Ποιες ήταν οι σπουδαιότερες επιστημονικές κατακτήσεις της χρονιάς;
Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης
Παρά την παγκόσμια οικονομική ύφεση, η φετινή χρονιά αποδείχτηκε απρόσμενα παραγωγική για την πρόοδο της επιστημονικής γνώσης: από την κοσμολογία έως τη γήινη οικολογία και από τη γονιδιακή θεραπεία έως τις νευροεπιστήμες.
Το τέλος του έτους αποτελεί μια ευκαιρία για να αποτιμηθούν τα επιστημονικά επιτεύγματα της χρονιάς (αλλά και οι αποτυχίες ή οι ελλείψεις). Τέτοιες «επιστημονικές» αξιολογήσεις πραγματοποιούνται κάθε χρόνο από επιτροπές ειδικών που χαίρουν διεθνούς αναγνώρισης και τα αποτελέσματα αυτού του άτυπου επιστημονικού διαγωνισμού δημοσιεύονται σε έγκριτα επιστημονικά περιοδικά. Ωστόσο, διαβάζοντας κάποιος για τα φετινά «Οσκαρ» επιστήμης, πρέπει να έχει πάντα κατά νου την υποκειμενική, εθνοκεντρική και ανταγωνιστική λογική που, αναπόφευκτα, υπεισέρχεται σε αυτές τις ετήσιες «επιστημονικές πασαρέλες». Και η αξιολόγηση που ακολουθεί δεν αποτελεί εξαίρεση: ενώ λάβαμε σοβαρά υπόψη την πρόσφατη ανακοίνωση της επιτροπής του αμερικανικού περιοδικού «Science», επιλέξαμε να παρουσιάσουμε εκτενώς τις πέντε σημαντικότερες, κατά τη γνώμη μας, ανακαλύψεις του 2013.
1. Νέος χάρτης του Σύμπαντος από τον δορυφόρο «Πλανκ»
Χάρη στον ευρωπαϊκό δορυφόρο «Πλανκ» (Planck), που εκτοξεύθηκε το 2009 από την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA), με σκοπό, μεταξύ άλλων, να καταγράψει τα πρώτα ελεύθερα ίχνη φωτός, αποκτήσαμε φέτος μια πολύ πιο ακριβή εικόνα της δομής αλλά και της ημερομηνίας γένεσης του πρώιμου Σύμπαντος.
Αναλύοντας κοσμολογικά δεδομένα με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια απ’ ό,τι ήταν σε θέση να κάνουν οι προηγούμενοι αμερικανικοί δορυφόροι της NASA («Cobe» και «WMap»), ο ευρωπαϊκός δορυφόρος μάς αποκάλυψε μια πολύ σαφέστερη εικόνα του πρώιμου Σύμπαντος: έναν πιο ακριβή χάρτη της κατανομής της ύλης και της ενέργειας, τον χάρτη του Κόσμου όταν ήταν ηλικίας μόλις 380 χιλιάδων ετών μετά τη Μεγάλη Εκρηξη!
Σύμφωνα με τα νέα δεδομένα, το Σύμπαν είναι ηλικίας 13,82 δισεκατομμυρίων ετών, δηλαδή είναι κατά 81 εκατομμύρια χρόνια γηραιότερο απ’ ό,τι υπολόγιζαν οι ειδικοί μέχρι πριν από έναν χρόνο, ενώ και ο ρυθμός διαστολής του είναι μικρότερος.
Επιπλέον, μολονότι, σε γενικές γραμμές, επιβεβαιώνει το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, το οποίο προβλέπει την ομοιόμορφη κατανομή ύλης-ενέργειας παντού, ο νέος χάρτης του Σύμπαντος αποκαλύπτει την παρουσία ασυμμετριών στην κατανομή της κοσμικής ακτινοβολίας, καθώς και στην ένταση των φωτεινών ακτίνων.
