Kuna veel üks aasta on lõppemas, näib, et on aeg taas maha istuda, käsivarsi pöörata, sügavalt sisse hingata ja vaadata mõnda teadusartiklite pealkirja, millele me pole võib-olla varem tähelepanu pööranud. Teadlased loovad pidevalt mingisuguseid uusi arenguid erinevates valdkondades, näiteks nanotehnoloogia, geeniteraapia või kvantfüüsika, ning see avab alati uusi horisonte.
Teadusartiklite pealkirjad hakkavad üha enam meenutama ulmeajakirjade lugude pealkirju. Arvestades seda, mida 2017 meile tõi, jääb üle vaid põnev oodata, mida 2018. aasta meile toob …
Teadlased on loonud ajakristalle, mille suhtes aja sümmeetria seadused ei kehti
Termodünaamika esimese seaduse kohaselt on võimatu luua pidevat liikumismasinat, mis töötab ilma täiendava energiaallikata. Kuid selle aasta alguses õnnestus füüsikutel luua ajakristallideks nimetatavaid struktuure, mis seavad selle teesi kahtluse alla.
Ajalised kristallid on esimesed tõelised näited uuest mateeria olekust, mida nimetatakse "tasakaalustamatuks" ja milles aatomitel on muutuv temperatuur ja mis pole kunagi üksteisega termilises tasakaalus. Ajalistel kristallidel on aatomistruktuur, mis kordub mitte ainult ruumis, vaid ka ajas, mis võimaldab neil säilitada püsivaid vibratsioone energiat saamata. See juhtub isegi liikumatus olekus, mis on madalaim energiaseisund, kui liikumine on teoreetiliselt võimatu, kuna see nõuab energiakulud.
Kas ajakristallid rikuvad füüsikaseadusi? Rangelt öeldes ei. Energia säästmise seadus töötab ainult sümmeetrilistes süsteemides ajas, mis tähendab, et füüsikaseadused on kõikjal ja alati ühesugused. Ajalised kristallid rikuvad aga aja ja ruumi sümmeetria seadusi. Ja mitte ainult neid. Ka magneteid peetakse mõnikord looduslikuks asümmeetriliseks objektiks, kuna neil on põhja- ja lõunapoolused.
Reklaamvideo:
Teine põhjus, miks ajalised kristallid ei riku termodünaamika seadusi, on see, et nad pole täielikult isoleeritud. Mõnikord tuleb neid "suruda" - see tähendab anda välist impulssi, pärast vastuvõtmist hakkavad nad juba oma olekuid ikka ja jälle muutma. Võimalik, et tulevikus leiavad need kristallid laialdast rakendust kvantsüsteemides teabe edastamise ja talletamise valdkonnas. Nad võivad mängida kvantarvutites kriitilist rolli.
"Elavad" porilibu tiivad
Merriam-Websteri entsüklopeedia ütleb, et tiib on liikuv sulgede või membraani lisa, mida linnud, putukad ja nahkhiired kasutavad lendamiseks. See ei tohiks elus olla, kuid Saksamaa Keele ülikooli entomoloogid on teinud mõned jahmatavad avastused, mis vihjavad teisiti - vähemalt mõnele draakonile.
Putukad hingavad läbi hingetoru süsteemi. Õhk siseneb kehasse avade kaudu, mida nimetatakse spiraalideks. Seejärel rändab see läbi keeruka hingetoru võrgustiku, mis kannab õhku kõigisse keha rakkudesse. Tiivad ise koosnevad aga peaaegu täielikult surnud kudedest, mis kuivavad ja muutuvad poolläbipaistvaks või kaetakse värviliste mustritega. Surnud koe piirkondi läbivad veenid ja need on ainsad tiivakomponendid, mis on hingamissüsteemi osa.
Ent kui entomoloog Rainer Guillermo Ferreira vaatas elektronmikroskoobi abil isaslooma Zenithoptera tiibu, nägi ta pisikesi hargnevaid hingetoru torusid. See oli esimene kord, kui putuka tiiva sees nähti midagi sellist. Palju on vaja uurida, et teha kindlaks, kas see füsioloogiline omadus on selle liigi jaoks ainulaadne, või võib see esineda ka teistes kiilides või isegi muudes putukates. On isegi võimalik, et tegemist on ühe mutatsiooniga. Rohke hapnikuvaruga võib seletada porilõikaja Zenithoptera tiibade säravaid, keerulisi siniseid mustreid, mis ei sisalda sinist pigmenti.
