Czarna dziura. Niepozorne zdjęcie, które na zawsze zmieniło astrofizykę
Foto: © Creative Commons
Minione dwanaście miesięcy obfitowało w odkrycia naukowe. Nie wszystkie cieszyły się należnym rozgłosem, mimo wielkiego wpływu na przyszłość świata. Nie brakowało rzecz jasna wielkich kontrowersji, głównie natury etycznej.
Najwięcej głośnych osiągnięć zanotowano na polu inżynierii genetycznej. Wiele działo się też w astronomii i chemii. Jakie były najważniejsze odkrycia nauki w 2019 roku? Oto one.
Kontrowersje wokół bliźniaczek. Chińczycy "stworzyli" superczłowieka, czy zniszczyli dwa życia?
Początek 2019 r. to czas ogólnego szoku po udanym (przynajmniej na razie) eksperymencie, którego dokonał chiński biofizyk z Shenzhen He Jiankui. W listopadzie 2018 r. w ścisłej tajemnicy na świat przyszły dwie dziewczynki, o pseudonimach Lulu i Nana, które zostały poddane manipulacjom genetycznym za pomocą technologii CRISPR. Można powiedzieć, że to pierwsze na świecie przypadki ludzi modyfikowanych genetycznie. O co chodziło w eksperymencie?
Ojcem dziewczynek jest nosiciel wirusa HIV. Jiankui postanowił tak zmienić ich genom, by te nie miały technicznej możliwości zarażenia się wirusem HIV (podobnie jak niewielki odsetek populacji, który naturalnie urodził się z taką cechą). Eksperyment powiódł się, przynajmniej na pierwszym etapie. Dziewczynki urodziły się zdrowe, nie są nosicielkami śmiertelnie niebezpiecznego wirusa.
Część środowiska zareagowała entuzjazmem (nic dziwnego, wszak to kamień milowy w dziedzinie inżynierii genetycznej), druga część odpowiedziała silną krytyką (również nic dziwnego, żadna komisja etyki nie dopuściłaby do takiego eksperymentu). Naukowcy już w tym roku ujawnili dwa aspekty, które dolały oliwy do rozpalonego ognia debaty.
Po pierwsze, według badaczy Jiankui z dużą dozą prawdopodobieństwa pomajstrował przy genach odpowiedzialnych za rozwój mózgu, co może sprawić, że dziewczynki będą ponadprzeciętnie inteligentne. Jeżeli to prawda, najpewniej w niedalekim czasie będziemy musieli zmierzyć się z olbrzymią presją na rozwój ludzkiej inżynierii genetycznej, co budzi zastrzeżenia choćby związków wyznaniowych (nazywających działania naukowców "zabawą w Boga"). Nawet etycy niezwiązani z religią podnoszą słuszny argument, że jeżeli pozwolimy na laboratoryjne modyfikacje płodów (które zapewne będą bardzo kosztowne), pogłębimy różnice między bogatymi a biednymi do niespotykanych dotąd rozmiarów.
Po drugie, CRISPR nie jest idealny – między innymi dlatego nie dopuszczono go do tak zuchwałych manipulacji dotyczących ludzkiego genomu. Zdaniem naukowców, Jiankui mógł tak zmodyfikować genom Lulu i Nany, że te z pewnością nie będą cieszyły się długim życiem. Uszkodzeniu mogły ulec np. protoonkogeny, czyli geny, które są zdolne do wyzwolenia procesu transformacji nowotworowej właśnie wtedy, gdy są zmutowane. Jeżeli tak się stało, to podstawowe pytanie brzmi, czy naukowiec najzwyczajniej im nie zaszkodził dla momentu niewątpliwej sławy.
Sprawa Nany i Lulu na pewno nie jest zamknięta – kolejne lata przyniosą więcej wieści na temat pierwszych zmodyfikowanych genetycznie dzieci.
