Eftersom ytterligare ett år avslutas verkar det som att det är dags att åter sätta sig ner, fälla våra armar, ta ett djupt andetag och titta på några av titlarna på vetenskapliga artiklar som vi kanske inte har uppmärksammat tidigare. Forskare skapar ständigt någon form av nya utvecklingar inom olika områden, såsom nanoteknologi, genterapi eller kvantefysik, och detta öppnar alltid nya horisonter.
Titlarna på vetenskapliga artiklar börjar likna mer och mer titlarna på historier från science fiction-tidskrifter. Med tanke på vad 2017 förde oss återstår det bara att se fram emot vad 2018 kommer att ge oss …
Forskare har skapat temporära kristaller för vilka lagens tidssymmetri inte gäller
Enligt termodynamikens första lag är det omöjligt att skapa en ständig rörelsemaskin som fungerar utan en extra energikälla. Tidigare i år lyckades fysiker dock skapa strukturer som kallas temporära kristaller, vilket säkert tvivlar på denna avhandling.
Temporära kristaller fungerar som de första verkliga exemplen på ett nytt tillstånd av materia, kallad "nonequilibrium", där atomer har en variabel temperatur och aldrig är i termisk jämvikt med varandra. Temporära kristaller har en atomstruktur som inte bara upprepas i rymden utan även i tid, vilket gör att de kan upprätthålla konstanta vibrationer utan att ta emot energi. energikostnader.
Så bryter tidskristaller fysikens lagar? Strängt taget nej. Lagen om energibesparing fungerar bara i system med symmetri i tid, vilket innebär att fysiklagarna är desamma överallt och alltid. Temporära kristaller bryter emellertid med lagarna om tid och rum för symmetri. Och inte bara dem. Magneter anses också ibland naturliga asymmetriska föremål eftersom de har nord- och sydpoler.
Kampanjvideo:
Ett annat skäl till att temporära kristaller inte bryter mot termodynamikens lagar är att de inte är helt isolerade. Ibland behöver de "skjutas" - det vill säga att ge en yttre impuls, efter att de fått dem som de redan börjar ändra sina stater igen och igen. Det är möjligt att dessa kristaller i framtiden kommer att hitta bred tillämpning inom området för informationsöverföring och lagring i kvantsystem. De kan spela en kritisk roll i kvantberäkning.
"Levande" sländvingar
Merriam-Webster Encyclopedia säger att en vinge är en rörlig bilaga av fjädrar eller membran som används av fåglar, insekter och fladdermöss för att flyga. Det borde inte vara levande, men entomologer vid University of Keele i Tyskland har gjort några häpnadsväckande upptäckter som antyder något annat - åtminstone för vissa sländor.
Insekter andas genom luftstrupen. Luft kommer in i kroppen genom öppningar som kallas spirakel. Den reser sedan genom ett komplext nätverk av luftstrupen som transporterar luft till alla celler i kroppen. Men själva vingarna består nästan helt av död vävnad, som torkar upp och antingen blir genomskinlig eller blir täckt med färgade mönster. Områden med död vävnad genomsyras av vener, och dessa är de enda vingkomponenterna som ingår i andningsorganen.
Men när entomologen Rainer Guillermo Ferreira tittade på vingen på en manlig trollsländare Zenithoptera genom ett elektronmikroskop såg han små grenande trachealrör. Detta var första gången något sådant sågs i en insekts vinge. Mycket forskning kommer att krävas för att avgöra om denna fysiologiska egenskap är unik för denna art, eller kanske också förekommer i andra trollsländor, eller till och med andra insekter. Det är till och med möjligt att detta är en enda mutation. Den rikliga mängden syre kan förklara de ljusa, komplexa blå mönstren i vingarna på trollsländaren Zenithoptera, som inte innehåller blått pigment.
Forntida fästing med dinosaurieblod inuti
Vi hittar ofta fantastiska saker bevarade i bärnsten, men i år har vi fått ett superpris. Forskare från Myanmar har upptäckt bitar av bärnsten som är 99 miljoner år gamla och innehåller parasiter som moderna fästingar inuti dem. En av dem blev förvirrad i en dinosaurusfjäder, två till hittades i en bit av en dinosauriebo, och den fjärde befanns vara fylld med dinosaurieblod inuti.
Naturligtvis fick detta människor att tänka på Jurassic Park-scenariot och möjligheten att använda blod för att återskapa dinosaurier direkt. Tyvärr kommer detta inte att ske inom en snar framtid, eftersom det är omöjligt att extrahera DNA-prover från de hittade bärnstenen. Debatten om hur länge en DNA-molekyl kan pågå är fortfarande inte över, men även enligt de mest optimistiska uppskattningarna och under de mest optimala förhållandena är deras livslängd högst flera miljoner år.
Men även om fästningen, kallad Deinocrotondraculi ("Terrible Dracula"), inte hjälpte till att återställa dinosaurierna, är det fortfarande ett mycket ovanligt fynd som gav oss ny kunskap. Nu vet vi inte bara att antika fästingar hittades bland fjädernade dinosaurier, utan också att de till och med infekterade dinosauriebo.
