Aizvadītā desmitgade zinātnē: 10 grandiozi notikumi, kas izmainīja pasauli  (42)

Lai kuru no pasaules lielāko zinātnei un pētniecībai veltīto resursu apkopojumiem neatvērtu, tajā būs atvēlēta vieta gravitācijas viļņu konstatēšanai. Pirms vairāk nekā 100 gadiem, 1916. gadā, Alberts Einšteins savā darbā par vispārīgo relativitātes teoriju pieļāva – paātrinoties objektiem ar gana lielu masu, tie reizēm var radīt viļņus, kas ceļo cauri laiktelpai gluži kā viļņi dīķī, kurā iemests akmens. Tiesa, Einšteins vēlāk pats šaubījās, ka cilvēcei jebkad būs tik labi mērinstrumenti, lai vājos gravitācijas viļņus varētu novērot, tomēr šis jautājums nodarbināja pētnieku prātus desmitgadēm ilgi.

"National Geographic" raksta, ka pirmie cerīgie rezultāti šajā lauciņā bija 1970. gados, taču līdz pat aizvadītajai desmitgadei nevienai astronomu grupai nebija izdevies gravitācijas viļņus novērot tieši. Tad pienāca 2015. gada 14. septembris. ASV bāzētā observatorija LIGO fiksēja viļņus, kas Zemi sasnieguši pēc divu melno caurumu sadursmes vairāk nekā 1,3 miljardu gadu senā pagātnē. Atklājums pasaulei tika izziņots 2016. gadā, norādot, ka LIGO astronomu novērojums pavēris jaunu veidu, kā "sadzirdēt" kosmosu.

Kopš tā laika gravitācijas viļņi fiksēti atkārtoti. Piemēram, 2017. gadā tos fiksēja gan LIGO observatorija, gan Eiropā bāzētā "Virgo" – šajā gadījumā gravitācijas viļņi Zemi sasniedza pēc divu neitronu zvaigžņu sadursmes. Vienlaikus sadursmi fiksēja arī teleskopi, tādējādi šis kļuva par vēsturē pirmo gadījumu, kad sadursme novērota gan kā gravitācijas viļņi, gan kā izstarotā gaisma. Pirmkārt, šis ir vēl viens apstiprinājums Einšteina teorijai, otrkārt, iegūtās zināšanas un dati paver jaunas iespējas astrofiziķiem, piemēram, radīt precīzākus modeļus tam, kā un kāpēc izplešas Visums un kā darbojas tumšā enerģija.

Ja ilgu laiku ar mums pieejamajām tehnoloģijām varējām novērot vien Saules sistēmas planētas, bet aiz Saules sistēmas robežām vien zvaigznes, miglājus un citus spožus objektus, tad viss mainījās 1992. gadā, kad pirmo reizi tika fiksētas planētas orbītā ap pulsāru PSR B1257+12. Bet kur tad aizvadītā desmitgade? Tā bija līdz šim veiksmīgākā svešo pasauļu "mednieka" – Keplera kosmiskā teleskopa – ēra.

No 2009. gada līdz pat 2018. gadam zinātnieki ar Keplera teleskopu vien uzgāja ap 2700 pasauļu ārpus mūsu Saules sistēmas robežām, liekot sarunās par astronomiju arvien biežāk lietot tādu terminu kā "eksoplanēta" vai "citplanēta". Ar Keplera teleskopu tādējādi atrasta vairāk nekā puse mums šobrīd zināmo citplanētu.

Viens no Keplera teleskopa būtiskākajiem atklājumiem ir 2015. gadā pamanītā K2-18b – "super Zeme" jeb planēta, kura pēc izmēra ir lielāka par mūsu Zemi, bet krietni mazāka par Neptūnu. Pagājušā gada septembrī astronomi atklāja, kāpēc K2-18b ir tik īpašs atradums. Proti, šī ir vienīgā pašlaik zināmā eksoplanēta, uz kuras pētniekiem izdevies konstatēt gan atmosfēru, gan ūdeni, turklāt būtiski, ka temperatūra uz planētas ir tāda, lai ūdens būtu šķidrā agregātstāvoklī. Tādējādi šī planēta ir labs kandidāts dzīvības uzturēšanai. Tā atrodas 110 gaismas gadu attālumā no Zemes.

