Ment I Cos

Els deu primers descobriments científics de la dècada | Ciència

Són milions de nous treballs de recerca científica publicat cada any , donant llum a tot des del evolució de les estrelles fins al impactes continus del canvi climàtic fins al beneficis per a la salut (o dissuasions) del cafè fins al tendència del vostre gat a ignorar-vos . Amb tantes investigacions que surten cada any, pot ser difícil saber què és significatiu, què és interessant però en gran mesura insignificant i què és senzill mala ciència . Però, al llarg d’una dècada, podem mirar cap enrere a algunes de les àrees de recerca més importants i impressionants, sovint expressades en múltiples troballes i treballs de recerca que condueixen a una veritable proliferació de coneixement. A continuació, es detallen deu dels avenços més grans realitzats pels científics en els darrers deu anys.

Nous parents humans

Australopithecus sediba

Crani de Australopithecus sediba de Sud-àfrica, l’holotip fòssil de l’espècie.( Foto de Brett Eloff. Cortesia de Profberger i Wits University a través de Wikicommons sota CC BY-SA 4.0 )

L'arbre genealògic humà es va expandir significativament en l'última dècada, amb fòssils de noves espècies d'hominins descoberts a Àfrica i Filipines. La dècada va començar amb el descobriment i identificació de Australopithecus sediba , una espècie d’hominí que va viure fa gairebé dos milions d’anys a l’actual Sud-àfrica. Matthew Berger, fill del paleoantropòleg Lee Berger, va ensopegar amb el primer fòssil de l’espècie, una clavícula dreta, el 2008, quan només tenia 9 anys. Un equip va desenterrar més fòssils de l'individu, un noi petit, inclòs un crani ben conservat, i A. sediba era descrit per Lee Berger i els seus col·legues el 2010 . L’espècie representa una fase de transició entre el gènere Australopitecs i el gènere Homo , amb alguns trets del grup de primats més antic, però un estil de caminar que s’assemblava als humans moderns.





També descobert a Sud-àfrica per un equip dirigit per Berger, homo naledi va viure molt més recentment, fa uns 335.000 a 236.000 anys, el que significa que pot haver-se superposat a la nostra pròpia espècie, Homo sapiens. L’espècie, descoberta per primera vegada al sistema de la cova de l’estrella creixent el 2013 i descrit el 2015 , també tenia una barreja de característiques primitives i modernes, com ara un petit cas cerebral (aproximadament un terç de la mida de Homo sapiens ) i un cos gran per al moment, que pesava aproximadament 100 lliures i feia fins a cinc peus d’alçada. El més petit Homo luzonensis (de tres a quatre peus d’alçada) va viure a les Filipines fa uns 50.000 a 67.000 anys, superposant-se a diverses espècies d’hominins. El primer H. luzonensis els fòssils es van identificar originalment com a Homo sapiens, però a Anàlisi del 2019 va determinar que els ossos pertanyien a una espècie totalment desconeguda.

Aquests tres descobriments importants dels darrers deu anys suggereixen que els ossos de més espècies de parents humans antics probablement s’amaguen a les coves i als dipòsits de sediments del món, a l’espera de ser descoberts.



Prenent mesura del cosmos

Forat negre

Una imatge de l’entorn al voltant del forat negre al centre de Messier 87, una galàxia massiva del proper cúmul de galàxies de la Verge. Aquest forat negre resideix a 55 milions d’anys llum de la Terra i té una massa 6.500 milions de vegades la del sol.(Col·laboració amb Event Horizon Telescope et al.)

Quan Albert Einstein va publicar per primera vegada la teoria general de la relativitat el 1915, probablement no es podia imaginar que 100 anys després, els astrònoms provarien les prediccions de la teoria amb alguns dels instruments més sofisticats mai construïts i la teoria superaria cada prova. La relativitat general descriu l'univers com un teixit d'espai-temps deformat per grans masses. És aquesta deformació la que provoca la gravetat, més que una propietat interna de la massa, tal com pensava Isaac Newton.

