Kako se godina bliži kraju, čini se da je vrijeme da ponovno sjednemo, sklopimo ruke, duboko udahnemo i pogledamo neke naslove znanstvenih članaka na koje možda nismo obraćali pažnju prije. Znanstvenici neprestano stvaraju nekakav novi razvoj u raznim područjima, poput nanotehnologije, genske terapije ili kvantne fizike, a to uvijek otvara nove vidike.
Naslovi znanstvenih članaka počinju sve više sličiti naslovima priča iz časopisa znanstvene fantastike. S obzirom na to što nam je donijela 2017. godina, ostaje nam samo iščekivati što će nam donijeti 2018. godine …
Znanstvenici su stvorili vremenske kristale za koje se ne primjenjuju zakoni vremenske simetrije
Prema prvom zakonu termodinamike, nemoguće je stvoriti trajni stroj za kretanje koji će raditi bez dodatnog izvora energije. Međutim, početkom ove godine fizičari su uspjeli stvoriti strukture nazvane temporalni kristali, što zasigurno dovodi u sumnju ovu tezu.
Vremenski kristali djeluju kao prvi stvarni primjeri novog stanja materije, nazvanog "neravnoteža", u kojem atomi imaju promjenjivu temperaturu i nikada nisu u toplinskoj ravnoteži jedni s drugima. Vremenski kristali imaju atomsku strukturu koja se ponavlja ne samo u prostoru, već i u vremenu, što im omogućava da održavaju konstantne vibracije bez primanja energije. To se događa čak i u stacionarnom stanju, što je stanje s najnižom energijom kada je kretanje teoretski nemoguće, jer zahtijeva troškovi energije.
Znači, vremenski kristali krše zakone fizike? Strogo govoreći, ne. Zakon očuvanja energije djeluje samo u sustavima s simetrijom u vremenu, što implicira da su zakoni fizike uvijek i uvijek isti. Međutim, privremeni kristali krše zakone simetrije vremena i prostora. I ne samo njih. Magneti se također ponekad smatraju prirodnim asimetričnim objektima jer imaju sjeverni i južni pol.
Promotivni video:
Drugi razlog zašto privremeni kristali ne krše zakone termodinamike jest taj što nisu potpuno izolirani. Ponekad ih treba „gurnuti“- odnosno dati vanjski impuls, nakon primanja koji će već početi iznova i iznova mijenjati svoja stanja. Moguće je da će se u budućnosti ovi kristali naći u širokoj primjeni na području prijenosa i pohrane podataka u kvantnim sustavima. Oni mogu igrati kritičnu ulogu u kvantnom računanju.
Krila "živih" zmajčića
Enciklopedija Merriam-Webster kaže da je krilo pomični dodatak perja ili membrane koje ptice, insekti i šišmiši koriste za letenje. To ne bi trebalo biti živo, ali entomolozi sa Sveučilišta u Keeleu u Njemačkoj učinili su nevjerojatna otkrića koja sugeriraju drugačije - barem za neke zmajeve.
Insekti dišu kroz trahealni sustav. Zrak ulazi u tijelo kroz otvore koji se nazivaju spirale. Zatim putuje kroz složenu mrežu traheja koje nose zrak do svih stanica u tijelu. Međutim, sama su krila sastavljena gotovo u cijelosti od mrtvog tkiva, koje se suši i postaje prozirno ili prekriva obojenim uzorcima. Područja mrtvog tkiva prožeta su venama i to su jedine komponente krila koje su dio dišnog sustava.
Međutim, kada je entomolog Rainer Guillermo Ferreira elektronskim mikroskopom gledao u krilo muškog zmajca Zenithoptera kroz elektronski mikroskop, ugledao sićušne razgranate cijevi traheja. Ovo je prvi put da je ovako nešto viđeno u krilu insekta. Bit će potrebno mnogo istraživanja kako bi se utvrdilo je li ta fiziološka značajka jedinstvena za ovu vrstu ili se možda pojavljuje i kod drugih zmajčića, ili čak drugih insekata. Moguće je čak da se radi o jednoj mutaciji. Obilna opskrba kisikom može objasniti svijetle, složene plave uzorke u krilima zmajice Zenithoptera, koji ne sadrže plavi pigment.
