30.12.2022
REVISTA SCIENCE A ANUNȚAT CELE MAI MARI 10 DESCOPERIRI ȘTIINȚIFICE DIN 2022.
În fiecare an, la mijlocul lunii decembrie, revista Science publică o listă cu realizările științifice ale anului, alegând o descoperire majoră și alte nouă descoperiri importante. Spre deosebire de Natură, lista Științei nu este dedicată persoanelor ale căror nume sunt asociate cu cele mai importante povești științifice ale anului, ci evenimentelor și descoperirilor în sine.
În 2021, editorii revistei au anunțat ca descoperirea științifică majoră a anului progrese în predicția structurii proteinelor folosind învățarea automată, în special algoritmii open source AlphaFold2 și RoseTTAFold. Principala descoperire, potrivit editorilor, anul acesta este punerea în funcțiune a telescopului spațial James Webb (JWST).
Top 10 realizări științifice pentru 2022
Misiunea telescopului spațial James Webb
JWST este un observator spațial pentru studierea universului în intervalul de lungimi de undă în infraroșu (spre deosebire, de exemplu, de Hubble, care funcționează în partea optică și ultravioletă a spectrului). Oglinda principală a observatorului este formată din 18 segmente de beriliu placate cu aur, cu o suprafață totală de 27 de metri pătrați și o greutate de 625 de kilograme: de șase ori mai mare decât oglinda lui Hubble și aproape o treime mai ușoară.
A fost nevoie de aproape un sfert de secol și 10 miliarde de dolari pentru a se pregăti pentru lansarea telescopului. Prin urmare, lansarea și începerea observațiilor reprezintă o adevărată descoperire.
De fapt, observatorul spațial nu va zbura în spațiu în 2022, ci la sfârșitul lui 2021 - pe 25 decembrie 2021, după trei ani de teste cuprinzătoare, racheta Ariana 5 cu telescopul lansat de la Kourou în Guyana Franceză. Pentru a evita inconsecvențele cronologice, redacția numește descoperire nu lansare, ci zbor telescop, deoarece are loc după publicarea listei anterioare.
În ianuarie 2022, telescopul în infraroșu a intrat pe orbita în jurul celui de-al doilea punct Lagrange din sistemul Soare-Pământ și pe 11 februarie a trimis prima sa imagine tehnică. Încă cinci luni mai târziu, observatorul și-a început oficial programul științific, iar prima imagine științifică – un exemplu de lentilă gravitațională a luminii dintr-o galaxie îndepărtată din universul timpuriu – a fost lansată în seara zilei de 11 iulie. A doua zi, imaginile cu au fost prezentate nebuloasele Carina și Southern Ring, precum și grupul de galaxii compacte Stefan Quintet.
Timp de șase luni după aceea, telescopul a fotografiat în mod regulat atât obiecte noi, cât și obiecte binecunoscute, dar cu o rezoluție indisponibilă anterior și într-o altă parte a spectrului.
Orez peren
Potrivit editorilor revistei Science, un soi de orez peren cu randament ridicat merită un loc în primele zece. Transformarea ierburilor anuale în forme perene este o modalitate de a obține randamente mai mari, dar și de a păstra fertilitatea solului fără a utiliza prea multe resurse.
Orezul peren a fost crescut pentru prima dată în urmă cu douăzeci de ani prin încrucișarea orezului asiatic cultivat Oryza sativa cu ruda sa perenă africană Oryza longistaminata. Dar a fost nevoie de încă două decenii pentru a obține o extracție suficientă din el. Oamenii de știință chinezi au început să-l studieze în 2018, iar anul acesta își raportează succesele.
Soiul lor PR23 dă aproximativ aceeași cantitate de cereale în primul an ca orezul anual obișnuit, la aceleași costuri de plantare și cultivare. Și în al doilea, al treilea și al patrulea an, randamentul rămâne același, scăzând doar în al cincilea an. Acest lucru economisește 77 de zile-om pe hectar pe sezon și reduce costurile la jumătate.
