Zece evenimente științifice ale anului 2022: de la exorcizarea materiei întunecate la catastrofa chineză

Anul trecut a fost marcat atât de descoperiri științifice majore, cât și de un eșec științific extrem de trist, care a dus la pierderi masive de vieți omenești. Naked Science va încerca să vă vorbească atât despre partea bună, cât și despre cea rea.

1. Materia întunecată este alungată din galaxii

Importanța materiei întunecate în înțelegerea Universului din jurul nostru nu poate fi supraestimată. După cum am mai scris, faptul că este vorba de particule sau de altceva determină în mod direct nu doar istoria Universului, ci și viitorul acestuia. Inclusiv, foarte probabil, viitorul speciei umane - pentru că integritatea galaxiei noastre este, de asemenea, legată de ceea ce este cu adevărat materia întunecată.

Și acum, o nouă lucrare științifică din acest an rezumă dovezile care se adună de ani de zile: nu există materie întunecată în jurul nostru. Adică, există cu siguranță, dar este foarte departe de oameni și de stele. De exemplu, după cum subliniază corect autorii, dacă particulele de materie întunecată ar fi fost găsite în cantitățile așteptate în interiorul discului galactic al Căii Lactee, nu ar fi existat niciun cablu de legătură în interiorul acesteia (adică în galaxia noastră).

Un jumper este o structură uriașă formată din multe stele și gaze, care trece de obicei prin centrul galactic și traversează vizual discul galactic. Particularitatea joncțiunilor este că se rotesc, iar în majoritatea galaxiilor, acolo unde există, se rotesc destul de rapid. Între timp, dacă în interiorul discului galactic ar exista o cantitate semnificativă de materie întunecată, distribuită cel puțin aproximativ uniform, orice structură masivă cu rotație rapidă care trece prin disc ar fi serios încetinită.

Faptul că acest lucru nu se întâmplă este aproape imposibil de reconciliat cu prezența materiei întunecate în discul galactic însuși. În același timp, concluziile autorilor lucrării, conform cărora acest lucru nu poate fi împăcat cu existența materiei întunecate, pot fi premature.

Adevărul este că o întreagă clasă de ipoteze nu necesită prezența materiei întunecate în discul galactic. De exemplu, în modelul lui Nikolai Gorki, care se bazează pe datele obținute de telescopul gravitațional LIGO, materia întunecată este un grup globular dens de găuri negre cu o masă de zeci de mase solare. Astfel de "roiuri globulare întunecate" nu se pot afla în interiorul discului galactic propriu-zis, ci formează un fel de "halo galactic întunecat", un "nor" invizibil de materie întunecată în interiorul căruia se află discul galactic.

2. Prima schimbare de curs a unui asteroid de către oameni

Se știe că asteroizii de mari dimensiuni care cad pe Pământ pot provoca extincții în masă și o iarnă globală de mai mulți ani. Chiar și corpurile mai mici provoacă incendii la nivel planetar și moartea în masă a oamenilor și a animalelor (acest lucru s-a întâmplat cu o duzină de mii de ani în urmă). Deloc surprinzător, NASA a efectuat un "exercițiu anti-asteroid" pe 26 septembrie 2022, încercând să deturneze cel puțin modestul asteroid Dimorph, cu o lungime de 160 de metri, de la cursul său.

O sondă DART, care cântărea doar 0,6 tone, a lovit asteroidul și a fost destul de eficientă. Din cauza vitezei mari de impact (șase kilometri pe secundă), parametrii orbitali ai lui Dimorphus s-au schimbat dramatic. Acest asteroid din apropierea Pământului este un satelit al asteroidului Didymus, mai mare. Înainte de impactul cu sonda DART, Dimorph a orbitat în jurul lui Didymus în 11 ore și 55 de minute; după ce a orbitat în jurul lui Didymus în 11 ore și 23 de minute. Viteza sa generală s-a schimbat și ea. Deși valoarea modificării pare neglijabilă, 0,4 milimetri pe secundă, pentru un asteroid cu timpul său de apropiere de planeta noastră, de obicei enorm, acest lucru este destul de grav.

Adevărul este că astronomii pot spune, de obicei, pe parcursul mai multor ani, ce asteroid este posibil să se ciocnească cu Pământul. La urma urmei, mai întâi face mai multe "cercuri" în jurul planetei noastre, apropiindu-se treptat de ea înainte de impact. Prin modificarea în avans a vitezei sale, chiar și cu o cantitate mică, este destul de realist să se obțină o "ratare" din partea unui corp periculos.

