Ποιες ήταν οι 10 σπουδαιότερες επιστημονικές ανακαλύψεις του προηγούμενου έτους;
Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης
Οπως συμβαίνει με κάθε μεγάλο παραγωγικό τομέα, έτσι και για την επιστήμη το τέλος του έτους είναι μια ευκαιρία για απολογισμούς και εκτιμήσεις των μεγαλύτερων επιτευγμάτων (αλλά και των αποτυχιών ή των ελλείψεων). Οι αξιολογήσεις των ερευνητικών επιτευγμάτων γίνονται κάθε χρόνο από ειδικές επιτροπές επιστημόνων που χαίρουν διεθνούς αναγνώρισης, ενώ τα αποτελέσματα αυτού του άτυπου διαγωνισμού δημοσιεύονται σε έγκυρα περιοδικά. Ιδού οι «top 10» ανακαλύψεις για το 2012 σύμφωνα με το περιοδικό «Science», που εκδίδεται από την Αμερικανική Εταιρεία για την Προώθηση της Επιστήμης.
Παρά την παγκόσμια οικονομική κρίση, οι δώδεκα τελευταίοι μήνες αποδείχτηκαν εξαιρετικά παραγωγικοί για την πρόοδο της επιστημονικής γνώσης: από τη μικροφυσική μέχρι τη γονιδιωματική και από τη ρομποτική έως τη βιοϊατρική τεχνολογία. Σε αυτό το συμπέρασμα καταλήγει όποιος διαβάσει τη λίστα με τις δέκα σημαντικότερες ανακαλύψεις που ανακοινώθηκαν το 2012.
Πώς όμως να επιλέξει κανείς τις πιο αξιόλογες από τις αναρίθμητες έρευνες και επιστημονικές καινοτομίες που πραγματοποιήθηκαν τη φετινή χρονιά; Παρά τις εγγενείς δυσκολίες του εγχειρήματος, το αμερικανικό «Science», ένα από τα πιο έγκυρα επιστημονικά περιοδικά, επιμένει να επιλέγει στο τέλος κάθε χρόνου τις δέκα σημαντικότερες επιστημονικές καινοτομίες.
Διαβάζοντας πάντως αυτή τη λίστα των 10 σημαντικότερων επιστημονικών κατακτήσεων, είναι αδύνατο να μην αναρωτηθεί κανείς γιατί, παρά την πολυετή οικονομική ύφεση, η πολυδάπανη επιστήμη εξακολουθεί να είναι παραγωγικότατη; Μήπως η επιστημονική περιπέτεια είναι τόσο άρρηκτα συνδεδεμένη με την επιβίωσή μας, ώστε να υπερβαίνει τα πολιτικοοικονομικά αδιέξοδα της εποχής μας;
1.Το μποζόνιο Χιγκς. Δεν αποτελεί έκπληξη ότι στην πρώτη θέση βρίσκουμε τον εντοπισμό του περιβόητου «σωματιδίου του Θεού». Μια συγκλονιστική ανακάλυψη που έγινε εφικτή χάρη στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) που βρίσκεται στα γαλλοελβετικά σύνορα.
Το μποζόνιο Χιγκς είναι ένα αινιγματικό σωματίδιο που επί τέσσερις και πλέον δεκαετίες οι πυρηνικοί και θεωρητικοί φυσικοί το αναζητούσαν μανιωδώς επειδή, όπως υπέθεταν, ευθύνεται για τη μάζα όλων των υλικών σωμάτων, αλλά και επειδή η επιβεβαίωση της ύπαρξής του θα συμπλήρωνε ένα μεγάλο κενό στο Καθιερωμένο Μοντέλο της μικροφυσικής. Την ύπαρξη και την ακριβή λειτουργία αυτού του άπιαστου, μέχρι πρόσφατα, σωματιδίου τις είχε υποθέσει (ήδη από το 1956) ο Πίτερ Χιγκς (P. Higgs).
Αν το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι σωστό, τότε τα σωματίδια τύπου Χιγκς, λόγω της μεγάλης αστάθειάς τους, θα πρέπει να είναι πρόσκαιρα και φευγαλέα και συνεπώς μπορούν να ανιχνευθούν μόνο από τα προϊόντα της διάσπασής τους: σε δύο φωτόνια ή, εναλλακτικά, σε τέσσερα λεπτόνια. Και αυτό ακριβώς επιβεβαίωσαν φέτος οι εντυπωσιακά ακριβείς μελέτες στις ανιχνευτικές μονάδες ATLAS και CMS του ευρωπαϊκού υπερεπιταχυντή.
