Kun uusi vuosi on loppumassa, näyttää siltä, että on aika istua jälleen kerran, taittaa aseemme, hengittää syvään ja katsoa joitain tieteellisten artikkelien otsikoita, joihin emme ehkä ole kiinnittäneet huomiota aiemmin. Tutkijat luovat jatkuvasti jonkinlaista uutta kehitystä eri aloilla, kuten nanoteknologia, geeniterapia tai kvantfysiikka, ja tämä avaa aina uusia näköaloja.
Tieteellisten artikkeleiden nimet alkavat muistuttaa tieteiskirjallisuuslehtien tarinoiden otsikoita. Kun otetaan huomioon se, mitä vuosi 2017 toi meille, on vain odotettava, mitä vuosi 2018 tuo meille …
Tutkijat ovat luoneet ajallisia kiteitä, joihin ajan symmetrialakeja ei sovelleta
Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan on mahdotonta luoda jatkuvaa liikettä, joka toimii ilman ylimääräistä energialähdettä. Aiemmin tänä vuonna fyysikot onnistuivat kuitenkin luomaan rakenteita, joita kutsutaan ajallisiksi kiteiksi, mikä varmasti kyseenalaistaa tämän tutkielman.
Ajalliset kiteet toimivat ensimmäisinä todellisina esimerkkeinä uudesta ainetilasta, nimeltään "epätasapaino", jossa atomien lämpötila vaihtelee ja jotka eivät ole koskaan lämpötasapainossa toistensa kanssa. Ajallisilla kiteillä on atomirakenne, joka toistuu paitsi avaruudessa, mutta myös ajassa, mikä sallii niiden ylläpitää jatkuvia värähtelyjä vastaanottamatta energiaa. Tämä tapahtuu jopa liikkumattomassa tilassa, joka on alhaisin energiatila, kun liike on teoriassa mahdoton, koska se vaatii energiakustannukset.
Joten rikkovatko aikakristallit fysiikan lakeja? Tarkkaan ottaen, ei. Energian säästölaki toimii vain järjestelmissä, joissa on symmetria ajoissa, mikä tarkoittaa, että fysiikan lait ovat samat kaikkialla ja aina. Ajalliset kiteet rikkovat kuitenkin ajan ja tilan symmetrialakeja. Eikä vain niitä. Myös magneetteja pidetään joskus luonnollisina epäsymmetrisinä esineinä, koska niillä on pohjoinen ja etelä-navat.
Mainosvideo:
Toinen syy siihen, miksi ajalliset kiteet eivät riko termodynamiikan lakeja, on, että ne eivät ole täysin eristyneitä. Joskus niitä on "työnnettävä" - toisin sanoen ulkoisen impulssin antamiseksi, vastaanottamisen jälkeen he alkavat jo muuttaa tilansa uudestaan ja uudestaan. On mahdollista, että tulevaisuudessa näitä kiteitä voidaan käyttää laajasti tiedonsiirron ja kvantijärjestelmien varastoinnin alalla. Heillä voi olla kriittinen rooli kvanttilaskennassa.
"Living" sudenkorento siivet
Merriam-Webster-tietosanakirja kertoo, että siipi on höyhenten tai kalvon siirrettävä lisäys, jota linnut, hyönteiset ja lepakot lentävät. Sen ei pitäisi olla hengissä, mutta saksalaisen Keelen yliopiston entomologit ovat tehneet hätkähdyttäviä löytöjä, jotka viittaavat toisin - ainakin joihinkin sudenkoreihin.
Hyönteiset hengittävät henkitorven läpi. Ilma tulee kehoon spiraaleiksi kutsuttujen aukkojen kautta. Sitten se kulkee monimutkaisen henkitorven verkon läpi, joka kuljettaa ilmaa kaikkiin kehon soluihin. Itse siivet koostuvat kuitenkin melkein kokonaan kuolleesta kudoksesta, joka kuivuu ja joko tulee läpikuultavaksi tai peittyy värillisillä kuvioilla. Kuolleiden kudosten alueita läpäisevät laskimot, ja nämä ovat ainoat siipikomponentit, jotka ovat osa hengityselimiä.
