Pregled leta v znanosti: od ujetih astronavtov do mušjih možganov

Leto 2024 je znova postreglo z nekaj fantastičnimi znanstvenimi in tehnološkimi presežki, na primer izdelali so neverjetno podroben zemljevid možganov vinske mušice, ulovili so ogromno raketo, še naprej je navduševal Webb z izjemnimi posnetki vesolja. Z zanimanjem smo spremljali Nobelove nagrade, ki so pritrdile pomenu umetne inteligence, več mesecev smo ugibali, ali se bosta astronavta na Zemljo vrnila s starlinerjem ali ne. Ob tem pa smo spremljali nepresenetljivo, a še kako skrb vzbujajočo podnebno statistiko.

Če se naše navade niso spremenile – največji svetovni onesnaževalci nikakor niso dovolj zajezili izpustov toplogrednih plinov – nas ne sme presenečati, da se naš planet še naprej segreva. Vse kaže, da bodo letos povprečne svetovne temperature za več kot 1,5 stopinje Celzija presegle predindustrijsko raven. Z vseh koncev sveta so prihajale zgodbe o katastrofah: poplave, suše, taljenje ledenikov, požari … Delegati so se zbirali na novih konferencah, da bi se dogovorili, kako skupaj nastopiti proti najbolj perečim vprašanjem sodobnega časa, vendar bistvenih premikov ni bilo.

Žiga Malek: Narava nas opozarja, da je nekaj hudo narobe

Še naprej pa se s polno paro razvija umetna inteligenca. Zašla je že v vse pore našega življenja, po eni strani nam pomaga, da hitreje najdemo informacije o tem ali onem, po drugi nas z realističnimi podobami vznemirja na družbenih omrežjih – pri čemer je zagotovo najbolj strašljivo to, da nekateri povsem nekritično uporabljajo in delijo umetnointeligenčne sestavke. Orodja generativne UI nepridipravi uporabljajo za goljufije, da se dokopljejo do osebnega premoženja, z manipulacijo z globokimi ponaredki. Po drugi strani pa UI obeta, da bo pomagala najti nove načine za reševanje nekaterih največjih izzivov, od hitrejše diagnoze rakavih obolenj do izboljšanja modelov za zajezitev podnebne krize.

»Z njeno pomočjo je znanstvenikom uspelo prebrati papirus, ki je zoglenel v izbruhu Vezuva pred 2000 leti,« je spomnil znanstveni novinar Marin Cvetkovič, ki v Delu piše predvsem o zanimivih antropoloških dognanjih. Vseobsegajoč vpliv umetne inteligence na znanost in vsakdanje življenje pa so letos prepoznali Nobelovi odbori. »S podelitvijo Nobelovih nagrad za fiziko in kemijo za leto 2024 je švedska Kraljeva akademija znanosti poudarila interdisciplinarno naravo in vpliv umetne inteligence na znanstveno raziskovanje.

John Hopfield in Geoffrey Hinton sta prejela nagrado za fiziko za temeljna odkritja in izume, ki omogočajo strojno učenje z umetnimi nevronskimi mrežami, David Baker, Demis Hassabis in John Jumper pa so si razdelili nagrado za kemijo za pionirsko delo v računalniškem načrtovanju in napovedovanju strukture proteinov. Delo nagrajencev ponazarja, kako lahko ideje z enega področja močno vplivajo na drugo in navdihujejo raziskovalce, ki delajo na stičišču znanosti in računalništva,« je poudarila znanstvena novinarka dr. Mojca Vizjak Pavšič.

»John Hopfield z univerze Princeton je v enem od nedavnih intervjujev pojasnil, da fizika ni to, s katerim problemom se ukvarjaš, ampak s kakšnim pristopom se lotiš reševanja problema. Čeprav se na prvi pogled zdi, da med fiziko in računalniškimi modeli v nevrobiologiji ni oprijemljive povezave, je razvoj Hopfieldove nevronske mreže navdihnila prav fizika. Kot pravi Hopfield, so možgani velik fizikalni sistem in načela njihovega delovanja je treba na osnovni ravni opisati fizikalno. Hopfield in Hinton sta pomembno prispevala k razvoju sodobne nevroznanosti, zlasti na področju razumevanja možganskih procesov, kot so spomin, učenje in odločanje, njun interdisciplinarni pristop pa še nadalje vpliva na raziskovalce v različnih znanstvenih in tehnoloških disciplinah,« je dodala.

Roman Jerala: Vseh možnih proteinov je več, kot je atomov v vesolju

Mušji možgani in prašičji organi

Fasciniral nas je podroben zemljevid sinaps mušjih možganov, ki ga kot eno najboljših znanstvenih zgodb leta izpostavljata dr. Matej Huš, naš strokovni sodelavec, sicer zaposlen na Kemijskem inštitutu, in Jurij Kristan, specialist za informacijsko tehnologijo. »V bazični znanosti je bil najbolj navdušujoč zaključek projekta kartiranja celotnih možganov vinske mušice, z vsemi 139.255 nevroni in 54,5 milijona povezavami med njimi vred. Za podvig je petdeset laboratorijev in več kot dvesto strokovnjakov potrebovalo pet let. Še posebej zanimivo je, da je sodelovalo tudi nekaj amaterskih prostovoljcev, iz občanske znanosti, ti so imeli nalogo natančno pregledovati dele tega 'zemljevida', ki so jih strojni algoritmi napravili na podlagi slik elektronskega mikroskopa. To bi lahko bil model podobnih vrst sodelovanja v prihodnosti,« je poudaril Kristan.