Η ανακοίνωση των πρώτων σαφών ενδείξεων εντοπισμού του μποζονίου Χιγκς έγινε στις 4 Ιουλίου 2012 (για περισσότερες πληροφορίες βλ. το σχετικό άρθρο μας «Το μποζόνιο του Θεού», «Εφ.Συν.», 17-12-12).
2. Το ντενισοβιανό γονιδίωμα. Ο «άνθρωπος της Ντενίσοβα» ήταν ένας άγνωστος αλλά πολύ στενός συγγενής μας που έζησε στη Σιβηρία πριν από περίπου 74 έως 84 χιλιάδες χρόνια. Χάρη σε μια νέα και πρωτοποριακή τεχνική ανάλυσης του απολιθωμένου DNA, έγινε εφικτή η ανασυγκρότηση στο εργαστήριο ολόκληρου του γονιδιώματος, δηλαδή της πλήρους αλληλουχίας των γονιδίων αυτού τού, μέχρι φέτος, παντελώς άγνωστου συγγενή του ανθρώπινου είδους (homo Sapiens).
Η αποκρυπτογράφηση και η συγκριτική ανάλυση του ντενισοβιανού γονιδιώματος, το οποίο εξήγαγαν από ένα δάκτυλο και ένα δόντι, έγινε από μια ομάδα ερευνητών στο περίφημο Ινστιτούτο Εξελικτικής Ανθρωπολογίας Μαξ Πλανκ στη Λειψία. Υπό την καθοδήγηση του Σβάντε Πάαμπο (Svante Pääbo), ο οποίος θεωρείται η μέγιστη αυθεντία σε θέματα παλαιογενετικής, η ομάδα αυτή ανακάλυψε ότι τα απολιθώματα που βρέθηκαν πριν από χρόνια στο σπήλαιο Ντενίσοβα στη νότια Σιβηρία δεν ανήκαν στο είδος μας ούτε σε κάποιον άλλο γνωστό πρόγονό μας (π.χ. στους Νεάντερταλ). Ανήκουν, αντίθετα, σε ένα άγνωστο και από καιρό εξαφανισμένο είδος ανθρώπου.
Διαπίστωσαν λοιπόν ότι πρόκειται για ένα νεαρό κορίτσι που ζούσε στη σπηλιά Ντενίσοβα της Σιβηρίας πριν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια και το γονιδίωμά του παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες αλλά και αξιοσημείωτες διαφορές τόσο από ένα τυπικά ανθρώπινο όσο και από το νεαντερτάλιο γονιδίωμα.
3. Ωάρια από τα βλαστοκύτταρα. Η τρίτη σε σπουδαιότητα ανακάλυψη αφορά τις ασύλληπτες βιοϊατρικές και βιοτεχνολογικές εφαρμογές της έρευνας των βλαστοκυττάρων. Αυτά τα πολυδύναμα αδιαφοροποίητα κύτταρα αποτελούν τα τελευταία χρόνια αντικείμενο πολυάριθμων ερευνών.
Αυτή τη χρονιά στο ιαπωνικό Πανεπιστήμιο του Κιότο, ο Μιτινόρι Σάιτου (Mitinori Saitou) και οι συνεργάτες του κατάφεραν να δημιουργήσουν στο εργαστήριο διαφοροποιημένα και λειτουργικά ωάρια ποντικών από αδιαφοροποίητα εμβρυακά κύτταρα. Γεγονός που επέτρεψε στους Ιάπωνες ερευνητές να χαρίσουν τη χαρά της μητρότητας σε στείρες ποντικίνες!
Αφού πέτυχαν τη διαφοροποίηση «σε δοκιμαστικό σωλήνα» ώριμων και λειτουργικών ωαρίων από εμβρυακά βλαστοκύτταρα, προχώρησαν στην εργαστηριακή γονιμοποίησή τους, ενώ από την εμφύτευση αυτών των γονιμοποιημένων ωαρίων σε μια παρένθετη μήτρα προέκυψαν ποντικάκια.
Βέβαια, όπως παραδέχονται οι Ιάπωνες ερευνητές, ορισμένα (αλλά όχι όλα!) από αυτά τα έμβρυα εμφανίζουν κάποιες ανωμαλίες. Ωστόσο, οι ερευνητές είναι πεπεισμένοι ότι η πρόοδος αυτής της αναπαραγωγικής τεχνολογίας στο άμεσο μέλλον θα τις εξαλείψει εντελώς. Μια ιδιαίτερα ελπιδοφόρα έρευνα για τη μελλοντική αντιμετώπιση της ανθρώπινης στειρότητας.
