Kutsumme tänään lukijamme katsomaan tulevaisuutta. Kerromme sinulle tieteellisistä kokeista, jotka saattavat muuttaa elämäämme paremmiksi tulevina vuosikymmeninä. Pian voimme nauttia tämän tieteellisen tutkimuksen hedelmistä.
Sirujen istuttaminen ihmiskehoon
Tämä laite keksittiin NASA: n tutkimuskeskuksessa Kaliforniassa. Se on hiilinanoputki, joka voidaan implantoida ihon alle.
Kuvittele ihmiskehoon ommeltu "älykäs" mikrokapseli, joka injektoi yksilölle elintärkeää lääkettä vereen oikeaan aikaan ja oikeissa annoksissa. Tällainen sopeutuminen voi pelastaa satoja tuhansia sairaita ihmisiä, joiden on jatkuvasti otettava lääkkeitä. Esimerkiksi, jos haiman Langerhans-saarekkeiden solut, jotka normaalisti tuottavat insuliinia, sijoitetaan nanoputkiin, niitä voidaan käyttää diabeteksen hoitoon.
Yksi tällaisen laitteen muunnoksista on tarkoitus implantoida astronautteihin. Ajatuksena on, että nanoputket sisältävät biologista materiaalia (eläviä soluja), joka reagoi esimerkiksi aurinkokeilan säteilyn lisääntymiseen ja vapauttaa lääkettä, joka suojaa astronautin vartaloa. Nanoputkien solut voidaan suunnitella geneettisesti tuottamaan tarvittavia aineita vastauksena ympäristön muutoksiin.
Henkilön suojeleminen säteilyltä voi olla esimerkiksi proteiini G-CSF - aine, jota käytetään jo syöpäpotilaiden sädehoidossa. Hiilinanoputkissa on oltava huokoset, joiden avulla solut voivat kasvaa ja jakaa, ja lääkkeet voivat vapautua isännästä. Kapselit testataan nyt eläimillä. Mutta lähitulevaisuudessa tutkijat siirtyvät vapaaehtoisten kokeisiin.
Mainosvideo:
Koneet, jotka imevät hiilidioksidia ilmakehästä
Maapallon tulevasta ilmastomuutoksesta on keskusteltu pitkään kaikilla yhteiskunnan tasoilla. Maapallon lämpenemisen pääasiallinen syy on hiilidioksidi, jota teollisuuslaitokset ja kuljetusjärjestelmät tuottavat valtavia määriä ympäri maailmaa. Kanadalainen yritys Carbon Engineering toivoo saavan aikaan muutosta uuttamalla tämä kaasu kemiallisesti ilmakehästä. Yrityksen asiantuntijoiden keksimä laite voi imeä ilmaa ja viedä sen hydroksidiliuoksen läpi. Tämän seurauksena hiilidioksidi muuttuu kiinteäksi hiilisedimentiksi - hiilidioksidiksi. Ja sitä voidaan jo käyttää teollisiin tarkoituksiin tai yksinkertaisesti haudata maahan.
Tätä konetta testattiin viime vuonna, ja se toimi 500 tuntia, ja se poisti onnistuneesti hiilidioksidia ilmasta. Seuraava koe kestää useita tuhansia tunteja. Insinöörejä kiinnostaa, miten laite reagoi eri sääolosuhteisiin.
Yhtiö toivoo kehittävänsä kaupallisen lentäjän vuonna 2013. Laitteen kaikki moduulit muistuttavat ydinvoimalaitoksen jättiläistä jäähdytystornia ja pystyvät poistamaan ilmakehästä miljoona tonnia hiilidioksidia vuodessa. Sivilisaatiomme tuottaa vuosittain 30 miljardia tonnia tätä kaasua, ts. Tarvitaan 30 tuhatta moduulia ihmiskunnan vaikutuksen neutraloimiseksi planeetan ilmastoon.
