• Wednesday July 17,2019

12 najvažnijih trendova u znanosti tijekom proteklih 30 godina

Anonim

DISCOVER je osnovan nešto više od tri desetljeća, s ciljem da znanstvene iznenađujuće otkriće dokaže čitateljima koji su znatiželjni da bi saznali o njima. Od tada, svako područje znanosti napravilo je velike korake. Ovdje ćemo se osvrnuti na najznačajnije nove ideje, otkrića i izume tri desetljeća DISCOVER-a. (Također pogledajte dijelove na kojima će znanost i tehnologija proći tijekom sljedećih 30 godina i 30 načina na koji svijet može završiti.)

Ispod je popis 12 najvećih trendova u znanosti, s objašnjenjima koje su napisali neki od najboljih suradnika časopisa.

Worlds Unveiled

Titan izložen: Tri infracrvena snimka sonde Cassini pokazuju oznake površine stranke, uključujući moguće ledene vulkane.
NASA / JPL / Sveučilište Arizone

Natrag kad je prvi broj DISCOVER pogodio kioska, solarni sustav bio je pospano mjesto. Imali smo devet planeta i desetaka mjeseca, ali činili su se poput inertnih, mrtvih mjesta - do te mjere da ih uopće znamo. Nema akcije, nema promjene.

Danas slika ne bi mogla biti drugačija. NASA-e probe pronašle su dokaze geološke aktivnosti na najmanje tri planetarna tijela: Jupiterov pakao mjesec Io, Saturnov Enceladus i Neptunov Triton. Mars Reconnaissance Orbiter je dokumentirao klizišta i vragove prašine na površini Marsa. Promatrači širom svijeta vidjeli su Jupitera udarcima u tri navrata, uključujući i dramatično višestruko premlaćivanje koju je 1994. godine proveo komet Shoemaker-Levy 9.

I, možda najsjajnije, znanstvenici ozbiljno razmatraju prisutnost života negdje drugdje u Sunčevom sustavu. Mars se još uvijek nalazi visoko na popisu mjesta koja će izgledati. No, jedan od Jupiterovih satelita, ledena Europa, je natjecatelj, kao i Enceladus i najveći Saturnov Mjesec, Titan. Posljednji od njih ima čak i tekuća metanska jezera koja se šire i skupljaju sa godišnjim dobima.

Mnogi ljudi misle da je Apollo predstavljao dane slave američkog svemirskog programa, ali to ćete morati kvalificirati s pridjevom koji je posjedovao . Program bez posade sada ima svoje zrno. NASA posjeduje svemirsku letjelicu koja kruži oko Saturna, Marsa, Mjeseca i Sunca i uskoro će imati jedan oko Merkura; Europska svemirska agencija (ESA) ima sonde oko Sunca i Venere. ESA također ima komet u svojim znamenitostima: misija Rosetta će se dodirnuti na jedan u 2014. U kontrapunktu, NASA 's Dawn svemirska letjelica će orbiti asteroida Ceres i Vesta kasnije ovog desetljeća. Svih osam planeta sada je vidljivo blisko. Ako ste Pluton navijač, morat ćete pričekati još nekoliko godina za New Horizons '2015 flyby.

Cijele knjižnice mogle bi biti ispunjene čudima iz robotskog istraživanja sunčevog sustava i samo smo ogrebali površinu. Kad se ljudi ponovno ponesu na Mjesec - ili po prvi put na Marsu - ono što će naći sigurno će biti obogaćeno svime što su nam naši robotski glasnici već rekli.

Phil Plait radio je na Hubble svemirskom teleskopu 10 godina i piše DISCOVER's Bad Astronomy blog.

Dinosauri žive

Svaki je učenik točno znao što su dinosauri bili: prateći, hladnokrvni, gušteri, glupi poput kutija sedimentnih stijena. Šačica novih vrsta svake godine otkrivena su samo znanstvene radoznalosti, više hrane za djecu.

Posljednjih 30 godina sve je to okrenulo na glavu. Dinosauri su jedva bili predodređeni za izumiranje, čini se, au stvarnom smislu nikad nisu izumrli. Čini se da nam svako novo otkriće dinosaura govori da su megabeasti yestermillennia blisko povezani s brusnicom od Komodo zmaja. Poput ptica, vodili su se u skupinama, brinuli se za svoje mlade, vjerojatno su toplodni. I njihove repove? Gore poput repnih pera, uglavnom horizontalno i izvan zemlje. Ideja da dinosauri i dalje hodaju među nama, zapravo je, rekao je John Ostrom na Sveučilištu Yale u 1970-ima, ali je ostao argument dok se neprestana planina dokaza skriva gotovo sve kontroverze. Godine 1993. godine u Gobi pustinji pronađeni su ostatci Citipata (dinastija dinastija poput mačaka), koji se nalazio u gnijezdu jaja. Skeletne studije pokazale su stotine sličnosti između modernih ptica, pa čak i najvećih dinosaura: ruke s tri prsta, gležnjevi s tla, rupe u prstenovima. Potom su 1995. kopači počeli otkrivati ​​bitove Sinosauropteryxa i drugih pernatih dinosaura iz izvanredne pokrajine Kine u Liaoningu, što je kulminiralo 2000. godine otkrićem netaknutog dromaeosaura pokrivenog perom, dinosaura s mnogim tjelesnim osobinama ptice. "To je zatamnjeno", kaže Jack Horner, kustos paleontologije na Montana Državnom sveučilištu 's Muzej Rockies. "Netko bi mogao reći, " To je otkačeno razlučivanje između robina i T. rexa . "Postoje mnoge razlike, da, ali možete koristiti samo sličnosti kako biste utvrdili povezanost. To je paradigma koja se pomaknula. "

