Știința în 2021: drone pe Marte, noi strămoși ai omului modern, editare genetică contra bolilor rare34 min read

Ce am învățat în 2021, de la originile omenirii până la cele ale universului

Un cuvânt-cheie care să descrie retrospectiva unei arii cu umbrelă la fel de largă precum știința este „dificil”. Nu pentru că ar fi o penurie de subiecte, ci din contră: sunt aduse zilnic atât de multe contribuții la totalitatea cunoștințelor umane , în domenii diverse, fiecare cu o relevanță proprie, încât desemnarea câtorva drept „cele mai importante” pare injustă, indiferent de criterii. E o problemă care apare și când selectez subiectele pentru rubrica săptămânală FYI , darămite atunci când trebuie sumarizat un an întreg.

Am încercat, totuși, să selectez cele mai importante descoperiri din 2021 din cât mai multe domenii, precum noutățile aflate în acest an despre univers, viața de pe Terra și cea (posibilă) din afara ei, sau despre cum ne putem crește șansele de luptă împotriva bolilor severe și/sau rare.

NASA/JPL/Caltech

Un an aglomerat în spațiu

Anul misiunilor pe Marte

La începutul lui 2021, trei misiuni spațiale diferite au reușit să ajungă pe Marte sau în orbita planetei. Mai întâi, sonda Al-Amal lansată de Emiratele Arabe Unite a intrat cu succes în orbita planetei; a fost urmată la scurt timp de misiunea chineză Tianwen-1, care a trimis nu doar o sondă, ci și un rover, cu ajutorul unui vehicul de amartizare, pe suprafața planetei. Astfel, China a devenit a doua țară care amartizează cu succes.

CITEȘTE ȘI:  Trei misiuni spațiale ajung pe Marte în această lună

Cea mai mediatizată misiune marțiană a fost însă cea a noului rover NASA, Perseverance, a cărui călătorie pe planeta vecină a început în luna februarie. Misiunea principală a roverului este să caute și să analizeze compuși organici dezvoltați din procese biologice, a căror prezență este bănuită în rocile din regiunea de amartizare a vehiculului, și care pot oferi multe indicii despre trecutul planetei vecine și capacitatea ei de a susține viață.

Perseverance a trecut rapid la treabă, și a descoperit deja aspecte noi despre Jezero – de exemplu, imagini captate cu camera telescopică a roverului au dus la confirmarea faptului că acesta a fost în trecut un lac, iar analiza rocilor prelucrate din bazinul acestuia au arătat că acestea au o origine vulcanică. În același timp, a reușit să creeze în premieră oxigen din atmosfera unei alte planete, grație instrumentului experimental MOXIE, cu care este echipat.

CITEȘTE ȘI:  Primele succese majore ale lui Perseverance pe Marte – noutăți de la savanții NASA   

Roverul a mai avut la bord un alt instrument inedit: drona Ingenuity, care a devenit, în luna aprilie, primul obiect creat de a om care a efectuat un zbor în atmosfera unei alte planete. Iar Ingenuity s-a dovedit a fi și extrem de rezilientă; deși NASA și-a propus să efectueze în jur de cinci zboruri în atmosfera marțiană, micul obiect zburător a reușit să efectueze până în prezent nu mai puțin de 18.

Am atins Soarele, cercetăm direcția opusă

Un alt vehicul spațial NASA care a reușit o premieră a fost sonda Parker, care a devenit, tot în aprilie, primul obiect creat de om care a ajuns în atmosfera Soarelui. Mai exact, Parker a reușit să efectueze cel puțin trei incursiuni în corona solară, stratul atmosferic exterior al astrului din care pornesc vânturile solare.

Însă poate cea mai importantă misiune pentru cercetările spațiale următoare a început în ultimele zile ale anului, chiar în prima zi de Crăciun, când o rachetă ArianeSpace a lansat cu succes noul telescop spațial James Webb. Este o variantă mult mai puternică și în același timp complementară lui Hubble, care va putea face observații în spațiul adânc, la miliarde de ani-lumină distanță, datorită unui spectru mult larg de identificare a radiației infraroșii.

