1. Suche nach dem „Gottesteilchen“ – dem Higgs-Boson
Okay, wir haben alle gesehen, wie Brian Cox das gebannte Publikum mit seiner silbernen Zunge in der BBC fesselte und auf die Suche nach dem Gottesteilchen – auch bekannt als Higgs-Boson – anspielte. Was genau ist dieses „Gottesteilchen“ und was wird sich ändern, wenn es endlich entdeckt wird?
Das Higgs-Boson ist ein hypothetisches Elementarteilchen, dessen Existenz vom Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagt wird und dessen Existenz, vereinfacht gesagt, erklären wird, warum fundamentale Teilchen wie Quarks und Elektronen Masse haben. Das Teilchen wurde von Leon Lederman, einem amerikanischen Experimentalphysiker und Nobelpreisträger, als „Gottesteilchen“ bezeichnet, weil das Teilchen eine entscheidende Rolle in der grundlegenden Funktionsweise der Physik im 21. Jahrhundert spielt und gleichzeitig erstaunlich schwer fassbar ist.
Seit Jahren sehnen sich Physiker danach, einen Blick auf das Teilchen zu erhaschen, und zwar so sehr, dass sie 10 Milliarden Dollar für den Large Hadron Collider am CERN ausgegeben haben, einem Teilchenbeschleuniger vor den Toren von Genf in der Schweiz. Nach jahrelanger Mühe scheinen sie endlich kurz davor zu sein, das „verdammte“ Teilchen zu finden (manche Physiker nennen es so, weil sie sich bei dem Versuch, es einzufangen, frustriert die Haare ausreißen), und zwar im Dezember 2011 Im CERN herrschte reges Treiben, als Daten erfasst wurden, die dem Higgs-Boson ähneln. Wenn zukünftige Daten, die später in diesem Jahr gesammelt werden sollen, die Entdeckung vom letzten Dezember bestätigen, wird die Erfassung des Higgs wahrscheinlich als eine der großen Entdeckungen des 21. Jahrhunderts angesehen.
2. Die ultimative Anti-Aging-Creme
Der heilige Gral der Kosmetik; der mythische Jungbrunnen – nun scheint es wahrscheinlich, dass wir kurz davor stehen, die ultimative Anti-Aging-Formel zu entdecken. Nun ja, vielleicht auch nicht; Aber zumindest gibt es eine theoretische Grundlage für die Gentherapie in der Medizin, die nun darauf abzielt, den Alterungsprozess zu verlangsamen und umzukehren sowie die Prozesse von Krankheiten wie Krebs zu beeinflussen.
Wissenschaftler der Harvard Medical School haben einen genetischen Mechanismus entdeckt, der es ihnen ermöglicht, Labormäuse künstlich zu altern und dann zu verjüngen. Somit ist es theoretisch möglich, einige Auswirkungen des Alterungsprozesses bei Säugetieren umzukehren. Dies erreichten sie, indem sie einen genetischen Schalter am Gen schufen, der die Expression von Telomerase steuert, einem Enzym, das die Reparatur von Telomeren (sich wiederholende DNA-Stränge, die die Enden der Chromosomen schützen) steuert, die für den Alterungsprozess von entscheidender Bedeutung sind an Krebs beteiligt sein. Diese Forschung hat das Potenzial, in der Zukunft erhebliche Fortschritte bei der Behandlung von Krankheiten wie bösartigen und altersbedingten Erkrankungen zu erzielen.
3. Zeitreisen sind also möglich?
Nun ja, vielleicht, aber unwahrscheinlich, so die Mehrheit der Physiker. Im September 2011 sorgten Forscher der OPERA-Kollaboration für Aufsehen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, als sie bekannt gaben, dass sie Neutrinos (kleine subatomare Teilchen) gemessen hatten, die sich scheinbar schneller als Lichtgeschwindigkeit fortbewegten. Der arme Einstein würde sich bei dieser Nachricht im Grab umdrehen; Dies würde nicht nur seine Theorie der speziellen Relativitätstheorie verletzen, sondern auch die grundlegenden Grundlagen der theoretischen Physik erschüttern.
Die Mehrheit der wissenschaftlichen Gemeinschaft beurteilt die Ergebnisse jedoch zweifelhaft und weist darauf hin, dass es sich bei den Ergebnissen um eine Anomalie handeln müsse. Die Physiker bemühen sich nun darum, das Experiment später in diesem Jahr unabhängig zu wiederholen. Dabei werden Neutrinos auf einen Hunderte Kilometer entfernten Detektor abgefeuert und die für die Reise benötigte Zeit gemessen. Sobald dies reproduziert ist und abhängig von den Ergebnissen, werden die Physiker entweder aufatmen oder in eine Phase der Massengruppenhysterie eintreten; Dem Begriff „Unsicherheit“ in der Wissenschaft eine neue Bedeutung hinzufügen.