Un alt lucru este că există o categorie de asteroizi cu adevărat "imprevizibili", cum ar fi cei interstelari. Aceștia pot "apărea de nicăieri, fără a tăia cercuri în jurul nostru. Oamenii de știință ar observa atunci asteroidul prea târziu pentru a-l devia cu un impact slab. În acest caz, ar trebui să fie detonat un focos termonuclear puternic. Chiar și așa, primele "exerciții anti-asteroizi" sunt foarte utile. Pentru a învăța cum să deviezi ceva cu adevărat periculos, este o idee bună să te confrunți mai întâi cu ceva moderat de periculos.

3. Complexitatea vieții pe Pământ a fost creată de diapozitivele de oxigen

Încă de pe vremea lui Charles Darwin a fost nedumerit de ce viața pe Pământ a fost la început destul de simplă pentru o lungă perioadă de timp, dar apoi, în urmă cu aproximativ jumătate de miliard de ani, a avut loc brusc o "explozie cambriană". O nouă lucrare din 2022 a făcut lumină asupra motivelor pentru "accelerarea" dramatică a evoluției Pământului în ultimele sute de milioane de ani. Iar răspunsul a fost cu totul neașteptat.

Schema obișnuită de complicare a vieții, presupusă de oamenii de știință mai devreme, era următoarea: odată cu acumularea de oxigen în atmosfera Pământului, a devenit mai ușor pentru ființele vii să construiască organisme mari și complexe, care au nevoie de o cantitate mare de oxidant eficient, chiar oxigenul. Oxigenul s-a acumulat ușor în atmosferă de la apariția fotosintezei până chiar înainte de explozia cambriană - și tocmai această creștere a concentrației a fost cea care a făcut posibil saltul evolutiv.

Acum, oamenii de știință au reconstituit concentrația de O2 pe Pământ (comparând cantitatea de izotopi de carbon din diferite straturi) pentru ultimele două miliarde de ani și au descoperit ceva neașteptat. Nu a existat o "acumulare treptată de oxigen". Dimpotrivă, planeta se confruntă cu o "alunecare a oxigenului", în care, în urmă cu 750 de milioane de ani, în aer era 12% oxigen (chiar și oamenii pot respira atât de mult), iar în urmă cu 720 de milioane de ani era doar 0,3%, adică de 40 de ori mai puțin. Fluctuații similare s-au repetat de foarte multe ori și au luat sfârșit abia în momentul în care viața s-a instalat pe uscat - acum mai puțin de 450 de milioane de ani.

4. Cea mai mare bacterie

În Antilele Franceze, bacteria Thiomargarita magnifica (Perla sulfuroasă Magnifica) a fost descoperită, nu ca o bacterie normală, ci vizual, fără microscop. Acest lucru se datorează faptului că este cea mai mare bacterie cunoscută de om. Celulele sale subțiri ating până la 20 de milimetri în lungime, un ordin de mărime sau mai mult decât orice specimen cunoscut anterior.

După cum știm din manualele de biologie, bacteriile nu pot fi prea mari, deoarece moleculele de nutrienți din ele se răspândesc doar prin difuzie, care se întâmplă foarte încet. Prin urmare, celulele cu adevărat mari - de exemplu, celulele musculare umane cu o lungime de zeci de centimetri - nu pot fi decât eucariote, organisme ca mine și ca tine, care au în interiorul celulei un set întreg de organite speciale care simplifică "schimbarea" substanțelor necesare în celulă.

Deci: Perla de sulf are și ea ceva asemănător cu organitele. O "pungă" imensă (două treimi din volum) de lichid creează o presiune internă, permițând substanțelor să se răspândească mai repede în restul celulei. Mai mult: ADN-ul din interiorul acestei bacterii nu plutește, ci este izolat într-o altă "pungă" - la fel ca ADN-ul din nucleul celulelor noastre.

Știind toate acestea, este greu de surprins că bacteria a fost descoperită în urmă cu un deceniu. Dar în primii cinci ani a fost confundată cu o ciupercă foarte ciudată, iar în al doilea an au încercat să înțeleagă cum este posibilă o bacterie de asemenea dimensiuni și dacă este o bacterie sau un fel de eucariot ciudat.