Suprajohteiden ongelman ratkaiseminen
Suprajohtajat ovat sähkön siirron ja varastoinnin tulevaisuus. Näillä materiaaleilla on erittäin alhainen, melkein nolla vastus. Niitä voidaan käyttää kaapeleiden ja akkujen valmistukseen sähköjärjestelmiin. Mutta ongelmana on, että kaikki tällä hetkellä tunnetut suprajohteet ovat sellaisia vain hyvin matalissa lämpötiloissa: alle - 163 ° C. Siksi ne on jäähdytettävä ja eristettävä hyvin, mikä sinänsä on erittäin kallista. On tarpeen löytää materiaaleja, jotka ovat suprajohtavia korkeissa lämpötiloissa. Ja tämä kuuluu jo kvanttifysiikan ja sen monimutkaisten lakien, jotka koskevat alaatomisten hiukkasten käyttäytymistä, toimivaltaan. Ratkaisu ongelmaan on nykyaikaisten tietokoneiden voimien ulkopuolella. Mutta Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin tutkijat ovat kehittäneet "kvanttimulaattorin" - tietokonejärjestelmän, jokajoka auttaa tutkijoita suunnittelemaan ja stimuloimaan kvanttihiukkasten välistä vuorovaikutusta ja yksinkertaisesti lukemaan tietoa näiden vuorovaikutusten tuloksista. Siten tunnettuja suprajohteita on mahdollista verrata muihin materiaaleihin ja etsiä niistä sopivaa.
Kaikkien fysiikan lakien ja ilmiöiden yhtenäisen mallin luominen
Hiukkasfysiikan standardimalli on tällä hetkellä paras järjestelmä ymmärtämään aineen alaatomisten hiukkasten käyttäytymistä. Se ei kuitenkaan voi selittää kasvavilla nopeuksilla tapahtuvia painovoiman ja maailmankaikkeuden laajenemisen ilmiöitä. Yhden mallin luominen, joka kattaa kaikki luonnossa tunnetut fyysiset ilmiöt, on silmiinpistävä läpimurto tieteessä, verrattavissa kvantiteorian kehitykseen. Kvanttiteorian perusteella laserit, mikroelektroniikkalaitteet, erittäin tarkat kellot toimivat nyt, murtumattomia koodeja on luotu, toisin sanoen monia asioita, joita ei edes ajateltu ennen kuin teoria oli muotoiltu.
Kuinka ympäröivä todellisuus voi poiketa standardimallin ennusteista? Vastaus ilmestyy kokeilujen jälkeen, jotka tehdään Large Hadron Colliderilla - jättiläisellä hiukkaskiihdyttimellä. Hän työskentelee suurilla energioilla. tapahtuu hiukkasten - protonien törmäys. Elektronien ja positronien törmäys on lupaavampaa, koska tässä kokeessa voidaan asettaa ja muuttaa kunkin törmäyksen energiaa ja tutkia yksinkertaisempia lopputilat. Mutta näitä hiukkasia ei voida kiihdyttää ympyrässä, koska tässä tapauksessa ne antavat energiansa kaikkiin suuntiin. Tämä ilmiö tunnetaan synkrotronisäteilynä. Ratkaisu on pinnalla: sinun on kiihdytettävä niitä suorassa linjassa kiihdyttimen avulla. Juuri tällainen rakenne on tarkoitus rakentaa lähitulevaisuudessa. Sen pituus on 50 kilometriä. Se voidaan rakentaa Japaniin,Amerikassa, Sveitsissä tai Venäjällä.