Εκτός από την ανομοιογένεια στην εκπομπή κοσμικής ακτινοβολίας, οι παρατηρήσεις του δορυφόρου «Πλανκ» επιβάλλουν και κάποιες σημαντικές διορθώσεις όσον αφορά τη σύσταση του Σύμπαντος. Μέχρι πολύ πρόσφατα οι ειδικοί υπολόγιζαν ότι η συνήθης ύλη των γαλαξιών, των άστρων και των πλανητών αποτελεί μόνο το 4,5%. Αρα, το 22,7% πρέπει να αντιστοιχεί στη σκοτεινή ύλη (μη ανιχνεύσιμη, αλλά απαραίτητη για να εξηγηθεί η δυναμική των γαλαξιών), ενώ το υπόλοιπο 72,8% αντιστοιχεί στη μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια. Σήμερα, τα δεδομένα του δορυφόρου «Πλανκ» επιβάλλουν να διορθωθούν αυτές οι τιμές: 4,9%, 26,8% και 68,3%, αντίστοιχα.
Αν τα επόμενα χρόνια οι φυσικοί καταφέρουν να εντάξουν αυτές τις διαφοροποιήσεις και τις ανωμαλίες στο καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, τότε αυτό θα αποδειχτεί εξαιρετικά αποτελεσματικό και ενισχυμένο από τα νέα δεδομένα. Διαφορετικά θα πρέπει να αλλάξει ριζικά.
2. Γονιδιακή θεραπεία με ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα
Ανακοινώθηκε φέτος μια ιδιαίτερα επιτυχής μέθοδος αντιμετώπισης δύο σοβαρών γενετικών νόσων. Πρόκειται για μια γονιδιακή θεραπεία, την αντικατάσταση δηλαδή ενός γνωστού μεταλλαγμένου γονιδίου από ένα φυσιολογικό του αντίγραφο. Αφού εντοπισθεί το μεταλλαγμένο γονίδιο που προκαλεί την ασθένεια, θα πρέπει να βρεθεί ο κατάλληλος τρόπος, δηλαδή ο κατάλληλος φορέας, για να εισαγάγουμε στον οργανισμό το φυσιολογικό γονίδιο που θα αναπληρώσει τις λειτουργίες του παθολογικού.
Ακούγεται απλό, στην πραγματικότητα όμως είναι απελπιστικά δύσκολο. Παρ’ όλα αυτά δύο ερευνητικές ομάδες στη γειτονική Ιταλία τα κατάφεραν.
Οι ειδικοί έλαβαν αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα από τους ασθενείς και στη συνέχεια χρησιμοποίησαν έναν ιό για να «μολύνουν» αυτά τα κύτταρα με μικροσκοπικά τμήματα DNA που περιέχουν τις σωστές πληροφορίες «λειτουργίας», δηλαδή το φυσιολογικό γονίδιο. Μετά την κατάλληλη εργαστηριακή επεξεργασία τους τα κύτταρα επανεισήχθησαν στους ασθενείς.
Οσο για τις δύο σοβαρές γενετικές παθήσεις που αντιμετωπίστηκαν επιτυχώς με αυτή την πρωτοποριακή τεχνική, πρόκειται για τη μεταχρωματική λευκοδυστροφία και το σύνδρομο Wiskott-Aldrich. Η μεταχρωματική λευκοδυστροφία είναι μια σχετικά σπάνια γενετική νόσος που οφείλεται σε μετάλλαξη ενός γονιδίου (στο χρωμόσωμα 22q13) και προκαλεί απομυελίνωση της λευκής ουσίας στο κεντρικό νευρικό σύστημα και στα περιφερικά νεύρα.
Η δεύτερη ασθένεια, το σύνδρομο Wiskott-Aldrich, οφείλεται σε μεταλλάξεις του γονιδίου WAS, το οποίο προκαλεί εξασθένηση του ανοσοποιητικού συστήματος καθιστώντας τους ασθενείς ευάλωτους σε λοιμώξεις, σε αυτοάνοσα νοσήματα αλλά και στον καρκίνο.
