Ko se bliža že drugo leto, se zdi, da je čas, da spet sedemo, zložimo roke, globoko vdihnemo in pogledamo nekatere naslove znanstvenih člankov, na katere morda nismo bili pozorni že prej. Znanstveniki nenehno ustvarjajo nekakšne nove dogodke na različnih področjih, kot so nanotehnologija, genska terapija ali kvantna fizika in to vedno odpira nova obzorja.
Naslovi znanstvenih člankov začenjajo vedno bolj spominjati na naslove zgodb revij znanstvene fantastike. Glede na to, kaj nam je prineslo leto 2017, nam ostane le še naprej, da bomo pričakovali, kaj nam bo prineslo leto 2018 …
Znanstveniki so ustvarili časovne kristale, za katere ne veljajo zakoni časovne simetrije
Po prvem zakonu termodinamike ni mogoče ustvariti trajnega gibalnega stroja, ki bi deloval brez dodatnega vira energije. Vendar pa je v začetku tega leta fizikom uspelo ustvariti strukture, imenovane časovni kristali, kar zagotovo vzbuja dvom v to tezo.
Vremenski kristali delujejo kot prvi resnični primeri novega stanja materije, imenovane "neravnovesje", v katerem imajo atomi spremenljivo temperaturo in med seboj nikoli niso v toplotnem ravnovesju. Začasni kristali imajo atomsko strukturo, ki se ponavlja ne samo v vesolju, ampak tudi v času, kar jim omogoča, da vzdržujejo stalne vibracije, ne da bi prejeli energijo. To se zgodi tudi v stacionarnem stanju, ki je stanje z najnižjo energijo, ko je gibanje teoretično nemogoče, saj to zahteva stroški energije.
Torej časovni kristali kršijo zakone fizike? Strogo gledano, ne. Zakon ohranjanja energije deluje samo v sistemih s simetrijo v času, kar pomeni, da so zakoni fizike povsod in vedno enaki. Vendar pa časovni kristali kršijo zakonitosti simetrije časa in prostora. In ne samo njih. Tudi magneti se včasih štejejo za naravne asimetrične predmete, ker imajo severni in južni pol.
Promocijski video:
Drugi razlog, zakaj časovni kristali ne kršijo zakonov termodinamike, je, da niso popolnoma izolirani. Včasih jih je treba »potisniti« - torej dati zunanji impulz, po prejemu katerega bodo že znova in znova začeli spreminjati svoja stanja. Možno je, da bodo v prihodnosti ti kristali našli široko uporabo na področju prenosa in shranjevanja informacij v kvantnih sistemih. Lahko igrajo kritično vlogo pri kvantnem računanju.
"Živi" kačji pastirji
Enciklopedija Merriam-Webster pravi, da je krilo premičen dodatek perja ali membran, ki ga ptice, žuželke in netopirji uporabljajo za letenje. Ne bi smelo biti živo, toda entomologi z univerze Keele v Nemčiji so naredili nekaj presenetljivih odkritij, ki kažejo drugače - vsaj za kačji pastirji.
Žuželke dihajo skozi sapnik. Zrak vstopa v telo skozi odprtine, imenovane spirale. Nato potuje skozi zapleteno mrežo sapnikov, ki prenašajo zrak do vseh celic v telesu. Vendar pa so krila skoraj v celoti sestavljena iz mrtvega tkiva, ki se posuši in postane prosojno ali pa je prekrito z barvnimi vzorci. Območja mrtvega tkiva so prežeta z žilami in to so edine sestavine krila, ki so del dihal.
Ko pa je entomolog Rainer Guillermo Ferreira z elektronskim mikroskopom pogledal krilo moškega kačji pastir Zenithoptera, je zagledal drobne razvejane sapnice. To je bilo prvič, da je bilo kaj takega videti v krilu žuželke. Potrebnih bo veliko raziskav, da se ugotovi, ali je ta fiziološka značilnost edinstvena za to vrsto ali se morda pojavlja tudi pri drugih kačjih pasjah ali celo pri drugih žuželkah. Možno je celo, da gre za eno samo mutacijo. Obilna zaloga kisika lahko razloži svetle, zapletene modre vzorce v krilih kačjih pastirjev Zenithoptera, ki ne vsebujejo modrega pigmenta.
