Angesichts des rasanten Wandels in Technologie und Wissenschaft kann es leicht sein, zu vergessen, was wir noch vor wenigen Jahren nicht wussten. In den letzten zehn Jahren gab es Durchbrüche in Physik, Biologie und Astronomie, um nur einige zu nennen. Welche dieser Entdeckungen am wichtigsten sind, ist wahrscheinlich für Historiker zu beurteilen, aber einige der Konsequenzen der Entdeckungen zu Beginn des Jahrzehnts beginnen sich zu wiederholen. Hier sind unsere Tipps für die größten wissenschaftlichen Fortschritte und überraschenden Entdeckungen des Jahrzehnts.
2010: Das erste synthetische "Leben"
Wissenschaftler verwischten 2010 die Grenze zwischen natürlich und künstlich, indem sie den ersten Organismus mit einem synthetischen Genom schufen. Wissenschaftler des J. Craig Venter Institute haben das Genom des Bakteriums zusammengestellt Mycoplasma mycoides aus mehr als einer Million Basenpaaren DNA. Dann fügten sie dieses vom Menschen hergestellte Genom in ein anderes Bakterium ein. Mycoplasma capricolum, die von seiner DNA geleert worden war. Das M. capricolumBald begann die Maschinerie, die Anweisungen dieses synthetischen Genoms in die Tat umzusetzen und genau so zu reproduzieren M. mycoides würde.
Seit diesem Durchbruch haben Wissenschaftler weitere Fortschritte in der synthetischen Biologie erzielt. 2016 bauten Wissenschaftler mit nur 473 Genen die bislang kleinste synthetische Mikrobe. 2017 kündigten sie die Schaffung von fünf synthetischen Hefechromosomen an; Es ist geplant, alle 16 Chromosomen in Hefe durch synthetische Chromosomen zu ersetzen, die für bestimmte Aufgaben wie die Massenproduktion von Antibiotika oder sogar die Herstellung von Fleisch aus Laboranbau optimiert werden können.
2011: HIV-vorbeugende Behandlung
Heutzutage nehmen viele Menschen mit einem hohen Risiko für die Ansteckung mit dem humanen Immundefizienzvirus (HIV), das AIDS verursacht, eine tägliche Pille ein, um ihr Risiko zu verringern. Im Jahr 2012 genehmigte die US-amerikanische Food and Drug Administration zu diesem Zweck ein Medikament namens Truvada. Es war jedoch eine große Studie, die 2011 veröffentlicht wurde und die Grundlage für diesen grundlegenden Wandel in der HIV-Prävention bildete.
Diese Studie, die die Zeitschrift Science als "Durchbruch des Jahres" bezeichnete, war die erste seit 1994, die einen neuen Weg zur Verhinderung der HIV-Übertragung von einer Person auf eine andere aufzeigte. (1994 berichteten Forscher, dass sie eine pharmazeutische Option gefunden hatten, um die Übertragung von HIV von einer schwangeren Frau auf ihren Fötus zu verhindern.) Die Studie begann 2005 und die Ergebnisse von 2011 waren Zwischenergebnisse. Die Forscher fanden in diesen Daten eine 96% ige Verringerung der HIV-Übertragung. Die endgültigen Daten für die gesamte 10-Jahres-Studie, die 2016 im New England Journal of Medicine veröffentlicht wurden, zeigten eine Verringerung der HIV-Übertragung um 93%.
2012: Higgs Boson
Im Juli 2012 gaben Wissenschaftler des weltweit größten Teilchenbeschleunigers bekannt, dass sie auf Pay Dirt stoßen würden. Experimente am Large Hadron Collider (LHC) hatten endlich Hinweise auf das letzte unentdeckte Teilchen gefunden, das vom Standardmodell der Physik vorhergesagt wurde.
Das Higgs-Boson war gefunden worden. Dies ist das Teilchen, das mit dem Higgs-Feld verbunden ist, einem Energiefeld an der Wurzel, warum Teilchen Masse haben. Teilchen gewinnen an Masse, indem sie über dieses dreidimensionale Feld schleudern und winzige Störungen im Feld verursachen. (Je stärker ihre Wechselwirkungen mit dem Feld sind, desto mehr Masse haben sie.) Wenn das Feld an einer bestimmten Stelle ein starkes Aufflammen der Energie erfährt, emittiert es ein Higgs-Boson. Im Jahr 2013 bestätigten Physiker, dass ihre Beobachtungen von 2012 tatsächlich das schwer fassbare Teilchen waren, das manchmal als "Gottteilchen" bezeichnet wird, weil es allen anderen Teilchen Masse verleiht.
