Ettersom et nytt år nærmer seg, virker det som om det er på tide å sette oss ned igjen, kaste armene, ta pusten dypt og se på noen av overskriftene til vitenskapelige artikler som vi kanskje ikke har lagt merke til før. Forskere skaper stadig en slags nye utviklinger på forskjellige felt, for eksempel nanoteknologi, genterapi eller kvantefysikk, og dette åpner alltid for nye horisonter.
Titlene på vitenskapelige artikler begynner å ligne mer og mer på titlene på historier fra science fiction-magasiner. Tatt i betraktning hva 2017 brakte oss, gjenstår det bare å se frem til hva 2018 vil bringe oss …
Forskere har laget tidsmessige krystaller som lovene for tidssymmetri ikke gjelder for
I henhold til den første loven om termodynamikk er det umulig å lage en evigvarende bevegelsesmaskin som vil fungere uten en ekstra energikilde. Tidligere i år lyktes imidlertid fysikere med å lage strukturer som kalles tidsmessige krystaller, noe som absolutt stiller tvil om denne oppgaven.
Temporale krystaller fungerer som de første virkelige eksemplene på en ny tilstand av materie, kalt "nonequilibrium", der atomer har en variabel temperatur og aldri er i termisk likevekt med hverandre. Temporære krystaller har en atomstruktur som gjentas ikke bare i rommet, men også i tid, noe som gjør at de kan opprettholde konstante vibrasjoner uten å motta energi. Dette skjer selv i en stasjonær tilstand, som er den laveste energitilstanden når bevegelse er teoretisk umulig, siden det krever energikostnader.
Så bryter tidskrystaller fysikkens lover? Strengt tatt nei. Loven om bevaring av energi fungerer bare i systemer med symmetri i tid, noe som innebærer at fysikkens lover er de samme overalt og alltid. Imidlertid bryter tidsmessige krystaller symmetri-lovene for tid og rom. Og ikke bare dem. Magneter er også noen ganger ansett som naturlige asymmetriske gjenstander fordi de har nord- og sørpoler.
Salgsfremmende video:
En annen grunn til at tidsmessige krystaller ikke bryter termodynamikkens lover, er at de ikke er fullstendig isolert. Noen ganger trenger de å bli "dyttet" - det vil si for å gi en ekstern impuls, etter å ha mottatt som de allerede vil begynne å endre sine stater igjen og igjen. Det er mulig at disse krystallene i fremtiden vil finne bred anvendelse innen informasjonsoverføring og lagring i kvantesystemer. De kan spille en kritisk rolle i kvanteberegning.
"Levende" øyenstikkervinger
Merriam-Webster leksikon sier at en vinge er en bevegelig vedheng av fjær eller membraner som brukes av fugler, insekter og flaggermus for å fly. Det skal ikke være i live, men entomologer ved University of Keele i Tyskland har gjort noen oppsiktsvekkende funn som antyder noe annet - i hvert fall for noen øyenstikkere.
Insekter puster gjennom luftrøret. Luft kommer inn i kroppen gjennom åpninger som kalles spirakler. Den reiser deretter gjennom et komplekst nettverk av luftrør som fører luft til alle celler i kroppen. Imidlertid består selve vingene nesten utelukkende av dødt vev, som tørker opp og enten blir gjennomskinnelige eller blir dekket med fargede mønstre. Områder med dødt vev gjennomsyres av årer, og dette er de eneste vingekomponentene som er en del av luftveiene.
Men da entomolog Rainer Guillermo Ferreira så på vingen til en mannlig øyenstikker Zenithoptera gjennom et elektronmikroskop, så han små forgrenede luftrør. Dette var første gang noe slikt ble sett i en insektfløy. Mye forskning vil være nødvendig for å avgjøre om denne fysiologiske egenskapen er unik for denne arten, eller kanskje også forekommer i andre øyenstikkere, eller til og med i andre insekter. Det er til og med mulig at dette er en enkelt mutasjon. Den store mengden oksygen kan forklare de lyse, komplekse blå mønstrene i vingene til øyenstikkeren Zenithoptera, som ikke inneholder blått pigment.
