Da et andet år er ved at afslutte, ser det ud til, at det er tid til at sætte sig ned igen, folde vores arme, tage en dyb indånding og se på nogle af overskrifterne på videnskabelige artikler, som vi måske ikke har været opmærksomme på før. Forskere skaber konstant en slags nye udviklinger på forskellige områder, såsom nanoteknologi, genterapi eller kvantefysik, og dette åbner altid nye horisonter.
Titlerne på videnskabelige artikler begynder at ligne mere og mere titlerne på historier fra science fiction-magasiner. I betragtning af hvad 2017 bragte os, er det kun tilbage at se frem til hvad 2018 vil bringe os …
Forskere har skabt tidsmæssige krystaller, som lovgivningen om tidssymmetri ikke finder anvendelse på
I henhold til den første lov om termodynamik er det umuligt at skabe en evig bevægelsesmaskine, der fungerer uden en ekstra energikilde. Tidligere i år lykkedes det imidlertid fysikere at skabe strukturer kaldet tidsmæssige krystaller, hvilket bestemt stiller tvivl om denne afhandling.
Temporale krystaller fungerer som de første virkelige eksempler på en ny stoftilstand, kaldet "nonequilibrium", hvor atomer har variabel temperatur og aldrig er i termisk ligevægt med hinanden. Temporære krystaller har en atomstruktur, der ikke kun gentager sig i rummet, men også i tid, hvilket gør det muligt for dem at opretholde konstante vibrationer uden at modtage energi. Det sker selv i en stationær tilstand, som er den laveste energitilstand, når bevægelse er teoretisk umulig, da det kræver energiomkostninger.
Så krænker tidskrystaller fysikens love? Strengt taget nej. Loven om energibesparelse fungerer kun i systemer med symmetri i tid, hvilket indebærer, at fysiklovene er de samme overalt og altid. Imidlertid krænker tidsmæssige krystaller symmetriloven for tid og rum. Og ikke kun dem. Magneter betragtes sommetider også som naturlige asymmetriske genstande, fordi de har nord- og sydpoler.
Salgsfremmende video:
En anden grund til, at tidsmæssige krystaller ikke overtræder termodynamikens love, er, at de ikke er fuldstændigt isoleret. Nogle gange er de nødt til at blive "skubbet" - det vil sige for at give en ekstern impuls, efter at de har modtaget, hvor de allerede vil begynde at ændre deres stater igen og igen. Det er muligt, at disse krystaller i fremtiden finder bred anvendelse inden for informationsoverførsel og lagring i kvantesystemer. De kan spille en kritisk rolle i kvanteberegning.
"Levende" dragonflyvinger
Merriam-Webster Encyclopedia siger, at en vinge er en bevægelig vedhæng af fjer eller membraner, der bruges af fugle, insekter og flagermus til at flyve. Det skulle ikke være i live, men entomologer ved University of Keele i Tyskland har gjort nogle forbløffende opdagelser, der antyder andet - i det mindste for nogle Dragonfly.
Insekter indånder gennem luftrøret. Luft kommer ind i kroppen gennem åbninger kaldet spirakler. Derefter rejser det gennem et komplekst netværk af luftrør, der fører luft til alle celler i kroppen. Imidlertid består selve vingerne næsten udelukkende af dødt væv, der tørrer op og enten bliver gennemskinnelig eller bliver dækket af farvede mønstre. Områder med dødt væv gennemsyres af vener, og dette er de eneste vingekomponenter, der er en del af luftvejene.
Da entomolog Rainer Guillermo Ferreira kiggede på vingen af en mandlig Dragonfly Zenithoptera gennem et elektronmikroskop, så han imidlertid små forgrenede trachealrør. Dette var første gang, noget lignende blev set i et insektfløj. Der kræves meget forskning for at bestemme, om dette fysiologiske træk er unikt for denne art, eller måske også forekommer i andre dragonflies, eller endda i andre insekter. Det er endda muligt, at dette er en enkelt mutation. Den rigelige tilførsel af ilt forklarer muligvis de lyse, komplekse blå mønstre i vingerne på Dragonfly Zenithoptera, som ikke indeholder blå pigment.