Iidne puuk, mille sees on dinosauruse veri
Me leiame merevaigust sageli hämmastavaid asju, kuid see aasta on meile andnud superpreemia. Myanmari teadlased on avastanud 99 miljoni aasta vanused merevaigutükid, mis sisaldavad parasiite nagu tänapäevased puugid. Üks neist takerdus dinosauruse sulestikku, veel kaks leiti tükist dinosauruse pesast ja neljas leiti olevat seest täidetud dinosauruse verega.
Muidugi pani see inimesi mõtlema Jurassic Park'i stsenaariumile ja võimalusele kasutada verd kohe dinosauruste taasloomiseks. Kahjuks seda lähitulevikus ei juhtu, kuna leitud merevaigutükkidest pole DNA-proove võimatu ekstraheerida. Arutelu selle üle, kui kaua võib DNA molekul kesta, pole veel lõppenud, kuid isegi kõige optimistlikumate hinnangute kohaselt ja kõige optimaalsemates tingimustes pole nende eluiga pikem kui mitu miljonit aastat.
Kuid kuigi puuk nimega Deinocrotondraculi ("Kohutav Dracula") ei aidanud dinosauruseid taastada, on see siiski väga ebatavaline leid, mis andis meile uusi teadmisi. Nüüd ei tea me mitte ainult, et iidsed puugid leiti sulgedega dinosauruste hulgast, vaid ka seda, et nad nakatusid isegi dinosauruste pesasid.
Täiskasvanud geenide modifitseerimine
Tänapäeval on geeniteraapia kõrgpunkt “rühmitatud regulaarselt paiknevate lühikeste palindroomsete kordustega” või CRISPR (rühmitatud regulaarselt vaheldumisi lühikeste palindroomsete kordustega). DNA järjestuste perekond, mis on praegu CRISPR-Cas9 tehnoloogia aluseks, võiks teoreetiliselt muuta inimese DNA igavesti.
2017. aastal tegi geenitehnoloogia otsustava hüppe edasi - pärast seda, kui Pekingi proteoomikauuringute keskuse meeskond teatas, et on CRISPR-Cas9 edukalt kasutanud haiguste põhjustavate mutatsioonide kõrvaldamiseks elujõulistes inimembrüodes. Teine meeskond Londoni Francis Cricki Instituudist läks vastupidist teed ja kasutas seda tehnoloogiat esimest korda inimembrüote teadlikuks mutatsioonide loomiseks. (Eelkõige lülitasid nad välja geeni, mis soodustab embrüote arengut blastotsüstideks.)
Uuringud on näidanud, et CRISPR-Cas9 tehnoloogia töötab - ja üsna edukalt. See on aga käivitanud intensiivse eetikaalase arutelu selle üle, kui kaugele seda tehnoloogiat saab kasutada. Teoreetiliselt võib see viia disainerlapseni, kellel võivad olla intellektuaalsed, sportlikud ja füüsilised omadused vastavalt vanemate täpsustatud omadustele.
Eetika kõrvale jäid teadusuuringud veelgi kaugemale tänavu novembris, kui CRISPR-Cas9 katsetati esimest korda täiskasvanu peal. Californiast pärit Brad Maddu, 44, kannatab Hunteri sündroomi all - ravimatu haigus, mis võib lõpuks viia ta ratastooli. Talle süstiti korrigeeriva geeni miljardeid eksemplare. Menetluse õnnestumise kindlakstegemiseks kulub mitu kuud.
Mis tuli enne - käsn või kamm tarretis?
Uus teaduslik aruanne, mis avaldati sel aastal, peaks lõpetama kauaaegse arutelu loomade päritolu üle lõplikult. Uuringu kohaselt on käsnad kõigi maailma loomade "õed". See on tingitud asjaolust, et käsnad olid esimene rühm, kes eraldus evolutsiooni käigus kõigi loomade primitiivsest esivanemast. See juhtus umbes 750 miljonit aastat tagasi.