Inżyniera genetyczna kwitnie. Mamy nowe sztuczne DNA
Naukowcy zajmujący się dziedziną inżynierii genetycznej dokonali w tym roku kilku rzeczy, które wcześniej się nie udawały (i niekoniecznie budzą kontrowersje). Za wielki krok w kierunku skutecznych terapii genowych uważa się osiągnięcie badaczy z kalifornijskiego Richmond, którzy jako pierwsi dokonali skutecznej korekty wadliwego genu w ciele osoby chorej na zespół Huntera – bardzo rzadką chorobę genetyczną, spowodowaną niedoborem enzymu IDS. Przy użyciu nukleazy z motywem palca cynkowego naukowcy sprawili, że pacjent sam zaczął produkować brakujący enzym – w dodatku będzie to robił już przez całe życie. Na razie nie wiadomo, czy ilość enzymu produkowana przez pacjenta będzie wystarczająca, by nazwać go zupełnie zdrowym, niemniej poczyniono wielki krok w tym kierunku.
Inna grupa badaczy, jako pierwsza w historii nauki, użyła technologii CRISPR u chorych na nowotwory pacjentów, którzy nie odpowiadali na tradycyjne metody leczenia. Ich limfocyty T zostały zmienione genetycznie w taki sposób, by zaczęły atakować i zabijać komórki nowotworowe.
Naukowcy po raz pierwszy w historii użyli też zmodyfikowanego genetycznie bakteriofaga. Wyleczył on pewną brytyjską 17-latkę z infekcji bakteryjnej opornej na antybiotyki.
Minione miesiące przyniosły nam też zupełnie nową formę DNA, nazwaną Hachimoji DNA. Składa się ona z czterech naturalnych (takich samych jak DNA) i czterech syntetycznych zasad azotowych. Badacze uważają, że takie półsyntetyczne DNA może być dobrym miejscem do przechowywania danych cyfrowych, ale też umożliwi zupełnie nowe spojrzenie na potencjalne formy życia pozaziemskiego.
Jeśli chodzi o badania na zwierzętach, genetycy dokonali kolejnego skoku. Rok temu sklonowano pierwsze małpy, tym razem udało się stworzyć chimerę małpy i świni, a konkretnie świnie mające w sobie kilka procent materiału genetycznego małp. Zwierzątka urodziły się zdrowe.
Sztuczne życie coraz bliżej. Komputer najlepszym naukowcem?
Działania badaczy zajmujących się różnymi dziedzinami nauki zbliżyły nas też do tworzenia żywych organizmów od początku do końca projektowanych w laboratorium. Szwajcarscy naukowcy poinformowali latem o stworzeniu przez ich komputer kompletnego genomu bakterii, nazwanej Caulobacter ethensis-2.0. Choć jeszcze nie udało się tchnąć w nią życia, bardzo prawdopodobne, że w zbliżających się miesiącach usłyszymy o pierwszym w pełni syntetycznym organizmie.
Komputer staje się sam w sobie coraz ważniejszym naukowcem. We wrześniu biotechnologiczna firma Insilico z Kalifornii ogłosiła, że sztuczna inteligencja stworzyła w ich laboratoriach sześć zupełnie nowych i nieznanych wcześniej inhibitorów genu DDR1, mających potencjalne zastosowanie w leczeniu m.in. zwłóknienia płuc. Pierwsze badania na myszach dowodzą, że AI się nie pomyliła – nowe substancje są bardzo skuteczne.
Wielki przełom w astrofizyce. Pierwsze zdjęcie czarnej dziury
10 kwietnia grupa naukowców z międzynarodowej organizacji Event Horizon Telescope Collaboration opublikowała pierwszą w historii fotografię supermasywnej czarnej dziury (fotografia ilustrująca artykuł - red.), czyli obiektu, który znajduje się w sercu każdej dużej galaktyki.
Dotychczas w zrozumieniu, jak działa czarna dziura pomagały nam modele i symulacje. Zdjęcie, które udało się uzyskać naukowcom w kwietniu, udowadnia, że czarne dziury naprawdę istnieją. Badacze swoje odkrycie nazywają wręcz "Świętym Graalem astrofizyki".