4. Το «Curiosity» στον Αρη. Μολονότι υπερβολικά βαρύ, το ρομποτικό πολυμηχάνημα «Curiosity» με τη μορφή οχήματος κατάφερε τελικά να προσεδαφιστεί ομαλά στην επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη τον περασμένο Αύγουστο. Για αυτή την εξαιρετικά δύσκολη «εξωγήινη» προσεδάφιση οι μηχανολόγοι και οι διαστημικοί σχεδιαστές της NASA επινόησαν ένα νέο πολύ έξυπνο σύστημα προσγείωσης που το ονόμασαν «Sky Crane».
Χάρη σε έναν σχεδόν τέλειο σχεδιασμό, αυτό το κινητό εργαστήριο για την περισυλλογή, καταγραφή και αποστολή πολύτιμων δεδομένων προσεδαφίστηκε στον Αρη ακριβώς στον προκαθορισμένο χρόνο και τόπο (στον κρατήρα Γκέιλ στο νότιο ημισφαίριο του πλανήτη). Μετά από ένα ταξίδι περίπου 8 μηνών και διανύοντας μια απόσταση 566 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, το «Curiosity» προσεδαφίστηκε χωρίς προβλήματα στην επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη.
Χάρη στους προωθητικούς του πυραύλους οδηγήθηκε με μεγάλη ακρίβεια στο προκαθορισμένο σημείο προσεδάφισης, ενώ το τεράστιο αλεξίπτωτο, ανοίγοντας την κατάλληλη στιγμή, ανέκοψε την ταχύτητά του όταν πλησίασε αρκετά στην επιφάνεια του Αρη. Μια απίστευτη τεχνολογική χορογραφία που επέτρεψε σε αυτό το μίνι πλανητικό εργαστήριο, που κοστίζει 2,5 δισεκατομμύρια δολάρια, να εκτελέσει με επιτυχία την εξερευνητική αποστολή του.
5. Διεισδυτικά λέιζερ ακτίνων Χ. Εκεί που δεν φτάνουν οι «παραδοσιακές» ακτίνες Χ μπορεί να φτάσει ένα λέιζερ ακτίνων Χ. Μια νέα τεχνολογία ανοίγει πρωτόγνωρες δυνατότητες για τον καθορισμό της δομής στον χώρο, δηλαδή της τρισδιάστατης διαμόρφωσης πολύπλοκων μεγαλομορίων όπως οι πρωτεΐνες. Στο Πανεπιστήμιο του Τίμπινγκεν, αντί για την κλασική ακτινογράφηση με τις «κλασικές» ακτίνες Χ, χρησιμοποίησαν μια συσκευή λέιζερ που ακτινοβολεί ακτίνες Χ με αφάνταστα μεγαλύτερη ένταση.
Κατάφεραν έτσι, τον περασμένο Νοέμβριο, να καθορίσουν λεπτομερώς την άγνωστη μέχρι τότε ενεργό δομή μιας πρωτεΐνης και πιο συγκεκριμένα, ενός ενζύμου. Η ενεργός τρισδιάστατη δομή αυτού του ενζύμου παίζει καθοριστικό ρόλο για την επιβίωση του παρασίτου Trypanosoma brucei, το οποίο ευθύνεται για τη θανατηφόρο ασθένεια του ύπνου (αφρικανική τρυπανοσωμίαση).
Ενα νέο ισχυρότατο εργαλείο για την ανάλυση πολλών αόρατων μέχρι πρόσφατα μικροδομών των βιομορίων.
6. Γενετική μηχανική υψηλής ακρίβειας. Στην έκτη θέση, ακόμη μία ανακάλυψη που σχετίζεται με τη βιοτεχνολογία. Πρόκειται για ένα νέο «εργαλείο» στην υπηρεσία της γενετικής μηχανικής, μια πρωτεΐνη που μας επιτρέπει να κόβουμε με εντυπωσιακή ακρίβεια την αλληλουχία του DNA σε προκαθορισμένα σημεία, με αποτέλεσμα να μπορούμε να ενεργοποιούμε ή, εναλλακτικά, να απενεργοποιούμε στοχευμένα την έκφραση των γονιδίων.
Μετά την αποκρυπτογράφηση της χημικής δομής του ανθρώπινου γονιδιώματος, οι μοριακοί βιολόγοι έθεσαν ως στόχο την κατανόηση του «νοήματος» των γονιδίων μας. Και μοριακοί «διακόπτες» όπως η πρωτεΐνη Talens (ακρωνύμιο του Transcription activator-like effector nucleases) επιτρέπουν στους ερευνητές να «ανάβουν» ή να «σβήνουν» επιλεκτικά και στοχευμένα την έκφραση των γονιδίων.