5. Cea mai practică manifestare științifică: orez multianual

De fapt, orice orez este prin definiție peren, spre deosebire de grâu, de exemplu. Cu toate acestea, orezul standard, care încolțește chiar și în al doilea an, are un randament prea mic. Prin urmare, în practică, femeile și copiii din lumea a treia plantează manual plantele tinere de orez (acestea sunt prea delicate pentru a fi mecanizate), ceea ce necesită o muncă extrem de intensă și adaugă mult la costul produsului final.

Nu este surprinzător faptul că încercările de dezvoltare a orezului perene au început încă din 1990. Dar rezultatele obținute de crescători au avut randamente slabe sau alte neajunsuri.

În 2022, oamenii de știință chinezi au rezumat rezultatele unui experiment cu orez, o nouă încercare de a rezolva o problemă veche. Fermierii implicați în experiment au reușit: au recoltat opt culturi în patru ani și abia în al cincilea an randamentul orezului a început să scadă atât de mult încât au fost nevoiți să planteze din nou.

Semnificația acestui rezultat este enormă. Costurile fermierilor cu noua cultură au scăzut la aproximativ jumătate, deși necesitatea de a aplica erbicide a crescut ușor. Principalul lucru, însă, nu sunt nici măcar banii. Țările asiatice devin mai bogate și, odată cu banii, și ratele de fertilitate. Demografii estimează că, până în 2100, populația Chinei va fi la jumătate față de cea de astăzi și că, până atunci, majoritatea chinezilor vor fi, inevitabil, pensionari în vârstă. S-ar putea să nu mai fie nimeni care să planteze orez manual în fiecare an. Prin urmare, succesul crescătorilor nu poate fi supraestimat.

În mod separat, nici CRISPR, nici metodele OMG nu ar fi obținut singure un astfel de rezultat, deoarece trăsăturile necesare în acest caz sunt poligenice (codificate de mai multe gene în același timp), iar ingineria genetică în sine nu ar fi fost capabilă să obțină rezultatul dorit într-un timp rezonabil. Cu toate acestea, încrucișarea liniilor anuale de orez asiatice cu linii perene africane a dat oamenilor de știință rezultatul dorit. Acest lucru subliniază încă o dată: potențialul de ameliorare în agricultură este încă uriaș și, în multe domenii, mai mult decât metodele promovate în mod aparent exagerat și mediatizate (tot CRISPR și altele), care, în practică, au serioase dezavantaje practice care le limitează încă utilitatea.

6. Descoperirea termonucleară

În decembrie 2022, SUA au reușit să încălzească o țintă de combustibil de fuziune folosind 2,15 megajouli, obținând în același timp 3,22 megajouli. Din punct de vedere științific, rezultatul este uriaș: înainte de aceasta, cel mai bun raport obținut era de 1,5 la 1, nu de 1 la 1,5 ca aici.

În același timp, în realitate, a fost nevoie de 322 megajouli pentru a alimenta sistemul laser din experiment (și nici măcar nu a fost vorba de întregul cost energetic al experimentului). Așadar, din punct de vedere ingineresc sau energetic, noul experiment nu a reprezentat o descoperire. Da, laserele utilizate în acel experiment nu au fost optimizate pentru această sarcină. Dar chiar și cu cele mai moderne lasere, eficiența energetică a "aprinderii" combustibilului de fuziune în cadrul experimentului nu ar fi putut crește de mai mult de 20 de ori. Cu alte cuvinte, în ceea ce privește tehnologiile imaginabile în prezent, cheltuiala de energie ar trebui totuși să depășească de cel puțin cinci ori randamentul reacției termonucleare conform noii "rețete".

7. ADN-ul antic

Echipa renumitului om de știință Eské Willerslev a făcut o adevărată descoperire în studiul vieții din trecut: a reușit să izoleze o bogăție de ADN datând de acum două milioane de ani din solul celui mai nordic punct al Groenlandei (la nord nu mai există pământ pe Pământ).

Rezultatul este remarcabil din două puncte de vedere. În primul rând, s-a dovedit că ecosistemul din cel mai nordic punct al țării era foarte exotic. Nu există taiga, ci mai ales păduri de plopi și mesteceni cu frunze largi, dar cu câteva pete de thuja. Și în această pădure umblau mastodonții, iar renii și iepurii săreau. Dar mai ales locuitorii zonei de coastă au fost surprinzători - printre ei se aflau corali care formează recife. În zilele noastre, nu doar în Groenlanda, ci și în Canada, nu veți găsi recife de corali în apele de mică adâncime: este prea frig. Prezența unor astfel de recife la acea vreme implică implicit faptul că Oceanul Arctic la acea vreme nu prea îngheța, nici măcar iarna (coralii din genul Merelindae pur și simplu nu ar fi rezistat la astfel de temperaturi).