Astronomia w rozkwicie. Starożytna cywilizacja na Marsie?
Rok w astronomii rozpoczął się od smutnego wydarzenia, jakim było ogłoszenie utraty kontaktu z marsjańskim łazikiem Opportutnity, co uznano za oficjalne zakończenie jego misji. Sygnał utracono już w czerwcu 2018 r., lecz świat dowiedział się o tym 13 lutego. Jego konstrukcja miała wytrzymać zaledwie trzy miesiące. Dzięki niesamowitej wytrzymałości pracował jednak przez prawie 15 lat i swoimi pomiarami w wielkim stopniu przyczynił się do pogłębienia wiedzy na temat Czerwonej Planety.
W czasie misji łazik pokonał łącznie 45 km. Wraz ze swoim "bliźniakiem" Spirit wylądował na Marsie w styczniu 2004 roku. Badały one, czy marsjańskie warunki mogły kiedykolwiek sprzyjać powstaniu i utrzymaniu życia. Dzięki ich badaniom wiemy, że na Marsie była woda. Spirit przestał działać po sześciu latach, jego "brat" po niemal 15.
Oprócz smutku były jednak i ważne odkrycia. Naukowcy donieśli, że ziemskie formy życia przetrwały 18 miesięcy, mieszkając w przestrzeni kosmicznej poza Międzynarodową Stacją Kosmiczną (ISS), sugerując, że życie mogłoby teoretycznie przetrwać na Marsie. NASA ogłosiła też, że mikroskopowe badania marsjańskiego meteorytu znalezionego na Antarktydzie (ALH-77005) każą przypuszczać, że na Marsie mogło istnieć pradawne życie. Odkrycie zbiegło się z czasiem przysłania wyników, dotyczących stężenia metanu na Marsie przez łazik Curiosity. Poziom tego węglowodoru jest wyższy, niż sądzono i wynosi 21 cząstek na miliard. Choć metan może być produkowany przez procesy geologiczne, jego obecność może być też wynikiem działania organizmów żywych.
Słodką niespodzianką było odkrycie cukrów prostych w meteorytach. Spośród szeregu związków odkrytych dzięki nowej metodzie, największe emocje wzbudziła ryboza, bo jest elementem niezbędnym do powstania RNA – kwasu nukleinowego, stanowiącego podstawę życia.
Dzięki uważnym oczom obserwatorów mamy też nowego rekordzistę w Układzie Słonecznym. Scott Sheppard z zespołem zauważyli 20 nowych księżyców Saturna, który ma dzięki temu 82 znanych sztucznych satelitów – o trzy więcej niż Jowisz.
Antropologia. Człowiek pochodzi od... wirusa?
Sporo wydarzyło się w tym roku w dziedzinie poznania pochodzenia człowieka. Według badań, których wyniki opublikowano w "Nature", współczesny Homo sapiens, który anatomicznie nie różni się od dzisiejszego, po raz pierwszy narodził się na terenie dzisiejszej Botswany, około 200 tys. lat temu.
Badacze z Japonii odkryli też w tym roku bardzo dużego, oczywiście w swojej skali, wirusa, zwanego meduzawirusem. Ich zdaniem nowy "stwór" może stanowić klucz do ewolucji najprostszych organizmów do skomplikowanych form życia, takich jak człowiek. W jaki sposób? Meduzawirus żyje w gorących źródłach, podobnie jak jeden z gatunków ameby, który jest jego gospodarzem. Naukowcy odkryli, że replikacja DNA wirusa zachodzi w jądrze ameby i zaobserwowali swego rodzaju wymianę informacji genetycznych między gospodarzem a wirusem. Stwierdzili również, że gigantyczny wirus, którego spora część genomu jest niesłychanie archaiczna i zapewne nie uległa zmianom przez długie miliony lat, ma w sobie informacje kodujące złożone białka, obecne w organizmach takich jak rośliny, zwierzęta czy człowiek. Możliwe więc, że poprzez wymianę informacji genetycznej z zainfekowanymi pradawnymi prostymi formami życia doszło do początku ewolucji na wielką skalę.