4. Suche nach extrasolaren Planeten in der Goldlöckchen-Zone
Alle reden darüber – in der Presse, in den Medien und bei jeder Gelegenheit im Fernsehen – „Sind wir allein?“ Nun, die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die möglicherweise Leben beherbergen könnten, nahm im vergangenen Dezember einen großen Schritt nach vorne, als Astronomen am Ames Research Center der NASA bekannt gaben, dass sie den bisher besten Kandidaten für einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden hatten, der möglicherweise Leben beherbergen könnte .
Der Planet, der nach dem Teleskop, mit dem er zum ersten Mal entdeckt wurde, liebevoll Kepler-22b genannt wird, befindet sich genau in der Mitte der vorgeschlagenen bewohnbaren Zone seines Sterns – der „Goldlöckchen-Zone“. Obwohl nicht viel über die Zusammensetzung des Planeten bekannt ist (er ist 600 Lichtjahre entfernt, das entspricht 3,5 x 1015 Meilen), ist er 2,4-mal so groß wie die Erde und umkreist alle 290 Tage seine Sonne. Wenn es eine Oberfläche hat, gehen Wissenschaftler davon aus, dass die Oberflächentemperatur bei etwa 210 °C liegen würde – perfekt für Leben.
Die Suche geht weiter und eines Tages könnten wir tatsächlich den perfekten extrasolaren Planeten finden – einen, auf dem sich Leben befindet (erkennbar an der Anwesenheit von Sauerstoff und anderen Nebenprodukten des Lebens in der Atmosphäre); Das Problem besteht darin, dorthin zu gelangen oder überhaupt Hallo zu sagen.
5. Forschung an menschlichen Stammzellen
Die Verwendung menschlicher Embryonen als Quelle für Stammzellen ist immer noch umstritten, doch in den letzten Jahren haben Wissenschaftler das Problem endlich gelöst und sind nun in der Lage, im Labor einen nahezu unbegrenzten Vorrat an Stammzellen herzustellen, ohne Embryonen zu zerstören. Dieses unbegrenzte Angebot hat der Stammzellenforschung Tür und Tor geöffnet und es Forschern ermöglicht, neuartige Therapien für Erkrankungen wie Blindheit und Parkinson bis hin zu wirksamen Behandlungen für Rückenmarksschäden zu entwickeln.
Stammzellen kommen in allen mehrzelligen Organismen vor und können sich in viele verschiedene spezialisierte Zelltypen teilen und differenzieren. Sie sind praktisch eine „Wildcard“-Zelle. Wenn sie in den menschlichen Körper eingeführt werden, neigen sie dazu, sich in die sie umgebenden Zellen zu verwandeln. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf die Medizin, und mittlerweile wird weltweit an der Suche nach wirksamen Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Amyotrophe Lateralsklerose (die hier in Irland eine besondere Bedeutung hat, da Prof. Orla Hardiman vom Beaumont Hospital als einer der weltweit führenden Wissenschaftler gilt) geforscht Forscher auf diesem Gebiet), Herzschäden nach einem Herzinfarkt, Blindheit, Taubheit, Hauterkrankungen, Arthritis, Alzheimer und Parkinson, um nur einige zu nennen. Beobachten Sie diesen Bereich. Es ist die Zukunft der Medizin.
6. Quantencomputing
Mit dem Aufkommen von Quantencomputern, einem Begriff, der schon seit einigen Jahren in aller Munde ist, könnte sich die Revolution der Quantenphysik bald auszahlen. Das Versprechen superschneller Computer, die bestimmte Berechnungen milliardenfach schneller durchführen als jeder siliziumbasierte Computer und die in reiner Rechenleistung sogar das menschliche Gehirn übertreffen könnten, ist möglicherweise nicht mehr allzu weit entfernt. Ende letzten Jahres wurde ein weiterer Meilenstein im Wettlauf um die Entwicklung des ersten praktischen Quantencomputers erreicht, als ein Team am Zentrum für Quantenphotonik der Universität Bristol einen Mikrochip entwickelte, der Verschränkung und Mischung manipuliert und misst, zwei Quantenphänomene, die Grundprinzipien des Quantencomputings sind .
Die wichtigsten potenziellen Anwendungen des Quantencomputings liegen in der Kryptographie und Kommunikation; Doch das Potenzial für die Entwicklung der ersten künstlichen Intelligenz ist mittlerweile in greifbare Nähe gerückt.
7. Kann Arsen wirklich ein Baustein des Lebens sein?
Das Element Arsen, das historisch als „Gift der Könige“ bezeichnet wurde, weil es als Gift der herrschenden Klassen bei der gegenseitigen Beseitigung beliebt war, ist hochgiftig für alles bekannte Leben auf der Erde, oder zumindest dachten wir das bis vor ein paar Jahren vor.
NASA-Wissenschaftler haben im lebensfeindlichen Mono Lake in den USA eine neue Mikrobe entdeckt, die das tödliche Gift Arsen als Bestandteil ihrer biochemischen Maschinerie anstelle von Phosphor verwendet und damit die Art und Weise, wie Wissenschaftler traditionell über die Biochemie des Lebens denken, auf den Kopf stellt.