V projektu FlyWire univerze Princeton so izrisali najpodrobnejši zemljevid možganov vinske mušice. FOTO: Tyler Sloan/AFP  

Na pomen občanske znanosti je opozoril tudi Huš: »Znanost je široka, raznolika in pisana, teče pa na najbolj kompleksnem stroju v vesolju, ki ga še vedno ne razumemo popolnoma. Velik korak proti razumevanju tega stroja so letos naredili člani konzorcija FlyWire, ki so izdelali zemljevid sinaps v možganih vinske mušice. Dosežek ni le odstrl najbolj kompleksne strukture možganov doslej – možgane glist razumemo že desetletja, do človeških pa manjka še precej – temveč je pokazal na pomen sodelovanja javnosti. Občanska znanost je postala zelo resna disciplina.«

»Tudi v aplikativni znanosti sta bili letos v ospredju biologija in medicina, z več odmevnimi preizkusi vrst zdravljenja,« je nadaljeval Kristan. »Dva uspešna testa zdravila lenacapavir napovedujeta obdobje, ko bo mogoče doseči visoko zaščito pred okužbo z virusom hiv. Na drugi strani se je pokazalo, da bo terapije CAR-T, ki jih že poznamo iz zdravljenja levkemije, mogoče koristno uporabiti tudi proti avtoimunskim boleznim, kot sta lupus in multipla skleroza.«

Marca so v splošni bolnišnici Massachusetts v Bostonu prvič presadili gensko modificirane prašičje ledvice v živečega človeka. FOTO: Michelle Rose/Massachusetts General Hospital/AFP

Cvetkovič pa je še opozoril na pomemben premik pri transplantacijah. »Kirurgi so presadili prašičji organ v človeka, pri čemer so mu morali dodati človeške gene. In bili uspešni. Manj frankensteinovska, a zelo praktična je bila raziskava, v kateri je ekipa razvila preprost krvni test, ki lahko z 90-odstotno zanesljivostjo diagnosticira alzheimerjevo bolezen.« Richard Slayman, pacient z rakom, je marca postal prvi živeči človek, ki je prejel gensko spremenjeno prašičjo ledvico, sledila mu je Lisa Pisano, ki je imela odpoved ledvic in srca.

Obe operaciji sta bili uspešni, čeprav sta oba nekaj tednov oziroma mesecev kasneje umrla. David Bennett je bil januarja 2022 prvi človek, ki so mu presadili prašičje srce, tudi on je dva meseca kasneje umrl. Raziskave na tem področju močno napredujejo, do konca leta je bilo opravljenih še nekaj podobnih operacij, medtem pa ostajajo etični pomisleki glede poskusov na zelo bolnih ljudeh – gre namreč za bolnike, ki imajo malo možnosti izbire ali nobene ter so kot taki pripravljeni tvegati.

Kako bo znanost krojila našo prihodnost

Človek seveda ni večen. Med zanimivejšimi raziskavami je bila tista, da staranje ni enakomerno. »Letos smo od raziskovalcev s Stanforda izvedeli, da staranje ni enakomerno pešanje, temveč ima dva izrazita pospeška. Pri starosti okrog 44 let in 60 let se hitro zgodijo kemični procesi, ki povzročijo nastanek vidnih znakov staranja ter spremembe v telesu. Občutek, da smo se spremenili čez noč, ni nov, a smo ga doslej prepoznavali le v otroških telesih. Zdaj vemo, da je resničen tudi kasneje, kar nam omogoča ukrepanje ali pa vsaj razumevanje. Del tega je delovanje proteinov, katerih strukturo od letos AlphaFold 3 razume tudi v proteinskih kompleksih, z nukleinskimi kislinami, ligandi in ioni,« je sklenil Matej Huš.

Kitajska sonda Chang'e 6 je uspešno pristala na nam nevidni strani Lune in od tam prinesla na Zemljo dragocene vzorce. Foto CNSA/AFP

Ulov rakete in polom boeinga

Veliko se je dogajalo tudi v vesoljskem sektorju. »Veliko pozornosti je bila deležna Luna. Predvsem je bila zanimiva kitajska misija Chang'e 6, ki je na Zemljo prinesla prvi vzorec z oddaljene strani Lune. Na krilih prelomnega dosežka je Kitajska že napovedala, da želijo podoben podvig do konca desetletja ponoviti z Marsom,« je poudaril naš znanstveni sodelavec, astrofizik dr. Jure Japelj. Prvič je letos zasebno plovilo uspešno pristalo na površju Lune, to je bilo plovilo Odisej podjetja Intuitive Machines, na površju je uspešno pristal tudi japonski Slim.