Što se tiče nestanka zemaljskih predaka naših ptica, taj dio slagalice ostaje neriješen. Gotovo istodobno s rođenjem otkrića, fizičar i nobelovac Luis Alvarez (zajedno s njegovim sinom, Walterom Alvarezom iz Kalifornijskog sveučilišta, Berkeley) predložili su da je divovski asteroidni učinak ubio dinosaura uzrokujući globalne oluje i oblake prašine koje su izbrisale sunce. "Prije su hipoteze izumiranja bile usredotočene na spor pad, natjecanje sisavaca, biljnu kemiju i tako dalje", kaže Darren Naish, paleontolog na Sveučilištu Portsmouth u Engleskoj. Trideset godina kasnije svi se slažu da je veliki asteroid doista pogodio poluotok Yucatán prije 65 milijuna godina, baš u vrijeme kada su dinosauri propali, ali posljedice nisu tako jasne koliko su mnogi znanstvenici preuzeli prije deset godina. Možda je samo završio posljednji dinos nakon Zemlje nakon dugog propadanja raznolikosti. Horner kaže: "Rekao bih da to sigurno može imati."

Michael Abrams je slobodni profesor i bivši urednik DISCOVER koji je napisao za Wired , IEEE Spectrum i National Geographic Adventure .

Stanice postaju alati za iscjeljenje

Medicina je vidjela njezin ekvivalent cijepanja atoma: sposobnost razdvajanja, ponovnog sastavljanja i oslobađanja nevjerojatne moći zaključane u genima i stanicama. Proboj je proizašao iz spajanja međusobno povezanih polja - genske terapije i stanične terapije - koje sada stvaraju gotovo čudesne tretmane i lijekove. No, gdje su atomska istraživanja imala jedan eksplozivni debitantski tretman koji se temelji na genima i stanicama, pojavili su se nakon mnogih lažnih početaka.

Jedan ogroman korak naprijed je došao 1985. godine, kada su znanstvenici počeli gurati gene u stanice sisavaca prvo ih prenoseći u virus. Geni su uhvatili vožnju unutar virusa, konačno ulazeći u staničnu jezgru i radeći uz prirodne gene koji su već bili na mjestu. Zatim su stvari krenule krivo. Ne samo da genska terapija nije uspjela izliječiti bolest, ali Jesse Gelsinger, dječak s rijetkim poremećajem metabolizma, umro je u kliničkom ispitivanju 1999. godine.

Tek su nedavno počeli trijumfirati stanice i genske terapije, zaduživanjem i miješanjem u međusobne pristupe. Jedan upečatljiv dokaz o principu dogodio se u 2007. kada su njemački istraživači liječili 40-godišnjeg pacijenta za HIV i leukemiju s matičnim stanicama bez HIV receptora, što ih čini otpornim na virus. Pacijent je izliječen i, tri godine kasnije, ostaje dobro. U još jednom važnom uspjehu znanstvenici u Italiji i Sjedinjenim Američkim Državama izliječili su "bubble" bebe koje imaju genski neispravan gen za enzim adenozin deaminazu, što uzrokuje nakupljanje toksičnih proizvoda koji uništavaju imune stanice. Liječnici su dali pacijentima matične stanice koje sadrže kopije ispravno funkcioniranog gena za enzim; imunološki sustavi bebe tada su se mogli rekonstituirati.

Kombinirana terapija pretpostavlja još veću moć, budući da znanstvenici manipuliraju genima kako bi obične stanice vratile u embrionalnu državu. Embrionalne stanice mogu vratiti mozak i imunološku funkciju i regenerirati organe. "Došlo je vrijeme kada ćemo popraviti srčano tkivo nakon srčanog udara i vratiti protok krvi u udove koji bi inače bili amputirani", kaže istraživač matičnih stanica Robert Lanza iz Advanced Cell Technology u Massachusettsu. "Vratit ćemo se i reći, možeš li vjerovati kako su ljudi patili?"

Jill Neimark također doprinosi psihologiji danas i duhovnosti i zdravlju . Dječji roman, The Secret Spiral izlazi u lipnju.

