Från Rosetta pågående kärleksaffär med en komet och upptäckten av en pentaquark, kontroversiella genombrott som gene-redigering av mänskliga embryon och en möjlig ny art av homo sapiens, dessa var den vetenskap berättelser som alla talar om i 2015.
Rosetta och Potatis-Formade Komet
Den Europeiska rymdorganisationen esa: s Rosetta uppdrag att undersöka Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko var science-y gåva som höll på att ge 2015, särskilt dess uppsjö av iögonfallande bilder att glädja utrymme porr entusiaster överallt. Det började i januari med sju artiklar i Science beskriver de första resultaten från en analys av de uppgifter: framför allt, bilder av ringar och sanddynerna på kometens yta. Detta var förvånande eftersom det inte finns någon atmosfär (och således ingen vind) på kometen, plus att det har mycket lite allvar.
När året gått, fick vi fantastiska bilder från en låg höjd förbi, vår första glimt av den komet mörka sidan, och nya data från Philae lander efter det vaknade upp ur en månader lång dvala. Det fanns massor av överraskningar: till exempel komet har en liten vädret systemet drivs av en intensiv dag-natt cykel, komplexa organiska molekyler, och primordial syre läcker från vad som passerar för det utrymme rock är tunna atmosfären. Och astronomer är fortfarande förbryllad av det förändrade mark-funktioner för en viss webbplats på kometen. Vi kan inte vänta att se vad som Rosetta och dess modiga potatis-formade komet har i beredskap för oss i och med 2016.
[Not: Pluto var också mycket stor nyhet i 2015—så mycket att vi ger allas favorit dvärg planet en lista över alla sina egna. Leta efter den här veckan.]
Illustration av en pentaquark partikel. Foto: CERN.
Sponsrade
LHC Upptäcker en Pentaquark
Den nya förbättrade Large Hadron Collider slösade ingen tid på att få ner till företag i år: dess LHCb experiment snabbt upptäckt en ny klass av subatomära partiklar som kallas “pentaquarks.” För att göra protoner och neutroner, som du binder tre typer av kvarkar tillsammans, men det är teoretiskt möjligt att göra partiklar med så många som fem kvarkar. Den LHCb team fann signatur för att bara sådana djur, som består av två upp-kvarkar och en ner-kvark, en charm som quark, och en anticharm kesella.
Det första beviset för att en eventuell pentaquark dök upp i 2002 på Våren-8 synkrotron i Harima, Japan, och de första re-analys av data stärkt fall. Men 2005, fysiker hade kommit fram till att det inte var en riktig signal, och för de senaste tio åren, pentaquark har ofta nämnts som ett exempel på hur lätt det är att se något på data som inte riktigt det. Nu vet vi pentaquark som faktiskt finns, även om de LHCb pentaquark är olika från en förment sett under 2002 (det är tre gånger tyngre och innehåller olika typer av kvarkar). Fortfarande, det lägger grunden för nya spännande utveckling framöver. Som MIT: s Frank Wilczek, en av arkitekterna bakom den teori som beskriver de krafter som håller kvarkar tillsammans, sa Typ: “Det är som en fågel fenix stiger ur askan.”
Skelett, fossil hand homo naledi. Kredit: John Hawks/Wikimedia Commons
Eventuella Nya Arter av Homo Sapiens
Spänningen var påtaglig när forskare från University of the Witwatersrand i Johannesburg avslöjade 15 partiell skelett djupt i en sydafrikansk grotta system av vad de anser vara en helt ny människa-liknande arter. Dubbade Homo naledi, resterna anges att denna varelse hade en apa-liknande bäcken och axlar, med fötter som liknar det av homo sapiens 200 000 år sedan, och en mycket mindre skallen än moderna människor. Laget har också laddat upp digitala kopior till en plats som kallas Morphosource, så att vem som helst kunde ladda hem dem och skriva ut sin egen skull fragment med en 3D-skrivare.
Men den hittar visat sig vara kontroversiell redan från start, med andra paleoanthropologists hävdade att det var verkligen inte en ny art, även om de inte var överens om vilka befintliga arter är det som mest liknar—och team-medlemmen John Hawks publicerat en pigg genmäle på kritiken på sin blogg, bland annat tillgång till sin data. Det har också förekommit anklagelser om att ledaren Lee Berger rusade genom schaktning och offentliggörande (tydligen papper var full med fel) för att bättre tillgodose ett filmteam för National Geographic. Huruvida denna kritik håll, det finns ingen förneka detta var en stor nyhet i och med 2015. Och som Gizmodo egna Kiona Smith-Strickland påpekade att “Det är de muttrar och skruvar av hur vetenskapliga argument är tänkt att fungera.”
Kredit: Wellcome Bilder.
Gen-Redigering av Mänskliga Embryon
Efter veckor av spekulationer, nyheter bröt tidigare i år att de Kinesiska genetiker hade använt den revolutionerande nya CRISPR gen-redigering metod för att genetiskt modifiera DNA av mänskliga embryon. Kontroversen omedelbart utbröt, till stor del på grund av etiska frågor kring deras användning av könsceller ändring—till skillnad från somatisk genterapi, könsceller förändringar kan föras vidare till efterföljande generationer. Experimentet var inte exakt en dundrande succé: de tillämpas CRISPR till 86 embryon; 71 överlevde processen, och av dessa är 54 var genetiskt testade. Av dessa, endast 28 skarvas framgångsrikt, och endast en bråkdel av dem som ingår utbyte av genetiskt material. Det fanns också så många oönskade mutationer som forskarna valt att stoppa försöket.