Ancient tick med dinosaurblod inde
Vi finder ofte fantastiske ting bevaret inden i rav, men dette år har givet os en superpræmie. Forskere fra Myanmar har opdaget ravstykker, der er 99 millioner år gamle, indeholdende parasitter som moderne flåter inde i dem. En af dem blev sammenfiltret i en dinosaurus-fjer, to mere blev fundet i et stykke af en dinosaures rede, og den fjerde blev fundet at være fyldt med dinosaurblod inde.
Dette fik naturligvis folk til at tænke på Jurassic Park-scenariet og muligheden for at bruge blod til at genskabe dinosaurer med det samme. Desværre vil dette ikke ske i den nærmeste fremtid, fordi det er umuligt at udtrække DNA-prøver fra de fundne stykker rav. Debatten om, hvor længe et DNA-molekyle kan vare, er stadig ikke ovre, men selv efter de mest optimistiske skøn og under de mest optimale forhold er deres levetid ikke mere end flere millioner år.
Men selvom krydset, der hedder Deinocrotondraculi ("Forfærdelige Dracula"), ikke hjalp med at genoprette dinosaurierne, er det stadig et meget usædvanligt fund, der gav os ny viden. Nu ved vi ikke kun, at gamle flåter blev fundet blandt fjerede dinosaurier, men også at de endda inficerede dinosaurier.
Modifikation af voksne gener
I dag er højdepunktet i genterapi "klynget regelmæssigt mellemgrænsede korte palindromiske gentagelser", eller CRISPR (klyngete regelmæssigt mellemgrænsede korte palindromiske gentagelser). Familien af DNA-sekvenser, der i øjeblikket danner grundlaget for CRISPR-Cas9-teknologi, kunne teoretisk ændre humant DNA for evigt.
I 2017 tog genteknologi et afgørende spring fremad - efter at et team ved Proteomic Research Center i Beijing meddelte, at det med succes havde brugt CRISPR-Cas9 til at eliminere sygdomsfremkaldende mutationer i levedygtige menneskelige embryoner. Et andet team fra Francis Crick Institute i London gik den modsatte vej og brugte denne teknologi for første gang med vilje til at skabe mutationer i menneskelige embryoner. (Især deaktiverede de et gen, der fremmer udviklingen af embryoner til blastocyster.)
Forskning har vist, at CRISPR-Cas9-teknologien fungerer - og ganske vellykket. Dette har dog givet anledning til intens etisk debat om, hvor langt denne teknologi kan bruges. I teorien kunne dette føre til "designerbørn", der kan have intellektuelle, atletiske og fysiske egenskaber i overensstemmelse med de af forældrene specificerede egenskaber.
Bortset fra etik gik forskningen videre i november, da CRISPR-Cas9 først blev testet på en voksen. Brad Maddu, 44, fra Californien, lider af Hunter Syndrome, en uhelbredelig sygdom, der til sidst kan føre ham til en kørestol. Han blev injiceret med milliarder af kopier af det korrigerende gen. Det vil tage flere måneder, før vi kan afgøre, om proceduren var vellykket.
Hvad kom før - svamp eller kamgelé?
En ny videnskabelig rapport, der blev offentliggjort i år, skulle afslutte den langvarige debat om dyrenes oprindelse en gang for alle. Ifølge undersøgelsen er svampe "søstre" for alle dyr i verden. Dette skyldes det faktum, at svampe var den første gruppe, der adskilte sig under evolutionen fra den primitive fælles stamfar til alle dyr. Dette skete for omkring 750 millioner år siden.