Nova nada u potrazi za životom izvanzemaljaca

Za prvih 15 godina postojanja DISCOVER-a, ako ste htjeli čuti za planete koji kruže oko drugih zvijezda, imali ste odabir izvora: Star Wars i Star Trek . Sve se to promijenilo 1995. godine otkrićem planeta koji je kružio oko Pegase, blizu blizanca sunca koji se nalazio oko 50 svjetlosnih godina. Švicarski astronomi Michel Mayor i Didier Queloz pronašli su udaljeni svijet promatrajući kako gravitacija vuče glavnu zvijezdu. Tijekom sljedeće godine američki znanstvenici Geoffrey Marcy i Paul Butler potvrdili su promatranje i uskoro pronašli još nekoliko planeta sami.

Prve egzoplanetske otkrića prešle su svijet astronomije. Znanstvenici su uvijek pretpostavljali da bi drugi solarni sustavi (ako bi postojali) izgledali poput naše. Ne ovi: Novi planeti bili su divovi, poput Jupitera, ali više od pola bili su bliže njihovim zvijezdama nego što je Mercury učinio našem suncu, šibajući se za samo nekoliko dana i pečenim na temperaturama blizu 2.000 stupnjeva celzijusa. Naše su teorije o tome kako se planeti formiraju i razvijaju morali raskrinkati i prepisati. Od tada, pretraživači planeta pronašli su više od 400 novih svjetova, a bilo je jedno iznenađenje za drugom. Neki planeti slijede divlje ovalne orbite. Drugi orbitiraju zvijezde unatrag, imaju neobične i neočekivane skladbe, napuštaju se poput marshmallows ili proliti repove poput kometa. Zajedno, dokazuju da je svemir daleko čudniji i kreativniji nego što je itko zamislio.

Do sljedećeg proljeća, planetarni lovački svemirski teleskop poznat kao Kepler - koji je tri puta odbacio NASA, a potom odobren nakon onih početnih otkrivanja egzoplaneta u devedesetima - najvjerojatnije će izvijestiti o otkriću prvog poznatog planeta Zemlje u Zemljinoj Zemlji, poput orbite. Ova prekretnica neizbježno će potaknuti još jednu revoluciju, budući da promatrači udvostručuju napore da izravno vide svjetove poput Zemlje i ispituju svoje atmosfere za znakovite kemijske potpise života. Dobro je što i ti planeti neće biti ono što smo očekivali.

Jednostavno proučavanje svjetlosti planeta sličnih Zemlji - mnogo manje dobivaju izravne slike od njih - bit će divlje teško. No, prije 15 godina nitko nije mislio da bismo mogli pronaći bilo koji egzoplanet. (The Space Telescope James Webb, koji je pokrenuo 2014., možda bi mogao pronaći savjete o biologiji na stranom svijetu.) Čak i ako se sljedeći svemirski teleskop približi, onaj nakon toga vrlo vjerojatno će napraviti trik. Dakle ovdje je podebljano predviđanje: Do trenutka otkrivanja slavi svoju 50. godišnjicu, konačno će se riješiti zagonetka o postojanju života negdje drugdje u svemiru.

Michael Lemonick, znanstveni pisac u Climate Centralu, napisao je za DISCOVER više od dva desetljeća.

Izgradnja s atomima

"Nanotehnologija" - sve što je napravljeno na ljestvici nanometra, samo nekoliko puta veće od veličine atoma - je kvintesno znanstveno-fantastični prsten. Ipak, gotovo sigurno imate neku nanotehnologiju koja sjedi oko vas. Pokušajte napraviti Google pretraživanje za riječ. Tamo: Upravo ste ga koristili.

Revolucija je počela tiho 1981., kada su Gerd Binnig i Heinrich Rohrer iz IBM-a u Zurichu izumili skenirani tunelski mikroskop (STM) koji bi mogao čitati atomsku površinu atoma. Tijekom proteklog desetljeća istraživači su prilagodili STM-ove za ispitivanje organskih molekula i izgradnju jednostavnih uređaja pomoću atoma poput Lego blokova. Istodobno, inženjeri elektronike su se kretali prema nanoskopu od vrha prema dolje, sve više (i brže) tranzistora na silicijskim čipovima. Taj napor omogućio je brzini računalnih procesora da se zadrže dvostruko svakih 18 mjeseci, unaprijed poznat kao Mooreov zakon. Do ranih 2000-ih, veličina tranzistora bila je umrtva ispod deset milijunaš metra, donoseći računala i mobitele u nano područje. I napredak se nastavlja: Krajem prošle godine, istraživači u Finskoj i Australiji izgradili su eksperimentalni tranzistor iz jednog atoma fosfora.

Sljedeća faza atomske tehnologije može uključivati ​​zamjenu silicija s drugim tvarima optimiziranima za nanosenzuru. "Materijali mijenjaju svojstva prilikom ulaska u ovaj novi svijet", kaže James Yardley, direktor Centra za znanost i inženjering na Sveučilištu Columbia. On i njegovi kolege bili su među prvima koji su otkrili lance ugljika od jednog atoma, nazvanog grafena. U teoriji, elektroni bi trebali kretati kroz ove listove s bitno nikakvim otporom. "Ako biste to mogli, možete prenijeti struju diljem zemlje bez gubitka", kaže Yardley. Prošle veljače, IBM-ovi znanstvenici stvorili su grafenski tranzistor koji se može prebaciti i isključiti 100 milijardi puta u sekundi, više od dvostruko brže od svog silicija.