Ärligt talat, det papper som i sig visade sig vara problematiskt: det avvisades av både Natur och Vetenskap, på grund av etiska skäl, och i slutändan publiceras av Protein och celler. Men dess bredare effekterna var obestridligt, att motivera några av världens ledande genetiker och bioethicists att sammankalla ett Internationellt Toppmöte på Gen-Redigering för flera veckor sedan. Den efterföljande rapporten lagt ut några förvånansvärt framsynta riktlinjer: det gav AMERIKANSKA forskare som har grönt ljus på att göra sådana experiment på mänskliga gener, förutsatt att dessa experiment inte resulterar i graviditet. Men kommittén varnade också mot utsikten av en “designer babies”, eftersom tekniken är fortfarande grovt tidigt.
Ett Steg Närmare en Universell Influensa Skott
Influensa skott förändras med årstiderna, eftersom det finns så många olika stammar; de skott som måste anpassas till vilken stammar är dominerande under ett visst år, baserat på shapeshifting figuranten proteiner som linje virusets yta. Genom att sätta dessa figuranten proteiner i våra vacciner, vi prime vårt immunförsvar mot influensan. Men nu är vi ett steg närmare en universell influensa skott—en enda stöt som skulle kunna ympa oss för livet—efter två forskargrupper presenterade nya prototyp vacciner som är inriktade på ett annat, mer stabil “stjälk protein” i virus. Tricket är att få våra immunförsvar att “erkänna” de stjälk proteiner från år till år. Den nya vacciner haft blandade resultat mot H1N1-influensa-virus när den testas på möss, apor och illrar (närmaste modell för människors svar på influensa-virus): det var ett immunsvar, men inte alltid tillräckligt starka för att förhindra infektion. Men det är en lovande steg framåt ändå.
Den iChip, som används för att upptäcka de första nya antibiotika i 30 år. Kredit: Slava Epstein.
Första Nya Antibiotika i 30 År
Antibiotikaresistens är på uppgång bland bakterier som MRSA. Så beskedet att forskare hade hittat den första nya klass av antibiotika i 30 år var en särskilt positiv utveckling. Teixobactin mål lipid molekyler som bakterier använder för att bygga nya cellväggar, och har visat sig vara effektivt mot flera olika patogener, bland annat mycket resistenta stammar av staph. Det är fortfarande i preklinisk utveckling, så förvänta dig inte din läkare skriva recept någon gång snart. Men det var den teknik som används för att hitta teixobactin som genererat mest spänning: en praktisk pryl som kallas iChip som låter mikrobiologer växa bakterier i dirt—en stor fördel eftersom de flesta markens mikrober kan inte odlas i labbet på annat sätt. Den iChip har potential att testa tusentals, kanske miljontals bakterier som letar efter kandidater med bra antibiotiska egenskaper. Teixobactin kan vara bara början.
Krister Shalm justerar foton källa i hans Bell testa försöksuppställning. Kredit: Burrus/NIST
Spooky Action at a Distance Är Riktiga
Dubbat “spooky action at a distance” av Albert Einstein, sammanflätning är ett stort fenomen där två subatomära partiklar kan vara så nära samband att man kan verka för att påverka andra, även över långa avstånd. Tre oberoende experiment detta år har slutgiltigt visat att fenomenet är verkligt.
Fysiker har att göra varianter av de så kallade Bell-test för decennier med större och större precision, men kunde aldrig riktigt anspråk för att få fram slutgiltiga bevis på spooky action, eftersom det fortfarande var kritiska luckor i experimentell design. Tills ganska nyligen, de helt enkelt inte har tillräckligt avancerad teknologi för att stänga ut de luckor.
Tidigare i år, fysiker vid Delft University of Technology i Nederländerna skickat två intrasslad elektroner till en separat hörn av campus och fann att spooky action var på riktigt. Krister Shalm och hans kollegor vid National Institute of Standards and Technology i Colorado stängt de luckor med större precision än någonsin tidigare, hamra in den sista spiken i lokal realism s kista. En andra grupp fysiker vid Universitetet i Wien genomfört ännu en version av Bell-test med en av NIST: s single photon detektorer. De rapporterat liknande resultat, att lämna sina egna papper till tidskriften Physical Review Letters samtidigt som Shalm och hans medförfattare. Tillsammans med Delft resultat, dessa kryphål-gratis Bell tester bör avgöra frågan en gång för alla.
Mind-Melds Med Råttor och Apor
Star Trek-fans är väl bekant med Spocks kompetens med Vulcan mind-utlägg. Men neuroforskare säga något liknande som verkligen händer när hjärnan är elektriskt kopplad till aktie impulser över ett nätverk. Två studier som publicerats i år i tidskriften Vetenskapliga Rapporter beskrivs arbeten som ansluter råtta och apa hjärnor, respektive via elektroderna, gör det möjligt för dem att samordna sina tankar för att utföra enkla uppgifter, som mönsterigenkänning och flytta en robot lem. Efter alla, det är självklart att om fler nervceller från en enda hjärna kan göra ett bättre jobb, att koppla ihop två eller fler hjärnor skulle vara ännu mer effektivt än en.
Duke University forskare under ledning av neurolog Miguel Nicolelis inopererad två uppsättningar av elektroder i hjärnan av fyra råttor och gav dem ett mönster erkännande test för att “lösa”. Genom försök och misstag, de fann att råttor räknat ut att synkronisera deras signaler i hjärnan. De agerade i samförstånd som en enkel dator. Hertigen laget hade liknande resultat när de riggade upp apor med hjärna-dator-gränssnitt (BCIs). De tre hjärnan-kopplade apor kunde samordna sina insatser för att manipulera en robotarm. Det är fortfarande inte Spock-värdig mind-melding, men det är en spännande förväg på neurovetenskap fram ändå.
Översta bilden: en Ny form modell av Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Bild: ESA.