Rețele neuronale – creatori
2022 este anul în care tehnologia inteligenței artificiale (AI) intră în domenii care au fost odată considerate unic umane, inclusiv arta și descoperirea științifică. La început intrarea mașinilor a fost lentă, dar anul acesta a devenit un colonizator de neoprit al acestor noi teritorii.
Anul trecut, editorii revistei Science au recunoscut instrumentele AI care prezic structura 3D a proteinelor din secvența blocurilor lor de aminoacizi. Extinderea acestei lucrări, cercetătorii folosesc acum AI pentru a proiecta proteine complet noi care ar putea fi folosite în vaccinuri, materiale de construcție sau nanomașini. O tehnică, numită „halucinație”, începe cu secvențe aleatorii și le transformă în secvențe pe care alte instrumente AI sunt sigure că se vor plia în proteine stabile.
Dar ediția din acest an celebrează rețelele neuronale folosite pentru a crea imagini și videoclipuri.
Cele mai impresionante dovezi – inevitabil în rețelele sociale – provin din așa-numitele modele „text-to-image”. Ei folosesc învățarea automată pentru a analiza împerecherile de text și imagini online, găsind modele care le permit să creeze noi imagini bazate pe text nou.
Anul trecut, laboratorul de cercetare OpenAI a introdus un sistem software numit DALL-E care, întrebat despre un „fotoliu în formă de avocado”, ar putea scoate câteva exemple fascinante. În această primăvară, OpenAI a lansat o actualizare majoră, DALL-E 2. A implementat o tehnică de învățare automată numită „difuzie”, în care imaginile ies din „zgomot” ghidate de context sau descrieri textuale.
Metoda poate genera efectiv imagini realiste și atractive. Mai multe modele de difuzare au devenit disponibile pentru uz public în acest an, iar un artist care folosește unul a câștigat un concurs de artă plastică, stârnind atât curiozitatea, cât și negare.
În octombrie, Google a extins algoritmii de creație ai Imagen la video. Rețelele neuronale au învățat acum să genereze videoclipuri bazate pe descrieri de text. Cu câteva zile înainte, cercetătorii de la Meta au prezentat un algoritm similar. Puțin mai târziu, cercetătorii Google au dezvoltat Imagic, un model de rețea neuronală care editează imagini pe baza instrucțiunilor verbale.
Puteți citi despre modul în care astfel de rețele neuronale influențează deja practica artiștilor și designerilor în articolul „Inteligenta artificială a lui Lensa fură din arta umană? Expert explică controversa”.
Cele mai mari bacterii
În iunie a acestui an, biologii au descris cea mai mare bacterie cunoscută. Nu este doar mai mare decât toate celelalte bacterii, ci mai mare decât majoritatea dintre ele de aproximativ 5000 de ori. Celula sa poate atinge doi centimetri lungime. Bacteria a fost descoperită într-o mlaștină de mangrove din Caraibe și se numește Thiomargarita magnifica.
Spre deosebire de organismele mai mari, multicelulare – eucariotele ca noi, care au în celulele lor organite închise în membrană, cum ar fi nucleul – bacteriile aparțin unui grup de organisme numite procariote, despre care se credea în mod tradițional că sunt doar „pungi de enzime” fără membrane interne. material genetic separat.
Vaccinurile RSV
Editorii revistei Science citează studiile clinice cu două vaccinuri împotriva virusului respirator sincițial (RSV) drept o descoperire importantă.
Potrivit studiilor efectuate de Pfizer și GSK, noile vaccinuri protejează sugarii și bătrânii, grupurile cele mai expuse riscului de VSR. RSV provoacă de obicei doar simptome ușoare de răceală, dar la sugari poate afecta tractul respirator inferior și poate provoca bronșiolită cu insuficiență respiratorie acută, iar la vârstnici poate exacerba bolile de inimă.
Ambele vaccinuri previn simptomele severe la persoanele cu vârsta peste 60 de ani, fără a provoca efecte secundare grave. De asemenea, ei protejează bebelușii de RSV dacă mamele lor sunt vaccinate la sfârșitul sarcinii.
