälsoombud att fördubbla sina ansträngningar för att hitta en effektiv vaccin för att bekämpa ebola.Ett vaccin som kallas Ervebo, tillverkat av läkemedelsföretaget Merck, testades i en klinisk prövning i Guinea som utfördes mot slutet av utbrottet 2016 som visade att vaccinet var effektivt. Ytterligare ett ebolautbrott förklarades i Demokratiska republiken Kongo i augusti 2018, och den pågående epidemin har spridit sig till att bli den dödligaste sedan Västafrika-utbrottet, med 3 366 rapporterade fall och 2227 dödsfall i december 2019. Ervebo har använts i Demokratiska republiken Kongo för att bekämpa utbrottet på en utökad tillgång eller ”medkännande användning” -basis. I november 2019 godkändes Ervebo av Europeiska läkemedelsmyndigheten (EMA) och en månad senare godkändes det i USA av FDA.

Förutom ett förebyggande vaccin har forskare letat efter botemedel mot ebola hos patienter som redan har smittats av sjukdomen. Två behandlingar, som involverar en engångsleverans av antikroppar för att förhindra att ebola infekterar en patients celler, har nyligen visat löfte i en klinisk prövning i Demokratiska republiken Kongo. Med en kombination av vacciner och terapeutiska behandlingar hoppas vårdpersonal att en dag utrota virusinfektionen för gott.

CERN upptäcker Higgs Boson

Under de senaste decennierna har fysiker arbetat outtröttligt för att modellera universums arbete och utvecklat vad som kallas standardmodellen. Denna modell beskriver fyra grundläggande interaktioner av materia, kända som de grundläggande krafterna. Två är bekanta i vardagen: gravitationskraften och den elektromagnetiska kraften. De andra två utövar emellertid bara sitt inflytande inuti atomernas kärnor: den starka kärnkraften och den svaga kärnkraften.

En del av standardmodellen säger att det finns ett universellt kvantfält som samverkar med partiklar. ger dem sina massor. På 1960-talet beskrev teoretiska fysiker inklusive François Englert och Peter Higgs detta fält och dess roll i standardmodellen. Det blev känt som Higgs-fältet, och enligt kvantmekanikens lagar bör alla sådana grundläggande fält ha en associerad partikel, som blev känd som Higgs-bosonen.

Årtionden senare, 2012, två lag som använde Large Hadron Collider vid CERN för att genomföra partikelkollisioner rapporterade upptäckten av en partikel med den förutsagda massan av Higgs-bosonen, vilket gav väsentliga bevis för förekomsten av Higgs-fältet och Higgs-bosonen. 2013 tilldelades Nobelpriset i fysik till Englert och Higgs ”för den teoretiska upptäckten av en mekanism som bidrar till vår förståelse av ursprunget till massa av subatomära partiklar, och som nyligen bekräftades genom upptäckten av den förutsagda grundpartikeln. ” När fysiker fortsätter att förfina standardmodellen kommer funktionen och upptäckten av Higgs-bosonen att förbli en grundläggande del av hur all materia får sin massa och därför hur någon materia existerar alls.