Tidligere var der en opvarmet debat, der kogede ned til to hovedkandidater: ovennævnte svampe og et marine hvirvelløse dyr kaldet ctenophores. Mens svampe er de enkleste væsener, der sidder på bunden af havet og fodres ved at føre og filtrere vand gennem deres kroppe, er kamgeléer mere komplekse. De ligner en vandmand, er i stand til at bevæge sig i vand, kan skabe lysmønstre og har et simpelt nervesystem. Spørgsmålet om, hvem af dem var det første, betyder spørgsmålet om, hvordan vores fælles forfader så ud. Dette betragtes som det vigtigste øjeblik i sporing af vores evolutions historie.
Mens resultaterne af undersøgelsen med frimodighed erklærer, at spørgsmålet er løst, kun få måneder tidligere, var der offentliggjort en anden undersøgelse, der sagde, at vores evolutionære "søstre" var ctenoforer. Derfor er det for tidligt at sige, at de seneste resultater kan betragtes som pålidelige nok til at undertrykke enhver tvivl.
Vaskebjørne bestået en gammel efterretningstest
I det sjette århundrede fvt skrev eller indsamlede den gamle græske forfatter Aesop mange fabler, der nu er kendt som "Aesops fabler". Blandt dem var en fabel kaldet "Kragen og kannen", der beskriver, hvordan en tørst krage kastede småsten i en kande for at hæve vandstanden og kunne drikke.
Flere tusinde år senere indså videnskabsmænd, at denne fabel beskrev en god måde at teste dyrs intelligens på. Eksperimenter viste, at forsøgsdyrene forstod årsag og virkning. Kragerne, ligesom deres slægtninge, råge og jays, bekræftede fabelens sandhed. Aberne bestod også denne test, og vaskebjørne blev føjet til listen i år.
Under testen baseret på Aesops fabel modtog otte vaskebjørne containere med vand, på hvilken overfladen marshmallows flydede. Vandstanden var for lav til at nås. To af forsøgspersonerne kastede med succes sten i beholderen for at hæve vandstanden og få det, de ønskede.
Andre forsøgspersoner fandt deres egne kreative løsninger, som forskerne aldrig forventede. En af vaskebjørnene, i stedet for at kaste sten i containeren, klatrede op på containeren og begyndte at svinge fra side til side på den, indtil den bankede om. I en anden test, ved hjælp af flydende og synkende kugler i stedet for sten, håbede eksperter, at vaskebjørne ville bruge synkeboller og kassere flydende. I stedet begyndte nogle dyr gentagne gange at dyppe den flydende kugle i vandet, indtil den stigende bølge spikede marshmallowstykkerne til siden, hvilket gjorde dem lettere at hente.
Fysikere skaber den første topologiske laser
Fysikere fra University of California i San Diego hævder, at de har skabt en ny type laser - "topologisk", hvis stråle kan have enhver kompleks form uden lysspredning. Enheden fungerer på baggrund af konceptet med topologiske isolatorer (materialer, der er dielektrik inden i deres volumen, men leder strøm langs overfladen), som modtog Nobelprisen i fysik i 2016.
Normalt bruges ringresonatorer til at forstærke lys i lasere. De er mere effektive end skarpe hjørneresonatorer. Denne gang skabte forskerteamet imidlertid et topologisk hulrum ved hjælp af en fotonisk krystal som et spejl. Der blev især anvendt to fotoniske krystaller med forskellige topologier, hvoraf den ene var en stjerneformet celle i et firkantet gitter, og det andet var et trekantet gitter med cylindriske lufthuller. Teammedlem Boubacar Kante sammenlignede dem med en bagel og kringle: selvom de begge er brød med huller, gør det forskellige antal huller dem forskellige.
Når krystallerne er på det rigtige sted, tager strålen den ønskede form. Dette system styres af et magnetfelt. Det giver dig mulighed for at ændre den retning, i hvilken lys udsendes, og derved skabe en lysstrøm. Direkte praktisk anvendelse af dette er i stand til at øge hastigheden for optisk kommunikation. I fremtiden ses dette imidlertid som et skridt fremad i oprettelsen af optiske computere.