Modifiering av vuxna gener
Idag är toppen av genterapi "klusterade regelbundet mellanrum med korta palindromiska upprepningar", eller CRISPR (klusterade regelbundet mellanrum med korta palindromiska upprepningar). Familjen av DNA-sekvenser som för närvarande utgör grunden för CRISPR-Cas9-tekniken kan teoretiskt förändra mänskligt DNA för alltid.
Under 2017 tog gentekniken ett avgörande steg framåt - efter att ett team vid Proteomic Research Center i Peking meddelade att det framgångsrikt hade använt CRISPR-Cas9 för att eliminera sjukdomsframkallande mutationer i livskraftiga mänskliga embryon. Ett annat team, från Francis Crick Institute i London, gick motsatt väg och använde denna teknik för första gången för att medvetet skapa mutationer i mänskliga embryon. (I synnerhet stängde de av en gen som främjar utvecklingen av embryon till blastocyster.)
Forskning har visat att CRISPR-Cas9-tekniken fungerar - och ganska framgångsrikt. Detta har emellertid lett till intensiv etisk debatt om hur långt denna teknik kan användas. I teorin kan detta leda till "designerbarn" som kan ha intellektuella, atletiska och fysiska egenskaper i enlighet med de egenskaper som föräldrarna specificerar.
Dessutom gick forskningen ännu längre i november när CRISPR-Cas9 först testades på en vuxen. Brad Maddu, 44, från Kalifornien, lider av Hunter Syndrome, en obotlig sjukdom som så småningom kan leda honom till en rullstol. Han injicerades med miljarder kopior av den korrigerande genen. Det kommer att ta flera månader innan vi kan avgöra om proceduren var framgångsrik.
Vad kom innan - svamp eller kamgelé?
En ny vetenskaplig rapport, som publicerades i år, bör avsluta den långvariga debatten om djurens ursprung en gång för alla. Enligt studien är svampar”systrarna” för alla djur i världen. Detta beror på att svampar var den första gruppen som skilde sig under evolutionen från den primitiva gemensamma förfäder till alla djur. Detta hände för cirka 750 miljoner år sedan.
Tidigare var det en het debatt som kokade ner för två huvudkandidater: de nämnda svamparna och ett marint ryggradslösa djur som kallas ctenophores. Medan svampar är de enklaste varelserna som sitter på havets botten och matar genom att passera och filtrera vatten genom deras kroppar, är kamgeléer mer komplexa. De liknar en manet, kan röra sig i vatten, kan skapa ljusmönster och har ett enkelt nervsystem. Frågan om vilken av dem som var den första betyder frågan om hur vår gemensamma förfader såg ut. Detta anses vara det viktigaste ögonblicket i att spåra vår evolutionshistoria.
Medan resultaten från studien med frimodighet förklarar att frågan har lösts, bara några månader tidigare, hade en annan studie publicerats, som sade att våra evolutionära "systrar" var ctenoforer. Därför är det för tidigt att säga att de senaste resultaten kan betraktas som tillförlitliga för att undertrycka alla tvivel.
Tvättbjörn klarat ett forntida underrättelsestest
Under sjätte århundradet f. Kr. skrev eller samlade den antika grekiska författaren Aesop många fabler, som nu är kända som "Aesops fabler". Bland dem var en fabel med namnet "The Crow and the kanna", som beskriver hur en törstig kråka kastade småsten i en kanna för att höja vattennivån och kunna dricka.
Flera tusen år senare insåg forskare att denna fabel beskrev ett bra sätt att testa djurens intelligens. Experiment visade att försöksdjuren förstod orsak och effekt. Kråkorna, som deras släktingar, krök och jays, bekräftade sanningen om fabeln. Aporna klarade också detta test och tvättbjörnar lades till listan i år.
Under testet baserat på Aesops fabel fick åtta tvättbjörnar behållare med vatten, på vilken ytan av marshmallows flöt. Vattennivån var för låg för att nås. Två av försökspersonerna kastade framgångsrikt stenar i behållaren för att höja vattennivån och få vad de ville ha.
Andra testpersoner hittade sina egna kreativa lösningar som forskarna aldrig förväntade sig. En av tvättbjörnarna, istället för att kasta stenar i behållaren, klättrade på containern och började svänga från sida till sida på den tills den slog över. I ett annat test, med flytande och sjunkande bollar istället för stenar, hoppades experter att tvättbjörnar skulle använda sjunkande bollar och kassera flytande. Istället började några djur upprepade gånger att doppa den flytande bollen i vattnet tills den stigande vågen spikade marshmallowbitarna åt sidan, vilket gjorde dem lättare att hämta.
Fysiker skapar den första topologiska lasern
Fysiker vid University of California i San Diego påstår sig ha skapat en ny typ av laser - "topologisk", vars stråle kan ta vilken komplex form som helst utan att sprida ljus. Enheten fungerar utifrån konceptet med topologiska isolatorer (material som är dielektrik i sin volym, men leder ström längs ytan), som fick Nobelpriset i fysik 2016.