Drevni krpelj s krvlju dinosaura iznutra
Često nalazimo nevjerojatne stvari sačuvane unutar jantara, ali ova nam je godina dala super nagradu. Znanstvenici iz Mijanmara otkrili su komade jantara stare 99 milijuna godina, koji u sebi sadrže parazite poput modernih krpelja. Jedan od njih zapleo se u pero dinosaura, još dva pronađena su u komadu gnijezda dinosaura, a za četvrti je pronađeno da je unutra napunjena dinosaurusom.
Naravno, to je natjeralo ljude da razmišljaju o scenariju Parka Jurja i mogućnosti da se krv upotrebljava za ponovno stvaranje dinosaura. Nažalost, to se neće dogoditi u skoroj budućnosti, jer je iz pronađenih komada jantara nemoguće izdvojiti DNK uzorke. Rasprava o tome koliko dugo može trajati molekula DNA još uvijek nije gotova, ali čak i prema najoptimističnijim procjenama i u najoptimalnijim uvjetima njihov životni vijek nije veći od nekoliko milijuna godina.
No, iako krpelj, nazvan Deinocrotondraculi ("Strašna Drakula"), nije pomogao u obnovi dinosaura, ipak je vrlo neobičan nalaz koji nam je pružio nova saznanja. Sada znamo ne samo da su drevni krpelji pronađeni među pernatim dinosaurima, već i da su čak zarazili gnijezda dinosaura.
Promjena gena za odrasle
Danas je vrhunac genske terapije „redovno sjedinjeni s kratkim palindromskim ponavljanjima“, ili CRISPR (grupirani redovito interspaced kratki palindromski ponavljanja). Obitelj DNK sljedova koji trenutno čine osnovu CRISPR-Cas9 tehnologije bi teoretski mogla zauvijek promijeniti ljudsku DNK.
Godine 2017. genetski je inženjering presudno skočio naprijed - nakon što je tim iz Proteomskog istraživačkog centra u Pekingu objavio da je uspješno koristio CRISPR-Cas9 za uklanjanje mutacija koje uzrokuju bolest u održivim ljudskim embrionima. Drugi tim, s Instituta Francis Crick iz Londona, krenuo je suprotno i prvi put koristio ovu tehnologiju za namjerno stvaranje mutacija u ljudskim embrionima. (Konkretno, isključili su gen koji potiče razvoj embrija u blastociste.)
Istraživanja su pokazala da tehnologija CRISPR-Cas9 djeluje - i to prilično uspješno. Međutim, ovo je pokrenulo intenzivnu etičku raspravu o tome koliko se ova tehnologija može koristiti. Teoretski bi to moglo dovesti do "dizajnerske djece" koja mogu imati intelektualne, atletske i fizičke karakteristike u skladu s karakteristikama koje su odredili roditelji.
Na stranu, istraživanje je otišlo još dalje ovog studenog kada je CRISPR-Cas9 prvi put testiran na odrasloj osobi. Brad Maddu (44) iz Kalifornije pati od Hunterovog sindroma, neizlječive bolesti koja bi ga na kraju mogla odvesti u invalidska kolica. Ubrizgane su mu milijarde primjeraka korektivnog gena. Proći će nekoliko mjeseci prije nego što utvrdimo je li postupak bio uspješan.
Što je prije bilo - spužva ili češalj žele?
Novo znanstveno izvješće, koje je objavljeno ove godine, trebalo bi završiti dugogodišnju raspravu o podrijetlu životinja jednom zauvijek. Prema studiji, spužve su "sestre" svih životinja na svijetu. To je zbog činjenice da su spužve bila prva skupina koja se tijekom evolucije odvojila od primitivnog zajedničkog pretka svih životinja. To se dogodilo prije oko 750 milijuna godina.
Prije toga, vodila se žestoka rasprava koja je svela na dva glavna kandidata: gore spomenute spužve i morskog beskralježnjaka zvane ktenofor. Iako su spužve najjednostavnija stvorenja koja sjede na dnu oceana i hrane se prolazeći i filtrirajući vodu kroz njihova tijela, češalj je češalj složeniji. Oni nalikuju meduzi, mogu se kretati u vodi, mogu stvarati uzorke svjetlosti i imaju jednostavan živčani sustav. Pitanje tko je od njih bio prvi znači pitanje kako je izgledao naš zajednički predak. To se smatra najvažnijim trenutkom u praćenju povijesti naše evolucije.