Una predicció d’aquest model és que l’acceleració de masses pot causar ondulacions en l’espai-temps o la propagació d’ones gravitacionals. Amb una massa prou gran, com un forat negre o una estrella de neutrons, fins i tot els astrònoms de la Terra poden detectar aquestes ondulacions. Al setembre de 2015, la col·laboració LIGO i Virgo va detectar ones gravitacionals per primera vegada, propagant-se a partir d’un parell de forats negres que es fonen a uns 1.300 milions d’anys llum de distància. Des de llavors, els dos instruments s’han detectat diverses ones gravitacionals addicionals , inclosa una de dues estrelles de neutrons que es fusionen.



Una altra predicció de la relativitat general: la del propi Einstein famós dubte —És l’existència de forats negres o punts de col·lapse gravitatori a l’espai amb densitat infinita i volum infinitesimal. Aquests objectes consumeixen tota la matèria i la llum que s’allunya massa, creant un disc de material sobreescalfat que cau al forat negre. El 2017, el Col·laboració Event Horizon Telescope —Una xarxa de radiotelescopis enllaçats a tot el món— va fer observacions que després donarien lloc a la primera imatge de l’entorn al voltant d’un forat negre, llançat a l’abril del 2019 .

Els anys més calents registrats

Els científics prediuen els efectes de la crema de carbó i combustibles fòssils sobre la temperatura del planeta des de fa més de 100 anys. Un número de 1912 de Mecànica popular conté un article titulat Temps notable de 1911: l'efecte de la combustió del carbó sobre el clima: allò que els científics prediuen per al futur , que conté una llegenda que diu: Els forns del món ara cremen unes 2.000.000.000 de tones de carbó a l'any. Quan es crema, unint-se amb oxigen, afegeix unes 7.000.000.000 de tones de diòxid de carboni a l'atmosfera cada any. Això tendeix a fer de l’aire una manta més eficaç per a la terra i a elevar-ne la temperatura. L’efecte pot ser considerable en pocs segles.

Només un segle després, l'efecte és considerable. L’augment dels gasos d’efecte hivernacle a l’atmosfera ha produït temperatures globals més altes, amb els darrers cinc anys (2014 a 2018) sent els anys més calorosos registrats . El 2016 va ser l’any més calorós des que l’Administració Nacional Oceànica i Atmosfèrica (NOAA) va començar a registrar la temperatura global fa 139 anys. Els efectes d’aquest canvi global inclouen incendis forestals més freqüents i destructius, sequeres més freqüents, acceleració del desglaç del gel polar i augment de les onades de tempesta. Califòrnia està cremant, Venècia inunda, les morts per calor urbana augmenten i innombrables comunitats costaneres i insulars s’enfronten a una crisi existencial, sense oblidar els estralls ecològics provocats pel canvi climàtic, que sufoca la capacitat del planeta per treure carboni de l’atmosfera. .

El 2015, la Convenció Marc de les Nacions Unides sobre el Canvi Climàtic (UNFCCC) va arribar a un consens sobre l’acció climàtica, conegut com a Acord de París. L’objectiu principal de l’Acord de París és limitar els augments de la temperatura mundial a 1,5 graus centígrads nivells preindustrials . Per assolir aquest objectiu, es requeriran grans transformacions socials, inclosa la substitució de combustibles fòssils per energia neta com l’eòlica, la solar i la nuclear; reformar les pràctiques agrícoles per limitar les emissions i protegir les zones boscoses; i potser fins i tot construint mitjans artificials per treure diòxid de carboni de l’atmosfera.

