Тъй като поредната година приключва, изглежда, че е време да седнем отново, да сгънем ръце, да поемем дълбоко въздух и да разгледаме някои от заглавията на научните статии, на които може би не сме обръщали внимание преди. Учените непрекъснато създават нови разработки в различни области като нанотехнологиите, генната терапия или квантовата физика и това винаги отваря нови хоризонти.
Заглавията на научните статии започват да наподобяват все повече и повече заглавията на истории от списания за научна фантастика. Имайки предвид какво ни донесе 2017 г., остава само да очакваме с нетърпение какво ще ни донесе 2018 г. …
Учените са създали времеви кристали, за които не важат законите на симетрията на времето
Според първия закон на термодинамиката е невъзможно да се създаде вечна машина за движение, която да работи без допълнителен източник на енергия. Въпреки това, по-рано тази година физиците успяха да създадат структури, наречени времеви кристали, което със сигурност поставя под съмнение тази теза.
Временните кристали действат като първите реални примери за ново състояние на материята, наречено "неравновесно", при което атомите имат променлива температура и никога не са в топлинно равновесие помежду си. Временните кристали имат атомна структура, която се повтаря не само в пространството, но и във времето, което им позволява да поддържат постоянни вибрации, без да получават енергия. Това се случва дори в стационарно състояние, което е най-ниското енергийно състояние, когато движението е теоретично невъзможно, тъй като това изисква енергийни разходи.
Значи кристалите на времето нарушават законите на физиката? Строго погледнато, не. Законът за запазване на енергията работи само в системи със симетрия във времето, което предполага, че законите на физиката са еднакви навсякъде и винаги. Временните кристали обаче нарушават законите на симетрията на времето и пространството. И не само тях. Магнитите също понякога се считат за естествени асиметрични обекти, защото имат северен и южен полюс.
Промоционално видео:
Друга причина, поради която временните кристали не нарушават законите на термодинамиката е, че те не са напълно изолирани. Понякога те трябва да бъдат „избутани“- тоест да дават външен импулс, след получаването на който те вече ще започнат да променят състоянията си отново и отново. Възможно е в бъдеще тези кристали да намерят широко приложение в областта на пренос и съхранение на информация в квантовите системи. Те могат да играят критична роля в квантовите изчисления.
"Живи" крила на кончета
Енциклопедията Merriam-Webster казва, че крилото е подвижен придатък от пера или мембрани, използвани от птици, насекоми и прилепи за летене. Не бива да е жив, но ентомолозите от университета в Киел в Германия направиха някои стряскащи открития, които предполагат друго - поне за някои водни кончета.
Насекомите дишат през трахеалната система. Въздухът навлиза в тялото през отвори, наречени спирали. След това пътува през сложна мрежа от трахеи, които пренасят въздух до всички клетки в тялото. Самите крила обаче са изградени почти изцяло от мъртва тъкан, която изсъхва и или става полупрозрачна, или се покрива с цветни шарки. Зоните на мъртвата тъкан са пропити от вени и това са единствените компоненти на крилото, които са част от дихателната система.
Въпреки това, когато ентомологът Райнер Гилермо Ферейра погледна крилото на мъжки конски зенитоптера чрез електронен микроскоп, той видя мънички разклонени трахеални тръби. Това беше първият път, когато нещо подобно беше видяно в крилото на насекомо. Ще бъдат необходими много изследвания, за да се определи дали тази физиологична особеност е уникална за този вид, или може би се среща и при други водни кончета или дори при други насекоми. Възможно е дори това да е единична мутация. Обилното снабдяване с кислород може да обясни ярките, сложни сини шарки в крилата на стрекоза Зенитоптера, които не съдържат син пигмент.
Древен кърлеж с кръв от динозавър вътре
Често намираме невероятни неща, запазени вътре в кехлибара, но тази година ни даде супер награда. Учени от Мианмар са открили парчета кехлибар на възраст 99 милиона години, съдържащи паразити като модерни кърлежи вътре в тях. Единият от тях се е заплел в перо на динозавър, други два са открити в парче гнездо на динозавър, а за четвъртото е било напълнено с кръв от динозавър.
Разбира се, това накара хората да се замислят за сценария на парка „Джурасик“и възможността да използват кръв веднага за пресъздаване на динозаври. За съжаление, това няма да се случи в близко бъдеще, защото е невъзможно да се извлекат ДНК проби от намерените парчета кехлибар. Дебатът за това колко дълго може да издържи молекула на ДНК, все още не е приключил, но дори според най-оптимистичните оценки и при най-оптимални условия, техният живот е не повече от няколко милиона години.
Но въпреки че кърлежът, наречен Deinocrotondraculi ("Страшна Дракула"), не помогна за възстановяването на динозаврите, все пак това е много необичайна находка, която ни предостави нови знания. Сега знаем не само, че дребни кърлежи са били открити сред пернатите динозаври, но и че дори са заразили гнездата на динозаврите.