Nanotehnologija u stvarnom svijetu ima implikacije daleko iznad računalnih implikacija koje bi konačno mogle dati supstancu starim znanstvenim spoznajama o polju. Grafen je toliko jak da ima nekih znanstvenika koji planiraju način gradnje dizala u svemir. U međuvremenu, razvijaju se nanočestice ugljikovih struktura za brzo punjenje baterija, učinkovite solarne ćelije i kapsule za isporuku lijeka za implantaciju. "Imamo znanje i alate kako bismo sve to mogli učiniti", kaže Yardley.

Bruce Schechter je uredio znanstvene časopise, uključujući Technology Illustrated . Andrew Grant je izvjestitelj i istraživač DISCOVER -a.

Ljudsko obiteljsko drvo dobiva bradavicu, raste korijene

Proučavanje ljudskog podrijetla obilježeno je živahnim - ponekad opaki izazovom nad identitetom izvornog ljudskog predaka. Bitka kraljevski najbolje simbolizira svjetski poznata Lucija, 3, 2 milijuna godina starog fosilnog Australopithecus afarensis, koji je izvorno otkrio 1974. i iznijela kao izvorni biped koji vodi prema nama. Bijes prema Lucyinoj rodovini upletio je istraživače 1980-ih i ostao neriješen, ali dokaz bi mogao biti uz to. "Iskreno se ne zanima", kaže paleoantropolog Stony Brook, William Jungers. "Ona nam dopušta da shvatimo što su izgledali naši preteci: seksualno dimorfni, malodobreni dvodjelni, koji zadržavaju sposobnost penjanja na stabla".

Nedavna otkrića nude dublji i širi pogled na ljudsko podrijetlo. Jedan od zapadnjaka: rani ljudi su se udružili s neandertalcima, prema evolucijskom genetičaru Svante Pääbo i kolegama na Max Planckovom institutu za evolucijsku antropologiju u Njemačkoj. Kroz analizu fragmenata DNA iz neandertalaca, Pääbo je pratio križanje 60 000 godina na Bliski Istok. Danas je 1 do 4 posto ljudskog genoma izvan Afrike neandertalac. Drugi šok došao je prošle godine kada je Tim White iz Kalifornijskog sveučilišta, Berkeley i srednji tvrditeljski tim predstavio Ardipithecus ramidus ("Ardi"), 4, 4 milijuna godina staru fosilnu hominidicu. Bipeda na tlu, ali učinkovita pri kretanju stabala, Ardi sugerira da je zajednički predak s čimpanzama bio majmun s monkeylike osobine. Konačno, 2004. godine, u jednoj spilji na Floresu u Indoneziji, kosti ljudske rođake ne veće od današnjeg četverogodišnjaka otkrili su arheolog Michael Morwood sa Sveučilišta Wollongong u Australiji i njegov tim. Kosti su stare 14.000 godina, ali alati u blizini datiraju se još milijun godina. Nakon bijesne rasprave, većina paleoantropologa sada se slaže da je Homo floresiensis, nadimak hobita, pravi drevni čovjek s umnim mozgovima savijenim na način koji je povećavao njegovu složenost - dovoljno za hobite da kooperažu, naprave svoje alate i napreduju na otoku za više od milijun godina.

"Mi smo posljednji hominidni stoj", kaže Jungers. Ali više nije jasno da li smo kruna stvaranja ili samo jedna grana raznolikog evolucijskog grma.

Jill Neimark također doprinosi psihologiji danas i duhovnosti i zdravlju . Dječji roman, The Secret Spiral izlazi u lipnju.

DNA dekodirana i reprogramirana

Godine 1990. biolozi su krenuli na jedan od najambicioznijih znanstvenih putovanja samospoznavanja: sekvenciranje svakog para baze u našem genetskom kodu. Desetljeće kasnije, u veljači 2001. godine, javno financirani Projekt ljudskog genoma (HGP) i privatno financiranog Celera Corporation, predvodio J. Craig Venter, zasebno su objavili nacrte ljudskog genoma. Godine 2003. HGP je objavio punu kartu. Onda ... ništa. Pronalaženje veze između genoma i bolesti pokazalo se mnogo složenijima nego što su se biolozi nadao (ili se bojao). Ispada da su zajedničke bolesti uzrokovane zamršenim interakcijama gena, a geni reagiraju na signale okoliša na zbunjujuće načine. No, baš kad se činilo da projekt Human Genome ne bi nas odvratio nigdje brzo, raslo polje bioinformatike - koja je tretirala DNK kao podatke - bilo je staro.