Dezvoltarea vaccinurilor RSV a fost oprită de zeci de ani, deoarece cu peste 50 de ani în urmă, în timpul studiilor clinice ale unui vaccin inactivat, doi copii au murit și 80% dintre participanții la studiu au fost spitalizați. Oamenii de știință au identificat mai târziu motivul principal pentru care virusul vaccinului a fost atât de periculos pentru subiecții testați: a indus formarea de anticorpi relativ slabi care nu numai că nu au reușit să oprească virusul, dar, prin mecanisme prost înțelese, au ajutat RSV să afecteze tractul respirator.
Noile vaccinuri rezolvă această problemă: acum anticorpii sunt formați mai fiabil și în concentrații mai mari.
Virusul responsabil de scleroza multiplă
O altă descoperire în 2022 a fost descoperirea că virusul herpes simplex este un factor major în scleroza multiplă (SM), o boală în care sistemul imunitar atacă și dăunează teaca de mielină a neuronilor din creier și măduva spinării.
Analiza unei game largi de dosare medicale militare arată că scleroza multiplă (SM), o boală despre care se crede că are etiologie necunoscută, este o complicație a infecției cu virusul Epstein-Barr (EBV).
Virusul Epstein-Barr, cunoscut și sub numele de herpesvirus uman 4, este un membru al familiei virusului herpes. Este unul dintre cele mai comune virusuri umane. EBV este găsit în întreaga lume. Majoritatea oamenilor se infectează cu EBV la un moment dat în viața lor. EBV se răspândește cel mai frecvent prin fluidele corporale, în principal prin saliva.
Scleroza multiplă este o boală cronică demielinizantă a sistemului nervos central. Cauza care stă la baza acestei boli este necunoscută, dar se crede că virusul Epstein-Barr este posibilul vinovat. Dar majoritatea persoanelor infectate cu acest virus comun nu dezvoltă scleroză multiplă și nu este posibil să se demonstreze direct cauza acestei boli la om.
Folosind date de la peste zece milioane de militari americani observați pe o perioadă de 20 de ani, dintre care 955 au fost diagnosticați cu SM în timpul serviciului lor, Kjetil Bjornevik și colegii săi au testat ipoteza că SM este cauzată de EBV. Ei au descoperit că riscul de a dezvolta SM la persoanele care erau EBV-negative a crescut de 32 de ori după infecția cu EBV.
Descoperirile ar putea duce la noi modalități de tratare sau prevenire a bolii misterioase, care provoacă simptome ușoare - inclusiv vedere încețoșată, oboseală și amorțeală - la aproximativ 2,8 milioane de bolnavi din întreaga lume, dar treptat îi lasă pe alții în imposibilitatea de a vorbi sau de a merge.
Actul Climatic al Americii
În 2016, Acordul de la Paris a fost semnat ca parte a Convenției-cadru a Națiunilor Unite privind schimbările climatice. Semnatarii acordului recunosc necesitatea de a limita creșterea globală a temperaturii medii a planetei cu două grade Celsius prin reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Cu toate acestea, legile țărilor semnatare înseși împiedică realizarea acestui obiectiv ambițios. În SUA, de exemplu, reducerea emisiilor nu a fost reglementată până acum.
Actul de reducere a inflației (IRA), pe care Joe Biden l-a semnat pe 16 august 2022, este descoperirea din acest an. Această lege ar trebui să încurajeze tranziția către energie curată și mașini electrice. În următorii 10 ani, 369 de miliarde de dolari vor fi folosiți pentru finanțarea surselor de energie curată. Autorii legii cred că până în 2030 va reduce emisiile de gaze cu efect de seră cu aproximativ 40%.
Editorialul Science notează că Actul de reducere a inflației este o măsură necesară, deși încă insuficientă, pentru a îndeplini angajamentele SUA în temeiul Acordului de la Paris. Pe lângă legea federală, vor fi necesare și legi de stat. Se așteaptă ca legi similare să fie adoptate în curând și în alte țări care au semnat acordul.