Innym ciekawym odkryciem japońskich naukowców, z pograniczna biologii i antropologii, było badanie na grupie osób w wieku co najmniej 110 lat. Poszukiwano jednego punktu wspólnego, który może decydować o długowieczności. Co znaleziono? Cechą biochemiczną badanych była ponadprzeciętna liczba limfocytów Th, odpowiedzialnych za wysoką odporność. Na razie nie wiadomo, czy to odpowiedź na pytanie o długowieczność, niemniej naukowcy obiecali pogłębić wiedzę na tym polu.
Biologia i chemia. Odkryto cyklokarbon i... "coś"
Warte wspomnienia są jeszcze dwa odkrycia. Pierwsze, w dziedzinie chemii, to odkrycie piątej odmiany alotropowej węgla – cyklokarbonu. Oznacza to, że diament, grafen, grafit i fulereny nie są jedynymi znanymi odmianami szóstego pierwiastka układu okresowego. Odkrycie jest zasługą m.in. polskiego naukowca. Cyklokarbon to pierwsza nowo odkryta odmiana węgla od 1985 r.
Bardzo ciekawe było też odkrycie w dziedzinie biologii, które miało miejsce w południowych Chinach. Chodzi o coś, co nosi łacińską nazwę Caveasphaera. Czym jest? No właśnie nie wiadomo. To wielokomórkowym organizm znaleziony w skale liczącej ponad 600 milinów lat. Prawdopodobnie jest wczesnym stadium zwierzęcej ewolucji, ale naukowcy nie są w stanie w żaden znany nam sposób określić, czy to zwierzę, czy nie-zwierzę. Mimo kilku wieków rozwoju biologii komórki nadal potrafimy dać się zaskoczyć.
Alarm klimatyczny. Lód topnieje w zastraszającym tempie, gatunki wymierają, a Grenlandia jest tykającą bombą ekologiczną
Mijające miesiące bez wątpienia upłynęły pod znakiem coraz większej świadomości (i coraz większego przerażenia) naukowców na temat skali kryzysu klimatycznego. Rok zaczął się od odkrycia dotyczącego topnienia lodu na Grenlandii. Okazało się, że oprócz podnoszenia poziomu oceanu, topnienie uwalnia do atmosfery wiele ton metanu – gazu, którego wpływ na klimat jest około 25-krotnie silniejszy niż w przypadku dwutlenku węgla.
Badacze ogłosili też znaczne przyspieszenie topnienia lodowców Antarktyki – dziś jest ono sześciokrotnie szybsze niż 40 lat temu, dodatkowo, zdaniem naukowców, około jedna czwarta zachodniej pokrywy Antarktydy jest niestabilna i prawdopodobnie lada moment stopnieje. W międzyczasie dowiedziono, że uwalniający metan lód z Grenlandii topnieje cztery razy szybciej niż 15 lat temu. Alarm w sprawie lodu i oceanów podniosła IPCC w jednym ze swoich tegorocznych raportów.
Tymczasem hawajskie obserwatorium Mauna Loa, znane z badań dotyczących dwutlenku węgla, ogłosiło w maju, że stężenie CO2 w atmosferze osiągnęło 415 ppm (cząstek na milion) – to najwięcej od ponad 2,5 miliona lat.
Jakby nieszczęść było mało, musimy zmierzyć się z masowym wymieraniem gatunków flory i fauny. Zdaniem naukowców, dziś utrata bioróżnorodności przyspiesza, a poważnie zagrożonych wyginięciem jest ponad milion gatunków. Tempo wymierania nazwano "bezprecedensowym" i przynajmniej w części obwiniono za nie człowieka. Według badaczy z brytyjskiego Royal Botanic Gardens gatunki giną dziś 500 razy szybciej niż w erze preindustrialnej.