Entomologi Rainer Guillermo Ferreira katsoi uros-sudenkorento Zenithopteran siipiä elektronimikroskoopin avulla, mutta hän näki pieniä haarautuvia henkitorven putkia. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun jotain tällaista oli nähty hyönteisen siipissä. Paljon tutkimusta tarvitaan sen määrittämiseksi, onko tämä fysiologinen ominaisuus ainutlaatuinen tälle lajille vai esiintyykö sitä myös muilla sudenkorennoilla vai edes muilla hyönteisillä. On jopa mahdollista, että tämä on yksi mutaatio. Runsas hapen tarjonta saattaa selittää kirkas, monimutkaisia sinisiä kuvioita sudenkorento Zenithopteran siipissä, jotka eivät sisällä sinistä pigmenttiä.
Muinainen rasti, jossa on dinosaurusverta
Löydämme usein hämmästyttäviä asioita, jotka on säilytetty keltaisen sisällä, mutta tämä vuosi on antanut meille superpalkinnon. Myanmarin tutkijat ovat löytäneet 99 miljoonan vuoden vanhat meripihkan palapalat, jotka sisältävät loisia, kuten modernit punkit. Yksi heistä takertui dinosauruksen höyhenen, kaksi muuta löydettiin kappaleesta dinosauruksen pesästä, ja neljännen todettiin olevan täynnä dinosaurusverta sen sisällä.
Tietenkin tämä sai ihmiset ajattelemaan Jurassic Park -skenaariota ja mahdollisuutta käyttää verta veren luomiseen uudelleen dinosaurukset heti. Valitettavasti tätä ei tapahdu lähitulevaisuudessa, koska löydettyjen meripihkan kappaleiden DNA-näytteiden ottaminen on mahdotonta. Keskustelu siitä, kuinka kauan DNA-molekyyli voi kestää, ei ole vielä päättynyt, mutta jopa optimistisimpien arvioiden mukaan ja optimaalisimmissa olosuhteissa niiden elinikä on enintään useita miljoonia vuosia.
Mutta vaikka rasti, nimeltään Deinocrotondraculi ("Kamala Dracula"), ei auttanut palauttamaan dinosauruksia, se on silti hyvin epätavallinen löytö, joka antoi meille uutta tietoa. Nyt tiedämme paitsi, että muinaisia punkkeja löydettiin höyhenpeiteisten dinosaurusten joukosta, mutta myös, että ne saastuttivat jopa dinosauruspesäkkeitä.
Aikuisten geenien muuntaminen
Nykyään geeniterapian huippu on”klusteroitu säännöllisesti väliin jäävien lyhyiden palindromisten toistojen kanssa” tai CRISPR (klusteroitu säännöllisesti välilyönnillä lyhyiden palindromisten toistojen kanssa). DNA-sekvenssien perhe, joka muodostaa tällä hetkellä CRISPR-Cas9-tekniikan perustan, voisi teoreettisesti muuttaa ihmisen DNA: ta ikuisesti.
Vuonna 2017 geenitekniikka otti ratkaisevan harppauksen - kun Pekingin Proteomic Research Center -tiimi ilmoitti käyttäneensä CRISPR-Cas9 -laitetta onnistuneesti ihmisten alkioiden sairauksia aiheuttavien mutaatioiden poistamisessa. Toinen joukkue, Lontoon Francis Crick -instituutista, meni päinvastaiseen suuntaan ja käytti tätä tekniikkaa ensimmäistä kertaa tarkoituksella mutaatioiden luomiseksi ihmisalkioihin. (Erityisesti he sammuttivat geenin, joka edistää alkioiden kehittymistä blastosystiksi.)
