Foto: Index
Pokrenut Index lab
U godini za nama dogodila se još jedna stvar važna za znanost, odnosno za njezinu popularizaciju u Hrvatskoj, koju ne bi trebalo propustiti istaknuti - za Index je počela pisati skupina vrhunskih hrvatskih znanstvenika koju smo nazvali Index lab. Neke od njih zamolili smo da za kraj 2017. predstave i komentiraju neka od najvažnijih novih otkrića po vlastitom izboru.
Evo za što su se odlučili.
Livia Puljak: Umjetna maternica
U svijetu se godišnje rađa oko 15 milijuna nedonoščadi – djece rođene prije 37. tjedna trudnoće – i taj broj se povećava. Komplikacije vezane za prijevremeno rođenje vodeći su uzrok smrti među djecom mlađom od 5 godina. Stoga je ove godine s velikim zanimanjem dočekana vijest o razvoju izvantjelesnog sustava za fiziološku potporu ekstremno prijevremeno rođenima, koji bi se pojednostavljeno mogao nazvati umjetnom maternicom. Emily Partridge i suradnici iz Children's Hospital of Philadelphia objavili su u travnju 2017. opis izvantjelesnog sustava koji je testiran na fetusima janjeta. Sustav čini „biotorba“ građena od prozirnog savitljivog polietilena preko kojeg se promatra i prati plod te omogućuju razna mjerenja izvana. Unutar biotorbe nalazi se plod kojem se dostavljaju kisik pod niskim tlakom i hranjive tvari putem spoja na krvne žile pupčane vrpce. U biotorbi cirkulira otopina elektrolita čiji sastav oponaša amnionsku tekućinu koja se nalazi oko ploda u maternici. Rezultati istraživanja pokazuju kako se plod janjeta, koji je razvojno jednak ekstremno prijevremeno rođenom ljudskom djetetu, može fiziološki podupirati u ovom izvan-materničnom uređaju do 4 tjedna. Uz prikladnu potporu, janjčići su imali normalan rast tijela, zrenje pluća te rast i razvoj mozga. Cilj ovog istraživanja je stvoriti uvjete koji će biti što sličniji životu u maternici kako bi se što više prijevremeno rođene djece održalo na životu i omogućio im se bolji razvoj i zdraviji život.
Iako se radi o istraživanju provedenom na životinjama koje se ne može odmah početi primjenjivati na ljudima, valja napomenuti kako se radi o velikom znanstvenom napretku jer se zadnjih pedesetak godina radilo na izradi takvog sustava koji bi imao ulogu umjetne posteljice, odnosno umjetne maternice.
Pavel Gregorić: Fascinantna nova otkrića o podrijetlu čovjeka
Iako politička zbivanja u 2017. godini baš i ne govore u prilog opravdanosti naziva naše vrste – Homo sapiens (doslovno “pametan čovjek”) – ako pogledate udžbenike iz paleoantropologije, ili Wikipediju, naći ćete podatak da je naša vrsta nastala prije 200,000 godina, od kada potječu najstariji ostaci jedinka vrste Homo sapiens. Naravno, naša vrsta nije nastala odjednom, već evolucijskim procesom specijacije, postupnim promjenama koje su jednu populaciju tijekom tisuća godina prilagodbe okolini učinile odvojenom vrstom od predačke vrste, vjerojatno one koja se danas naziva Homo heidelbergensis.
Kao znanstveni događaj 2017. godine izdvojio bih fosilne nalaze iz Jebel Irhouda u Maroku. Radi se o kostima pet jedinki – troje odraslih, jednog većeg i jednog manjeg djeteta – skupa s tragovima kamenog oruđa, životinjskih kosti i kontrolirane uporabe vatre. Naime, paleoantropolozi su utvrdili da se radi o kostima pripadnika vrste Homo sapiens starima oko 315,000 godina. To je zanimljiva spoznaja iz više razloga.
Prvo, otkrili smo da je naša vrsta bar 100,000 godina starija nego što smo donedavna mislili. Drugo, fosili su nađeni na sjeverozapadu Afrike, što je daleko od mjesta gdje nalazimo većinu ranih nalaza vrste Homo sapiens. Naime, većina najranijih nalaza potječe iz istočne Afrike, a ovaj nalaz pokazuje da je Homo sapiens bio rasprostranjen i po drugim dijelovima afričkog kontinenta, što znači da će teza o istočnoj Africi kao “kolijevci ljudske vrste” morati biti revidirana. To ne znači da će sad Maroko preuzeti epitet “kolijevke ljudske vrste” (iako se ne treba iznenaditi ako bude takvih turističko-marketinških pokušaja), nego da je naša vrsta bila rasprostranjenija nego što se ranije mislilo. Treće, ovo ranije datiranje Homo sapiensa govori u prilog tezi da je prije 300,000 godina Zemljom hodalo više različitih “ljudskih” vrsta (hominina), što otvara zanimljiva filozofska i teološka pitanja. Kad se pitamo je li Homo sapiens jedino inteligentno biće u svemiru, možda bismo se prije trebali pitati nije li već na Zemlji bilo drugih inteligentnih bića.