Dok rezultati studije hrabro izjavljuju da je pitanje riješeno, samo nekoliko mjeseci ranije objavljeno je još jedno istraživanje koje je reklo da su naše evolucijske "sestre" ktenofori. Stoga je prerano reći da se najnoviji rezultati mogu smatrati dovoljno pouzdanim da suzbiju bilo kakve sumnje.
Rakuni su prošli drevni test inteligencije
U šestom stoljeću prije Krista drevni grčki pisac Aesop napisao je ili sakupio mnoge basne, koje su danas poznate kao "Aesop-ove basne". Među njima je bila i basna pod nazivom "Vrana i vrč", koja opisuje kako je žeđna vrana bacala šljunak u vrč da bi podigla nivo vode i mogla piti.
Nekoliko tisuća godina kasnije, znanstvenici su shvatili da ova fabula opisuje dobar način za testiranje inteligencije životinja. Eksperimenti su pokazali da su pokusne životinje razumjele uzrok i posljedice. Vrane, poput njihovih rođaka, lopova i jaja, potvrdile su istinitost basne. Majmuni su također prošli ovaj test, a rakuni su ove godine dodani na popis.
Tijekom testa temeljenog na Aesopovoj basni, osam rakuna dobilo je spremnike s vodom, na čijoj su površini plutali marshmallows. Razina vode bila je preniska da bi se mogla dostići. Dvojica ispitanika uspješno su bacali kamenje u spremnik kako bi podigli nivo vode i dobili ono što su htjeli.
Ostali ispitanici pronašli su svoja kreativna rješenja koja istraživači nikada nisu očekivali. Jedan od rakuna, umjesto da baci kamenčiće u spremnik, popeo se na spremnik i počeo ga ljuljati s jedne na drugu stranu, sve dok se nije srušio. U drugom ispitivanju, koristeći plutajuće i potonuće kuglice umjesto kamenja, stručnjaci su se nadali da će rakuni upotrijebiti potopljene kuglice i odbaciti plutajuće. Umjesto toga, neke su životinje počele opetovano uranjati plutajuću kuglu u vodu sve dok uzlazni val nije odgurnuo komade močvare u stranu, olakšavajući ih pronalaženju.
Fizičari stvaraju prvi topološki laser
Fizičari sa Sveučilišta u Kaliforniji u San Diegu tvrde da su stvorili novu vrstu lasera - "topološki", čiji snop može poprimiti bilo koji složeni oblik bez raspršivanja svjetlosti. Uređaj djeluje na temelju koncepta topoloških izolatora (materijala koji su dielektričari unutar svog volumena, ali provode struju duž površine), koji su 2016. dobili Nobelovu nagradu za fiziku.
Obično se prstenasti rezonatori koriste za pojačavanje svjetlosti u laserima. Učinkovitiji su od oštrih kutnih rezonatora. Međutim, ovaj put je istraživački tim stvorio topološku šupljinu koristeći fotonski kristal kao ogledalo. Konkretno, korištena su dva fotonska kristala s različitim topologijama, od kojih je jedan bio u obliku zvijezde u četvrtastoj rešetki, a drugi je trokutasta rešetka s cilindričnim otvorima za zrak. Član tima Boubacar Kante usporedio ih je s bagelom i perecima: iako su obojica kruh s rupama, različit broj rupa ih razlikuje.
Jednom kada su kristali na pravom mjestu, snop poprima željeni oblik. Ovim sustavom upravlja magnetsko polje. Omogućuje vam promjenu smjera u kojem se emitira svjetlost, stvarajući tako svjetlosni tok. Izravna praktična primjena toga može povećati brzinu optičke komunikacije. Međutim, u budućnosti se to vidi kao iskorak u stvaranju optičkih računala.