Tutkimukset ovat osoittaneet, että CRISPR-Cas9 -tekniikka toimii - ja melko menestyksekkäästi. Tämä on kuitenkin herättänyt kovan eettisen keskustelun siitä, kuinka pitkälle tätä tekniikkaa voidaan käyttää. Teoriassa tämä voisi johtaa "suunnittelijalapsiin", joilla voi olla älyllisiä, urheilullisia ja fyysisiä ominaisuuksia vanhempien määrittelemien ominaisuuksien mukaisesti.
Etiikkaa lukuun ottamatta, tutkimus meni vielä pidemmälle marraskuussa, kun CRISPR-Cas9 testattiin ensimmäisen kerran aikuisella. Brad Maddu, 44, Kaliforniasta, kärsii Hunterin oireyhtymästä, parantumattomasta taudista, joka voi johtaa hänet pyörätuoliin. Hänelle injektoitiin miljardeja kopioita korjaavasta geenistä. Kestää useita kuukausia, ennen kuin voimme selvittää, onko menettely onnistunut.
Mitä tuli ennen - sieni tai kammihyytelö?
Uuden tieteellisen raportin, joka julkaistiin tänä vuonna, pitäisi loppua pitkäaikainen keskustelu eläinten alkuperästä lopullisesti. Tutkimuksen mukaan sienet ovat kaikkien maailman eläinten "sisarta". Tämä johtuu tosiasiasta, että sienet olivat ensimmäinen ryhmä, joka erottui evoluution aikana kaikkien eläinten primitiivisestä yhteisestä esiisästä. Tämä tapahtui noin 750 miljoonaa vuotta sitten.
Aikaisemmin käydään kiihkeää keskustelua, josta kävi kiinni kaksi pääehdokasta: edellä mainitut sienet ja meren selkärangaton, nimeltään ctenophores. Vaikka sienet ovat yksinkertaisimpia olentoja, jotka istuvat valtameren pohjalla ja ruokkivat kulkemalla ja suodattamalla vettä kehonsa läpi, kampahyytelöt ovat monimutkaisempia. Ne muistuttavat meduusoja, kykenevät liikkumaan vedessä, voivat luoda valomallit ja heillä on yksinkertainen hermosto. Kysymys, mikä heistä oli ensimmäinen, tarkoittaa kysymystä siitä, miltä yhteinen esi-isämme näytti. Tätä pidetään tärkeimpänä hetkenä evoluutiohistorian seuraamisessa.
Vaikka tutkimuksen tulokset julistivat rohkeasti, että kysymys on ratkaistu, vain muutama kuukausi aikaisemmin, julkaistiin toinen tutkimus, jossa sanottiin, että evoluutio "sisaramme" olivat ktenoforeja. Siksi on liian aikaista sanoa, että viimeisimpiä tuloksia voidaan pitää riittävän luotettavina epäilyjen poistamiseksi.
Pesukarhu läpäisi muinaisen älykkyystestin
Kuudennella vuosisadalla eKr. Muinaiskreikkalainen kirjailija Aesop kirjoitti tai keräsi monia tarinoita, joita nykyään kutsutaan "Eesopin tarinoiksi". Heidän joukossaan oli tarina nimeltä "Varis ja kannu", joka kuvaa kuinka janoinen varis heitti kiviä kannuun vedenkorotuksen nostamiseksi ja juomiseksi.
Useita tuhansia vuosia myöhemmin tutkijat huomasivat, että tämä tarina kuvaa hyvää tapaa testata eläinten älykkyyttä. Kokeet osoittivat, että koe-eläimet ymmärsivät syyn ja seurauksen. Varikset, kuten heidän sukulaisensa, vankeja ja papit, vahvistivat tarinan totuuden. Apinat suorittivat myös tämän testin, ja supikoirat lisättiin luetteloon tänä vuonna.