Antikk flått med dinosaurblod inni
Vi finner ofte fantastiske ting bevart inni rav, men i år har gitt oss en super premie. Forskere fra Myanmar har oppdaget ravstykker som er 99 millioner år gamle, og inneholder parasitter som moderne flått inni dem. En av dem ble viklet inn i en dinosaurfjær, to til ble funnet i et stykke av en dinosaurs rede, og den fjerde ble funnet å være fylt med dinosaurblod inni.
Selvfølgelig gjorde dette at folk tenkte på Jurassic Park-scenariet og muligheten for å bruke blod til å gjenskape dinosaurer med en gang. Dessverre vil ikke dette skje i nærmeste fremtid, fordi det er umulig å trekke ut DNA-prøver fra de funnet biter av rav. Debatten om hvor lenge et DNA-molekyl kan vare er fortsatt ikke over, men selv i henhold til de mest optimistiske estimatene og under de mest optimale forholdene, er levetiden ikke mer enn flere millioner år.
Men selv om flåtten, som heter Deinocrotondraculi ("Forferdelig Dracula"), ikke hjalp til med å gjenopprette dinosaurene, er det fremdeles et veldig uvanlig funn som ga oss ny kunnskap. Nå vet vi ikke bare at eldgamle flått ble funnet blant fjærede dinosaurer, men også at de til og med smittet dinosaur-reir.
Modifikasjon av voksne gener
I dag er høydepunktet i genterapi "gruppert regelmessig mellomlagde korte palindromiske gjentakelser", eller CRISPR (gruppert regelmessig mellomrom med mellomliggende palindromiske gjentakelser). Familien med DNA-sekvenser som i dag danner grunnlaget for CRISPR-Cas9-teknologi, kan teoretisk endre menneske-DNA for alltid.
I 2017 tok genteknologi et avgjørende sprang fremover - etter at et team ved Proteomic Research Center i Beijing kunngjorde at det med suksess hadde brukt CRISPR-Cas9 for å eliminere sykdomsfremkallende mutasjoner i levedyktige menneskelige embryoer. Et annet team, fra Francis Crick Institute i London, gikk motsatt vei og brukte denne teknologien for første gang for å bevisst skape mutasjoner i menneskelige embryoer. (Spesielt slo de av et gen som fremmer utviklingen av embryoer til blastocyster.)
Forskning har vist at CRISPR-Cas9-teknologien fungerer - og ganske vellykket. Dette har imidlertid vekket intens etisk debatt om hvor langt denne teknologien kan brukes. I teorien kan dette føre til "designerbarn" som kan ha intellektuelle, atletiske og fysiske egenskaper i samsvar med egenskapene som er spesifisert av foreldrene.
Etisk sett til side gikk forskningen enda lenger i november da CRISPR-Cas9 først ble testet på en voksen. Brad Maddu (44) fra California lider av Hunter Syndrome, en uhelbredelig sykdom som til slutt kan føre ham til rullestol. Han ble injisert med milliarder av kopier av det korrigerende genet. Det vil ta flere måneder før vi kan avgjøre om prosedyren var vellykket.
Hva kom før - svamp eller kamgelé?
En ny vitenskapelig rapport, som ble publisert i år, skulle avslutte den mangeårige debatten om dyrenes opprinnelse en gang for alle. I følge studien er svamper "søstrene" til alle dyr i verden. Dette skyldes det faktum at svamper var den første gruppen som skilte seg under evolusjonen fra den primitive felles stamfaren til alle dyr. Dette skjedde for rundt 750 millioner år siden.