Keplera teleskops savu darbu beidza 2018. gadā, nu "pensionētā" Keplera misiju turpina TESS, kas palaists 2018. gadā, un līdz šim brīdim ar to atrastas vairāk nekā 30 citplanētas.

No stāstiem par "mazajiem, zaļajiem cilvēciņiem" līdz pierādījumiem, ka savulaik uz sarkanās planētas tiešām bijuši apstākļi, kas varētu būt savietojami ar dzīvību. Tiesa, varbūt ne gluži tādu, par kādu vēsta pagājušā gadsimta piecdesmito un sešdesmito gadu komiksi vai zinātniskās fantastikas kino, bet mikrobioloģisku dzīvību gan.

Proti, aizvadītās desmitgades sākumā uz Marsu devās NASA izpētes pašgājējs "Curiosity". Jau 2012. gadā NASA paziņoja, ka "zinātkārais" pašgājējs uzgājis senas upes gultni. Gultnē atrastie ieži un to forma liecina, ka te kādreiz plūdusi upe ar straumes ātrumu aptuveni viens metrs sekundē.

2013. gadā "Curiosity" uz Marsa uzgāja dzīvībai vitālus elementus – sēru, slāpekli, ūdeņradi, skābekli, fosforu un oglekli. Šie elementi uzieti paraugā netālu no iepriekš atklātās upes gultnes.

"Šīs misijas fundamentālais jautājums ir – vai uz Marsa kādreiz varēja būt dzīvībai labvēlīga vide? No tā, ko pašlaik zinām, atbilde ir – jā," toreiz komentēja Marsa izpētes programmas vadošais pētnieks Maikls Mejers.

Arī turpmākajos gados pierādījumi par dzīvībai "draudzīgo" Marsu krājušies, un pašlaik pētnieki uzskata, ka sarkanā planēta arī tagad nemaz nav tik sausa, kā savulaik uzskatīts. Proti, ir pamats domāt, ka arī tagad uz Marsa zem iežu virskārtas ir vismaz viens pazemes ezers ar ūdeni šķidrā formā.

Minētais objekts atrodas M87 galaktikas centrā Jaunavas zvaigznājā. Šī galaktika atrodas aptuveni 55 miljonu gaismas gadu apmērā, un nofotografētā melnā cauruma masa ir aptuveni 6,5 miljardus reižu lielāka par Saules masu.

Novērojumi ar Notikumu horizonta teleskopu tīklu tika veikti 2017. gada aprīļa sākumā, kad virs visām tolaik tīklā ietilpstošajām astoņām observatorijām meteorologi prognozēja skaidras debesis. Novērojumu datu apjoms bija milzīgs – katrs no tīkla teleskopiem vienas dienas laikā ievāca aptuveni 350 terabaitu datu, bet vēlāk šos datus apvienoja un analizēja, kas arī rezultējās šajā vēsturiskajā attēlā. Lai pārliecinātos, ka iegūtais attēls nav kļūda vai datu artefakts, datus analizēja vairākas savstarpēji neatkarīgas astronomu grupas.

Par elementārdaļiņām fizikā sauc par atomu sīkākas matērijas vienības. Līdzīgi kā dažādi atomi ir apkopoti periodiskajā ķīmisko elementu tabulā, veidojot sistēmu, kura paredzēja dažu ķīmisko elementu eksistenci vēl pirms to atklāšanas, arī elementārdaļiņu Standarta modelis tās apkopo sistēmā, kura paredzēja arī Higsa bozona eksistenci. Higsa bozons pētnieku ieskatā ir tā daļiņa kas piešķir matērijai masu.

Vairāk par Higsa bozonu vari uzzināt, klikšķinot šeit.