Amprenta genetică a ciumei
În octombrie, Nature a publicat o lucrare care arată modul în care Moartea Neagră - o pandemie de ciumă în Europa în secolul al XIV-lea - i-a afectat pe europeni. După aceea, populația Europei a scăzut semnificativ, iar focarele ulterioare de ciumă au fost mai puțin mortale – indiferent dacă agentul patogen s-a schimbat sau oamenii. Lucrările geneticienilor de la Universitatea din Chicago arată că ciuma i-a schimbat pe europeni destul de dramatic.
Geneticienii au analizat ADN-ul persoanelor care au murit cu puțin timp înainte și după pandemie și au găsit loci care erau cel mai probabil să fi fost sub selecție pozitivă. Se pare că Moartea Neagră a afectat cel mai mult dezvoltarea sistemului imunitar uman.
Unul dintre loci descoperite conține gena ERAP2, care este legată de sistemul imunitar. Pe de o parte, aceasta poate fi considerată o adaptare la bolile infecțioase, dar modificările acestui locus cresc și riscul ca proprietarii săi să dezvolte boli autoimune, cum ar fi boala Crohn, artrita reumatoidă și lupusul.
Deviația unui asteroid
Un alt progres în 2022 este succesul misiunii Double Asteroid Redirection Test (DART). Misiunea a început în urmă cu doi ani, când nava spațială DART a NASA a fost lansată în spațiu -- în special pentru a se ciocni cu asteroidul de 160 de metri Dimorphos, care nu este periculos pentru Pământ. Misiunea a fost menită să modifice traiectoria asteroidului pentru a testa o tehnică de coliziune controlată, o modalitate de a proteja Pământul de asteroizi.
Pe 27 septembrie 2022, la 02:14 ora Bulgariei, o sondă de 550 de kilograme lovește Dimorphos cu o viteză de peste 6 km pe secundă.
O serie de telescoape spațiale și terestre au urmărit coliziunea pentru a confirma că traiectoria asteroidului s-a schimbat. Rezultatele au depășit chiar așteptările oamenilor de știință și estimările modelului: perioada de rotație a lui Dimorphos în jurul unui asteroid mai mare din același sistem s-a schimbat cu până la 32 de minute - de 26 de ori mai mult decât a prezis NASA. Aceste rezultate permit oamenilor de știință să verifice eficacitatea metodei de deviere cinetică. Și, de asemenea, că modelele lor vor trebui rafinate.
Un ecosistem străvechi reconstruit din ADN vechi de 2 milioane de ani
Cea mai recentă descoperire, despre care scriu editorii Science, este descoperirea de fragmente din cel mai vechi ADN din formațiunea Kap København (Kap København din danezul „Cape Copenhaga”) din nordul Groenlandei.
Potrivit analizei, materialul genetic găsit are o vechime de peste două milioane de ani. Este de două ori mai vechi decât înregistrarea anterioară - ADN dintr-un os de mamut siberian. În afară de vârsta record, importanța lucrării constă în faptul că biologii moleculari au reușit să recreeze un întreg ecosistem de mai multe specii de plante, animale și microorganisme, care la acea vreme se confrunta cu o criză climatică dramatică, pe baza datelor secvențiale.
Probele de material genetic au fost depozitate într-un laborator de la Universitatea din Copenhaga din 2006. ADN-ul antic din aceste probe este relativ bine conservat deoarece se leagă de mineralele din argilă. Datorită acestui fapt, metodele moderne de secvențiere au produs peste 16 miliarde de înregistrări. Rezultatele au fost comparate cu bazele de date existente ale genomurilor animalelor, plantelor și microorganismelor moderne, iar ecosistemul din Cape Copenhaga a fost recreat acum două milioane de ani. Pe atunci creșteau acolo plopi, mesteacăn, ierburi arctice și tufișuri, iar printre ei se plimbau mastodonti, precum și strămoșii iepurilor moderni, renilor, rozătoarelor.
Editorii Science notează că adaptările genetice care au permis plantelor și animalelor să trăiască în nordul îndepărtat la temperaturi mai calde decât astăzi pot fi găsite în aceste date. Și acest lucru poate fi folosit - de exemplu, pentru a integra genele plantelor moderne pentru a adapta culturile la un climat în schimbare.
Acestea sunt realizările remarcate de editorii revistei Science. Le lipsește ceva important? Categoric.