Κοινό χαρακτηριστικό αυτών των δύο κληρονομικών παθήσεων είναι το ότι συνήθως εκδηλώνονται από πολύ νωρίς (ήδη από τους πρώτους μήνες ζωής). Και οι δύο ασθένειες, όμως, φαίνεται πως μπορούν πλέον να θεραπεύονται (με υψηλά ποσοστά επιτυχίας!) χάρη στη γονιδιακή θεραπεία που ανακάλυψαν οι δύο στενά συνεργαζόμενες ερευνητικές ομάδες του Επιστημονικού Ινστιτούτου Σαν Ραφαέλε στο Μιλάνο! Πρόκειται για μια νέα βιοϊατρική τεχνική που συνδυάζει τις μεθόδους εργαστηριακής τροποποίησης των ανθρώπινων βλαστικών κυττάρων με τη χρήση γενετικώς τροποποιημένων ρετροϊών για τη μεταφορά και τη στοχευμένη εγκατάσταση των φυσιολογικών γονιδίων στον οργανισμό των ασθενών.
3. Το κλίμα του πλανήτη αλλάζει δραματικά και ευθύνεται ο άνθρωπος
Η έκθεση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), που ανακοινώθηκε επίσημα στη Στοκχόλμη τον περασμένο Σεπτέμβριο, ήταν ρητή: σύμφωνα με όλα τα επιστημονικά στοιχεία, η κλιματική αλλαγή στον πλανήτη μας εξαιτίας των ανθρώπινων βιομηχανικών δραστηριοτήτων είναι γεγονός όχι μόνο αναμφισβήτητο αλλά και εξαιρετικά απειλητικό.
Προϊόν της συστηματικής έρευνας 2.500 ειδικών από κάθε μέρος του πλανήτη, η έκθεση αυτή, όπως και πολλές άλλες εξίσου έγκυρες, επιβεβαιώνει με αδιάψευστα επιστημονικά κριτήρια μια τόσο ραγδαία και δραματική αλλαγή των κλιματικών συνθηκών που όμοιά της δεν έχει γνωρίσει ο πλανήτης τις τελευταίες χιλιετίες.
Τέτοιες επίσημες αξιολογήσεις των κλιματικών αλλαγών ανακοινώνονται από το 1990 κάθε επτά χρόνια. Καμία όμως από τις προηγούμενες εκθέσεις δεν ήταν τόσο κατηγορηματική.
Ετσι, σύμφωνα με την τελευταία έκθεση της IPCC, η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα είναι σήμερα κατά 40% υψηλότερη απ’ ό,τι ήταν στην προβιομηχανική εποχή! Επίσης, από το 1880 μέχρι το 2012 η μέση θερμοκρασία της Γης έχει αυξηθεί κατά 0,85°C. Μάλιστα, η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας που καταγράφεται από το 1950 είναι πιθανότατα πρωτοφανής για τα τελευταία 2.000 χρόνια. Αυτή η «υπερθέρμανση του πλανήτη» διαφοροποιείται αρκετά από περιοχή σε περιοχή. Ετσι, κατά τον 20ό αιώνα στη Βόρεια Ευρώπη, τη Βόρεια Αµερική, την Ασία, τη Νότια Αµερική και τη Δυτική Αφρική καταγράφονται οι µεγαλύτερες αυξήσεις θερμοκρασίας (κατά 2-2,5°C), ενώ στον υπόλοιπο κόσµο κατά 0,5-2°C.
Εξαιτίας της υπερθέρμανσης του πλανήτη, το χιόνι και ο θαλάσσιος πάγος έχουν μειωθεί σε παγκόσμια κλίμακα, η μέση στάθμη της θάλασσας αυξάνεται ταχύτερα τον τελευταίο αιώνα απ’ ό,τι τις δύο τελευταίες χιλιετίες: από το 1901 έως το 2010 ανέβηκε 19 εκατοστά! Ταυτόχρονα, οι ωκεανοί απορροφούν περισσότερη θερμότητα και διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, επηρεάζοντας έτσι αρνητικά διάφορα οικοσυστήματα, με αποτέλεσμα να τροποποιείται η βιοποικιλότητά τους. Γεγονός που συχνά οδηγεί κάποια ζωικά και φυτικά είδη στην εξαφάνιση.
Πολύ δύσκολα θα μπορούσε κάποιος να αμφισβητήσει το -οδυνηρό ίσως αλλά αυστηρά τεκμηριωμένο επιστημονικά- συμπέρασμα της IPCC, ότι δηλαδή τόσο για τη μόλυνση της ατμόσφαιρας όσο και για την υπερθέρμανση του πλανήτη ευθύνονται αποκλειστικά οι αντιοικολογικές δραστηριότητες του νεωτερικού ανθρώπου, και συγκεκριμένα η μαζική και ανορθολογική βιομηχανική παραγωγή των νεωτερικών κοινωνιών. Σήμερα, περισσότερο από ποτέ, είναι επιτακτική η ανάγκη ριζικής αλλαγής του τρόπου ζωής μας και πρωτίστως των αξιών μας, αν βέβαια επιθυμούμε να επιβιώσουμε ως είδος.