2015. gadā vienu no caurumiem cilvēka evolūcijas izpētē aizpildīja ASV izcelsmes Dienvidāfrikas Republikas pētnieks Lī Bergers, kurš alu tīklā netālu no Johannesburgas uzgāja apmēram 1500 fosiliju. To skaitā bija kauli, kas pieder 15 cilvēku priekštečiem – iepriekš nekonstatētai sugai, kurai dots nosaukums "homo naledi". Tālāka izpēte ļāva secināt, ka "homo naledi" dzīvojuši pārsteidzoši nesen – laika posmā pirms aptuveni 236 tūkstošiem un 335 tūkstošiem gadu.

Vēl pirms pieciem gadiem – 2010. gadā – pētnieki paziņoja, ka DNS paraugs, kas iegūts no kāda sena Sibīrijas iedzīvotāja pirksta kaula, atrasta attēlā redzamajā alā, ir pavisam citādāks nekā jebkuram mums zināmajam cilvēkam. Tie bija pirmie pierādījumi pagaidām ļoti maz izzinātai sugai, kuri tiek dēvēti par deņisoviešiem. Pagaidām vēl nav konsensa par to, kā šo sugu precīzi dēvēt zinātniski – varianti ir vairāki, piemēram, "homo denisova", "homo sapiens denisova" vai "homo altaiensis".

Savukārt 2019. gadā pasaule uzzināja par "homo luzonensis" – mūsu priekštečiem, kas izmira pirms aptuveni 50 tūkstošiem gadu. Šīs sugas pārstāvju atliekas uzietas Filipīnās. Konstatējamas gan iezīmes no ļoti seniem mūsdienu cilvēka priekštečiem, gan ne tik seniem mūsu senčiem. Atradums liecina, ka Āfriku pametuši jau primitīvie cilvēku priekšteči un nokļuvuši līdz pat Dienvidaustrumāzijai, kas iepriekš netika uzskatīts par iespējamu scenāriju.

Katrā gadījumā no šiem atradumiem izriet, ka mūsdienu cilvēka evolūcijas ķēde ir visai sarežģīta un nav bijis lineārs process. Vairākas mūsdienu cilvēka priekšteču sugas, visticamāk, eksistējušas vienlaicīgi.

Pēdējās desmitgades laikā DNS sekvenēšanas jeb analīzes tehnoloģijas attīstījušās ļoti strauji. 2010. gadā pētnieki publicēja pirmo teju pilnīgi pabeigto sena "homo sapiens" pārstāvja genomu, dodot startu aizraujošai mūsu senču DNS izpētes desmitgadei.

Kopš tā laika analizēti vairāki tūkstoši seno DNS paraugu. Viens no labāk zināmajiem piemēriem ir Naijas – pirms aptuveni 13 tūkstošiem gadu Meksikā dzīvojušas meitenes – gēnu analīze. Viņas mirstīgās atliekas ir vienas no senākajām Dienvidamerikā atrastajām.

Tāpat 2010. gadā zinātnieki radīja pirmo neandertālieša genoma "uzmetumu". Viena no tolaik provokatīvākajām implikācijām bija, ka "homo sapiens" pārojušies ar neandertāliešiem. Vairākus gadus vēlāk secināts, ka tas noticis biežāk un daudz senāk, nekā iepriekš domāts. Kad pirmās mūsu senču grupas pametušas Āfriku, tās satikušās un stājušās kontaktos ar neandertāliešiem jau pirms aptuveni 100 tūkstošiem gadu.

Jau iepriekš minētā pirms 50 tūkstošiem gadu dzīvojošā deņisovieša, kura kauls atrasts alā Altajā, DNS analīze ļāva secināt, ka šis "Altaja neandertālietis" aizguvis DNS no mūsdienu cilvēka priekštečiem Āfrikā.

"Šis ir pirmais ģenētiskais pierādījums, ka mūsdienu cilvēka senči satikās un pārojās ar neandertāliešiem ātrāk, nekā mēs domājām," pauda pētījuma autori no Maksa Planka Evolucionārās antropoloģijas institūta Leipcigā, Vācijā.

Ja pirms desmit gadiem kvantu datori daudziem šķita kā zinātniskā fantastika, nu kvantu skaitļošana ir ne tikai realitāte, bet pavisam drīz, visticamāk, jau praktiski pielietojama dažādu sarežģītu problēmu risināšanā.