Istraživanja genetičkih markera već su pokazala neprocjenjivu vrijednost za evolucijsku biologiju i forenzičku znanost, uz pomoć izuma PCR-a iz kemičara Karya Mullisa iz 1983, učinkovitog načina da se pojača minute fragmenti DNA. Prijenos genoma na računalo otvorio je bogate nove mogućnosti. Analizirano računalom, digitalna DNK počela je revolucionirati proučavanje ljudskog podrijetla. Danas molekularni biolog Leroy Hood, predsjednik Instituta za biološku biologiju sustava u Seattleu, pokušava koristiti alate bioinformatike kako bi stvorio neku vrstu medicine koju naziva P4: prediktivni, personalizirani, preventivni i participativni. Analizom genoma unutar nuklearne obitelji otkrila je gen povezan s Millerovim sindromom, kraniofacijalnim defektom. Zatim se nastoji suočiti s uobičajenim, ali genetski i ekološki složenim uvjetima - kardiovaskularnim, neurodegenerativnim i autoimunim bolestima. "U 5 do 10 godina svaki će pacijent biti okružen virtualnim oblakom od milijarde podatkovnih točaka", predviđa. "Mi ćemo moći mijenjati te informacije i dobiti duboke uvide u zdravlje i bolesti."

Obrađene kao informacije, DNA se također može manipulirati stvaranjem dizajnerskih organizama. Molekularni biolog Venter nedavno je koristio ovaj pristup kako bi stvorio ono što zove prvi sintetički organizam. On vidi da će uskoro doći dan kada se DNK može napisati poput softvera, a prilagođeni mikrobi mogu biti "programirani" da generiraju jeftinu energiju, gnojivo, droge ili hranu. Jedan potencijalni cilj: pretvaranje ljudskog otpada u čistu vodu, struju ili oboje. Drugi: borba protiv globalnog zatopljenja sisanjem ugljičnog dioksida iz zraka. "Možemo li napraviti umjetne odreske?" Upita Venter. "Ograničili smo se samo našom maštom."

Pamela Weintraub je viša urednica DISCOVER-a i autorica Cure Unknown: Unutar Epidemije bolesti Lyme , za koju je 2009. osvojila nagradu za knjigu udruga medicinskih pisaca.

Web preuzima

Sjetite se svih načina na koji je svijet na mreži unaprijedio naše živote od svog izuma 1989. godine.

To nas čini zdravijima: 2007. godine oko 160 milijuna Amerikanaca tražilo je medicinske informacije online, prema anketi Harris Interactive. Možemo dobiti savjete izravno s web stranice Mayo Clinic ili pitajte forum i dotaknite mudrost mnoštva.

Olakšava prikupljanje vijesti: Kada je Iran prošle godine ispalio prosvjednike, zapanjujući videozapisi kaosa su se za nekoliko minuta brinuli oko računala i mobitela na svijetu. Imamo pristup milijardu frontmenskih reportera 24 sata dnevno.

To je ekonomski turbopunjač: Danas netko može započeti globalno poslovanje gotovo ništa dok je sjedio u svojoj dnevnoj sobi. Inženjeri, rukovoditelji, prodavači i kreativni timovi mogu surađivati ​​međusobno i sa kupcima i dobavljačima diljem svijeta. Online prodaja u maloprodaji približava se 150 milijardi dolara godišnje samo u Sjedinjenim Državama.

Revitalizira politiku: predsjednička kampanja Baracka Obama podigla je pola milijarde dolara - najveći dio ukupnog novca koji je podigao - s više od 3 milijuna ljudi putem weba. Danas, redoviti videozapisi u Bijeloj kući imaju stručnjake koji su ovo preslikali "Predsjedništvo YouTubea".

Povezuje nas: Mi smo u bližem dodiru s više ljudi duže vrijeme. Facebook ima 500 milijuna aktivnih korisnika koji troše više od 700 milijardi minuta mjesečno na web mjestu.

Internet opet nas čini bolesnijim, ili barem tako osjećamo na taj način: Studija tvrtke Microsoft Research iz 2008. pokazala je da pretraživači interneta imaju tendenciju da se usredotoče samo na prvih nekoliko rezultata, što tipično ukazuje na rjeđe, ozbiljnije dijagnoze uobičajenih bolesti kao što su glavobolja (tumor na mozgu!) i nemir u prsima (srčani udar!).

To ometa vijesti: oko 30 dnevnih novina zatvoreno je u posljednje tri godine, a gotovo sve ostalo je potreslo otpuštanja, budući da oglašavači i čitatelji bježe na blogove i druge besplatne izvore vijesti na webu gdje je izvješćivanje često slapdash ili reciklirati.

To je ekonomski saboter: Veliki segmenti izdavačke i zabavne industrije uništili su kukiču slobodnih (često piratskih) internetskih publikacija, glazbe i videozapisa.

To je otrovanje politike: Studije pokazuju da ljudi imaju tendenciju da pročitaju web stranice koje pojačavaju njihove pristranosti i uvjerenja. Među najvećim pobjednicima politički na internetu bili su mržnja i terorističke skupine, od kojih su mnogi ovladali online prikupljanjem sredstava i regrutiranjem.

Otuđuju nas: Društvenici upozoravaju da Facebook i ostala mrežna igrališta čuvaju djecu od izlaska i druženja, ograničavajući njihove društvene vještine i poticanje pretilosti.