Vanligtvis används ringresonatorer för att förstärka ljus i lasrar. De är effektivare än vassa hörnresonatorer. Men den här gången skapade forskarteamet en topologisk hålighet med en fotonisk kristall som spegel. I synnerhet användes två fotoniska kristaller med olika topologier, varav en var en stjärnformad cell i ett kvadratgitter, och den andra var ett triangulärt galler med cylindriska lufthål. Teammedlem Boubacar Kante jämförde dem med en bagel och kringla: även om de båda är bröd med hål, gör det olika antalet hål dem olika.
När kristallerna är på rätt plats får strålen den önskade formen. Detta system styrs av ett magnetfält. Det gör att du kan ändra riktningen i vilken ljus släpps ut och därigenom skapa ett lysflöde. Direkt praktisk tillämpning av detta kan öka hastigheten för optisk kommunikation. I framtiden ses detta dock som ett steg framåt i skapandet av optiska datorer.
Forskare har upptäckt excitonium
Fysiker över hela världen är mycket entusiastiska över upptäckten av en ny form av materia som kallas excitonium. Denna form är ett kondensat av kvasipartiklar, excitoner, som är ett bundet tillstånd för en fri elektron och ett elektronhål, som bildas som ett resultat av att molekylen har tappat en elektron. Dessutom förutspådde Harvard teoretiska fysiker Bert Halperin förekomsten av excitonium redan på 1960-talet, och sedan dess har forskare försökt bevisa att det var rätt (eller fel).
Liksom många stora vetenskapliga upptäckter fanns det en hel del sammanfall i denna upptäckt. Forskarteamet vid University of Illinois som upptäckte excitonium behärskade faktiskt en ny teknik som kallas elektronstrålen energiförlustspektroskopi (M-EELS) - skapad specifikt för att identifiera excitoner. Upptäckten skedde dock när forskarna bara utförde kalibreringstester. En teammedlem kom in i rummet medan alla andra tittade på skärmarna. De sa att de hade upptäckt en "lätt plasmon", föregångaren till excitonkondensation.
Studieleder professor Peter Abbamont jämförde denna upptäckt med Higgs boson - den kommer inte att ha direkt användning i verkliga livet, men det visar att vår nuvarande förståelse av kvantmekanik är på rätt väg.
Forskare har skapat nanoroboter som dödar cancer
Forskare vid University of Durham påstår sig ha skapat nanoroboter som kan upptäcka cancerceller och döda dem på bara 60 sekunder. I en framgångsrik universitetsstudie tog det de små robotarna mellan en och tre minuter att tränga in i yttre membranet i en cancerös prostatacell och förstöra den omedelbart.
Nanorobots är 50 000 gånger mindre än diametern hos ett människohår. De aktiveras av ljus och roterar med en hastighet av två till tre miljoner varv per sekund för att kunna penetrera cellmembranet. När de når sitt mål kan de antingen förstöra det eller injicera ett användbart terapeutiskt medel i det.
Fram till nu har nanoroboter bara testats på enskilda celler, men uppmuntrande resultat har fått forskare att gå vidare till experiment med mikroorganismer och små fiskar. Det ytterligare målet är att gå vidare till gnagare och sedan till människor.
En interstellär asteroid kan vara ett främmande rymdskepp
Det har bara gått ett par månader sedan astronomer lyckligt meddelade upptäckten av det första interstellära objektet som passerar genom solsystemet, en asteroid som heter Oumuamua. Sedan dess har de observerat många konstiga saker som händer med denna himmelska kropp. Ibland uppförde det sig så ovanligt att forskare tror att föremålet kan visa sig vara ett främmande rymdskepp.
Först och främst är dess form alarmerande. Oumuamua har formen av en cigarr med ett längd-till-diameter-förhållande på tio till en, vilket aldrig har sett i någon av de observerade asteroiderna. Först trodde forskare att det var en komet, men insåg sedan att det inte var det, eftersom objektet inte lämnade en svans bakom det när det närmade sig solen. Dessutom hävdar vissa experter att objektets rotationshastighet borde ha förstört alla normala asteroider. Man får intrycket av att den är speciellt skapad för interstellär resor.
Men om det skapades på ett konstgjort sätt, vad kan det då vara? Vissa säger att detta är en främmande sond, andra tror att det kan vara ett rymdskepp, vars motorer har fungerat, och nu flyter det genom rymden. I alla fall tror deltagare i program som SETI och BreakthroughListen att Oumuamua kräver ytterligare utredning, så de riktar sina teleskoper mot honom och lyssnar efter radiosignaler.
Även om den främmande hypotesen inte har bekräftats på något sätt, har de första SETI-observationerna inte ledit någonstans. Många forskare är fortfarande pessimistiska om chansen att objektet kan skapas av utlänningar, men i alla fall kommer forskning att fortsätta.