Telescopul se află în continuare pe drum către punctul de orbită Lagrange 2 (unde va fi ferit constant de Soare), iar punerea în funcțiune a aparatelor sale științifice va mai dura câteva luni, după ce va ajunge la destinație, însă deocamdată totul a funcționat conform planului.

CITEȘTE ȘI:  Telescopul spațial James Webb va fi lansat curând. Iată ce trebuie să știi   

Noi detalii despre spațiu

În ceea ce privește observațiile spațiale, a fost găsită cea mai apropiată gaură neagră de Pământ, supranumită „Unicornul”,„Tiny newfound ‘Unicorn’ is closest known black hole to Earth”, space.com la doar 1.500 de ani-lumină distanță, într-un sistem binar din constelația Monoceros, în care acompaniază o stea roșie gigant aflată aproape de sfârșitul vieții.

Tot legat de găuri negre, o echipă multinațională de astrofizicieni a reușit să detecteze pentru prima dată lumină emanată din spatele unei găuri negre, de data aceasta una aflată la aproximativ 100 de milioane de ani-lumină distanță față de Pământ. Lumina a fost observată distorsionat în jurul găurii negre supermasive, sub formă de radiație X, confirmând o predicție din teoria relativității generale în acest sens.

Anul acesta a fost definită și o nouă categorie de planete care ar putea fi potențial candidate pentru a susține viața măcar la un nivel microbian. Planetele hiceene, cu dimensiuni între cea a Pământului și a lui Neptun, reprezintă majoritatea exoplanetelor cunoscute și multe dintre ele sunt acoperite aproape complet de oceane imense, în care viața s-ar fi putut dezvolta și la temperaturi extreme. Ele vor fi un punct de interes al viitoarelor observații efectuate cu telescopul James Webb.

S-a efectuat și o posibilă primă observație a unei exoplanete dintr-o altă galaxie. Cercetători de la NASA și ESA au găsit planeta-candidat M51-ULS-1b la 28 de milioane de ani-lumină, în galaxia spirală Messier-51, după ce aceasta ar fi blocat o parte din vizibilitatea celor doi aștri din sistemul propriu.

Cât despre corpurile din Sistemul Solar, în 2021 s-a aflat că Marte și-a pierdutapa de la suprafață din cauza masei prea scăzute, că ar putea avea în continuare vulcani activi„Mars may still be volcanically active, study finds”, space.com și că trecutul său climatic a fost marcat de supererupții vulcanice violente.„NASA Confirms Thousands of Massive, Ancient Volcanic Eruptions on Mars”, nasa.gov

Un astronom amator a descoperit cea de-a 80-a lună a lui Jupiter (după ce în trecut mai descoperise alte patru), iar cercetătorii care au avansat în ultimii ani teoria planetei X – conform căreia o a noua planetă, încă nedescoperită, se află în extremitățile Sistemului Solar – au publicat un nou studiu în care îi estimează și mai exact potențialele caracteristici și orbita.

Hulton Archive via Getty Images

Originile omului, reclasificate

Am aflat destule lucruri noi în 2021 și despre trecutul oamenilor. În octombrie, a fost propusă o recategorizare a mai multor specii de strămoși direcți ai oamenilor moderni, până acum considerate separate, sub umbrela termenului de Homo Bodoensis, care ar include hominizi care au trăit între acum 774.000 și 129.000 de ani în Africa și sud-estul Europei.

Descoperiri din China și Israel au adus și două potențiale rude noi ale lui Homo sapiens. „Omul dragon”, denumit oficial Homo longi, ar fi evoluat concomitent cu specia noastră de hominizi, în estul Asiei, cu care probabil s-a și împerecheat. Homo Nesher Ramla ar putea fi aceeași specie sau una similară, care ar fi apărut din zona Orientului Mijlociu. În orice caz, rămășițele pe baza cărora a fost propusa categorizarea lor sunt mult mai înrudite cu omul modern decât orice altă specie de hominizi cunoscută până în prezent.