Aesopin fabulaan perustuvan testin aikana kahdeksan supikoiraa sai vesisäiliöitä, joiden pinnalla vaahtokarkkeja kellui. Vedenkorkeus oli liian matala saavuttamiseksi. Kaksi koehenkilöä heitti menestyksekkäästi kiviä astiaan vedenpinnan nostamiseksi ja halutun saamiseksi.
Muut koehenkilöt löysivät omat luovat ratkaisunsa, joita tutkijat eivät koskaan odottaneet. Yksi pesukarhuista kivien heittämisen sijaan kiivesi säiliöön ja kiipesi astiaan ja alkoi heilua sivulta toiselle, kunnes se kaatui. Toisessa testissä, jossa käytettiin kelluvia ja uppoavia palloja kivien sijasta, asiantuntijat toivoivat, että pesukarhu käyttäisi uppoavia palloja ja heittäisi kelluvat. Sen sijaan jotkut eläimet alkoivat upottaa kelluvaa palloa toistuvasti veteen, kunnes nouseva aalto naulai vaahtokarkkeja paloja sivulle, mikä helpottaa niiden noutamista.
Fyysikot luovat ensimmäisen topologisen laserin
San Diegon Kalifornian yliopiston fyysikot väittävät, että he ovat luoneet uuden tyyppisen laserin - "topologisen", jonka säde voi saada minkä tahansa monimutkaisen muodon ilman valon sirontaa. Laite toimii topologisten eristimien käsitteen (materiaalit, jotka ovat dielektrisiä tilavuudensa sisällä, mutta johtavat virtaa pintaa pitkin) pohjalta, joka sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 2016.
Yleensä rengasresonaattoreita käytetään valon vahvistamiseen lasereissa. Ne ovat tehokkaampia kuin terävät kulmaresonaattorit. Tällä kertaa tutkimusryhmä loi kuitenkin topologisen onkalon käyttämällä fotonista kidettä peilinä. Erityisesti käytettiin kahta fotonista kidettä, joilla oli erilainen topologia, joista toinen oli tähtimuotoinen kenno neliömäisessä hilassa ja toinen oli kolmion muotoinen hila, jossa oli lieriömäiset ilmareiät. Joukkueen jäsen Boubacar Kante vertasi heitä bageliin ja esiseljakkoon: vaikka molemmat ovatkin reikiä sisältävä leipä, eri reikämäärä tekee niistä erilaisia.
Kun kiteet ovat oikeassa paikassa, säde saa halutun muodon. Tätä järjestelmää ohjataan magneettikentällä. Sen avulla voit muuttaa valon säteilysuuntaa, jolloin syntyy valovirta. Tämän suora käytännön sovellus voi lisätä optisen viestinnän nopeutta. Jatkossa tätä pidetään kuitenkin askeleena optisten tietokoneiden luomisessa.
Tutkijat ovat löytäneet eksitoniumin
Fyysikot ympäri maailmaa ovat erittäin innostuneita uuden aineen muodon, nimeltään eksitoniumin, löytämisestä. Tämä muoto on kondensaatti kvaasipartikkeleista, eksitoneista, jotka ovat vapaan elektronin ja elektronireiän sitoutuneena tilassa, joka muodostuu sen seurauksena, että molekyyli on menettänyt elektronin. Lisäksi Harvardin teoreettinen fyysikko Bert Halperin ennusti eksitoniumin olemassaoloa 1960-luvulla, ja sittemmin tutkijat ovat yrittäneet todistaa sen olevan oikein (tai väärin).
Kuten monet suuret tieteelliset löytöt, tässä löytössä oli melkoinen sattuma. Illinoisin yliopiston tutkijaryhmä, joka löysi eksitoniumin, hallitsi todella uutta tekniikkaa, nimeltään elektronisäteen energian menetysspektroskopia (M-EELS) - joka on luotu nimenomaan eksitonttien tunnistamiseen. Löytö tapahtui kuitenkin, kun tutkijat suorittivat vain kalibrointitestit. Yksi joukkueen jäsen tuli huoneeseen, kun taas kaikki muut katselivat näyttöjä. He sanoivat havainneensa "kevyen plasmonin", eksitonikondensaation esiasteen.