Alzheimerin tauti petrimaljoilla
Tällä hetkellä maailmassa on 26 miljoonaa Alzheimerin tautia sairastavaa. Tämä on enemmän kuin koko Australian väestö. Isossa-Britanniassa on 800 000 tällaista potilasta. Näiden lukujen odotetaan kaksinkertaistuvan vuoteen 2050 mennessä. Taudin syy on edelleen tuntematon, eikä tehokasta hoitoa ole. Potilaat voivat parantaa elämänlaatuaan vain vähän. Taudin tutkimiseksi tarvitaan näytteitä elävän ihmisen aivokudoksesta, mutta selkeistä syistä on mahdotonta hankkia niitä. Ja tässä tapauksessa on turhaa kokeilla eläimiä, koska vain ihmiset ovat alttiita tälle taudille. Siksi on vaikea yliarvioida kahden riippumattoman tutkijaryhmän työtä Cambridgen yliopistosta ja Kaliforniasta. He pystyivät kasvattamaan aivosoluja laboratoriossa ja seuraamaan Alzheimerin taudin kehittymistä suoraan Petri-maljoilla. Onnistui selvittämäänettä tauti alkaa pienten solujen poikkeavuuksien asteittaisella kertymisellä. Tutkijat ottivat ihosolut potilailta, joiden perheessä oli potilaita, joista he saivat kantasoluja, jotka voivat muuttua muiksi, esimerkiksi aivosoluiksi. He tutkivat erilaisten aineiden vaikutusta löytääkseen keinoja estää taudin kehittyminen. Tutkijat toivovat hankkeen onnistuneen loppuunsaattamisen seuraavien kolmen tai viiden vuoden aikana.
Etsi maan ulkopuolisia sivilisaatioita
Vuodesta 1995 lähtien, kun ensimmäinen aurinkoa muistuttava tähti ympäröivillä planeetoilla - 51 Pegasi ja sen planeetta Bellerophon - löydettiin, astrofysiikit alkoivat tutkia noin 760 planeettaa sivilisaation olemassaolon kannalta. Näyttää siltä, että nämä planeetat, jotka ovat suunnilleen samalla etäisyydellä aurinkoistaan kuin tähtiä oleva Maapallo, vastaanottavat niiltä paljon vähemmän valoa ja lämpöä.
Astrofysiikko ja Coloradon yliopiston professori Webster Cash ehdotti "tähtihimmennyslaitetta" - erityistä avaruusalusta, joka voi estää tähden valoa, jolloin teleskoopin herkät instrumentit voivat tutkia mitä tahansa planeettaa. Tämä mahdollistaa näiden planeettojen valon spektroskooppisen tutkimuksen niiden kemiallisen koostumuksen ja ilmakehän esiintymisen tai puuttumisen määrittämiseksi. Voit myös selvittää, onko planeettojen ympärillä vesihöyryä. Tärkein biomarkkeri, eli aine, joka puhuu elämän läsnäolosta, on happi. Tätä tutkijat yrittävät löytää.
Uusien moottorien kehittäminen avaruusaluksille
Avaruusaluksen laskeminen maapallon kiertoradalle on melko vaikea tehtävä. Tässä tapauksessa avaruusaluksen nopeuden on oltava 25-kertainen äänenopeudesta. Tämä vaatii monivaiheisen joukon, jossa on suuri määrä polttoainetta, joka vahingossa räjähtääkseen muistuttaa pienen ydinpommin räjähdystä. Tämän vaaran lisäksi on myös taloudellinen ongelma. Tällainen lento maksaa kymmeniä tuhansia dollareita raketin kilogrammaa kohti. Mutta tilanne voidaan pian muuttaa.
Brittiläinen Reaction Engines -yhtiö on suunnitellut uudelleenkäytettävän miehittämättömän avaruusaluksen Skylon, jolla ei ole edellä mainittuja haittoja. Avain tämän projektin menestykseen on aivan uuden järjestelmän SABRE-avaruusmoottorin kehittäminen, joka voi toimia kahdessa tilassa: suihkumoottori (kaasuturbiinimoottori) ja rakettimoottori.