Εκτός από ακριβές αυτό το νέο γενετικό εργαλείο είναι και πολύ πιο οικονομικό, γεγονός που δημιουργεί τις προϋποθέσεις για τη μαζική χρήση του τόσο στη βιοϊατρική όσο και στη βιοτεχνολογία.
7. Τα φερμιόνια του Μαγιοράνα. Πριν από εβδομήντα χρόνια ο ιδιοφυής Σικελός φυσικός Ετορε Μαγιοράνα προέβλεψε την ύπαρξη αυτών των αινιγματικών μικροσωματιδίων. Εκτοτε, και μέχρι πριν από έναν χρόνο, δεν υπήρξε η παραμικρή σαφής ένδειξη για την ύπαρξη ή μη αυτών των σωματιδίων.
Σύμφωνα με έναν κλασικό ορισμό, τα «φερμιόνια» είναι υποατομικά σωματίδια με ημι-ακέραιο σπιν (ιδιοστροφορμή), ενώ τα «μποζόνια» έχουν ακέραιο σπιν. Τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ ανήκουν όλα στη μεγάλη οικογένεια των φερμιονίων, ενώ τα φωτόνια και τα γλοιόνια ανήκουν στη δεύτερη μεγάλη οικογένεια των μποζονίων.
Τα φερμιόνια τύπου Ντιράκ θεωρούνται εξ ορισμού διαφορετικά από τα αντισωματίδιά τους. Και όποτε ένα σωματίδιο συγκρούεται με το αντισωματίδιό του, εξαϋλώνονται και τα δύο σε μια έκρηξη φωτός. Στα 1937 ο Μαγιοράνα, διαβλέποντας πολύ πρόωρα τη δυνατότητα ύπαρξης μιας υπερσυμμετρίας στην πιο θεμελιώδη δομή της φύσης, προέβλεψε την ύπαρξη των ομώνυμων φερμιονίων που δεν ακολουθούν τον καταστροφικό κανόνα του Ντιράκ. Επί 70 χρόνια κάποιοι αλλοπαρμένοι ερευνητές αναζητούσαν μάταια τα φερμιόνια του Μαγιοράνα. Φέτος, για πρώτη φορά, εμφανίστηκαν οι πρώτες ακόμη αβέβαιες ενδείξεις για την ύπαρξή τους.
Μια διεπιστημονική ομάδα από φυσικούς, χημικούς και πληροφορικούς στο Πανεπιστήμιο Ντελφτ της Ολλανδίας κατασκεύασε ένα τρανζίστορ το οποίο περιέχει ένα νανοκαλώδιο που συνδέει δύο ηλεκτρόδια. Υπέθεσαν ότι αν σε αυτό το νανοκαλώδιο διοχετευτεί ηλεκτρικό ρεύμα, τότε τα ηλεκτρόνια θα πρέπει να συμπεριφερθούν όπως τα φερμιόνια του Μαγιοράνα. Και αυτό ακριβώς φαίνεται πως κατέγραψαν!
8. Μην πετάτε το DNA στα σκουπίδια. Πριν από μερικά χρόνια, στις 15 Φεβρουαρίου του 2001, ανακοινώθηκε από τα ΜΜΕ με τυμπανοκρουσίες η πρώτη πλήρης αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Τότε οι ειδικοί πίστευαν ότι κάθε ανθρώπινο κύτταρο περιέχει περίπου 100 χιλιάδες γονίδια.
Αριθμός υπερβολικός που ωστόσο αντανακλούσε τις γονιδιοκεντρικές προκαταλήψεις της εποχής: για κάθε λειτουργία, για κάθε χαρακτηριστικό, υπάρχει ένα γονίδιο.
Αργότερα οι έρευνες απέδειξαν πως ο αριθμός των γονιδίων δεν υπερβαίνει τις 21 χιλιάδες, ενώ σήμερα μόλις και πλησιάζει τις 20 χιλιάδες. Πριν από λίγα χρόνια πιστεύαμε ότι τα περισσότερα γονίδια κωδικοποιούν για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, ενώ ένας πολύ μικρός αριθμός από αυτά έχει μόνο ρυθμιστική λειτουργία.
Και τα υπόλοιπα γονίδια, όλο αυτό το DNA που περισσεύει, τι ρόλο παίζει; Οσο παράξενο κι αν ακούγεται, για τη μοριακή βιολογία, μέχρι πρόσφατα, σχεδόν το 98% του DNA που υπάρχει στα κύτταρά μας εθεωρείτο λειτουργικά και αναπαραγωγικά άχρηστο: ήταν μόνο «σκουπίδι DNA» (junk DNA)!