Starodavni klopi z krvjo dinozavra v notranjosti
Pogosto najdemo neverjetne stvari, ohranjene znotraj jantarja, vendar nam je letos podelilo super nagrado. Znanstveniki iz Mjanmara so odkrili koščke jantarja, stare 99 milijonov let, ki vsebujejo parazite, kot so sodobni klopi. Eden od njih se je zapletel v pljusk dinozavra, dva sta bila najdena v koščku gnezda dinozavra, četrtega pa so našli v notranjosti z dinozavrovo krvjo.
Seveda so ljudje o tem razmišljali o scenariju parka Jurja in možnosti uporabe krvi, da bi takoj ustvarili dinozavre. Žal se to v bližnji prihodnosti ne bo zgodilo, saj je iz najdenih kosov jantarja nemogoče izvleči vzorce DNK. Debata o tem, kako dolgo lahko traja molekula DNK, še vedno ni končana, vendar tudi po najbolj optimističnih ocenah in v najbolj optimalnih razmerah njihova življenjska doba ni več kot nekaj milijonov let.
Toda čeprav klopa, imenovanega Deinocrotondraculi ("Grozna Drakula"), ni pomagala obnoviti dinozavrov, je še vedno zelo nenavadna najdba, ki nam je zagotovila novo znanje. Zdaj vemo ne le, da so med pernatimi dinozavri našli starodavne klope, ampak tudi, da so celo okužili gnezdo dinozavrov.
Sprememba odraslih genov
Danes je vrhunec genske terapije "zbrano redno medsebojno kratke palindromske ponovitve" ali CRISPR (grozdijo redno medsebojno kratke palindromske ponovitve). Družina sekvenc DNK, ki trenutno tvorijo osnovo tehnologije CRISPR-Cas9, bi lahko teoretično za vedno spremenila človeško DNK.
Leta 2017 je genetski inženiring odločilno napredoval - potem, ko je ekipa v Proteomskem raziskovalnem centru v Pekingu sporočila, da je uspešno uporabila CRISPR-Cas9 za odpravo mutacij, ki povzročajo bolezni, v živih človeških zarodkih. Druga ekipa, z Inštituta Francis Crick iz Londona, je šla nasprotno in to tehnologijo prvič uporabila za namerno ustvarjanje mutacij v človeških zarodkih. (Zlasti so izklopili gen, ki spodbuja razvoj zarodkov v blastociste.)
Raziskave so pokazale, da tehnologija CRISPR-Cas9 deluje - in to zelo uspešno. Vendar je to sprožilo intenzivno etično razpravo o tem, kako daleč se lahko uporablja ta tehnologija. Teoretično bi to lahko privedlo do "oblikovalskih otrok", ki imajo lahko intelektualne, atletske in fizične lastnosti v skladu z lastnostmi, ki jih določijo starši.
Če smo upoštevali etiko, so raziskave šle še novembra, ko je bil CRISPR-Cas9 prvič testiran na odrasli osebi. Brad Maddu (44) iz Kalifornije trpi za Hunterjevim sindromom, neozdravljivo boleznijo, ki bi ga lahko sčasoma pripeljala do invalidskega vozička. Vbrizgali so mu milijarde kopij gena za popravljanje. Kar nekaj mesecev bo minilo, preden bomo lahko ugotovili, ali je bil postopek uspešen.
Kaj je prišlo prej - gobico ali glavnik žele?
Novo znanstveno poročilo, ki je bilo objavljeno letos, bi moralo enkrat za vselej končati dolgotrajno razpravo o izvoru živali. Po raziskavi so gobice "sestre" vseh živali na svetu. To je posledica dejstva, da so bile gobice prva skupina, ki se je med evolucijo ločila od primitivnega skupnega prednika vseh živali. To se je zgodilo pred približno 750 milijoni let.
Pred tem je potekala vroča razprava, ki je vsebovala dva glavna kandidata: prej omenjene gobice in morsko nevretenčarje, imenovane ktenofor. Medtem ko so gobice najpreprostejša bitja, ki sedijo na dnu oceana in se prehranjujejo s prehajanjem in filtriranjem vode skozi svoja telesa, so česnasti želeji bolj zapleteni. Spominjajo na meduze, se lahko premikajo v vodi, lahko ustvarijo vzorce svetlobe in imajo preprost živčni sistem. Vprašanje, kdo od njih je prvi, pomeni vprašanje, kako je izgledal naš skupni prednik. To velja za najpomembnejši trenutek pri spremljanju zgodovine našega razvoja.