Модификация на възрастни гени
Днес върхът на генната терапия е „групиран редовно междуредови къси палиндромни повторения“или CRISPR (клъстерирани редовно преплитащи се къси палиндромни повторения). Семейството от ДНК последователности, които в момента формират основата на технологията CRISPR-Cas9, може теоретично да промени човешката ДНК завинаги.
През 2017 г. генното инженерство направи решителен скок напред - след като екип от Протеомичния изследователски център в Пекин обяви, че успешно е използвал CRISPR-Cas9 за елиминиране на болестотворни мутации в жизнеспособни човешки ембриони. Друг екип, от Института на Франсис Крик в Лондон, тръгна по обратния път и използва тази технология за първи път, за да създаде умишлено мутации в човешки ембриони. (По-специално, те изключиха ген, който насърчава развитието на ембрионите в бластоцисти.)
Изследванията показват, че CRISPR-Cas9 технологията работи - и то доста успешно. Това обаче предизвика интензивни етични дебати за това докъде може да се използва тази технология. На теория това би могло да доведе до „дизайнерски деца“, които могат да имат интелектуални, атлетични и физически характеристики в съответствие с характеристиките, посочени от родителите.
Като оставим настрана етика, изследванията отидоха още повече този ноември, когато CRISPR-Cas9 за първи път беше тестван на възрастен. Брад Мадду, 44, от Калифорния, страда от синдром на Хънтър, неизлечима болест, която в крайна сметка може да го доведе до инвалидна количка. Той беше инжектиран с милиарди копия на коригиращия ген. Ще отнеме няколко месеца, преди да можем да определим дали процедурата е била успешна.
Какво дойде преди - гъба или гребен желе?
Нов научен доклад, публикуван тази година, трябва да прекрати дългогодишния дебат за произхода на животните веднъж завинаги. Според изследването, гъбите са "сестрите" на всички животни в света. Това се дължи на факта, че гъбите са първата група, която се е отделила по време на еволюцията от първобитния общ прародител на всички животни. Това се случи преди около 750 милиона години.
Преди това имаше разгорещен дебат, който се сведе до два основни кандидата: гореспоменатите гъби и морски безгръбначен, наречени ктенофори. Докато гъбите са най-простите същества, които седят на дъното на океана и се хранят, като преминават и филтрират вода през телата си, гребените желета са по-сложни. Те приличат на медуза, способни са да се движат във вода, могат да създават модели на светлина и имат проста нервна система. Въпросът кой от тях е първият означава въпросът как изглеждаше общият ни прародител. Това се счита за най-важния момент при проследяване на историята на нашата еволюция.
Докато резултатите от изследването смело заявяват, че въпросът е решен, само няколко месеца по-рано беше публикувано друго проучване, в което се казва, че нашите еволюционни "сестри" са били ктенофори. Следователно е твърде рано да се твърди, че най-новите резултати могат да се считат за достатъчно надеждни, за да потиснат всякакви съмнения.
Енотите преминаха древен тест за интелигентност
През шести век пр. Н. Е. Древногръцкият писател Езоп е написал или събрал много басни, които сега са известни като „Басни на Езоп“. Сред тях беше басня, наречена „Врана и кана“, която описва как жадна врана хвърля камъчета в кана, за да повиши нивото на водата и да може да пие.
Няколко хиляди години по-късно учените разбрали, че тази басня описва добър начин за тестване на интелигентността на животните. Експериментите показаха, че експерименталните животни разбират причината и следствието. Врани, подобно на техните роднини, мошеници и сойки, потвърдиха истинността на баснята. Маймуните също преминаха този тест и през тази година в списъка бяха добавени миещи мечки.
По време на теста, базиран на баснята на Езоп, осем миещи мечки получиха контейнери с вода, на повърхността на които плуваха зефири. Нивото на водата беше твърде ниско, за да се достигне. Двама от участниците успешно хвърлиха камъни в контейнера, за да повишат нивото на водата и да получат това, което искат.
Други тестови лица намериха свои творчески решения, които изследователите никога не са очаквали. Един от миещите мечки, вместо да хвърля камъни в контейнера, се качи на контейнера и започна да се люлее от една страна в друга, докато не се почука. В друг тест, използвайки плаващи и потъващи топки вместо камъни, експертите се надявали, че миещите мечки ще използват потъващи топки и ще изхвърлят плаващите. Вместо това някои животни започнаха многократно да потапят плаващата топка във водата, докато надигащата се вълна приковава парчетата ружа отстрани, което ги улеснява при извличането.
Физиците създават първия топологичен лазер
Физици от Калифорнийския университет в Сан Диего твърдят, че са създали нов тип лазер - "топологичен", лъчът на който може да приеме всякаква сложна форма без разсейване на светлината. Устройството работи въз основа на концепцията за топологични изолатори (материали, които са диелектрици вътре в обема си, но провеждат ток по повърхността), които през 2016 г. получиха Нобеловата награда по физика.