Iar acest lucru în sine este deja o senzație, de o importanță crucială, având în vedere că încălzirea globală ne readuce clima la ceea ce era acum câteva milioane de ani. Se pare că există o șansă ca Oceanul Nord să nu înghețe în timpul vieții noastre.

8. Amputație antică

Unele domenii ale medicinei sunt considerate atât de complexe încât se presupune în mod implicit că nu ar fi putut exista înainte de apariția civilizației avansate. Acesta a fost cazul amputării membrelor rănite. Pacientul trebuie să fie anesteziat (sau securizat în vreun fel), mușchii, pielea și tendoanele trebuie să fie tăiate pentru a nu se produce ulterior o septicemie. Din nou, fără dezinfectarea instrumentelor de amputare, este puțin probabil ca acest lucru să funcționeze.

Anul acesta, însă, Nature a publicat o lucrare care arată că prima amputație cunoscută a avut loc acum 31.000 de ani, în adâncul paleoliticului. Scheletul unui tânăr din Borneo prezintă urme de amputare a treimii inferioare a piciorului stâng, dar acesta a trăit între șase și nouă ani după operație, ceea ce înseamnă că operația în sine a fost un succes. Se pare că, la acea vreme, oamenii din Borneo cunoșteau deja foarte bine anatomia umană, plantele medicinale și chirurgia de bază. Toate acestea sunt constatări foarte neașteptate, având în vedere epoca la care se referă.

Problema cheie aici nu este nici măcar obținerea tuturor acestor cunoștințe. Teoretic, un vrăjitor foarte capabil ar putea acumula astfel de cunoștințe de-a lungul unei vieți lungi. Dar probabilitatea ca arheologii să fi dat peste rezultatele unui geniu solitar este foarte mică. Este mai probabil ca, cel puțin în Borneo, astfel de cunoștințe extrem de complexe să fi fost transmise cumva din generație în generație - chiar și fără existența scrisului, păstrând toate detaliile pe cale orală. Iar acest lucru poate indica faptul că alte cunoștințe complexe ar fi putut fi acumulate de oameni încă din paleolitic.

9. Un cercetător rus propune o nouă ipoteză privind originea apei de pe Pământ

Problema originii apei de pe planeta noastră nu este una ușoară. Pământul s-a format adânc în interiorul "liniei zăpezii", regiunea din sistemul solar în care radiațiile stelare evaporă apa. Adică, chiar și în stadiul de formare a "cărămizilor" sale, planetesimalele, nu ar fi putut exista prea multă apă în ele. În plus, formarea planetelor a avut loc în urma impactului unor asteroizi uriași. În același timp, a fost eliberată o cantitate mare de căldură, ceea ce a făcut ca suprafața planetei să fie relativ lipsită de apă.

Marte reprezintă o problemă suplimentară serioasă pentru apa de pe Pământ. În momentul formării sale, a primit de trei ori mai puține radiații solare decât Pământul. Și cel puțin la începutul istoriei sale, ar fi trebuit să aibă mai multă apă decât planeta noastră. Cu toate acestea, în practică, fostul fund al mării ocupă mai puțin de jumătate dintr-o a patra planetă. Iar noi avem trei sferturi din ea. Cum s-a putut întâmpla acest lucru? Este puțin probabil să fie din cauza gravitației marțiene mai scăzute: Ceres și lunile mari ale lui Jupiter și Saturn au o gravitație chiar mai slabă decât Marte. Dar există mult mai multă apă acolo, așa cum ar trebui să fie, având în vedere că Ceres și corpurile mai îndepărtate se află mai departe de Soare.

Au existat încercări de rezolvare a problemelor cu ipoteze ipotetice de "cârje". De exemplu, că apa a fost adusă pe Pământ și pe Marte de comete și asteroizi din regiunile exterioare ale sistemului solar, dincolo de linia zăpezii. Doar izotopii de hidrogen și azot (și nu numai ei) de pe corpurile din sistemul solar exterior nu coincideau cu raportul izotopic al Pământului sau cu cel al lui Marte.

Renumitul chimist rus Artem Oganov și un grup de coautori au reușit să ofere o soluție destul de neașteptată la această problemă. Prin calcule, ei au descoperit că modificările unui singur silicat (α-Mg2SiO5H2 și β-Mg2SiO5H2) își păstrează stabilitatea și capacitatea de a reține hidrogenul și oxigenul la aproximativ 2,6-3,4 milioane de metri al atmosferei terestre. Și chiar și la temperaturi de mii de kelvin, adică chiar și în centrul planetei noastre.