Ono što je neupitno je da web mijenja naše ponašanje.

Možda se mijenja način na koji su naši mozgovi također ožičeni. No, do vremena kada shvatimo što su te promjene, to neće značiti, jer će svatko odraste u svijetu u kojem je web neodvojiv od svega što radimo. Proslavite promjenu ili ne. Ne čeka vaše odobrenje.

David H Freedman čest je suradnik DISCOVER-a i napisao je za New York Times , Atlantic i drugdje.

Otkriven: Kako mozak stvara um

Prije nego što se neuroznanost mogla baviti svojim najvećim pitanjem - kako mozak preobražava kemijske reakcije i električne impulse u spoznaju - mora se boriti s malenim.

Početkom osamdesetih godina, novi alati omogućili su mapiranje strojeva unutar pojedinih stanica mozga. Korištenjem malih staklenih elektroda koje su u stanju mjeriti picoampere struje, istraživači su mogli promatrati jednu neuronsku pukotinu koja se otvara i zatvara za prijenos signala. Istodobno, tehnike genetike i molekularne biologije počele su otkrivati ​​zamršene biokemijske signale koji sinapsi - portali živčanih stanica - primjenjuju tijekom komunikacije.

Vjerojatno najmoćnija ideja da izađu iz tih inovacija bila je spoznaja da neuroplastičnost, sposobnost mozga da se promijeni i prilagodi, ostaje u odrasloj dobi. Kao što je pokazao neuroznanstvenik Sveučilišta Columbia Eric Kandel i drugi, neuroni reagiraju na stimulaciju mijenjajući njihovu aktivnost i povezanost, preuređujući arhitekturu mozga. Ako je mozak za odrasle fleksibilan, implikacija je da se šteta ili ozljeda mogu preokrenuti.

Drugi istraživači, u međuvremenu, koristili su neuroimaging kako bi bili globalni, promatrajući čitav ljudski mozak u akciji bez otvaranja lubanje. Tijekom 1980-ih, skenirane positronne emisijske tomografije (PET), koje otkrivaju neuronski metabolizam s radioaktivnim obilježivačima, prvo su snimile prve slike mozga u sredini. Godine 1990. snimanje funkcionalne magnetske rezonancije (fMRI) omogućilo je sigurniji način praćenja osjeta i emocija kao što su se dogodili.

Još holističnija vizija mozga izlazi iz connectomika, koja nastoji stvoriti dijagram ožičenja cijelog ljudskog mozga. Nedavno je tehnologija pod nazivom optogenetika omogućila eksperimentatorima da prebacuju cijeli krugovi mozga "na" ili "off" sjajnim laserskim svjetlom na genetski modificiranim sinapsama. Implikacija: dublje razumijevanje misli i osjećaja, a da ne spominjemo nove terapije, može biti bliže nego što mislimo.

U novom pogledu, mozak izgleda kao "fluktuirajući mozaik područja u stanju dinamičke ravnoteže", kaže VS Ramachandran, neuroznanstvenik na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu. To nije računalo toliko kao stalno razvijeni ples.

Kat McGowan, dopisni urednik DISCOVER , piše za nekoliko drugih publikacija, uključujući Self i Psychology Today . Njena 2009 priča o sjećanju, "Out of Past", pojavljuje se u najboljoj američkoj antologiji znanosti i prirode Nature 2010 .

Svemir na skali

Fizičar Saul Perlmutter živo se sjeća što je kozmologija tijekom svojih studentskih studija u gradu prije 25 godina. "Bilo je to stojeća šala da, ako ste bili unutar faktora od 10 s vašim mjerenjima, dobro ste bili", kaže on. Procjene svemirskog doba kretale su se od 7 milijardi do 20 milijardi godina. Nije bila disciplina poznata po točnosti.

Cosmologija se ponovno rodila 18. studenoga 1989., kada je pokrenut satelit Cosmic Background Explorer (COBE). COBE je napravio prva precizna mjerenja slabe radijacije koja je preostala iz Big Banga. Prema teoriji, male kvantne fluktuacije su upuhane u kozmičke razmjere unutar prve frakcije sekunde nakon rođenja svemira, stvarajući hrpe koje su zasijale današnje galaksije i galaksije. COBE je pronašao otiske tih fluktuacija, snažan dokaz za standardni model Big Banga. Drugi, još šokantniji razvoj došao je 1998. godine iz dviju timova astronoma (jedan predvođen Perlmutterom) koji proučava supernovu u udaljenim galaktikama. Otkrili su da se ekspanzija svemira ubrzava, odvojena od strane zagonetne, sveprožimajuće imovine prostora koji se sada naziva tamnom energijom. "Hoće li tamna energija zadržati da se svemir ubrzava brže i brže?" Upita Perlmutter. "Ili bi se mogao raspadati ili čak promijeniti i učiniti da svemir propadne?"