Medtem ko izsledki študije pogumno razglašajo, da je bilo vprašanje rešeno, le nekaj mesecev prej je bila objavljena še ena študija, ki pravi, da so bile naše evolucijske "sestre" ktenofori. Zato je še prezgodaj reči, da je mogoče najnovejše rezultate šteti za dovolj zanesljive, da bi odpravili kakršne koli dvome.
Rakuni so prestali preizkus starodavne inteligence
V šestem stoletju pred našim štetjem je starogrški pisatelj Aesop napisal ali zbral številne basni, ki so danes znane kot "Aesopove basni". Med njimi je bila pravljica z naslovom Vrana in vrč, ki opisuje, kako je žejna vrana vrgla kamenčke v vrč, da bi dvignila vodostaj in lahko pila.
Nekaj tisoč let kasneje so znanstveniki spoznali, da je ta basna opisovala dober način za testiranje inteligence živali. Poskusi so pokazali, da so poskusne živali razumele vzrok in posledice. Vrane, tako kot njihovi sorodniki, loparji in jaje, so potrdile resnico basni. Opice so tudi prestale ta test in letos so na seznam dodali rakune.
Med preskusom na podlagi Aesonove basni je osem rakunov dobilo posode z vodo, na površini katerih so plavali močvirski mešički. Raven vode je bila prenizka, da bi jo dosegli. Dva od preiskovancev sta uspešno vrgla kamenje v posodo, da bi dvignila nivo vode in dobila, kar sta želela.
Drugi testi so našli svoje kreativne rešitve, ki jih raziskovalci niso nikoli pričakovali. Eden izmed rakunov je namesto, da bi v zabojnik metal kamenje, splezal na zabojnik in začel nihati od njega na stran, dokler se ni prevrnil. V drugem testu, ki je namesto kamenja uporabljal plavajoče in potopne kroglice, so strokovnjaki upali, da bodo rakuni uporabili potopne kroglice in zavrgli plavajoče. Namesto tega so nekatere živali začele večkrat potapljati plavajočo kroglico v vodo, dokler naraščajoči val ni koščke močvirja pribil na stran, kar jih je olajšalo.
Fiziki ustvarijo prvi topološki laser
Fiziki z kalifornijske univerze v San Diegu trdijo, da so ustvarili novo vrsto laserja - "topološki", katerega žarek lahko sprejme kakršno koli zapleteno obliko brez razprševanja svetlobe. Naprava deluje na podlagi koncepta topoloških izolatorjev (materiali, ki so dielektriki znotraj svoje prostornine, vendar vodijo tok po površini), ki je leta 2016 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Običajno se za ojačevanje svetlobe v laserjih uporabljajo obročni resonatorji. Učinkovitejši so od ostrih kotnih resonatorjev. Vendar je tokrat raziskovalna ekipa ustvarila topološko votlino z uporabo fotonskega kristala kot ogledala. Zlasti sta bila uporabljena dva fotonska kristala z različnimi topologijami, od katerih je bil eden v obliki zvezde celice v kvadratni rešetki, drugi pa trikotna rešetka s cilindričnimi zračnimi luknjami. Član ekipe Boubacar Kante jih je primerjal z rogljičkom in perečkom: čeprav sta oba kruh z luknjami, jih različno število lukenj razlikuje.
Ko so kristali na pravem mestu, žarek dobi želeno obliko. Ta sistem nadzira magnetno polje. Omogoča vam spreminjanje smeri oddajanja svetlobe in s tem ustvarjanje svetlobnega toka. Neposredna praktična uporaba tega lahko poveča hitrost optične komunikacije. Vendar v prihodnosti to vidimo kot korak naprej pri ustvarjanju optičnih računalnikov.