Ivica Puljak: Gravitacijska astronomija
Naš svemir je zaista čudesno mjesto. Puno spektakularnih pojava, od najsićušnijih pojava na razini kvarkova u protonima i neutronima, dimenzija manjih od 0,000000000000000001 metara, pa sve do granica vidljivog svemira na dimenzijama većima od 100 000 000 000 000 000 000 000 000 metara. Vjerujem da ste i vi, kao i ja, ponosni na činjenicu da smo mi, pripadnici ljudskog roda s dimenzijom od oko jednog metra, uspjeli spoznati prirodu na ovako malim i ovako velikim dimenzijama. I sve to zahvaljujući najmoćnijoj metodi u povijesti ljudskog roda: znanstvenoj metodi. Koja sve neprestano preispituje, dokazuje eksperimentima, pomiče granice i inspirira mnoge ljude da sve bolje razumiju prirodu, a i društvo u kojem živimo.
Jedan od najnovijih prozora za ispitivanje prirode na najvećim udaljenostima i otkrivanje najekstremnijih procesa u prirodi su gravitacijski valovi. Otkriveni u 2015. godini, prezentirani javnosti u 2016. godini, nagrađeni Nobelovom nagradom u 2017., gravitacijski valovi ispunjavaju očekivanja da ćemo pomoću njih nastaviti otkrivati čudesne fenomene u svemiru. Ove godine je otkriven sljedeći fenomen. Dvije neutronske zvijezde, masa oko 1,5 puta većih od Sunca, a promjera oko 20 kilometara (neutronska zvijezda je tako gusta da jedna žličica njenog materijala ima masu oko milijardu tona), udaljene od nas oko 130 milijuna svjetlosnih godina (jedna svjetlosna godina je oko 10 000 milijardi kilometara) uhvaćene su u svom konačnom “ljubavnom zagrljaju”, nakon stotine milijuna godina kruženja jedna oko druge. U tom ujedinjenju dogodilo se nešto zaista spektakularno: izračili su gravitacijske valove snagom većom od snage zračenja svih zvijezda u toj galaksiji zajedno, zatim se dogodila eksplozija “kilonove” kroz koju je u prostor izbačeno teških elemenata oko 16 000 puta više od mase Zemlje, i na kraju su izračene gama zrake energije veće nego što Sunce izrači u nekoliko milijardi godina. Svi ti signali su putovali 130 milijuna godina i stigli na Zemlju 17. kolovoza ove godine. Otprilike u isto vrijeme NASA-in svemirski teleskop u orbiti oko Zemlje je detektirao gama zrake, a LIGO/VIRGO detektori gravitacijskih valova u Americi i Italiji su detektirali gravitacijske valove. Zatim su obavijestili cijelu astronomsku zajednicu na planeti i u kratkom vremenu je 70 teleskopa i drugih instrumenata na Zemlji i u orbiti oko Zemlje, detektiralo signale u raznim područjima elektromagnetskog spektra. Bila je to jedna od najzanimljivijih kampanja promatranja jednog nebeskog fenomena u povijesti znanosti. Rezultati ovog istraživanja su pokazali da se, na primjer, u ujedinjenju ovih neutronskih zvijezda proizvelo zlata i platine mase oko 10 puta veće od mase Zemlje. Sljedeći put kada vam netko pokloni zlato sjetiti se da je taj vrijedni poklon proizveden u spektakularnom sjedinjenju dviju neutronskih zvijezda. A ako vi odlučite pokloniti zlatno nekome, možete toj osobi slobodno reći da ste za nju “skinuli zvijezde s neba”.
Janoš Terzić: Genska terapija konačno radi
Navodim dio opisa spinalne mišićne atrofije iz udžbenika medicinske genetike: ”Ta djeca pokazuju normalnu intelektualnu aktivnost, ali njihova potpuna mišićna slabost koja zahvaća gutanje i respiracijsku (dišnu, op.a.) funkciju uzrokuje smrt u prve dvije godine života”. U sljedećoj rečenici piše: ”...ne postoji učinkovit način liječenja bolesti ili čak odgađanja stupnja progresije.” Iako ovaj opis izgleda kao kratki scenarij horor filma riječ je o sudbini svakog 10,000-tog novorođenčeta. Spinalnu mišićnu atrofiju uzrokuju abnormalnosti (mutacije) u genu SMA1, zbog čega propadaju živci (tzv. motoneuroni) koji podražuju mišiće, pa iako su mišići zdravi ne mogu se stezati (kontrahirati).