Godine 2001. COBE-ov nasljednik, Wilkinsonova mikrovalna anizotropna sonda (WMAP), donio je još veću preciznost kozmologiji. WMAP konačno otkriva točno doba svemira: 13, 7 milijardi godina. Također je pokazalo da obična materija - atomi koji čine galaksije, planete i ljude - rabe 4 posto sadržaja svemira. Tamna materija, nevidljiva, osim gravitacijskog utjecaja, čini oko 23 posto; crna energija računa za ostalo. Dalje, zajednička zadaća misije za tamnu energiju - koja je zakazana za početak 2016. godine - ispunit će više detalja. Ovaj zvjezdani opservatorij moći će proučavati supernove koje su eksplodirale još 10 milijardi godina kako bi se analizirala prebacujuća veza između vuče mase i guranja tamne energije. "Da bismo napravili sva predviđanja, " kaže Perlmutter, "trebamo mjerenja oko dvadeset puta preciznijom nego sada." Ta mjerenja - i naredno razdoblje preciznosti kozmologije - su na putu.

Tim Folger je bivši urednik DISCOVER koji je također slobodan za National Geographic , The New York Times i još mnogo toga. On je redatelj za najbolju američku znanost i prirodu .

Fizika traži jednu

Nova era u fizici trebala je početi prije 11 godina u Waxahachie, Texas. Tamo gdje je Superconducting Supercollider, akcelerator za cirkularne čestice podzemne željeznice od 54 milja, trebao razbiti protone zajedno i prikupljati vitalne tragove iz subatomskih olupina. Prekoračenje troškova dovelo je Kongres da poništi SSC 1993. Ako je projekt počeo prema planu, "do sada ćemo tražiti novu generaciju pitanja i preraditi ih", kaže teorijski fizičar Frank Wilczek, nobelovac na MIT-u, "Ali rekla bih da ćemo uskoro ući u zlatno doba."

Razlog za njegovo sunčano raspoloženje: Large Hadron Collider, gotovo zamah akcelerator u blizini Ženeve, koji je proljeće zapalio protone. To bi moglo pružiti najbolji dokaz još da su četiri prirodne sile koje oblikuju našu svjetsku gravitaciju, elektromagnetizam, snažnu silu i slabu silu - predstavljaju manifestacije jednog temeljnog zakona. Kroz desetljećima trud, fizičari su uspjeli inkorporirati sve snage uštedu gravitacije u teoriju nazvanu standardnom modelu. LHC je dizajniran za pronalaženje hipotetskih čestica (najznačajnije Higgsov bozon, za koji se vjeruje da opskrbljuje druge čestice s masom) koji bi podržao tu teoriju.

LHC također može voditi fizičare prema jedinstvenom okviru koji ide čak i izvan standardnog modela. Stringova teorija - koja tvrdi da su sve čestice i sile u konačnici sastavljene od nezamislivo malih, vibrirajućih objekata nazvanih nizovima - većinu prošlih 30 godina dominira teorijskom fizikom, ali ipak ostaje kontroverzna. Mnogi u polju smatraju da je ta teorija valjana, ali ne može se krivotvoriti eksperimentom, standardom kojim se ocjenjuju znanstveni koncepti.

Iako LHC neće doći nigdje blizu otkrivanja žica, može potvrditi teoriju prekursora nazvanu supersimetrija, u kojoj svaki poznati tip čestice ima "superpartner": nestabilan, teži blizanac. S druge strane, neuspjeh da se detektiraju supersimetičke čestice na LHC bi bio udar na vjerodostojnost teorije teorije. "Stringova teorija je impresivna matematički, " kaže Wilczek, "ali razočaravajuće u opisu fizičke stvarnosti."

Tim Folger je bivši urednik DISCOVER koji je također slobodan za National Geographic , The New York Times i još mnogo toga. On je redatelj za najbolju američku znanost i prirodu .

Toplina je uključena

Znanost otkriva rastuće rizike razornog klimatskih promjena izazvanih ljudima nakupila se kao točkice koje su dodane pointillističkom slikarstvu, no dobivena slika ipak nedostaje jasnoća. Rezultat je jedan od velikih paradoksa ranog 21. stoljeća: potencijalna prijetnja planetarnih razmjera koja se neprestano skriva u vidokrug. Dijelovi klimatske slike sada su vidljivi u visokoj razlučivosti. Nema više nikakvog razumnog načina objašnjenja nedavnih promjena u atmosferskim i oceanskim temperaturama, bez značajnog doprinosa akumuliranja stakleničkih plinova uzrokovanih ljudskim djelovanjem. Arktik morski led ljeti se smanjuje. Tropske klimatske uvjete se šire. Stratosfera hladi, kako je predviđeno, dok se niži atmosferski slojevi topaju.

Međutim, za mnoge od najvažnijih klimatskih utjecaja, slika ostaje nejasna. Porast razine mora sigurno je u svijetu zagrijavanja, ali još uvijek postoji velika neizvjesnost o opsegu povećanja u ovom stoljeću, uglavnom zbog toga što dinamika koja bi mogla nagrizati ledene ploče Grenlanda i Antarktika i dalje slabo razumije. Ostali najgori rezultati također ostaju prvenstveno u području vjerodostojnih, za razliku od vjerojatnih. To može biti jedan od razloga zašto je rad na smislenom sporazumu o klimatskim promjenama i nacionalnim zakonima o klimatskim promjenama. Ali postoje i drugi.