Znanstveniki so odkrili ekscitonij
Fiziki po vsem svetu so zelo navdušeni nad odkritjem nove oblike snovi, imenovane excitonium. Ta oblika je kondenzat kvazi delcev, ekscitonov, ki so vezano stanje prostega elektrona in elektronske luknje, ki nastane kot posledica dejstva, da je molekula izgubila elektron. Še več, Harvard teoretični fizik Bert Halperin je v 60. letih prejšnjega stoletja napovedal obstoj ekscitonija in od takrat znanstveniki poskušajo dokazati, da je bilo pravilno (ali napačno).
Tako kot številna velika znanstvena odkritja je bilo tudi pri tem odkritju kar precej naključja. Ekipa raziskovalcev z univerze v Illinoisu, ki je odkrila ekscitonij, je pravzaprav obvladala novo tehnologijo, imenovano spektroskopija izgube energije elektronskih žarkov (M-EELS) - ustvarjena posebej za prepoznavanje ekscitonov. Vendar je do odkritja prišlo, ko so raziskovalci izvajali le kalibracijske teste. V sobo je vstopil en član ekipe, medtem ko so vsi ostali gledali v zaslone. Povedali so, da so zaznali "lahki plazmon", predhodnik kondenzacije ekscitona.
Vodja študije profesor Peter Abbamont je to odkritje primerjal z Higgsovim bozonom - v resničnem življenju ne bo imel neposredne uporabe, vendar kaže, da je naše trenutno razumevanje kvantne mehanike na pravi poti.
Znanstveniki so ustvarili nanorobote, ki ubijajo raka
Raziskovalci z univerze v Durhamu trdijo, da so ustvarili nanorobote, ki so sposobni zaznati rakave celice in jih ubiti v samo 60 sekundah. V uspešnem univerzitetnem preskušanju so drobni roboti potrebovali med eno in tremi minutami, da so v zunanjo membrano prodrli v rakavo celico prostate in jo takoj uničili.
Nanoroboti so 50.000-krat manjši od premera človeške dlake. Aktivirajo se s svetlobo in se vrtijo s hitrostjo dveh do treh milijonov vrtljajev na sekundo, da bi lahko prodrli v celično membrano. Ko dosežejo svoj cilj, ga lahko uničijo ali vanj vbrizgajo uporabno terapevtsko sredstvo.
Do zdaj so nanorobote testirali le na posameznih celicah, vendar so spodbudni rezultati znanstvenike spodbudili k poskusom na mikroorganizmih in majhnih ribah. Nadaljnji cilj je prehod na glodavce in nato na ljudi.
Medzvezdni asteroid bi lahko bil vesoljsko plovilo tujec
Minilo je le nekaj mesecev, odkar so astronomi z veseljem napovedali odkritje prvega medzvezdnega predmeta, ki prehaja skozi osončje, asteroid z imenom Oumuamua. Od takrat opazujejo številne čudne stvari, ki se dogajajo s tem nebeškim telesom. Včasih se je obnašal tako nenavadno, da znanstveniki verjamejo, da se lahko objekt izkaže za vesoljsko vesoljsko vesolje.
Najprej je njegova oblika zaskrbljujoča. Oumuamua ima obliko cigare z razmerjem med dolžino in premerom deset proti ena, česar še nikoli nismo videli pri nobenem od opazovanih asteroidov. Znanstveniki so sprva menili, da gre za komet, potem pa so spoznali, da ni, saj predmet, ko se je približal Soncu, ni pustil repa za sabo. Poleg tega nekateri strokovnjaki trdijo, da bi morala hitrost vrtenja predmeta uničiti vsak normalen asteroid. Videti je, da je bil ustvarjen posebej za medzvezdna potovanja.
Toda če bi bil ustvarjen umetno, kaj bi potem lahko bil? Nekateri pravijo, da je to tujec sonda, drugi verjamejo, da gre morda za vesoljsko plovilo, katerega motorji so se pokvarili, zdaj pa lebdi v vesolju. Vsekakor udeleženci programov, kot sta SETI in BreakthroughListen, menijo, da Oumuamua zahteva nadaljnjo preiskavo, zato usmerijo svoje teleskope vanj in poslušajo kakršne koli radijske signale.
Medtem ko tujerodna hipoteza na noben način ni bila potrjena, začetna opažanja SETI niso prišla nikamor. Številni raziskovalci so še vedno pesimistični glede možnosti, da bi objekt lahko ustvarili tujci, vsekakor pa se bodo raziskave nadaljevale.