Ceea ce nu este lucru ușor, având în vedere că un studiu„An ancestral recombination graph of human, Neanderthal, and Denisovan genomes”, science.org publicat în luna iulie a sugerat că oamenii suntem mult mai apropiați genetic de Neanderthali și de Denisovani decât se estima. Conform cercetării, doar între 1,5 și 7% din genomul uman este specific lui Homo sapiens, cumparat cu aceste specii, în mare codări pentru proteine legate de dezvoltarea și funcționarea creierului. La Neanderthali, o similaritate ar putea fi comunicarea verbală, conform unui studiu din martie care a observat că urechile celor două specii sunt sensibile la frecvențe similare.„Neanderthals and Homo sapiens had similar auditory and speech capacities”, nature.com

Mark Garlick via Getty Images

Despre dispariția dinozaurilor și alte animale inteligente

Ceva mai departe în istoria vieții de pe Pământ, mai multe cercetări apărute anul acesta au adus noi ipoteze și clarificări cu privire la evenimentul care ar fi dus la dispariția dinozaurilor, impactul asteroidului Chicxulub de acum 66 de milioane de ani.

Astfel, în aprilie s-a propus ipoteza că evenimentul care a exterminat 75% din viața de pe planetă este probabila cauză a apariției pădurilor tropicale moderne,„How the Dinosaur-Killing Asteroid Spurred the Evolution of the Modern Rainforest”, smithsonianmag.org în primul rând pentru că a distrus coniferele din aceste zone, și în al doilea pentru că cenușa vulcanică care a căzut la tropice a îmbogățit solurile, oferind un avantaj plantelor care înfloresc.

Un studiu din august, care s-a folosit de calcule ale supercomputerului NASA Pleiades, a plasat originea probabilă a impactorului în jumătatea îndepărtată a centurii de asteroizi dintre Marte și Jupiter, deși anterior se credea că există riscuri foarte scăzute ca astfel de asteroizi îndepărtați să poată fi smulși din orbita lor. O altă cercetare, bazată pe analiza unor fosilelor de pești dintr-un sit paleontologic datat din perioada impactului, sugerează că evenimentul ar fi avut loc într-o primăvară.

Și despre dinozauri în sine am aflat destule; de exemplu, a fost descoperită o nouă specie de carnivore care au dominat lanțul trofic în perioada imediat dinaintea tiranozaurilor, fosile de pui găsite în zona arctică au demonstrat existența dinozaurilor care și-au făcut cuiburi în acest climat,„Nesting at extreme polar latitudes by non-avian dinosaurs”, cell.com iar un specimen de anchilozaur din Chile a fost descoperit cu o coadă asemănătoare unui topor.„Bizarre tail weaponry in a transitional ankylosaur from subantarctic Chile”, nature.com

Papagali care folosesc unelte și porci gameri

În ceea ce privește cercetările despre viețuitoare contemporane, un studiu din luna septembrie susține că anumiți papagali cacadu își pot crea seturi de unelte, practic „tacâmuri” din bucăți mici de lemn, pe care le folosesc într-o ordine specifică pentru a extrage semințele din fructele preferate, în mai multe etape. Este un comportament complex, cunoscut anterior doar la oameni, cimpanzei și maimuțe capucin.

Câinii ar putea fi mai conștienți de sine decât se credea, cel puțin conform unei lucrări din martie, „Dogs May Be More Self-Aware Than Experts Thought”, smithsonianmag.com care sugerează că prietenul cel mai bun al omului are capabilitatea de a-și conștientiza propriul corp, în special mărimea acestuia și dacă acesta devine un obstacol într-o anumită activitate. O altă cercetare „Dogs follow human misleading suggestions more often when the informant has a false belief”, rsp.org apărută în vară susține că aceștia pot recunoaște, cel puțin uneori, încercările unei persoane necunoscute de a-i minți.

Anul trecut, Elon Musk ne-a „amenințat” cu un porc care are un cip implantat în creier pentru a-și expune planurile de a crea o interfață între creier și un dispozitiv exterior, numită Neuralink, dar s-ar putea ca patrupedele să nu aibă nevoie de așa ceva: un studiu apărut în februarie a arătat că porcii pot fi antrenați să joace jocuri video rudimentare cu ajutorul botului.„Pigs Can Learn to Play Video Games When Tempted by Treats”, smithsonianmag.com

Universal Images Group via Getty Images

Modelul standard a fost șubrezit, harta proteinelor umane umplută

Intrând în părțile mai experimentale ale disciplinelor STEM, poate cel mai important eveniment din 2021 a avut loc la începutul lui aprilie, după ce un experiment desfășurat la Marele Accelerator de Particule ar putea să invalideze actualul model standard care explică cum funcționează universul.