Într-un comentariu pentru Naked Science, Artem Oganov a declarat că, în primele zeci de milioane de ani din istoria Pământului, când fierul topit se scufunda în centrul planetei, forțând silicații mai ușori să ajungă în zona de adâncime mai mică, compusul prezis a început treptat să se descompună. Presiunea din mantaua, unde s-au deplasat din nucleu, era prea scăzută pentru ca acest compus să existe acolo. Iar la descompunere, 11 % din compusul rezultat (în greutate) era apă.

10. Dezastrul chinezesc

Pe lângă realizările științifice ale anului, există întotdeauna - inevitabil - și eșecurile științifice ale anului. Anul acesta a fost unul dintre cele mai mari, așa că va costa viața a cel puțin un milion de oameni. Este, de asemenea, un eșec care va afecta puternic economia mondială (într-o măsură mai mare) și Rusia (într-o măsură mai mică).

Vorbim despre sfârșitul politicii "zero covid". Din această cauză, ratele de infectare în China se raportează la zeci de milioane de persoane pe zi. Ratele de mortalitate nu au fost încă anunțate (rețineți că este puțin probabil ca datele referitoare la un focar atât de mare să poată fi procesate rapid), dar acestea trebuie să fie foarte ridicate.

Pentru a înțelege cât de mare este, merită să ne uităm la focarul Omicron din Hong Kong. La o populație de 7,4 milioane de locuitori, 963.000 de persoane s-au îmbolnăvit, dintre care 6.866 au murit. Aceasta este de 0,7 la sută - în ciuda faptului că în Hong Kong, spre deosebire de Rusia, oamenii au fost testați în masă, ceea ce înseamnă că identificarea bolii a fost mult mai precisă.

China continentală are o populație de 186 de ori mai mare decât cea a Hong Kong-ului. Datorită eliminării politicii de toleranță zero, nu fiecare a opta persoană ar fi fost infectată acolo, ca în Hong Kong (unde politica nu fusese abolită atunci), ci practic toată lumea. La o rată de mortalitate de 0,7%, aceasta ar însemna 10 milioane de decese - aproximativ numărul de oameni care au murit pe câmpurile de luptă ale Primului Război Mondial.

Rata reală a deceselor ar fi totuși mai mică: o parte din populație este formată din copii (aceștia poartă boala mai ușor), o parte va fi revaccinată (rata de revaccinare în RPC este mult mai mare decât în Hong Kong). În cele din urmă, Hong Kong este mult mai aproape de stilul de viață occidental, astfel încât are un procent mult mai mare de persoane obeze, în rândul cărora mortalitatea prin coronavirus este deosebit de ridicată.

Dar chiar dacă reducem în mod arbitrar letalitatea coronavirusului pentru China de zece ori, tot vom ajunge la cel puțin un milion de decese ca urmare a celui mai mare eșec științific din 2022. Aceasta este o cifră uriașă și o tragedie umană uriașă. China va pierde probabil tot atâția oameni câți au fost uciși în războiul din Vietnam din toate părțile, numai că nu într-un deceniu, ci într-o lună sau două.

De ce am plasat acest eveniment în topul celor mai importante zece evenimente științifice din 2022? Pentru că acest lucru nu s-ar fi întâmplat fără greșeli științifice grave.

Adevărul este că oamenii de știință chinezi au analizat experiența epidemiei Omicron din Hong Kong, dar au tras concluzii greșite. În loc să concluzioneze că vaccinurile chinezești - pe platforma tradițională a coronavirusului inactivat - au fost ineficiente în protejarea împotriva omicronului, care a cauzat 0,7% din decese, cercetătorii din RPC au tras aproape concluzia opusă.

Aceștia au comparat protecția împotriva spitalizării și a decesului la persoanele revaccinate cu vaccinul chinezesc și Faiser (un vaccin cu ARNm dezvoltat în Occident). Cercetătorii au concluzionat că ambele vaccinuri au oferit o protecție de 98% împotriva infecției și a decesului. Acesta este un nivel apropiat de maximul posibil, deoarece, în rândul populației actuale, aproximativ două procente nu au imunitate la nimic și oricum nu pot fi protejați de boală cu un vaccin sau cu orice altceva.