Varem oli tuline arutelu, mis kesis kahele peamisele kandidaadile: eelnimetatud käsnadele ja mere selgrootule, keda kutsutakse ktenofoorideks. Kui käsnad on kõige lihtsamad olendid, kes istuvad ookeani põhjas ja toituvad oma keha läbiva vee filtreerides ja filtreerides, on kammgeelikad keerukamad. Need meenutavad millimallikaid, suudavad vees liikuda, suudavad luua valguse mustreid ja neil on lihtne närvisüsteem. Küsimus, milline neist oli esimene, tähendab küsimust, milline nägi välja meie ühine esivanem. Seda peetakse kõige olulisemaks hetkeks meie evolutsiooni ajaloo jälgimisel.
Kuigi uuringu tulemused kuulutavad julgelt, et küsimus on lahendatud, oli mõni kuu varem avaldatud veel üks uuring, kus öeldakse, et meie evolutsioonilised "õed" olid ktenofoorid. Seetõttu on liiga vara öelda, et uusimaid tulemusi võib pidada piisavalt usaldusväärseteks, et kahtlused leevendada.
Pesukarud läbisid iidse luurekatse
Kuuendal sajandil eKr kirjutas või kogus vana-Kreeka kirjanik Aesop palju muinasjutte, mida nüüd nimetatakse "Aesopi muinasjuttudeks". Nende hulgas oli muinasjutt nimega "Vares ja kannu", mis kirjeldab, kuidas janune vares viskas veetaseme tõstmiseks ja joomiseks veerisid kannu.
Mitu tuhat aastat hiljem mõistsid teadlased, et see fabula kirjeldas head viisi loomade intelligentsuse testimiseks. Katsed näitasid, et katseloomad mõistsid põhjust ja tagajärgi. Varesed, nagu nende sugulased, vangid ja jaanid, kinnitasid muinasjutu tõde. Ka ahvid läbisid selle testi ja kährikud lisati sellesse loetellu tänavu.
Aesopi muinasjutul põhineva katse ajal said kaheksa pesukaru veekonteinerid, mille pinnal hõljusid vahukommid. Veetase oli selle saavutamiseks liiga madal. Kaks katsealust viskasid edukalt konteinerisse kive, et veetaset tõsta ja soovitud saada.
Teised katseisikud leidsid oma loomingulised lahendused, mida teadlased ei oodanud. Üks pesukarudest, selle asemel, et konteinerisse kive visata, ronis konteinerile ja hakkas sellel küljelt-küljele liikuma, kuni see koputas. Teises katses, kasutades kivide asemel ujuvaid ja uppuvaid palle, lootsid eksperdid, et pesukarud kasutavad uppumiskuulid ja loobuvad ujuvatest. Selle asemel hakkasid mõned loomad ujuvat palli korduvalt vette kastma, kuni tõusulaine naelutas vahukommi tükid küljele, muutes need hõlpsamini kätte.
Füüsikud loovad esimese topoloogilise laseri
San Diegos asuva California ülikooli füüsikud väidavad, et nad on loonud uut tüüpi laserit - "topoloogilist", mille kiir võib ilma valguse hajumiseta võtta mis tahes keeruka kuju. Seade töötab topoloogiliste isolaatorite kontseptsiooni alusel (materjalid, mis on dielektrikud oma mahu sees, kuid juhivad voolu piki pinda), mis sai 2016. aastal Nobeli füüsikapreemia.
Tavaliselt kasutatakse laserites valguse võimendamiseks ringresonaatoreid. Need on tõhusamad kui teravad nurgaresonaatorid. Kuid seekord lõi uurimisrühm topoloogilise õõnsuse, kasutades peeglina footonkristalli. Eelkõige kasutati kahte erineva topoloogiaga fotoonilist kristalli, millest üks oli ruudukujulises võres tähekujuline rakk ja teine silindriliste õhuaukudega kolmnurkne võre. Meeskonna liige Boubacar Kante võrdles neid bageli ja eelrooga: ehkki nad mõlemad on aukudega leib, muudab aukude erinev arv neid erinevaks.
Kui kristallid on õiges kohas, võtab tala soovitud kuju. Seda süsteemi juhib magnetväli. See võimaldab teil muuta valguse kiirguse suunda, luues seeläbi valgusvoo. Selle otsene praktiline rakendamine on võimeline suurendama optilise kommunikatsiooni kiirust. Tulevikus nähakse seda aga sammuna edasi optiliste arvutite loomisel.
