10 najwiekszych osiągnięć naukowych w roku 2012

CZĄSTKI NABIERAJĄ MASY

W 1964 r. Peter Higgs opublikował na łamach "Physical Review Letters" artykuł teoretyczny, w którym postulował istnienie bozonu. Ta cząstka byłaby bardzo ważnym elementem puzzli obejmujących wszystkie cząstki elementarne. Tak zwany Model Standardowy w fizyce cząstek elementarnych zakłada, że dzięki bozonowi Higgsa bezmasowe cząstki (takie jak elektrony czy kwarki) otrzymują masę.

Model Standardowy jest teorią, która wyjaśnia, w jaki sposób cząstki oddziałują ze sobą za pośrednictwem sił elektromagnetycznych, słabego oraz silnego oddziaływania cząsteczkowego. Jednak fizycy ciągle nie rozumieli, jak to się dzieje, że cząstki, które rzekomo nie posiadają masy, w końcu tę masę uzyskują.

Obecnie fizycy skłaniają się do uznania, że przestrzeń jest wypełniona polem Higgsa, podobnym do pola elektrycznego. Pole elektryczne składa się z cząstek zwanych fotonami, a pole Higgsa – z bozonów Higgsa. Cząstki w tym polu oddziałują ze sobą, otrzymując energię i – na mocy słynnego równania Einsteina, które mówi o wzajemnej zależności energii i masy – otrzymują również masę.

Wytropienie bozonu Higgsa nie było ani łatwe, ani tanie. Dokonano tego w CERN-ie, superlaboratorium fizycznym ulokowanym w Szwajcarii. Użyto zaawansowanych detektorów cząstek ATLAS i CMS, pracujących przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (służącym do przyspieszania, zderzania i następnie badania tego, co widać po zderzaniu cząstek elementarnych). Tysiące naukowców, lata pracy i budżet 5.5 mld dolarów doprowadziły w końcu do sukcesu.

GENOM DENISOWIAŃCZYKÓW

Nowa technika sekwencjonowania prehistorycznego DNA, zawierającego ubytki i uszkodzenia, pozwoliła na w miarę dokładne zsekwencjonowanie genomu denisowiańczyków, odkrytych niedawno krewniaków ludzi i neandertalczyków. DNA pobrano z kostki palca znalezionej w jaskini Denisowa na Syberii.

Przy okazji, badacze dowiedli, że ten niewielki kawałek palca należał do młodej kobiety o brązowych oczach i ciemnych włosach oraz ciemnej skórze. Żyła ona około 74-82 tys. lat temu.

JAJECZKA Z KOMÓREK MACIERZYSTYCH

Z mysich komórek skóry naukowcy japońscy uzyskali komórki macierzyste, które następnie przekształcili w komórki jajowe.

Komórki jajowe zostały pobrane z organizmów myszy i zapłodnione in vitro. Co ciekawe, następnie okazało się, że potomstwo, które z nich powstało, było zdolne do rozmnażania się.

SPEKTAKULARNE LĄDOWANIE NA MARSIE

Amerykański Łazik Curiosity wylądował na powierzchni Czerwonej Planety dzięki systemowi "podniebnego żurawia" (SkyCrane). Procedura zejścia na powierzchnię Marsa przebiegała bez pomocy kontroli w NASA. Łazik, który waży prawie tonę, musiał wyhamować po wejściu do atmosfery przy użyciu spadochronu, a następnie odrzucić kapsułę ochronną. Wówczas włączył się radar, który pomógł znaleźć odpowiednie miejsce do lądowania na dnie krateru Gale. Na tym jednak nie koniec. Specjalny dźwig powietrzny SkyCrane, który był częścią modułu, opuścił Curiosity na ziemię za pomocą lin, a kiedy już łazik dotknął powierzchni, dźwig zwiększył ciąg silników i odleciał, żeby rozbić się możliwie najdalej łazika.