Sille tärkein polttoaine on vety, ja happi on hapetin. Nousun ja laskeutumisen aikana happi tulee moottoriin suoraan ilmakehästä. Ja avaruuteen menemisen jälkeen sisäiset säiliöt hapettimen kanssa tulevat peliin. Uuden moottorin pääkomponentit on nyt luotu ja niitä valmistellaan laajaan testaukseen. Jos projekti onnistuu ja toteutetaan, avaruusaluksen laskeminen maapallon kiertoradalle laskee 15-50 kertaa. Suurin hyötykuorma, jonka Skylon voi toimittaa avaruuteen, on 12-15 tonnia 300 kilometrin korkeudessa ja 9,5-10,5 tonnia 460 kilometrin korkeudessa.
Kasvava "supervehnä"
Maapallon väestön ruokkimiseksi vaaditaan Etelä-Amerikan kokoista maatalousmaata. Tutkijat yrittävät löytää tehokkaampia tapoja saada ruokaa. Vehnäsato-konsortion asiantuntijat uskovat, että yksi tapa ratkaista tämä ongelma on kehittää "supervehnä", modifioitu kasvi, joka tuottaa enemmän syötävää biomassaa. Kehityksen tavoitteena on lisätä sadonkorotusta 50 prosentilla 25 vuoden aikana. Mutta miten? Parantamalla fotosynteesin tehokkuutta. Fotosynteesi on prosessi kasveissa orgaanisen aineen muodostumiseksi hiilidioksidista ja vedestä valossa, jossa on mukana fotosynteettisiä pigmenttejä (klorofylli kasveissa, bakteeri-klorofylli ja bakteerimodopsiini bakteereissa). Tämän prosessin tehokkuutta on tarkoitus parantaa vaikuttamalla yhteen entsyymeistä,joka vastaa fotosynteesin ensimmäisestä vaiheesta - hiilen kiinnittymisestä. Täällä voit käyttää sekä biokemiallisia että geneettisiä menetelmiä. Hanke on edelleen huonosti rahoitettu, mutta ensimmäiset kokeilut ovat jo alkaneet Meksikossa.
Turvallisten ydinvoimalaitosten luominen
Vuonna 1954 Obninskiin rakennettiin maailman ensimmäinen ydinvoimala. Ydinenergiaa on sittemmin pidetty ehtymättömänä energianlähteenä tulevaisuutta varten. Tšernobylin ja Fukushiman tunnettujen tapahtumien jälkeen kävi kuitenkin selväksi, että tällaiset voimalaitokset aiheuttavat valtavan vaaran. Tämän ongelman yhteydessä kehitetään ITER (ITER) -hanketta, joka on maailman suurin lämpöydinreaktori, jota rakennetaan nyt Ranskaan Euroopan unionin, Intian, Kiinan, Etelä-Korean, Venäjän, Yhdysvaltojen ja Japanin yhteisillä ponnisteluilla. Lämpöydinreaktori on säteilyn suhteen paljon turvallisempaa kuin ydinreaktori. Siinä käytettyjen radioaktiivisten aineiden määrä on suhteellisen pieni. Energia, joka voi vapautua onnettomuuden seurauksena, on myös pieni, eikä se voi johtaa reaktorin tuhoutumiseen. Reaktorin rakenne on sellainen, että siinä on luonnollisia esteitä,radioaktiivisten aineiden leviämisen estäminen. ITER-suunnittelussa kiinnitettiin kuitenkin paljon huomiota säteilyturvallisuuteen - sekä normaalin toiminnan että mahdollisten onnettomuuksien aikana. Sen energia tuotetaan deuterium- ja tritiumytimien (vety-isotoopit ylimääräisillä neutroneilla) fuusion avulla. Tämä polttoaine on turvallista, koska sitä käytettäessä ei ole ketjureaktiota. Seurauksena ei ole pitkäaikaista radioaktiivista kontaminaatiota. Lisäksi merivedessä on paljon deuteriumia, ja tritium saadaan helposti litiumista. Sen energia tuotetaan deuterium- ja tritiumytimien (vety-isotoopit ylimääräisillä neutroneilla) fuusion avulla. Tämä polttoaine on turvallista, koska sitä käytettäessä ei ole ketjureaktiota. Seurauksena ei ole pitkäaikaista radioaktiivista kontaminaatiota. Lisäksi merivedessä on paljon deuteriumia, ja tritium saadaan helposti litiumista. Siinä oleva energia tuotetaan deuterium- ja tritiumytimien (vety-isotoopit ylimääräisillä neutroneilla) fuusion avulla. Tämä polttoaine on turvallista, koska sitä käytettäessä ei ole ketjureaktiota. Seurauksena ei ole pitkäaikaista radioaktiivista kontaminaatiota. Lisäksi merivedessä on paljon deuteriumia, ja tritium saadaan helposti litiumista.