Die Entdeckung der Higgs warf neue Fragen für die Physiker auf. Das Teilchen war etwas leichter als einige seiner Wechselwirkungen mit anderen Elementarteilchen vorausgesagt hätten, was bedeutet, dass entweder jemand die Mathematik vermasselt hat oder es mehr als eine Art von Higgs gibt - vielleicht einschließlich eines schwereren Higgs, das nicht entdeckt wurde. Physiker verwenden jetzt den LHC, um nach diesen möglichen schweren Higgs zu suchen.
Lucas Taylor / CMS
Nachdem die NASA-Sonde Voyager 1 fast 35 Jahre lang an Planeten und Monden vorbeigekommen war, schrieb sie 2013 Geschichte, als Wissenschaftler bekannt gaben, dass das Raumschiff im August 2012 das Sonnensystem offiziell verlassen hatte.
Die Sonde wurde 1977 von der Erde aus gestartet und verbrachte das nächste Jahrzehnt damit, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und ihre Monde zu erforschen. Im Jahr 2013 deuteten die von der Sonde zurückgesendeten Daten auf Änderungen der Elektronendichte um Voyager 1 hin - ein wichtiger Hinweis darauf, dass das Raumschiff die Grenzen des Sonnensystems verlassen hatte. Voyager 1 wird bis etwa 2025 weiterhin Informationen über den interstellaren Raum an die Erde zurücksenden. Danach steht ein langer, ruhiger Ruhestand im Weltraum an, mit der Möglichkeit, dass eines Tages eine fremde Lebensform die kleine Sonde bemerkt und seine goldene Aufzeichnung, eine Zeitkapsel, die Bilder von Menschen, Karten unseres Sonnensystems und andere Hinweise auf die Existenz der Zivilisation auf der Erde enthält.
2014: Gravitationswellen
Vor 2014 hatten Wissenschaftler nur indirekte Beweise für den Urknall, die Theorie, die eine umwerfende Erweiterung des Weltraums beschreibt, die vor 13,8 Milliarden Jahren stattfand und unser Universum hervorbrachte. Aber im Jahr 2014 beobachteten Wissenschaftler zum ersten Mal direkte Beweise für diese kosmische Expansion, die manche als "rauchende Waffe" für den Beginn des Universums bezeichneten.
Diese Beweise kamen in Form von Gravitationswellen, wörtlichen Wellen in der Raumzeit, die vom ersten Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall übrig geblieben waren. Diese Wellen erzeugten Änderungen in der Polarisation im kosmischen Mikrowellenhintergrund, bei dem es sich um Strahlung handelt, die vom frühen Universum übrig geblieben ist. Die Polarisationsänderungen werden als B-Modi bezeichnet. Es waren diese B-Modi, die Wissenschaftler mithilfe des BICEP2-Teleskops (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) in der Antarktis entdeckten.
Seitdem enthüllen Gravitationswellen weiterhin Geheimnisse des Universums, wie die Dynamik der Kollisionen von Schwarzen Löchern und Abstürze zwischen Neutronensternen. Gravitationswellen können sogar helfen, endlich festzustellen, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
2015: Erste CRISPR-Bearbeitung menschlicher Embryonen
Möglicherweise ist die größte biomedizinische Geschichte des Jahrzehnts die Entstehung einer Gen-Editing-Technologie namens CRISPR aus der relativen Dunkelheit. Diese Technologie beruht auf den natürlichen Abwehrmechanismen einiger Bakterien. Es ist eine Reihe sich wiederholender Gensequenzen, die an ein Enzym namens Cas9 gebunden sind, das wie eine molekulare Schere wirkt. Die Gensequenzen können bearbeitet werden, um ein bestimmtes DNA-Segment ins Auge zu fassen und das Cas9-Enzym anzuweisen, hineinzugehen und mit dem Snippen zu beginnen.
Mit diesem System können Wissenschaftler DNA-Teile in lebenden Organismen leicht löschen und einfügen. Diese Fähigkeit hat offensichtliche Auswirkungen auf die Heilung genetisch bedingter Krankheiten - und führt möglicherweise zu maßgeschneiderten Babys. Der erste Schritt auf diesem potenziellen Weg wurde 2015 unternommen, als Wissenschaftler der Sun Yat-sen-Universität in China bekannt gaben, dass sie mit CRISPR erstmals genetische Veränderungen an menschlichen Embryonen vorgenommen hatten. Die Embryonen waren nicht lebensfähig und das Verfahren war nur teilweise erfolgreich - aber das Experiment war das erste, das eine ethische Linie vorantrieb, über die die wissenschaftliche Gemeinschaft bis heute debattiert.