Edició de gens

Edició genètica CRISPR

La capacitat de modificar els genomes per prevenir malalties o canviar trets físics ha avançat significativament en l'última dècada.(IStock / Natali_Mis)

Des del l’estructura de l’ADN de doble hèlix es va revelar a principis dels anys cinquanta , els científics han fet la hipòtesi sobre la possibilitat de modificar artificialment l’ADN per canviar les funcions d’un organisme. El primer assaig de teràpia gènica aprovat es va produir el 1990, quan es va extirpar els propis glòbuls blancs a una nena de quatre anys, augmentada amb els gens que produeixen un enzim anomenat adenosina deaminasa (ADA), i després es va reinjectar al seu cos per tractar la deficiència d’ADA, una malaltia genètica que dificulta la capacitat del sistema immunitari per combatre les malalties. El cos del pacient va començar a produir l’enzim ADA, però no es van produir nous glòbuls blancs amb el gen corregit i va haver de continuar rebent injeccions .

Ara, l’enginyeria genètica és més precisa i disponible que mai, gràcies en gran part a una nova eina utilitzat per primera vegada per modificar les cèl·lules eucariotes (cèl·lules complexes amb nucli) el 2013 : CRISPR-Cas9. L'eina d'edició gènica funciona localitzant una secció específica d'ADN i tallant aquesta secció amb l'enzim Cas9. Un tercer pas opcional consisteix a substituir la secció eliminada de l’ADN per un material genètic nou. La tècnica es pot utilitzar per a una àmplia gamma d’aplicacions, des de l’augment de la massa muscular del bestiar, fins a la producció de cultius resistents i fructífers, al tractament de malalties com el càncer, eliminant les cèl·lules del sistema immunitari d’un pacient, modificant-les per combatre millor una malaltia i reinjectant introdueix-los al cos del pacient.

A finals del 2018, investigadors xinesos dirigits per He Jiankui va anunciar que havien utilitzat CRISPR-Cas9 per modificar genèticament embrions humans, que després van ser transferits a l’úter d’una dona i van donar lloc al naixement de noies bessones: els primers bebès editats per gens. El genoma dels bessons es va modificar per fer les noies més resistents al VIH, tot i que les alteracions genètiques també pot haver provocat canvis no desitjats . El treball va ser àmpliament condemnat per la comunitat científica tan poc ètic i perillós, revelant la necessitat de disposicions més estrictes sobre l’ús d’aquestes noves eines poderoses, sobretot a l’hora de canviar l’ADN dels embrions i utilitzar-los per donar a llum a nens vius.

Misteris d’altres mons revelats

Tità i Saturn

Una vista en color natural de Tità i Saturn presa per la sonda Cassini de la NASA el 6 de maig de 2012, a una distància aproximada de 483.000 milles (778.000 quilòmetres) de Tità.(NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

Naus espacials i telescopis han revelat una gran quantitat d'informació sobre mons més enllà del nostre en l'última dècada. El 2015, la sonda New Horizons va passar a prop de Plutó, fent les primeres observacions properes del planeta nan i les seves llunes. La sonda espacial va revelar un món sorprenentment dinàmic i actiu, amb muntanyes gelades que arriben fins als 20.000 peus i les planes canviants que no tenen més de 10 milions d’anys, és a dir, la geologia canvia constantment. El fet que Plutó —que és una mitjana de 3.700 milions de quilòmetres del sol , aproximadament 40 vegades la distància de la Terra, és tan geològicament activa que suggereix que fins i tot mons freds i distants podrien obtenir prou energia per escalfar els seus interiors, possiblement albergar aigua líquida subterrània o fins i tot vida.

Una mica més a prop de casa, el La sonda Cassini va orbitar Saturn durant 13 anys , finalitzant la seva missió el setembre del 2017, quan la NASA va submergir intencionadament la nau espacial a l’atmosfera de Saturn, de manera que es cremaria en lloc de continuar orbitant al voltant del planeta un cop s’hagi esgotat el combustible. Durant la seva missió, Cassini va descobrir el processos que alimenten els anells de Saturn , va observar una tempesta mundial que envoltava el gegant gasós, va cartografiar la gran lluna Tità i va trobar alguns dels ingredients per a la vida en els plomalls de material gelat que sortien de la lluna aquosa Enceladus. El 2016, un any abans d’acabar la missió Cassini, la sonda Juno va arribar a Júpiter, on ha estat mesurant el camp magnètic i la dinàmica atmosfèrica del planeta més gran del sistema solar per ajudar els científics a entendre com Júpiter —i tota la resta al voltant el sol —format originalment.