Tidligere var det en opphetet debatt som kokte ned til to hovedkandidater: de nevnte svampene og et marine virvelløse dyr kalt ctenophores. Mens svamper er de enkleste skapningene som sitter på bunnen av havet og livnærer seg ved å passere og filtrere vann gjennom kroppene, er kamgelé mer sammensatt. De ligner en manet, er i stand til å bevege seg i vann, kan skape lysmønster og har et enkelt nervesystem. Spørsmålet om hvem av dem som var det første betyr spørsmålet om hvordan vår felles stamfar så ut. Dette regnes som det viktigste øyeblikket i å spore historien om vår evolusjon.
Mens resultatene av studien med frimodighet forkynner at problemet er løst, bare noen måneder tidligere, hadde en annen studie blitt publisert som sa at våre evolusjonære "søstre" var ctenophores. Derfor er det for tidlig å si at de siste resultatene kan anses som pålitelige nok til å undertrykke enhver tvil.
Vaskebjørn besto en gammel etterretningstest
På det sjette århundre f. Kr. skrev eller samlet den eldgamle greske forfatteren Aesop mange fabler, som nå er kjent som "Aesops fabler". Blant dem var en fabel kalt "The Crow and the Jug", som beskriver hvordan en tørst kråke kastet småstein i en kanne for å heve vannstanden og kunne drikke.
Flere tusen år senere innså forskere at denne fabelen beskrev en god måte å teste dyrs intelligens på. Eksperimenter viste at forsøksdyrene forsto årsak og virkning. Kråkene, som sine pårørende, kråk og jays, bekreftet sannheten om fabelen. Apene besto også denne testen, og vaskebjørn ble lagt til listen i år.
Under testen basert på Aesops fabel mottok åtte vaskebjørner beholdere med vann, på overflaten som marshmallows fløt. Vannstanden var for lav til å nås. To av forsøkspersonene kastet hell steiner i beholderen for å heve vannstanden og få det de ønsket.
Andre testpersoner fant sine egne kreative løsninger som forskerne aldri forventet. En av vaskebjørnene, i stedet for å kaste stein i containeren, klatret opp på containeren og begynte å svinge fra side til side på den til den banket over. I en annen test, med flytende og synkende baller i stedet for steiner, håpet eksperter at vaskebjørn ville bruke synkeboller og kaste flytende. I stedet begynte noen dyr å dyppe den flytende ballen gjentatte ganger i vannet til den stigende bølgen spikret marshmallowbitene til siden, noe som gjorde dem lettere å hente.
Fysikere lager den første topologiske laseren
Fysikere ved University of California i San Diego hevder å ha skapt en ny type laser - "topologisk", hvis stråle kan ha hvilken som helst sammensatt form uten å spre lys. Enheten fungerer på grunnlag av konseptet med topologiske isolatorer (materialer som er dielektrikk inne i volumet, men som fører strøm langs overflaten), som mottok Nobelprisen i fysikk i 2016.
Vanligvis brukes ringresonatorer for å forsterke lys i lasere. De er mer effektive enn skarpe hjørneresonatorer. Denne gangen skapte imidlertid forskerteamet et topologisk hulrom ved bruk av en fotonisk krystall som et speil. Spesielt ble to fotoniske krystaller med forskjellige topologier brukt, hvorav den ene var en stjerneformet celle i et firkantet gitter, og den andre var et trekantet gitter med sylindriske lufthull. Teammedlem Boubacar Kante liknet dem med en bagel og kringla: selv om de begge er brød med hull, gjør det forskjellige antall hull dem forskjellige.
Når krystallene er på rett sted, tar strålen den ønskede formen. Dette systemet styres av et magnetfelt. Den lar deg endre retningen lyset slippes ut i, og dermed skape en lysstrøm. Direkte praktisk anvendelse av dette er i stand til å øke hastigheten på optisk kommunikasjon. I fremtiden blir dette imidlertid sett på som et skritt fremover i etableringen av optiske datamaskiner.