4. Η δημιουργία ψευδών αναμνήσεων κατά βούληση
Πριν από μερικούς μήνες δημοσιεύτηκαν στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό «Science» τα εντυπωσιακά αποτελέσματα της έρευνας μιας επιστημονικής ομάδας που εργαζόταν πάνω στη δημιουργία αναμνήσεων σε ποντίκια, υπό τη διεύθυνση του βραβευμένου με Νόμπελ Ιάπωνα νευροβιολόγου Susumu Tonegawa.
Ούτε λίγο ούτε πολύ, αυτοί οι ερευνητές, που εργάζονταν στο περίφημο αμερικανικό Ινστιτούτο RIKEN-MIT στη Μασαχουσέτη, κατάφεραν να δημιουργήσουν ψευδείς αναμνήσεις σε μερικά ποντίκια. Μπόρεσαν δηλαδή να αποτυπώσουν κατευθείαν πάνω στον εγκέφαλο των τρωκτικών κάποιες εμφανώς ψευδείς αλλά απολύτως πειστικές πληροφορίες. Για παράδειγμα, τα ποντίκια «πείστηκαν» ότι βρίσκονταν σε ένα πολύ επικίνδυνο μέρος, όπου κατά το παρελθόν είχαν αρνητικές εμπειρίες, ενώ στην πραγματικότητα βρίσκονταν σε ένα γνωστό και ασφαλέστατο μέρος!
Πώς το πέτυχαν αυτό; Αποτυπώνοντας ψεύτικες αναμνήσεις με τεχνικές οπτογενετικής. Η οπτογενετική είναι μια νέα επεμβατική τεχνολογία που συνδυάζει τεχνικές οπτικής και γενετικής μηχανικής. Με τη χρήση ακτίνων λέιζερ μπορεί να ενεργοποιεί ή να απενεργοποιεί επιλεκτικά κάποια νευρωνικά κυκλώματα του εγκεφάλου με σκοπό τη χειραγώγηση των φυσιολογικών λειτουργιών τους, όπως π.χ. η μνήμη, η επιθετικότητα, αλλά και δυσλειτουργιών, όπως η επιληψία και η εξάρτηση από ουσίες.
Από καιρό ήταν γνωστό στη νευροεπιστήμη ότι οι αναμνήσεις (οι μακροχρόνιες μνήμες) εγγράφονται και αποθηκεύονται σε ομάδες νευρώνων, κυρίως στον ιππόκαμπο, και από εκεί ανασύρονται όποτε χρειάζεται. Είναι γεγονός ότι κάθε πράξη ανάκλησης των μνημονικών αποτυπωμάτων ή «εγγραμμάτων» που διατηρούνται σε αυτά τα νευρωνικά κυκλώματα ενέχει τον κίνδυνο να αλλοιώσει ή να μεταβάλει εν μέρει τις αναμνήσεις λόγω εξωτερικών επιρροών.
Μέχρι σήμερα, ωστόσο, δεν ήταν καθόλου σαφές πώς επηρεάζουν τα εξωτερικά ερεθίσματα ή πώς το πλαίσιο ανάκλησης μπορεί να διαστρεβλώνει τα μνημονικά εγγράμματα μέχρι του σημείου να δημιουργεί αληθοφανείς αλλά, στην πραγματικότητα, εντελώς ψευδείς ή ανακριβείς αναμνήσεις.
«Οι μέχρι σήμερα μελέτες που χρησιμοποιούσαν συμπεριφοριστικές τεχνικές ή λειτουργική μαγνητική τομογραφία δεν ήταν σε θέση να εντοπίσουν τις περιοχές και τα νευρωνικά κυκλώματα του ιππόκαμπου που εμπλέκονται στη δημιουργία ψευδών αναμνήσεων. Τα πειράματά μας παρέχουν το πρώτο ζωικό μοντέλο στο οποίο οι ψευδείς και πραγματικές αναμνήσεις μελετώνται στο επίπεδο των μνημονικών εγγραμμάτων», δήλωσε ο S. Tonegawa.