Forskere har opdaget excitonium
Fysikere over hele verden er meget begejstrede for opdagelsen af en ny form for stof kaldet excitonium. Denne form er et kondensat af kvasipartikler, excitoner, som er en bundet tilstand af et frit elektron og et elektronhul, som dannes som et resultat af, at molekylet har mistet et elektron. Desuden forudsagde Harvard-teoretiske fysiker Bert Halperin eksistensen af excitonium tilbage i 1960'erne, og siden har forskere forsøgt at bevise det rigtigt (eller forkert).
Som mange store videnskabelige opdagelser var der en vis mængde tilfældighed i denne opdagelse. Teamet af forskere ved University of Illinois, der opdagede excitonium, var faktisk mestrer en ny teknologi kaldet elektronstråle energitab spektroskopi (M-EELS) - oprettet specifikt for at identificere excitons. Opdagelsen fandt imidlertid sted, da forskerne kun udførte kalibreringstest. Et teammedlem kom ind i rummet, mens alle andre kiggede på skærmene. De sagde, at de havde fundet en "let plasmon", forløberen for exciton-kondensation.
Studieleder Professor Peter Abbamont sammenlignede denne opdagelse med Higgs boson - den vil ikke have direkte brug i det virkelige liv, men det viser, at vores nuværende forståelse af kvantemekanik er på rette spor.
Forskere har skabt nanorobotter, der dræber kræft
Forskere ved University of Durham hævder at have oprettet nanorobots, der er i stand til at opdage kræftceller og dræbe dem på kun 60 sekunder. I en vellykket universitetsforsøg tog det de små robotter mellem et og tre minutter at trænge ind i den ydre membran i en kræftformet prostatacelle og straks ødelægge den.
Nanorobots er 50.000 gange mindre end diameteren til et menneskehår. De aktiveres af lys og roterer med en hastighed på to til tre millioner omdrejninger pr. Sekund for at være i stand til at trænge ind i cellemembranen. Når de når deres mål, kan de enten ødelægge det eller injicere et nyttigt terapeutisk middel i det.
Indtil nu er nanorobots kun blevet testet på individuelle celler, men opmuntrende resultater har fået forskere til at gå videre til eksperimenter med mikroorganismer og små fisk. Det yderligere mål er at gå videre til gnavere og derefter til mennesker.
En interstellar asteroide kunne være et fremmed rumfartøj
Det er kun et par måneder, siden astronomer med glæde annoncerede opdagelsen af det første interstellære objekt, der passerer gennem solsystemet, en asteroide kaldet Oumuamua. Siden da har de observeret mange mærkelige ting, der sker med dette himmelske legeme. Nogle gange opførte det sig så usædvanligt, at forskere mener, at genstanden kan vise sig at være et fremmed rumfartøj.
Først og fremmest er dens form alarmerende. Oumuamua har formen af en cigar med et længde til diameter-forhold på ti til en, hvilket aldrig er set i nogen af de observerede asteroider. Først troede videnskabsmændene, at det var en komet, men indså derefter, at det ikke var det, fordi objektet ikke efterlod en hale bag det, da det nærmet sig Solen. Desuden hævder nogle eksperter, at objektets rotationshastighed burde have ødelagt enhver normal asteroide. Man får et indtryk af, at det blev specielt oprettet til interstellar rejser.
Men hvis det blev skabt kunstigt, hvad kunne det være? Nogle siger, at dette er en fremmed sonde, andre mener, at det kan være et rumfartøj, hvis motorer er funktionsfejl, og nu flyder det gennem rummet. Under alle omstændigheder mener deltagere i programmer som SETI og BreakthroughListen, at Oumuamua kræver yderligere undersøgelse, så de sigter deres teleskoper mod ham og lytter til radiosignaler.
Mens den fremmede hypotese ikke er bekræftet på nogen måde, har de indledende SETI-observationer ikke ført nogen steder. Mange forskere er stadig pessimistiske over chancerne for, at genstanden kan oprettes af udlændinge, men under alle omstændigheder vil forskningen fortsætte.