RENTGENOWSKI LASER DO BADANIA STRUKTURY BIAŁEK

Naukowcy użyli rentgenowskiego lasera do walki z pasożytniczym świdrowcem wywołującym śpiączkę afrykańską. Na tę chorobę rocznie umiera 30 tys. ludzi. Pasożyt wykorzystuje enzym, za pomocą którego niszczy białka swoich ofiar. Niestety, ten enzym trudny jest do precyzyjnego zablokowania, ponieważ w ludzkim organizmie występuje enzym o bardzo podobnej strukturze, którego blokada może być szkodliwa dla chorego. Dlatego naukowcy użyli specjalnego lasera rentgenowskiego do poznania dokładnej struktury enzymu. Zastowali przy tym nową metodę femtosekundowego promieniowania.

PRECYZYJNE EDYTOWANIE GENOMÓW

Naukowcy opracowali specjalne narzędzie, w którego skład wchodzi zespół enzymów, do precyzyjnego "edytowania" genomów w żywych organizmach, tzn. aktywacji lub dezaktywacji wybranych genów. Pierwsze badania prowadzono już na rybkach danio, ropuchach, zwierzętach hodowlanych i innych. Ta technologia, która jest dużo nowocześniejsza i tańsza niż dotychczasowe, pozwala naukowcom na określanie roli poszczególnych genów i ich mutacji zarówno w zdrowych, jak i chorych organizmach.

CZĄSTKI MAJORANY

Siedemdziesiąt lat temu włoski fizyk Ettore Majorana postulował istnienie cząstek elementarnych, które nazwano fermionami Majorany. Te fermiony miały być swoimi własnymi antycząstkami. Po dekadach dyskusji i poszukiwań naukowcy holenderscy ogłosili prawdopodobne odkrycie tych dziwnych cząstek. Mają one istnieć jako quasi-cząstki, czyli grupy oddziałujących ze sobą elektronów, zachowujących się jak pojedyncza cząstka. Zdaniem badaczy, ta cząstka może bardzo efektywnie przechowywać informacje w komputerach kwantowych przyszłości.

DNA ŚMIECIOWE, ALE KLUCZOWE

Ważną rolę w naszym genomie odgrywa tzw. śmieciowe DNA, czyli takie, o którym sądzono, że nie pełni żadnej ważniejszej funkcji i jest pozostałością po rozwoju ewolucyjnym – ogłosili badacze z międzynarodowego projektu ENCODE. Odkryto, że znajdują się tam fragmenty kontrolujące geny, pełniące ważną funkcje przełączników. Od nich również zależy prawidłowe funkcjonowanie komórek i całego naszego organizmu. Ich nieprawidłowości powodują niewłaściwe sterowanie białkami, co może skutkować różnymi schorzeniami, które dotąd wiązano głównie z mutacjami genów.

MASZYNY STEROWANE MYŚLĄ

Sparaliżowane osoby już nie tylko mogą kontrolować myślą kursor na ekranie komputera. Ten sam zespół naukowców w 2012 r. poszedł dużo dalej. Teraz można już sterować mechaniczną ręką w przestrzeni trójwymiarowej, wykonując złożone zadania. Na razie projekt jest eksperymentalny i niezwykle drogi.

ZAPACH NEUTRINO

Neutrina to niezwykle tajemnicze cząstki elementarne. Są tak przenikliwe, że planeta nie jest żadną przeszkodą na ich drodze przez Wszechświat. Wyłapuje się je w specjalnych gigantycznych basenach wypełnionych cieczami (np. wodą destylowaną). W Chinach działa olbrzymie laboratorium do badania neutrin, znane jako Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, w którym pracują naukowcy z całego świata. Fizycy kwantowi lubią poetycko opisywać badane przez siebie cząstki, dlatego bezbarwne kwarki mają "kolory", a bezwonne neutrina – "zapachy". Te określenia służą do opisu pewnych stanów cząstek. Ostatnio badacze z Daya Bay opisali kolejną cechę neutrin: sposób, w jaki przechodzą one od jednego "zapachu" (znamy trzy właściwości, tzw. zapachy neutrin) do innego. Okazuje się, że neutrina i antyneutrina zmieniają "zapach" w inny sposób.