Ολα αυτά θα ανατραπούν από το 2007 και μετά. Τότε άρχισαν να εμφανίζονται τα πρώτα δεδομένα του διεθνούς ερευνητικού προγράμματος «ENCODE» (ENCyclopedia Of DNA Elements). Οπως έδειξαν μετά από πολυετή και εντατική εργασία οι ερευνητές που συμμετείχαν σε αυτό το πρόγραμμα, μόνο το 2% του DNA μας κωδικοποιεί για κάποια πρωτεΐνη, όμως το υπόλοιπο 80% δεν είναι καθόλου ανενεργό ή άχρηστο. Αντίθετα, επηρεάζει σημαντικά τόσο την έκφραση των γονιδίων μας όσο και την καλή λειτουργία και αναπαραγωγή των κυττάρων μας.
9.Το μέλλον της βιο-προσθετικής. Τα βιονικά μηχανικά άκρα, που είναι σε θέση να κινούνται ικανοποιητικά μόνο με τη δύναμη της σκέψης, αποτελούσαν μέχρι φέτος προϊόντα μόνο της επιστημονικής ή της τεχνολογικής φαντασίας.
Ομως από το 2012, ό,τι μέχρι χθες ήταν μόνο ένα όνειρο άρχισε να μετατρέπεται σε πραγματικότητα χάρη στις πρωτοποριακές έρευνες μιας ομάδας ειδικών στη «νευροπροσθετική», οι οποίοι εργάζονται στο ειδικό εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής (Applied Physics Laboratory) του Πανεπιστημίου Johns Hopkins των ΗΠΑ.
Οι ερευνητές αυτοί έδειξαν ότι ασθενείς παράλυτοι από κάποιο ατύχημα είναι εφικτό μόνο με τη δύναμη της σκέψης να μετακινούν έναν μηχανικό βραχίονα με αρκετά περίπλοκους τρόπους. Παρουσίασαν λοιπόν φέτος έναν ρομποτικό βραχίονα που τον ονομάζουν «Modular Prosthetic Limb» και ο οποίος παρέχει σε παράλυτα άτομα μια σχετικά μεγάλη αυτονομία κινήσεων.
Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η νέα τεχνολογία βασίστηκε σε κάποια πειραματικά προγράμματα του υπουργείου Αμυνας των ΗΠΑ και η εφαρμογή της είναι σήμερα απαγορευτική λόγω του πολύ υψηλού κόστους. Οι ερευνητές ωστόσο είναι βέβαιοι ότι η βελτίωση των υπολογιστικών προγραμμάτων διεπαφής εγκεφάλου–τεχνητού μέλους θα οδηγήσει στη συστηματική χρήση προσθετικών μελών από παράλυτα άτομα.
10. Τα νετρίνα αλλάζουν «γεύσεις». Στη δέκατη θέση βρίσκουμε μια ακόμη έρευνα στη μικροφυσική. Πρόκειται για ένα ενδιαφέρον μοντέλο που επιχειρεί να εξηγήσει πώς τα νετρίνα μετασχηματίζονται αμοιβαία σε τρεις διαφορετικούς τύπους νετρίνων, οι οποίοι αποκαλούνται και «γεύσεις».
Τα τελευταία χρόνια, με το ευρωπαϊκό πείραμα «OPERA» οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι, αντίθετα με ό,τι πίστευαν, τα νετρίνα διαθέτουν κάποια μάζα και επιβεβαίωσαν πειραματικά ότι τα νετρίνα ταλαντώνονται, άρα διαθέτουν κάποια ελάχιστη μάζα.
Με το φετινό πείραμα μέτρησης των ταλαντώσεων των νετρίνων που πραγματοποιήθηκε στον πυρηνικό αντιδραστήρα Daya Bay στην Κίνα, η διεθνής ομάδα ειδικών που εργάζεται εκεί κατάφερε απ’ ό,τι φαίνεται να προσδιορίσει επακριβώς την τελευταία παράμετρο που έλειπε για την πλήρη περιγραφή των τριών τύπων ταλάντωσης των νετρίνων: πώς δηλαδή, περνώντας από τον έναν τύπο στον άλλο, αλλάζουν «γεύσεις».
Σύμφωνα με τα νέα δεδομένα, τα νετρίνα και τα αντίστοιχα αντισωματίδιά τους αλλάζουν την ιδιαίτερη «γεύση» τους με διαφορετικούς τρόπους. Ισως έτσι εξηγείται γιατί η ύλη επικράτησε της αντιύλης στο πρώιμο Σύμπαν.