Spacex je navdušil z ulovom nosilne stopnje starshipa. FOTO: Kaylee Greenlee Beal/Reuters  

Proti koncu leta so iz Nase prišle – pričakovane – novice, da se program Artemis zamika. Odpravo Artemis 2, v kateri bo četverica potovala okoli Lune, so prestavili na april 2026, pristanek na Luni – predvidoma v bližini južnega pola – pa bo sredi leta 2027. Če! Medtem je tudi Kitajska napovedala, da bo do konca desetletja pristala na Luni, tako se vse bolj zaostruje tekma med ZDA in Kitajsko. Z izvolitvijo Donalda Trumpa se pričakujejo spremembe v usmeritvi Nase, ki jo bo pod novo administracijo prevzel milijarder Jared Isaacman. Ta je letos v zasebni odpravi Polaris Dawn postal prvi neprofesionalni astronavt, ki je opravil vesoljski sprehod. V novo politično vlogo vstopa tudi vsestranski Elon Musk, njegov Spacex bo verjetno še bolj dominiral na vesoljskem trgu, že letos se lahko pohvali s skoraj 130 izstrelitvami svojih raket, opravili so neverjeten napredek pri razvoju največje rakete na svetu.

Zgodovina Zemlje, ki jo pripoveduje slovenska jama

»Med inženirskimi dosežki je bil na prvem mestu brez dvoma uspešen pristanek prve stopnje rakete starship oziroma nosilne rakete super heavy, ki so jo pri Spacexu ujeli z rokami stolpa izstrelitvene ploščadi. Priznam, nisem pričakoval, da jim bo uspelo že v prvem poskusu,« je dejal Kristan. Vendar ena lastovka še ne prinese pomladi, še kar nekaj uspešnih izstrelitev bodo morali izvesti, da bo raketa postala operativna in bo kot taka tudi primerna za prevoz posadke v programu Artemis.

Sunita Williams in Butch Wilmore sta ostala ujeta v vesolju. Foto Nasa/AFP

Posadko pa je v vesolje letos prvič ponesel Boeingov starliner – Sunita Williams in Butch Wilmore sta uspešno pripotovala do mednarodne vesoljske postaje, kjer bi morala ostati nekaj dni. Nato pa se je močno zapletlo. Plovilo je imelo težave s pogonom, Nasa in Boeing sta mrzlično iskala rešitev, nazadnje se je starliner vrnil na trdna tla prazen, na ISS pa so poslali dragona z dvema praznima sedežema (od štirih) in starlinerjeva potnika se bosta na Zemljo vrnila šele konec marca ali v začetku aprila prihodnje leto. Boeing, za katerim je nadvse slabo leto, naj bi z gradnjo starlinerja nadaljeval, vendar ni jasno, kdaj bo naslednja izstrelitev.

Se pa je Evropska vesoljska agencija (polnopravna članica z novim letom postaja tudi Slovenija!) julija razveselila uspešne izstrelitve nove rakete ariane 6, konec leta je po večmesečnem premoru uspešno poletela še raketa vega c. Začelo se je tudi potovanje nekaterih zanimivih odprav: Nasa je proti Jupitrovi luni Evropa izstrelila plovilo Europa Clipper, Esa je proti asteroidu Dimorphos poslala Hero, na Marsu pa se je končala uspešna zgodba helikopterja Ingenuity, ki se mu je pokvaril rotor.

Aprila je na milijone ljudi v pasu, ki se je vil nad Mehiko in Severno Ameriko, spremljalo spektakularen sončni mrk. FOTO: Gregory Shamus/AFP

Jure Japelj temu kupčku vesoljskih zgodb dodaja še pomembne znanstvene ugotovitve: »Podatki velikega pregleda neba DESI so pokazali, da se porazdelitev galaksij v vesolju ujema z napovedmi splošne teorije relativnosti. Obenem rezultati nakazujejo razburljivo možnost, da se gostota temne energije, skrivnostne komponente vesolja, skozi čas spreminja. Ta rezultat, če bo potrjen, bi lahko razrešil Hubblovo napetost, eno večjih zagonetk sodobne kozmologije. Letošnje leto je bilo sicer zanimivo tudi za opazovalce neba. Naše konce je oktobra obiskal komet C/2023 A3 Tsuchinshan-Atlas, ki sicer ni ponudil tako veličastne predstave, kot je sprva obetal, a vseeno poskrbel za to, da so ga številni ljudje občudovali na nebu. Znanstveniki so potrdili, da je Sonce doseglo vrh aktivnosti trenutnega cikla. Močni Sončevi izbruhi so letos poskrbeli za marsikateri veličasten severni sij, nekajkrat ga je bilo mogoče videti tudi iz Slovenije. Sladokusci prav tako ne bodo pozabili popolnega sončnega mrka, ki je bil viden iz Mehike in Združenih držav.«