2016: Exoplanet in einer bewohnbaren Zone entdeckt
Der nächste Exoplaneten-Nachbar der Erde, der 2016 entdeckt wurde, ist nicht nur nur 4,2 Lichtjahre entfernt - er hat das Potenzial, Leben zu beherbergen.
Das bedeutet nicht, dass der Planet, Proxima b genannt, sicher bewohnbar ist, aber er befindet sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns, was bedeutet, dass er seinen Stern in einer Entfernung umkreist, die es flüssigem Wasser ermöglichen würde, auf der Oberfläche des Planeten zu existieren. Der Planet umkreist Proxima Centauri; wackelt in den Bewegungen dieses Sterns, als der Planet vorbeiging, was auf die Existenz von Proxima b hindeutet.
Seit der Entdeckung haben Wissenschaftler Superflares mit hoher Strahlung von Proxima Centauri beobachtet, die den Exoplaneten sprengten, was die Überlebenschancen von Proxima b drastisch verringert. Sie haben jedoch auch festgestellt, dass möglicherweise mehr Planeten in der Nähe von Proxima b umkreisen.
2017: Die ältesten Fossilien des Homo sapiens schieben Arten 100.000 Jahre zurück
Wie lange hat Homo sapiens den Planeten durchstreift? Eine im Jahr 2017 angekündigte Entdeckung verschob das Timing auf 300.000 Jahre.
Das sind 100.000 Jahre länger als bisher angenommen. Die Forscher fanden die 300.000 Jahre alten Knochen in einer Höhle in Marokko, in der mindestens fünf Personen während einer Jagd Schutz gesucht haben könnten. Der Entdeckungsort - in Nordafrika, nicht in Ostafrika, wo der bisher älteste Homo sapiens Es wurden Fossilien gefunden - Hinweise darauf, dass sich unsere Art möglicherweise nicht zuerst in Ostafrika entwickelt und später anderswo abgestrahlt hat. Stattdessen, Homo sapiens könnte sich auf dem ganzen Kontinent entwickelt haben.
2018: Erste lebende CRISPR-Babys
Nur drei Jahre nach der ersten Bearbeitung nicht lebensfähiger menschlicher Embryonen mit CRISPR überschritt jemand eine andere Gen-Editing-Linie. Diesmal gab ein chinesischer Wissenschaftler namens Jiankui bekannt, dass er die Genome von zwei Embryonen bearbeitet habe, die dann per IVF (In-vitro-Fertilisation) in den Mutterleib implantiert und geboren wurden: Zwillingsmädchen, die die ersten CRISPR-Babys der Welt sind.
Die von ihm vorgenommene Änderung betraf ein Gen namens CCR5 - eine Änderung, die theoretisch die Kinder weniger anfällig für HIV-Infektionen machen sollte. Viele Wissenschaftler waren entsetzt darüber, dass er in diesem Zusammenhang den Schritt der Geneditierung unternehmen würde, insbesondere angesichts der verfügbaren und weniger technologisch intensiven Methoden zur Vermeidung von HIV (z. B. vorbeugende antiretrovirale Behandlung). Später deuteten die von den Forschern veröffentlichten Daten darauf hin, dass sie tatsächlich eine zuvor unbekannte Mutation bei den Mädchen induziert hatten, anstatt eine bekannte Mutation zu reproduzieren.
Die möglichen Nebenwirkungen für die Mädchen sind noch unbekannt, ebenso wie das Schicksal des Wissenschaftlers, der die Bearbeitung durchgeführt hat. Im Januar 2019 berichtete die New York Times, dass er wahrscheinlich in China strafrechtlich verfolgt wird, obwohl unklar war, nach welchen Gesetzen er angeklagt werden könnte.
2019: Erstes Schwarzlochbild
Schwarze Löcher waren schon immer eine astronomische Faszination: Wir wissen, dass sie da sind, aber weil Licht nicht über ihren Ereignishorizont hinaus entweichen kann, sind sie auch irgendwie unsichtbar.
Bis zu diesem Jahr: Zum ersten Mal haben Wissenschaftler ein Bild eines Schwarzen Lochs aufgenommen. Das Porträtmotiv war ein Schwarzes Loch im Zentrum der Messier 87-Galaxie, das so breit ist wie unser gesamtes Sonnensystem. Das Bild sieht aus wie ein leuchtender Donut aus Materie, der einen Abgrund der Schwärze umgibt. Dies ist der Staub und das Gas, die den Punkt ohne Wiederkehr des Schwarzen Lochs umkreisen. Die Entdeckung brachte den Forschern den Durchbruchspreis 2020 ein, eine der renommiertesten Auszeichnungen in der Wissenschaft. Sie arbeiten jetzt daran, nicht nur Bilder, sondern auch Filme von Schwarzen Löchern aufzunehmen.