Practic, în cadrul experimentului, au fost observate o serie de particule numite muoni – asemănătoare electronilor, dar cu masă semnificativ mai mare și mult mai puțin stabile – ale căror comportament din accelerator prezenta diferențe față de predicțiile teoretice din modelul standard. Ceea ce ar putea fi explicat, printre altele, de interacțiunea cu particule încă necunoscute.

Apoi, în luna iulie, compania DeepMind a anunțat că un AI propriu antrenat prin machine learning a reușit să mapeze structura tridimensională a 98,5% din proteinele existente în corpul uman,‘It will change everything’: DeepMind’s AI makes gigantic leap in solving protein structures”, nature.com în condițiile în care, până acum, doar 17% din aceste fuseseră determinate prin experimente de laborator. Există astericsul că doar 58% dintre predicțiile AI-ul au un grad de încredere ridicat (adică o posibilitate scăzută ca structura proteinei să fie eronată), însă asta tot reprezintă un progres uriaș, mai ales pentru că baza de date a fost pusă la dispoziția cercetătorilor gratuit.

Un experiment desfășurat la Laboratorul Național Lawrence Livermore din Statele Unite mai face un pas spre  o reacție de fuziune nucleară eficientă, cercetătorii reușind să producă un nivel de energie-record de 1,3 megajouli. Nu a depășit-o pe cea folosită de sistemul de lasere care a provocat reacția (1,9 MJ) și deci nu a trecut de punctul de eficiență, dar a ajuns mai aproape cu 70% decât alte tentative de până în prezent.

În fizica teoretică, un studiu apărut în martie„Traversable Wormholes in Einstein-Dirac-Maxwell Theory”, aps.org prezintă un model prin care găurile de vierme – structurile prezise de teoria generală a relativității care ar putea lega două puncte separate din spațiu-timp – ar putea permite chiar și trecerea materiei de dimensiuni foarte mici sau a semnalelor electromagnetice (dar probabil nu a vreunor călătorii interstelare).

La capitolul recorduri, anul acesta a fost înregistrată cea mai scăzută temperatură atinsă vreodată în laborator, de 38 de picokelvini (pK),1 Kelvin este echivalentul a -273,15 °C precum și a fost captată cea mai detaliată imagine a unor atomi din istorie, la Universitatea Cornell din Statele Unite, cu o rezoluție care o dublează pe cea a precedentului record.

Progrese au fost înregistrate și în domeniul combustibililor microbieni – o zonă de cercetare care încearcă să folosească bacterii pentru a crea surse de energie regenerabile. Un nou record de putere a fost atins de un proiect al UCLA, care extrage eficient electroni de la anumite bacterii care îi produc din prelucrarea apelor reziduale.

Andrew Brookes/Getty Images

Vaccinuri noi, terapii experimentale

Pentru medicina care nu este legată de COVID, 2021 a adus prima omologare a unui vaccin antimalarie de către OMS. Dezvoltat de către GlaxoSmithKline, serul are o eficiență relativ redusă comparată cu alte vaccinuri – de 30-40% – și o schemă de imunizare complicată, însă ar putea salva zeci de mii de vieți, în special a copiilor din zonele subsahariene, cele mai afectate de boală, în condițiile în care două treimi din totalul deceselor de malarie sunt reprezentate de copii cu vârste de sub cinci ani.

În același timp, continuă progresul în încercarea de a crea unor vaccinuri anti-cancer. BioNTech mizează pe aceeași tehnologie mRNA cu ajutorul căruia a creat un rapid un vaccin pentru SARS-CoV-2, deocamdată testând un ser împotriva cancerului colorectal, ajuns în testele clinice de fază II. „BioNTech Doses First Patient with Personalized mRNA Cancer Vaccine”, biospace.com

Noi tratamente pentru Alzheimer?

Tot anul acesta, Administrația pentru Alimente și Medicamente din Statele Unite (FDA) a aprobat primul tratament nou împotriva Alzheimerului din 2003 încoace, sub forma anticorpului monoclonal Aduhelm. Decizia a fost, însă, mult mai controversată decât sună, deoarece studiile clinice au fost incerte cu privire la efectul real de reducere al declinului cognitiv al pacienților, iar panoul de experți ai agenției s-a pronunțat împotriva unei aprobări.