Обикновено пръстеновите резонатори се използват за усилване на светлината в лазерите. Те са по-ефективни от острите ъглови резонатори. Този път обаче изследователският екип създаде топологична кухина, използвайки фотонен кристал като огледало. По-специално, бяха използвани два фотонни кристала с различни топологии, единият от които беше звезда във форма на квадратна решетка, а другият - триъгълна решетка с цилиндрични въздушни отвори. Членът на отбора Boubacar Kante ги оприличи на геврек и геврек: въпреки че и двамата са хляб с дупки, различният брой дупки ги прави различни.
След като кристалите са на правилното място, лъчът придобива желаната форма. Тази система се управлява от магнитно поле. Тя ви позволява да промените посоката, в която се излъчва светлина, като по този начин създавате светещ поток. Директното практическо приложение на това е в състояние да увеличи скоростта на оптичната комуникация. В бъдеще обаче това се разглежда като стъпка напред в създаването на оптични компютри.
Учените откриха екситоний
Физиците по целия свят са много ентусиазирани от откриването на нова форма на материя, наречена екситоний. Тази форма представлява кондензат от квазичастици, екситони, които са свързано състояние на свободен електрон и електронна дупка, която се образува в резултат на факта, че молекулата е загубила електрон. Нещо повече, теоретичният физик от Харвард Берт Халперин прогнозира съществуването на екситоний през 60-те години на миналия век и оттогава учените се опитват да го докажат правилно (или грешно).
Подобно на много големи научни открития, в това откритие имаше доста съвпадение. Екипът от изследователи от Университета в Илинойс, открили екситония, всъщност овладява нова технология, наречена спектроскопия за загуба на енергия от електронни лъчи (M-EELS) - създадена специално за идентифициране на екситони. Откритието обаче е станало, когато изследователите са извършвали само тестове за калибриране. Един член на екипа влезе в стаята, докато всички останали гледаха екраните. Те казаха, че са открили "лек плазмон", предшественик на кондензацията на екситон.
Ръководителят на проучването проф. Питър Абабант сравни това откритие с бозона на Хигс - то няма да има пряка употреба в реалния живот, но показва, че настоящото ни разбиране на квантовата механика е на правилния път.
Учените са създали нанороботи, които убиват рака
Изследователи от университета в Дърам твърдят, че са създали нанороботи, които са способни да откриват ракови клетки и да ги убиват само за 60 секунди. В успешен университетски опит, на мъничките роботи са били необходими между една и три минути, за да проникнат през външната мембрана в ракова простатна клетка и веднага да я унищожат.
Нанороботите са 50 000 пъти по-малки от диаметъра на човешка коса. Те се активират от светлина и се въртят със скорост от два до три милиона оборота в секунда, за да могат да проникнат в клетъчната мембрана. Когато постигнат целта си, те могат или да я унищожат, или да инжектират полезен терапевтичен агент в нея.
Досега нанороботите са тествани само върху отделни клетки, но окуражаващите резултати подтикват учените да преминат към експерименти върху микроорганизми и малки риби. По-нататъшната цел е да преминете към гризачите, а след това и към хората.
Междузвезден астероид може да бъде извънземен космически кораб
Изминаха само няколко месеца, откакто астрономите радостно обявиха откриването на първия междузвезден обект, преминаващ през Слънчевата система, астероид, наречен Оумаамуа. Оттогава те наблюдават много странни неща, случващи се с това небесно тяло. Понякога се държеше толкова необичайно, че учените смятат, че обектът може да се окаже извънземно космически кораб.
На първо място, формата му е тревожна. Оумаамуа има формата на пура със съотношение между дължина и диаметър от десет към едно, което никога не е наблюдавано при нито един от наблюдаваните астероиди. Отначало учените смятаха, че това е комета, но след това осъзнаха, че не е така, тъй като обектът не оставя опашка зад себе си, когато се приближава към Слънцето. Освен това някои експерти твърдят, че скоростта на въртене на обекта е трябвало да унищожи всеки нормален астероид. Човек създава впечатлението, че е създаден специално за междузвездно пътуване.
Но ако тя е създадена изкуствено, тогава какво би могло да бъде? Някои казват, че това е извънземна сонда, други смятат, че това може да е космически кораб, двигателите на който са функционирали неправилно и сега той плава из космоса. Във всеки случай участниците в програми като SETI и BreakthroughListen вярват, че Oumuamua изисква допълнително разследване, така че насочват своите телескопи към него и слушат всякакви радиосигнали.
Въпреки че хипотезата на извънземните не е потвърдена по никакъв начин, първоначалните наблюдения на SETI не водят до никъде. Много изследователи са все още песимистични по отношение на шансовете обектът да може да бъде създаден от извънземни, но във всеки случай изследванията ще продължат.