Forskere har oppdaget eksitonium
Fysikere over hele verden er veldig begeistret for oppdagelsen av en ny form for materie som kalles eksitonium. Denne formen er et kondensat av kvasipartikler, eksitoner, som er en bundet tilstand for et fritt elektron og et elektronhull, som er dannet som et resultat av at molekylet har mistet et elektron. Dessuten spådde Harvard teoretiske fysiker Bert Halperin eksistensen av eksitonium tilbake på 1960-tallet, og siden har forskere prøvd å bevise at det var riktig (eller galt).
Som mange store vitenskapelige funn, var det en god del tilfeldigheter i dette funnet. Teamet av forskere ved University of Illinois som oppdaget eksitoniet, mestret faktisk en ny teknologi kalt elektronstråle energitap spektroskopi (M-EELS) - laget spesielt for å identifisere eksitoner. Funnet skjedde imidlertid da forskerne bare utførte kalibreringstester. Ett teammedlem kom inn i rommet mens alle andre så på skjermene. De sa at de hadde oppdaget et "lett plasmon", forløperen til exciton-kondens.
Studieleder professor Peter Abbamont sammenlignet denne oppdagelsen med Higgs boson - den vil ikke ha direkte bruk i det virkelige liv, men det viser at vår nåværende forståelse av kvantemekanikk er på rett vei.
Forskere har laget nanoroboter som dreper kreft
Forskere ved University of Durham hevder å ha opprettet nanoroboter som er i stand til å oppdage kreftceller og drepe dem på bare 60 sekunder. I en vellykket universitetsforsøk tok det de bittesmå robotene mellom ett og tre minutter å trenge gjennom den ytre membranen i en kreftsyk prostatacelle og øyeblikkelig ødelegge den.
Nanorobots er 50 000 ganger mindre enn diameteren til et menneskehår. De aktiveres av lys og roterer med en hastighet på to til tre millioner omdreininger per sekund for å kunne trenge gjennom cellemembranen. Når de når målet sitt, kan de enten ødelegge det eller injisere et nyttig terapeutisk middel i det.
Til nå har nanorobots bare blitt testet på individuelle celler, men oppmuntrende resultater har fått forskere til å gå videre til eksperimenter med mikroorganismer og små fisk. Det videre målet er å gå videre til gnagere, og deretter til mennesker.
En interstellar asteroide kan være et romvesen
Det er bare et par måneder siden astronomer lykkelig kunngjorde oppdagelsen av den første interstellare gjenstanden som flyr gjennom solsystemet, en asteroide kalt Oumuamua. Siden den gang har de observert mange rare ting som skjer med denne himmelske kroppen. Noen ganger oppførte det seg så uvanlig at forskere tror at gjenstanden kan vise seg å være et fremmed romfartøy.
For det første er formen alarmerende. Oumuamua har formen av en sigar med et lengde til diameterforhold på ti til en, noe som aldri har blitt sett i noen av de observerte asteroider. Først trodde forskere at det var en komet, men innså da at det ikke var det, fordi gjenstanden ikke etterlot en hale bak den da den nærmet seg solen. Dessuten hevder noen eksperter at objektets rotasjonshastighet burde ha ødelagt enhver normal asteroide. Man får inntrykk av at den var spesielt laget for interstellare reiser.
Men hvis det ble laget kunstig, hva kan det da være? Noen sier at dette er en fremmed sonde, andre mener at det kan være et romfartøy, der motorene har fungert, og nå flyter det gjennom verdensrommet. Uansett tror deltakere i programmer som SETI og BreakthroughListen at Oumuamua krever ytterligere undersøkelser, så de sikter teleskopene sine mot ham og lytter etter radiosignaler.
Selv om fremmedhypotesen ikke er bekreftet på noen måte, har de første SETI-observasjonene ikke ført noe sted. Mange forskere er fremdeles pessimistiske når det gjelder sjansene for at gjenstanden kan skapes av romvesener, men i alle fall vil forskning fortsette.