Traditionell waren die sechs Grundbausteine allen Lebens auf der Erde Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor, wobei der Mischung eine Prise Spurenelemente beigemischt wurde. Die neue Entdeckung sieht vor, dass Arsen Phosphor als Element des strukturellen Rückgrats der DNA in der Mikrobe ersetzt und damit den Weg für eine Änderung in der Art und Weise ebnet, wie Wissenschaftler die Möglichkeit von Leben in ehemals feindseligen Umgebungen sehen. Wenn eine Mikrobe in ihren biochemischen Prozessen ein tödliches Gift einbauen kann, wer soll dann sagen, dass in den feindseligsten Teilen des Sonnensystems keine anderen Organismen existieren, die Elemente verwenden, die wir in ihrer grundlegenden Biochemie als toxisch betrachten?
8. Wie ist das Wetter heutzutage?
Es fällt jedem von uns schwer, die subtilen Veränderungen im Wettergeschehen der letzten zwanzig Jahre oder so zu ignorieren (zumindest für jeden über dreißig). Was jedoch noch ernster ist: Jüngste Erkenntnisse von Klimaforschern zeigen einen beunruhigenden Trend: Die Eisschilde der Antarktis und Grönlands schmelzen immer schneller als bisher angenommen, was sie zum größten Einzelverursacher des Meeresspiegelanstiegs macht.
Die Studie, die über einen Zeitraum von fast zwanzig Jahren durchgeführt wurde, zeigte, dass die Eisschilde Grönlands und der Antarktis im Jahr 2006 zusammen eine Masse von 475 Gigatonnen (eine Milliarde Tonnen) pro Jahr verloren, und dass sich das Tempo des Verlusts im Laufe der Jahre rapide beschleunigte der Studienzeitraum. Sie gehen davon aus, dass der globale Meeresspiegel bei der derzeitigen Schmelzgeschwindigkeit bis 2050 um 32 cm (über 1 Fuß) ansteigen könnte. Mit der ständig wachsenden Leistungsfähigkeit von Supercomputern sind Klimatologen und Meteorologen damit beschäftigt, die sich ändernden Wettermuster zu modellieren, um dies zu erkennen wie sich die Realität der globalen Erwärmung auf die Umwelt der Zukunft, also der nahen Zukunft, auswirken wird.
9. Jetzt werden wir zum großen Architekten
Eines der Ergebnisse der Mehrfachgenomprojekte der letzten zehn Jahre war die genaue Kenntnis darüber, wie sich die Basenpaare der DNA nacheinander verbinden, um Leben zu bilden. Dies stellte den Genetiker J. Craig Venter, einen der Hauptakteure des Humangenomprojekts, vor die Herausforderung, seine architektonischen Fähigkeiten unter Beweis zu stellen, um synthetisches Leben zu erschaffen. Im Jahr 2010 gelang es ihm, Leben im Labor zu erschaffen, indem er die 582.000 Basenpaare kombinierte, die für das vollständige Genom des neuen Bakteriums erforderlich waren, das als Mycoplasma laboratorium bezeichnet werden sollte. Dies ebnet den Weg für die Gentechnik von Bakterien, um Aufgaben wie die Herstellung von Biopharmazeutika und Biokraftstoffen zu übernehmen. Wer weiß, vielleicht können wir sogar Bakterien erzeugen, die andere Bakterien abtöten sollen.
10. Medikamente, die nur für Sie hergestellt wurden
Die personalisierte Medizin, oder für die Geeks unter uns Pharmakogenomik, entwickelt sich schnell zu einem der heißesten Forschungsbereiche der therapeutischen Medizin und verspricht wirksamere Therapien für eine Reihe schwächender und tödlicher Erkrankungen. Die personalisierte Medizin basiert auf der Annahme, dass Medikamente aufgrund genetischer Variation bei verschiedenen Menschen unterschiedlich wirken. Mit dem Aufkommen des Humangenomprojekts und der Revolution bei diagnostischen Tests können Forscher nun Arzneimittelschemata mit einem hohen Maß an Genauigkeit auf Einzelpersonen zuschneiden, was zu einer deutlichen Steigerung der therapeutischen Wirksamkeit führt.
Die bemerkenswerteste Anwendung der personalisierten Medizin wird in der Behandlung von Krebs liegen. Anstatt Krebs wie bei der Chemotherapie mit einem Einheitsansatz zu behandeln, können Ärzte die genetische Basis des Tumors identifizieren und ein Behandlungsschema entwerfen darauf basierend. Die Kosten für diagnostische Tests und der Mangel an derzeit verfügbaren Medikamenten verhindern derzeit den weit verbreiteten Einsatz der personalisierten Medizin. In den kommenden Jahren wird jedoch eine Reihe neuer biopharmazeutischer Therapien auf den Markt kommen, der Höhepunkt von über dreißig Jahren Forschung. Damit wird das Gebiet der Pharmakogenomik in die Schulmedizin eingeführt.