Teadlased on avastanud eksitoniumi
Füüsikud kogu maailmas on entusiastliku uue ainevormi avastamisest entusiastlikud. See vorm on kvaasiosakeste, eksitonite, mis on vaba elektroni ja elektronauku seotud olek, kondensaat, mis moodustub molekuli kaotanud elektroni tagajärjel. Veelgi enam, Harvardi teoreetiline füüsik Bert Halperin ennustas eksitoniumi olemasolu juba 1960. aastatel ja sellest ajast alates on teadlased püüdnud seda õigeks (või valeks) tõestada.
Nagu paljud suured teaduslikud avastused, leidus ka selles avastuses üsna palju juhuslikkust. Eksitoniumi avastanud Illinoisi ülikooli teadlaste meeskond oli tegelikult õppimas uut tehnoloogiat, mida nimetatakse elektronkiire energiakadude spektroskoopiaks (M-EELS) - loodud spetsiaalselt eksitonite tuvastamiseks. Avastus leidis aset aga siis, kui teadlased tegid ainult kalibreerimisteste. Üks meeskonnaliige sisenes ruumi, samal ajal kui kõik teised vaatasid ekraane. Nad ütlesid, et nad olid tuvastanud "kerge plasmoni", mis on eksitoni kondensatsiooni eelkäija.
Uuringu juht professor Peter Abbamont võrdles seda avastust Higgsi bosoniga - sel pole reaalses elus otsest kasutamist, kuid see näitab, et meie praegune arusaam kvantmehaanikast on õigel teel.
Teadlased on loonud nanorobotid, mis tapavad vähki
Durhami ülikooli teadlased väidavad, et nad on loonud nanorobotid, mis on võimelised tuvastama vähirakke ja tapma need kõigest 60 sekundiga. Eduka ülikoolikatse käigus kulus pisikestel robotitel ühe kuni kolme minuti jooksul, et tungida välimisse membraani vähkkasvaja eesnäärmerakku ja hävitada see kohe.
Nanorobotid on juuste läbimõõdust 50 000 korda väiksemad. Need aktiveeritakse valguse käes ja pöörlevad rakumembraani tungimiseks kiirusega kaks kuni kolm miljonit pööret sekundis. Kui nad oma eesmärgi saavutavad, võivad nad selle kas hävitada või süstida sinna kasulikku raviainet.
Siiani on nanoroboteid testitud ainult üksikute rakkudega, kuid julgustavad tulemused on ajendanud teadlasi minema edasi mikroorganismide ja väikeste kalade katsetega. Kaugem eesmärk on liikuda edasi näriliste ja seejärel inimeste juurde.
Tähtedevaheline asteroid võiks olla tulnukas kosmoselaev
On möödunud vaid paar kuud, kui astronoomid teatasid rõõmsalt esimese päikesesüsteemi läbiva tähtedevahelise tähtede - Oumuamua-nimelise asteroidi - avastamisest. Pärast seda on nad täheldanud palju taevaliku kehaga toimuvaid kummalisi asju. Mõnikord käitus see nii ebaharilikult, et teadlaste arvates võib objekt osutuda tulnukate kosmoselaevaks.
Esiteks on selle vorm murettekitav. Oumuamua on sigari kujuga, pikkuse ja läbimõõdu suhtega kümme kuni üks, mida pole üheski vaadeldud asteroidis kunagi nähtud. Alguses arvasid teadlased, et see on komeet, kuid taipasid siis, et seda pole, sest Päikesele lähenedes ei jätnud objekt saba selja taha. Pealegi väidavad mõned eksperdid, et objekti pöörlemiskiirus oleks pidanud hävitama kõik tavalised asteroidid. Võib jääda mulje, et see loodi spetsiaalselt tähtedevahelise reisimise jaoks.
Aga kui see oleks loodud kunstlikult, siis mis see võiks olla? Mõned ütlevad, et see on tulnukasond, teised usuvad, et see võib olla kosmoselaev, mille mootoritel on talitlushäire, ja nüüd hõljub see kosmoses. Igal juhul arvavad sellistest programmidest nagu SETI ja BreakthroughListen osalejad, et Oumuamua vajab täiendavat uurimist, seetõttu suunavad nad oma teleskoobid tema poole ja kuulavad raadiosignaale.
Ehkki tulnukate hüpoteesi pole kuidagi kinnitatud, pole esialgsed SETI tähelepanekud kuhugi viinud. Paljud teadlased on endiselt pessimistlikud võimaluste osas, et objekti võiksid luua tulnukad, kuid igal juhul uuringud jätkuvad.