Koneet, jotka voivat muokata DNA: ta
Mahdollisuus muuttaa ihmisen DNA: ta on kauan miehittänyt tutkijoiden ja lääkäreiden mielen ympäri maailmaa. Siitä lähtien, kun tiedettiin erilaisten sairauksien riippuvuudesta elävän organismin perimän sekvenssissä, on suoritettu monia geenitutkimuksia, geenitekniikkaa ja biokemiallisia tutkimuksia hoitomenetelmien kehittämiseksi käyttämällä DNA: n muutoksia. Monien biologian löytöjen alku liittyy bakteereihin. Nämä ovat suhteellisen yksinkertaisia olentoja, joissa esitetään monia ihmiskehossa tapahtuvia perustavanlaatuisia prosesseja. Jo nyt heidän avullaan tehdään lääkkeiden teollista synteesiä. Jotta mikrobit voisivat palvella ihmistä haluamallaan tavalla, tutkijat ovat oppineet tekemään asianmukaiset muutokset DNA: hansa. Tällaiset kokeet vaativat kuitenkin paljon aikaa, vaivaa ja kustannuksia, eivätkä ne ole aina onnistuneita.
Lähitulevaisuudessa amerikkalainen yritys LS9 aikoo tarjota väestölle edullisia polttoaineita, lääkkeitä ja ehkä jopa ruokaa. Kaikki tämä tuotetaan bioreaktorissa, joka perustuu halpoihin raaka-aineisiin - erilaisiin orgaanisiin jätteisiin, hakkeeseen ja niin edelleen. Yksi projektin vetäjistä, George Church, kehitti yhdessä kollegoineen uuden lähestymistavan saadakseen mikro-organismit, joilla on vaadittavat ominaisuudet. Uutta tekniikkaa kutsutaan MAGE: ksi (Multiplex-automated genomic engineering), toisin sanoen”multiplex-automated genomic engineering”. Se perustuu uuteen laitteeseen, jota voidaan hyvinkin kutsua "evoluutiokoneeksi".
Sen avulla voidaan tehdä 50 muutosta bakteeri-DNA: ssa samanaikaisesti, eli testata 50 varianttia yhdessä kokeessa. Ja kun valinta on niin suuri, on helpompaa ja nopeampaa löytää tarvitsemasi. Tutkijat etsivät nyt "polttoaine" -mikrobia, jotka syntetisoivat erilaisia hiilivetyseoksia, koostumukseltaan samanlaisia kuin autojen polttoaineet. Ensimmäinen tällainen koelaitos avattiin viime vuonna San Franciscossa, ja se työllistää jo ensimmäisen sukupolven bakteereja. Sokeriruo'osta ne tuottavat satoja galloneita biopolttoainetta viikossa. Tämä polttoaine on kristallinkirkas ja täyttää kansainväliset standardit.
Kehityksen kirjoittajat uskovat, että koneen nopeutetun evoluution periaate mahdollistaa sellaisten muunnettujen bakteerien saamisen, jotka syntetisoivat valtavia määriä halpoja ravinteita ja erilaisia lääkkeitä.
LS9-projektipäällikkö Bill Haywood on optimistinen: "Me parannamme maailmaa." Haluan todella uskoa, että siitä tulee niin.
Aikakauslehti: 1900-luvun salaisuudet №41. Kirjoittaja: Irina Bakhlanova