Και δεν πρόκειται μόνο για ένα μοντέλο! Χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της οπτογενετικής, οι ερευνητές απέδειξαν ότι είναι σε θέση να δημιουργούν, κατά βούληση, ψευδή μνημονικά εγγράμματα (δηλαδή αναμνήσεις) και να τα ενεργοποιούν όποτε αυτοί το επιθυμούν. Και οι άνθρωποι; Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι ίδιοι βασικοί εγκεφαλικοί μηχανισμοί εμπλέκονται στη δημιουργία ψευδών αναμνήσεων και στους ανθρώπους!
5. Εντόπισαν νετρίνα από το… «υπερπέραν»
Για πρώτη φορά εντοπίστηκαν νετρίνα υψηλής ενέργειας από τον υπερευαίσθητο ανιχνευτή του διεθνούς παρατηρητηρίου «IceCube», που βρίσκεται στο Σκοτ-Αμούνδεσεν (Νότιο Πόλο) και αποκαλείται «Το CERN των πάγων». Ο ανιχνευτής αυτός δεν βρίσκεται ούτε στο Διάστημα ούτε στην επιφάνεια της Γης, αλλά είναι βαθιά θαμμένος στο υπέδαφος, κάτω από τους «μονωτικούς» πάγους.
Οποτε κάποιο περαστικό νετρίνο «πιάνεται», δηλαδή αλληλεπιδρά με τους ατομικούς πυρήνες του ανιχνευτή, αμέσως καταγράφεται από τους ειδικούς οπτικούς αισθητήρες. Και το μυστικό για την ταυτοποίηση των νετρίνων είναι ότι όσο εντονότερο είναι το φως που παράγεται από αυτές τις συγκρούσεις με τον ανιχνευτή του «IceCube» τόσο υψηλότερης ενέργειας είναι το νετρίνο που ανιχνεύεται!
Τι είναι όμως τα νετρίνα; Αυτά τα τόσο αινιγματικά και ακριβοθώρητα σωματίδια, σύμφωνα με το «Καθιερωμένο Μοντέλο» της σωματιδιακής φυσικής, δεν θα έπρεπε να διαθέτουν μάζα.
Ομως οι ανακαλύψεις της τελευταίας δεκαετίας απέδειξαν ότι αυτό ήταν λάθος: τα νετρίνα ταλαντώνονται ποικιλοτρόπως, και αφού μπορούν να ταλαντώνονται θα πρέπει να έχουν μη μηδενική μάζα.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τρεις τύποι νετρίνων και ότι αυτοί «ταλαντώνονται», δηλαδή αλλάζουν ταυτότητα από τον έναν τύπο στους άλλους καθώς ταξιδεύουν ελεύθερα στο Σύμπαν. Στους τρεις διαφορετικούς τύπους νετρίνων αντιστοιχούν συνεπώς τρεις διαφορετικές ταλαντώσεις (1-2, 2-3, 1-3).
Γεγονός που έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά κατ’ επανάληψη, μολονότι δεν προβλέπεται από το «Καθιερωμένο Μοντέλο».
Τον περασμένο Απρίλιο, οι ερευνητές του παρατηρητηρίου «IceCube» ανακοίνωσαν επίσημα ότι ανίχνευσαν τουλάχιστον 28 περιπτώσεις κοσμικών νετρίνων που διαθέτουν υψηλότατη ενέργεια (50 χιλιάδες δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ), καθώς και ότι αυτά τα νετρίνα δεν προέρχονται από τη γήινη ατμόσφαιρα αλλά από κάθε κατεύθυνση του ουράνιου θόλου.
Πρόκειται δηλαδή για κοσμικά νετρίνα! Ενα ιδιαίτερα σημαντικό εύρημα που σηματοδοτεί «την απαρχή της αστρονομίας των νετρίνων», όπως δήλωσε περιχαρής ο διάσημος φυσικός Gregory Sullivan κατά την παρουσίαση αυτών των εντυπωσιακών ανακαλύψεων.