El 2012, el rover Curiosity va aterrar a Mart, on ha fet diversos descobriments significatius, inclòs noves proves de l’aigua passada al planeta vermell , el presència de molècules orgàniques que podria estar relacionat amb la vida, i misteriosos cicles estacionals de metà i oxigen que insinuen un món dinàmic sota la superfície. El 2018, l'Agència Espacial Europea va anunciar que les dades de radar que penetraven el sòl de la sonda espacial Mars Express van proporcionar proves evidents que existeix un dipòsit d'aigua líquida sota terra a prop del pol sud marcià .

Mentrestant, dos telescopis espacials, Kepler i TESS, han descobert milers de planetes que orbiten altres estrelles. Kepler es va llançar el 2009 i va acabar la seva missió el 2018, revelant planetes misteriosos i llunyans mesurant la disminució de la llum quan passen per davant de les seves estrelles. Aquests planetes inclouen Júpiter calent, que orbita prop de les seves estrelles en pocs dies o hores; els mini Neptuns, que es troben entre la mida de la Terra i Neptú i poden ser gasosos, líquids, sòlids o alguna combinació; i les super terres, que són grans planetes rocosos que els astrònoms esperen estudiar per trobar signes de vida. TESS, que es va llançar el 2018, continua la cerca com a successor de Kepler. El telescopi espacial ja ha descobert centenars de mons i ho podria trobar 10.000 o fins i tot 20.000 abans d’acabar la missió.

Els pigments fossilitzats revelen els colors dels dinosaures

Colors de dinosaures

Patrons de colors reconstruïts Sinosauropteryx basat en la pigmentació del plomatge fòssil.(Fiann M. Smithwick et al. / Current Biology 27.21 3337-3343)

La dècada va començar amb una revolució en paleontologia, ja que els científics van veure per primera vegada els veritables colors dels dinosaures. En primer lloc, el gener del 2010, es va fer una anàlisi dels melanosomes —orgànuls que contenen pigments— a les plomes fossilitzades de Sinosauropteryx , un dinosaure que va viure a la Xina fa uns 120 a 125 milions d’anys, ho va revelar la criatura prehistòrica tenia tons marrons vermellosos i franges al llarg de la cua . Poc després, a la reconstrucció del cos complet va revelar els colors d’un petit dinosaure de plomes que va viure fa uns 160 milions d’anys , Anchiornis , que tenia plomes blanques i negres al cos i un plomall cridaner de plomes vermelles al cap.

L’estudi dels pigments fossilitzats ha continuat exposant nova informació sobre la vida prehistòrica, donant a entendre estratègies potencials de supervivència dels animals mostrant evidències de contra ombres i camuflatge. El 2017, un dinosaure blindat notablement ben conservat que va viure fa uns 110 milions d’anys, Borealopelta , era es troba que presenta tons marrons vermellosos per ajudar a fondre’s amb l’entorn . Aquesta nova capacitat per identificar i estudiar els colors dels dinosaures continuarà tenint un paper important en la investigació paleontològica mentre els científics estudien l’evolució de la vida passada.

Redefinició de la unitat fonamental de missa

Kibble Balance

La balança NIST-4 Kibble, una pesadora electromagnètica que s’utilitza per mesurar la constant de Planck i, al seu torn, redefinir el quilogram.(Jennifer Lauren Lee / NIST)

El novembre de 2018, científics de mesurament de tot el món va votar oficialment per canviar la definició d'un quilogram , la unitat fonamental de massa. En lloc de basar-se el quilogram d’un objecte (un cilindre d’aliatge de platí-iridi de la mida d’una pilota de golf), la nova definició utilitza una constant de la natura per fixar la unitat de massa. El canvi va substituir l'últim artefacte físic utilitzat per definir una unitat de mesura. (La barra del metre es va substituir el 1960 per un nombre específic de longituds d'ona de radiació del criptó, per exemple, i posteriorment es va actualitzar a definiu un metre segons la distància que recorre la llum en una petita fracció de segon .)