Prestižais zinātniskais izdevums "Nature" raksta, ka pat kvantu skaitļošanas jomas eksperti ir pārsteigti par to, cik ātri attīstījušās pirmās kvantu skaitļošanas iekārtas. IBM savu pirmo piecu kubitu kvantu datoru padarīja pieejamu mākonī 2016. gadā, bet ziņas par pēdējo zīmīgāko notikumu šajā jomā pasauli pāršalca vien pirms dažiem mēnešiem, kad "Google" kvantu dators "Sycamore" sasniedza tā dēvēto kvantu pārākumu. 54 kubitu dators konkrētus aprēķinus veicis tik ātri, cik klasiskajiem superdatoriem būtu pa spēkam vien 10 tūkstošos gadu.

Latvijas kvantu fiziķis Andris Ambainis to sociālajos tīklos nodēvēja par "kvantu skaitļošanas lielo brīdi".

"Šis ir pirmais kvantu dators, ko vairs nevar nomodelēt uz jaudīga superdatoru vai ir grūti to izdarīt. Tā analoģija kā pirmais lidojums ar lidmašīnu, kad koka propellera lidmašīna ir pacēlusies un nolidojusi 100 metrus. Tas ir noticis. Pagaidām tas, ko reāli var šis dators, ir visai maz. Spēj vienā konkrētā uzdevumā pārspēt tradicionālo visjaudīgāko skaitļošanas tehniku," Latvijas Radio raidījumā "Zināmais nezināmajā" komentēja Ambainis.

Nākotnes izaicinājums nu ir izstrādāt jau praktiski pielietojamus kvantu skaitļotājus, kas spēs risināt ne tikai specifiskus un konkrētus uzdevumus, bet praktiski visas lietas pēc nepieciešamības.

Vēl ne tik sen cīņa pret vēzi parasti nozīmēja vienu no trim lietām – operāciju, ķīmijterapiju un radiācijas terapiju. Visas – ļoti mokošas un lielākā vai mazākā mērā nesaudzīgas arī pret veselajām šūnām. Aizvadītā desmitgade onkoloģiskajiem pacientiem devusi jaunu cerību – imūnterapiju jeb pacienta organisma imūnsistēmas "apmācīšanu", "novirzīšanu" mērķtiecīgi uzbrukt vēža šūnām.
Viena no šobrīd modernākajām metodēm ir CAR T-šūnu terapija. Pieejas ir dažādas, bet, piemēram, viena no tām paredz pacienta T-šūnas, kas ir daļa no imūnsistēmas, paņemt no pacienta asinīm, modificēt un ievadīt atpakaļ pacienta organismā.

Kaut šis lauciņš aizvien ir jauns un nepieciešami tālāki pētījumi, lai medikamentus un metodes aizvien uzlabotu, sākotnējie rezultāti liecina, ka imūnterapija varētu būt perspektīvs ceļš, it īpaši tādu grūti ārstējamu vēžu kā plaušu vēzis ārstēšanā.

No svariem vannasistabā līdz svariem medicīnas laboratorijā: tā par vairāku Starptautisko mērvienību sistēmā iekļauto mērvienību pārdefinēšanu pirms gada rakstīja "National Geographic". Proti, 2018. gada nogalē pārstāvji no 60 valstīm balsoja par to, lai vairākas mums zināmās mērvienības tiktu piesaistītas konstantēm, tādējādi "mūžīgi ievītas Visuma materiālā".

Proti, to, cik tad tieši ir kilograms, vairs nenosaka Starptautiskajā svaru un mēru birojā uzglabātais cilindrs, bet gan Planka konstante – fundamentāla kvantu fizikas konstante.

Tāpat konstantēm piesaistītas vēl trīs no kopumā septiņām Starptautisko mērvienību sistēmā iekļautajām mērvienībām – temperatūrās mērvienību kelvinu definē Bolcmana konstante, vielas daudzuma mērvienību molu definē Avogardo konstante, bet strāvas mērvienību ampēru definē elementārlādiņš.