Znanstvenici su otkrili ekscitonij
Fizičari širom svijeta vrlo su oduševljeni otkrićem novog oblika materije koji se zove excitonium. Ovaj oblik je kondenzat kvazi-čestica, ekscitona, koji su vezano stanje slobodnog elektrona i elektronske rupe, koji nastaje kao rezultat činjenice da je molekula izgubila elektron. Štoviše, Harvard teorijski fizičar Bert Halperin predvidio je postojanje ekscitonija još u 60-ima i od tada znanstvenici pokušavaju dokazati da je to ispravno (ili pogrešno).
Poput mnogih velikih znanstvenih otkrića, i u ovom je otkriću postojala prilična koincidencija. Tim istraživača sa Sveučilišta u Illinoisu koji su otkrili ekscitonij zapravo je savladao novu tehnologiju nazvanu spektroskopijom gubitka energije elektronskim snopovima (M-EELS) - kreiranu posebno za identificiranje ekscitona. Međutim, otkriće se dogodilo kada su istraživači obavljali samo kalibracijske testove. Jedan član tima ušao je u sobu dok su svi ostali gledali u ekrane. Rekli su da su otkrili "svijetli plazmon", preteču kondenzacije ekksitona.
Voditelj studije, profesor Peter Abbamont, ovo je otkriće usporedio s Higgsovim bozonom - on neće imati izravnu upotrebu u stvarnom životu, ali pokazuje da je naše trenutno razumijevanje kvantne mehanike na dobrom putu.
Znanstvenici su stvorili nanorobote koji ubijaju rak
Istraživači sa Sveučilišta u Durhamu tvrde da su stvorili nanorobote koji su sposobni otkriti stanice raka i ubiti ih u samo 60 sekundi. U uspješnom sveučilišnom pokusu trebalo je malenim robotima između jedne i tri minute da prodre u vanjsku membranu u kanceroznu stanicu prostate i odmah ga unište.
Nanoroboti su 50.000 puta manji od promjera ljudske dlake. Aktiviraju se svjetlošću i okreću se brzinom od dva do tri milijuna okretaja u sekundi kako bi mogli prodrijeti do stanične membrane. Kada postignu svoj cilj, mogu ga uništiti ili u njega unijeti korisno terapijsko sredstvo.
Do sada su nanoroboti testirani samo na pojedinim stanicama, ali ohrabrujući rezultati naveli su znanstvenike da krenu na eksperimente na mikroorganizmima i malim ribama. Daljnji cilj je prelazak na glodavce, a potom i na ljude.
Međuzvjezdani asteroid mogao bi biti izvanzemaljski svemirski brod
Prošlo je samo nekoliko mjeseci otkako su astronomi sretno najavili otkriće prvog međuzvjezdanog objekta koji je letio kroz Sunčev sustav, asteroid zvan Oumuamua. Od tada su promatrali mnoge neobične stvari koje se događaju ovom nebeskom tijelu. Ponekad se ponašao tako neobično da znanstvenici vjeruju da bi objekt mogao ispasti izvanzemaljski svemirski brod.
Prije svega, njegov je oblik alarmantan. Oumuamua ima oblik cigare s omjerom duljine i promjera od deset prema jedan, što nikada nije zabilježen nijedan od promatranih asteroida. U početku su znanstvenici mislili da je to komet, ali onda su shvatili da nije, jer predmet nije ostavljao rep iza sebe dok se približavao Suncu. Štoviše, neki stručnjaci tvrde da bi brzina rotacije objekta trebala uništiti bilo koji normalan asteroid. Dobiva se dojam da je posebno stvoren za međuzvjezdana putovanja.
Ali ako je stvorena umjetno, što bi onda moglo biti? Neki kažu da je ovo izvanzemaljska sonda, drugi vjeruju da je možda riječ o svemirskoj letjelici, čiji su motori neispravno radili, a sada lebde kroz svemir. U svakom slučaju, sudionici u programima poput SETI i BreakthroughListen vjeruju da Oumuamua zahtijeva daljnju istragu, pa ciljaju svoje teleskope prema njemu i slušaju sve radio signale.
Iako vanzemaljska hipoteza nije ni na koji način potvrđena, početna opažanja SETI nisu dovela nigdje. Mnogi su istraživači još uvijek pesimistični u pogledu šanse da bi objekt mogli stvoriti vanzemaljci, ali u svakom slučaju, istraživanje će se nastaviti.