În schimb, un studiu de amploare efectuat pe baze de date medicale din Statele Unite sugerează că sildenafil, medicamentul cunoscut mult mai bine sub numele de Viagra, ar scădea riscul de Alzheimer cu până la 69%,„Viagra associated with reduced risk of Alzheimer’s disease”, nih.gov cel puțin în primii șase ani de la începutul tratamentului. Un alt studiu masiv, de data asta efectuat în Marea Britanie, arată o posibilă legătură între dificultățile de auz și apariția ulterioară a demenței.

Editarea genetică și xenotransplantarea se dezvoltă

Chiar și cu SARS-CoV-2 acaparând în continuare o parte semnificativă din cercetarea medicală, terapiile experimentale au continuat și ele să fie dezvoltate. Poate cea mai semnificativă noutate în acest sens vine de la tehnologia de editare genetică CRISPR, care a fost folosită pentru prima cu succes pe pacienți umani, într-un studiu clinic, pentru a trata o boală neurodegenerativă rară, amiloidoza ereditară de tip transtiretină, cu o reducere a acumulării proteinei care provoacă condiția observată la toți voluntarii.„Landmark CRISPR trial shows promise against deadly disease”, nature.com

Tot în premieră, un institut de transplant din New York a reușit să atașeze un rinichi de porc funcțional, modificat genetic, la o pacientă aflată în moarte cerebrală. Organul a funcționat normal, fără să fie respins de corpul pacientei. A fost vorba doar de un experiment în care pacienta nu mai avea șanse de salvare, însă reprezintă un pas important, deși controversat din punct de vedere etic, în eforturile de xenotransplantare – crearea de organe în animale care pot fi recoltate și transplantate la oameni, în situațiile de lipsă ale unui donator uman.

O potențială metodă de combatere a pandemiilor viitoare ar putea folosi ADN-ul pentru a „încarcera” virusurile vinovate. Este o vorba de o tehnică numită ADN origami, prin care se pot crea structuri din material genetic de care patogenul se poate lega și care îl pot încapsula. Într-un studiu din iulie, o echipă multidisciplinară de cercetători anunța că tehnica a fost folosită cu succes în laborator împotriva hepatitei B.

Încă nu știm destule despre SARS-CoV-2

În ceea ce privește coronavirusul, 2021 a început sub semnul campaniilor de vaccinare, după succesul improbabil al dezvoltării unor vaccinuri sigure și de eficiență ridicată în mai puțin de un an.

Anul se încheie cu mai mult de 58%„Coronavirus (COVID-19) Vaccinations”, ourworldindata.org din populația planetei vaccinată cu cel puțin o doză, în cel mai mare efort global de acest fel. Din păcate, balanța este dezechilibrată, în defavoarea statelor cu un nivel scăzut al veniturilor, acolo unde doar 8% dintre locuitori au primit cel puțin o doză.

Eficiența vaccinurilor a fost pusă la încercare de mutații ale lui SARS-CoV-2, cu schimbări în special la proteina Spike, care joacă un rol pivotal în infectarea celulelor umane și în protecția oferită de anticorpi. Fiecare dintre noile variante pare să fie mai capabilă să evite răspunsul imun care oferă protecție împotriva infecției, deși vaccinurile continuă să aibă o eficiență ridicată împotriva spitalizării.

Anul se încheie sub semnul variantei Omicron, identificată inițial în Botswana și Africa de Sud, dar care a dus la creșterea exponențială a cazurilor din multe țări, în ultima lună. Deocamdată, există doar cercetări preliminare pe seama acesteia,„Omicron: What We Know About the New Coronavirus Variant”, nytimes.com care arată că este mult mai contagioasă decât predecesoarele, dar că ar putea duce, în același timp, la mai puține spitalizări decât precedenta variantă dominantă, Delta.

În ceea ce privește tratamentele, 2021 a adus în sfârșit  primele medicamente antivirale orale eficiente în teste clinice, dezvoltate de companiile Merck (30% eficiență în reducerea spitalizării și a deceselor) și Pfizer (89% eficiență).