Prekid veze između informacija i akcije manje je iznenađujuće kada pregledate još dva trendova u proteklih 30 godina. Jedan je u istraživanju u bihevioralnoj znanosti, osvjetljavajući našu tendenciju prosijavanja činjenica pomoću filtara temeljenih na emocijama i duboko favoriziranje kratkoročnih isplata. Druga je neprekidna investicija u osnovne istraživačke i razvojne projekte vezana za energiju koja su započela izborom Ronalda Reagana 1980. godine i nastavila se do sada, s dvostranom podrškom.

Neki analitičari pozivaju na usredotočenost na prilagodbu i inovativnost: pomažu ranjivim zajednicama razviti načine rješavanja klimatskih ekstrema i oživljavanje istraživačkih proračuna kako bi se povećala vjerojatnost otkrića energije. Čak i pesimisti ukazuju na klimatske protumjere, nazvane geoinženjering, kao vitalnu politiku osiguranja. Ipak, glavni izazov ostaje kao što je Ralph Cicerone, predsjednik Nacionalne akademije znanosti, opisao me 2007. godine: "Je li potrebno krizu kako bi ljudi mogli krenuti novim putem ili mogu odgovoriti na niz racionalnih, postupno povećanje znanja? "S obzirom na postojani jaz između klimatskih podataka i ponašanja, možda nam se ne sviđa odgovor.

Andrew Revkin piše blog "Dot Earth" za The New York Times i bio je viši urednik u DISCOVER-u . Napisao je tri ekološke knjige.


Zanimljivi Članci

NCBI ROFL: Kada je riječ o duljini penisa i ekonomskom rastu, veličina je važna.

NCBI ROFL: Kada je riječ o duljini penisa i ekonomskom rastu, veličina je važna.

Muški orgulje i gospodarski rast: veličina je važna? "Ovaj rad istražuje vezu između ekonomskog razvoja i duljine penisa između 1960. i 1985. godine. Procjenjuje se povećan model Solow koji koristi skup podataka iz zemlje Mankiw-Romer-Weil 121. Utvrđeno je da veličina muškog organa ima suprotan U oblik odnosa s razinom BDP-a 1985. godine.

Razlike u kulturi su važne (čak i unutar islama)

Razlike u kulturi su važne (čak i unutar islama)

Pratio sam događaje u arapskom svijetu samo s udaljenosti. Bilo je puno uzbuđenja na Twitteru i na Facebooku. Budući da nisam nesputan entuzijast za demokraciju, nisam se pridružio u zanosu. Ali jako sam zabrinut zbog onoga što vidim su nerealne pretpostavke i lažne korespondencije. Ovo je veliki problem jer javnost nije u znanju svjetske povijesti i geografije. Na p

Shrews  'Heads Shrink and Grow s godišnjim dobima

Shrews 'Heads Shrink and Grow s godišnjim dobima

Stvaranje skupljenih glava - male, razbijene ljudske glave koje su široko povezane s voodoo i plemenskim ritualima - jeziv je proces, očito puno više nego što je prikazano u Beetlejuiceu . Ali prepustite životinjskom kraljevstvu dokaz da postoji prirodan, manje zlokoban način da se smanji glava. Crve

Zajedničko kemijsko kućanstvo povezano s ženskom neplodnosti

Zajedničko kemijsko kućanstvo povezano s ženskom neplodnosti

Kemikalija pronađena u zajedničkim proizvodima za kućanstvo i kozmetici povezana je s padom plodnosti kod žena, prema novoj studiji. Istraživači su ispitivali više od 1.000 trudnica i otkrili da su oni izloženi višim razinama perfluoriranih kemikalija (PFC) imali više poteškoća s trudnoćom. PFC se kori

Nove vrste Gibbona otkrivene u kineskom grobu

Nove vrste Gibbona otkrivene u kineskom grobu

U onome što bi moglo biti grob bake prvog cara Kine, znanstvenici su neočekivano otkrili kosti izumrle i dosad nepoznate vrste gibbona, otkriva nova studija. Ovi nalazi upućuju na postojanje višeg stupnja raznolikosti majmuna nakon posljednjeg ledenog doba nego što se prije mislilo, te da je broj izumiranja primata zbog ljudi vjerojatno bio podcijenjen. God

Provjera stvarnosti: klimatske promjene

Provjera stvarnosti: klimatske promjene

Globalno zatopljenje Prvo pitanje: Je li to stvarno? Da je. Dok su demanti godinama godinama bili jaki, što je dovelo do neaktivnosti vladinih šokiranih čela, izgleda da čak i zagovornici protiv globalnog zagrijavanja konačno dolaze okolo. I ne trenutak prerano, s obzirom da se ti glacieri još uvijek tope, oceani se još dižu, a zemlja se još zagrijava. Sljedeć