Tutkimuksen johtaja professori Peter Abbamont vertasi tätä löytöä Higgsin bosoniin - sillä ei ole suoraa käyttöä tosielämässä, mutta se osoittaa, että nykyinen ymmärryksemme kvanttimekaniikasta on oikealla tiellä.
Tutkijat ovat luoneet nanorobotit, jotka tappavat syövän
Durhamin yliopiston tutkijat väittävät luoneen nanorobotit, jotka pystyvät havaitsemaan syöpäsolut ja tappamaan ne vain 60 sekunnissa. Menestyvässä yliopistokokeessa kesti pienillä robotilla yhden - kolmen minuutin välillä tunkeutuakseen ulkokalvon syöpäsyöpäsoluun ja tuhoamaan sen välittömästi.
Nanorobotit ovat 50 000 kertaa pienempiä kuin ihmisen hiuksen halkaisija. Ne aktivoidaan valolla ja pyörivät nopeudella 2 - 3 miljoonaa kierrosta sekunnissa voidakseen tunkeutua solukalvoon. Kun he saavuttavat tavoitteensa, he voivat joko tuhota sen tai injektoida siihen hyödyllisen terapeuttisen aineen.
Toistaiseksi nanorobotit on testattu vain yksittäisillä soluilla, mutta rohkaisevat tulokset ovat saaneet tutkijat siirtymään kokeisiin mikro-organismeilla ja pienillä kaloilla. Lisätavoite on siirtyä jyrsijöihin ja sitten ihmisiin.
Tähtienvälinen asteroidi voi olla muukalainen avaruusalus
On kulunut vain muutama kuukausi siitä, kun tähtitieteilijät ilmoittivat onnellisina ensimmäisen aurinkokunnan läpi kulkevan tähtienvälisen esineen, Oumuamua-nimisen asteroidin, löytämiselle. Siitä lähtien he ovat havainneet monia omituisia asioita tapahtuvan tälle taivaalliselle ruumiille. Joskus se käyttäytyi niin epätavallisesti, että tutkijat uskovat, että esine voi osoittautua vieraana avaruusaluksena.
Ensinnäkin sen muoto on hälyttävä. Oumuamualla on sikarin muoto, jonka pituuden ja halkaisijan välinen suhde on kymmenestä yhteen, jota ei ole koskaan nähty missään havaituissa asteroideissa. Aluksi tutkijat pitivät sitä komeettana, mutta huomasivat sitten, että se ei ollut, koska esine ei jättänyt häntä takanaan lähestyessään aurinkoa. Lisäksi jotkut asiantuntijat väittävät, että esineen pyörimisnopeuden olisi pitänyt tuhota kaikki normaalit asteroidit. Vaikuttaa vaikutelmalta, että se on erityisesti luotu tähtienväliseen matkustamiseen.
Mutta jos se on luotu keinotekoisesti, niin mikä se voisi olla? Jotkut sanovat, että tämä on muukalainen koetin, toiset uskovat, että se voi olla avaruusalus, jonka moottorit ovat toimineet väärin, ja nyt se kelluu avaruudessa. Joka tapauksessa SETI: n ja BreakthroughListen-ohjelmien osanottajat uskovat, että Oumuamua vaatii lisätutkimuksia, joten he kohdistavat kaukoputkensa häneen ja kuuntelevat radiosignaaleja.
Vaikka ulkomaalaisen hypoteesia ei ole vahvistettu millään tavalla, alkuperäiset SETI-havainnot eivät ole johtaneet mihinkään. Monet tutkijat suhtautuvat edelleen pessimistisesti mahdollisuuksiin, että esineet voisivat luoda muukalaisia, mutta tutkimusta jatketaan joka tapauksessa.