Novo istraživanje, objavljeno prije dva mjeseca, daje naslutiti da će se sudbina te djece promijeniti. U navedenom istraživanju doktori su petnaestorici bolesne djece intravenoznom injekcijom dali zdravi gen SMA1 pakiran unutar virusa koji ga odnosi u motoneurone. Nakon jednokratne primjene lijeka (zdravi gen SMA1 u virusu) sva su djeca doživjela 20. mjeseci života dok bi bez terapije tu dob dočekalo samo jedno dijete. Najbolje od svega je da Evelyn Villarreal, djevojčica iz studije, uskoro slavi treći rođendan te da, kao još jedan dječak, zahvaljujući provedenoj genskoj terapiji može hodati i trčati. Ovo istraživanje je moj izbor znanstvenog prodora godine jer predstavlja ogroman napredak (ne samo statističko poboljšanje) u liječenju spinalne mišićne atrofije te konačno potvrđuje da genska terapija može raditi ono što se je od nje desetljećima i očekivalo - da učinkovito liječi ljude.
Dario Hrupec: Novi pristup istraživanju svemira
Ljudi su svemir počeli opažati najprije golim okom pa onda sve boljim optičkim instrumentima. Ta su se opažanja temeljila na vidljivoj svjetlosti, koja je tek jedna vrsta elektromagnetskog zračenja. Kasnije su razni novi instrumenti omogućili opažanja kozmičkih objekata i pojava u drugim dijelovima elektromagnetskog spektra: od radiovalova do rendgenskog i gama-zračenja. Istodobno opažanje istog izvora u različitim dijelovima elektromagnetskog spektra pokazalo se izuzetno korisnim za razumijevanje fizičkih pojava. Takav pristup nazivamo viševalnom (multiwavelength) astronomijom. U svim tim slučajevima nositelj informacija – ili glasnik – je uvijek isti. To je kvant elektromagnetskog zračenja ili foton.
No, foton nije jedini mogući glasnik iz svemira. Informacije iz svemira danas nam donose primjerice i kozmičke zrake, astrofizički neutrini i gravitacijski valovi. Kad su 40-ih godina prošlog stoljeća kozmičke zrake sa Sunca prvi put opažene relativno istodobno sa Sunčevim bljeskovima, rodila se ideja istodobnog opažanja istog izvora pomoću različitih glasnika: višeglasnička (multimessenger) astronomija. Četrdeset godina kasnije, 1987. godine, opažena je supernova SN 1987A istodobno u vidljivoj svjetlosti i u astrofizičkim neutrinima. Bio je to drugi primjer višeglasničke astronomije. Ovaj put izvor je bio izvan Sunčevog sustava. Međutim, slijedilo je još jedno četrdesetogodišnje zatišje. Konačno, pravi proboj dogodio se u drugoj polovici 2017. godine, istodobno na dva fronta.
U kolovozu 2017. detektor gravitacijskih valova LIGO opazio je stapanje dviju neutronskih zvijezda u galaksiji NGC 4993, od nas udaljenoj 134 milijuna svjetlosnih godina. Bila je to peta izravna detekcija gravitacijskih valova, a događaj je dobio naziv GW170817. Samo 1,7 sekundi kasnije iz istog je objekta satelit Fermi opazio provalu gama-zračenja (gamma-ray burst). Taj je događaj dobio naziv GRB 170817A. Kombinacija GW170817 & GRB 170817A je izvanredan primjer višeglasničke astronomije koji je bio vrlo plodonosan. Između ostalog: potvrdio je Einsteinovo načelo ekvivalencije, potvrdio je da gravitacijski valovi putuju brzinom svjetlosti, eliminirao je neke alternativne teorije gravitacije.
U rujnu 2017. detektor astrofizičkih neutrina IceCube, smješten duboko u ledu Južnoga pola, opazio je neutrino iz blazara TXS 0506+056. Nešto kasnije, signal iz istog izvora opazili su satelitski detektor gama-zračenja visokih energija Fermi i, što je posebno važno, zemaljski detektor gama-zračenja vrlo visokih energija MAGIC (na kojem rade oba Indexova kolumnista-fizičara: Ivica Puljak i ja). Taj primjer višeglasničke astronomije povijesni je događaj za astronomiju i, po mojem izboru, je naj-događaj astronomije za 2017. godinu.