Mitjançant l’ús d’una sofisticada pesadora coneguda com a balança Kibble, els científics van poder mesurar amb precisió un quilogram segons la força electromagnètica necessària per mantenir-lo. Aquesta mesura elèctrica es podria expressar en termes de la constant de Planck, un nombre utilitzat originalment per Max Planck per calcular feixos d'energia provinents d'estrelles .

El quilogram no va ser l’única unitat de mesura que s’ha redefinit recentment. Els canvis en el sistema internacional d'unitats, que va entrar oficialment en vigor el maig de 2019 , també va canviar la definició de l'amper, la unitat estàndard de corrent elèctric; la unitat de temperatura kelvin; i el talp, una unitat de quantitat de substància utilitzada en química. Els canvis en el quilogram i altres unitats permetran mesures més precises per a petites quantitats de material, com ara els productes farmacèutics, així com permetran als científics de tot el món l'accés a les unitats fonamentals, en lloc de definir-les segons objectes que s'hagin de replicar i calibrar. per un petit nombre de laboratoris.

Primer genoma humà antic seqüenciat

ADN antic

Impressió artística d’un lloc d’enterrament d’aigües de 1.500 anys a Levänluhta, Finlàndia, on es va extreure l’ADN antic.(Kerttu Majander)

El 2010, els científics van obtenir una nova eina per estudiar el passat antic i les persones que l'habitaven. Els investigadors van utilitzar un pèl conservat en permafrost per seqüenciar el genoma d’un home que va viure fa uns 4.000 anys a l’actual Groenlàndia , revelant els trets físics i fins i tot el grup sanguini d’un membre d’una de les primeres cultures que es va instal·lar en aquesta part del món. La primera reconstrucció gairebé completa d’un genoma a partir de l’ADN antic va obrir les portes als antropòlegs i genetistes per aprendre més que mai sobre les cultures del passat llunyà.

L’extracció d’ADN antic és un repte important. Fins i tot si es conserva material genètic com el pèl o la pell, sovint es contamina amb l’ADN dels microbis de l’entorn, de manera que s’han d’utilitzar tècniques de seqüenciació sofisticades per aïllar l’ADN de l’ésser humà antic. Més recentment, els científics han utilitzat l’os petrós del crani, un os molt dens a prop de l’orella, per extreure l’ADN antic.

Milers de genomes humans antics han estat seqüenciats des del primer èxit del 2010, revelant nous detalls sobre el ascens i caiguda de les civilitzacions perdudes i les migracions de persones a tot el món. L’estudi de genomes antics ha identificat múltiples onades migratòries d'anada i tornada a través del gelat pont terrestre de Bering entre Sibèria i Alaska fa entre 5.000 i 15.000 anys. Recentment, el genoma d'una jove a la Dinamarca moderna era seqüenciat a partir d’un tros de quitrà de bedoll de 5.700 anys utilitzat com a xiclet, que també contenia els microbis de la boca i trossos de menjar d’un dels seus darrers àpats.

Una vacuna i nous tractaments per combatre l’ebola

Vacuna contra l’Ebola

Una nena inoculada amb una vacuna contra l’Ebola el 22 de novembre de 2019 a Goma, República Democràtica del Congo.(Pamela Tulizo / AFP a través de Getty Images)

Aquesta dècada va incloure el pitjor brot de malalties del virus de l’Ebola de la història. Es creu que l’epidèmia va començar amb un sol cas d’un noi de 18 mesos infectat per ratpenats a Guinea el desembre de 2013. La malaltia es va estendre ràpidament als països veïns, arribant a les capitals de Libèria i Sierra Leone el juliol de 2014, proporcionant una oportunitat sense precedents per a la transmissió de la malaltia a un gran nombre de persones. Virus de l’Ebola compromet el sistema immunitari i pot causar hemorràgies massives i insuficiència múltiple d’òrgans. Dos anys i mig després del cas inicial, més de 28.600 persones havien estat infectades, cosa que va provocar almenys 11.325 morts, D'acord amb el CDC .

una vegada en un llenguatge blau

L'epidèmia va motivar els funcionaris sanitaris a redoblar els seus esforços per trobar una vacuna eficaç per combatre l'Ebola. Es va provar una vacuna coneguda com Ervebo, fabricada per la companyia farmacèutica Merck un assaig clínic a Guinea realitzat cap al final del brot el 2016 que va demostrar que la vacuna era eficaç. Es va declarar un altre brot d’Ebola a la República Democràtica del Congo a l’agost del 2018 i l’epidèmia en curs s’ha estès fins a convertir-se en la més mortal des del brot d’Àfrica Occidental, amb 3.366 casos reportats i 2.227 morts a partir de desembre de 2019 . Ervebo s'ha utilitzat a la RDC per combatre el brot d'una accés ampliat o base d’ús compassiu . Al novembre de 2019, Ervebo ho era aprovat per l'Agència Europea de Medicaments (EMA) , i un mes després ho va ser aprovat als EUA per la FDA .

A més d’una vacuna preventiva, els investigadors han estat buscant una cura per a l’Ebola en pacients que ja han estat infectats per la malaltia. Dos tractaments, que impliquen un lliurament únic d’anticossos per evitar que l’Ebola infecti les cèl·lules d’un pacient, han demostrat recentment una promesa en un assaig clínic a la RDC. Amb una combinació de vacunes i tractaments terapèutics, funcionaris sanitaris espero un dia eradicar definitivament la infecció vírica .

El CERN detecta el bosó de Higgs

Bosó de Higgs

Esdeveniment enregistrat amb el detector Compact Muon Solenoid (CMS) del gran col·lisionador d’adrons del CERN el 2012 que mostra les característiques esperades des de la decadència del bosó de Higgs fins a un parell de fotons (línies grogues discontínues i torres verdes).( Col·laboració CERN / CMS sota CC BY-SA 4.0 )

Durant les darreres dècades, els físics han treballat incansablement per modelar el funcionament de l’univers, desenvolupant el que es coneix com a Model Estàndard. Aquest model descriu quatre interaccions bàsiques de la matèria, conegudes com les forces fonamentals . Dues són familiars a la vida quotidiana: la força gravitatòria i la força electromagnètica. Els altres dos, però, només exerceixen la seva influència dins dels nuclis dels àtoms: la força nuclear forta i la força nuclear feble.

Una part del model estàndard diu que hi ha un camp quàntic universal que interactua amb les partícules, donant-los les seves masses. Als anys seixanta, físics teòrics com François Englert i Peter Higgs van descriure aquest camp i el seu paper en el model estàndard. Es va conèixer com el camp de Higgs i, d'acord amb les lleis de la mecànica quàntica, tots aquests camps fonamentals haurien de tenir una partícula associada, que es va conèixer amb el nom de bosó de Higgs.

Dècades més tard, el 2012, dos equips que van utilitzar el Gran Col·lisionador d’Hadrons al CERN per dur a terme col·lisions de partícules van informar de la detecció d’una partícula amb la massa prevista del bosó de Higgs, proporcionant proves substancials de l’existència del camp de Higgs i del bosó de Higgs. El 2013, es va atorgar el premi Nobel de física a Englert i Higgs pel descobriment teòric d’un mecanisme que contribueix a la nostra comprensió de l’origen de la massa de partícules subatòmiques i que recentment es va confirmar mitjançant el descobriment de la partícula fonamental predita. Mentre els físics continuen perfeccionant el model estàndard, la funció i el descobriment del bosó de Higgs seguiran sent una part fonamental de com tota matèria obté la seva massa i, per tant, de com existeix qualsevol matèria.





^