Mentre un altro anno sta volgendo al termine, sembra che sia ora di sedersi ancora una volta, incrociare le braccia, fare un respiro profondo e guardare alcuni dei titoli di articoli scientifici a cui potremmo non aver prestato attenzione prima. Gli scienziati creano costantemente nuovi sviluppi in vari campi come la nanotecnologia, la terapia genica o la fisica quantistica, e questo apre sempre nuovi orizzonti.
I titoli degli articoli scientifici iniziano ad assomigliare sempre di più ai titoli delle storie delle riviste di fantascienza. Considerando cosa ci ha portato il 2017, resta solo da guardare avanti a cosa ci porterà il 2018 …
Gli scienziati hanno creato cristalli temporali per i quali non si applicano le leggi della simmetria temporale
Secondo la prima legge della termodinamica, è impossibile creare una macchina a moto perpetuo che funzioni senza una fonte di energia aggiuntiva. Tuttavia, all'inizio di quest'anno, i fisici sono riusciti a creare strutture chiamate cristalli temporali, il che certamente mette in dubbio questa tesi.
I cristalli temporali agiscono come i primi veri esempi di un nuovo stato della materia, chiamato "non equilibrio", in cui gli atomi hanno una temperatura variabile e non sono mai in equilibrio termico tra loro. I cristalli temporali hanno una struttura atomica che si ripete non solo nello spazio, ma anche nel tempo, che consente loro di mantenere vibrazioni costanti senza ricevere energia. Ciò accade anche in uno stato stazionario, che è lo stato energetico più basso quando il movimento è teoricamente impossibile, poiché richiede costi energetici.
Quindi i cristalli temporali violano le leggi della fisica? A rigor di termini, no. La legge di conservazione dell'energia funziona solo in sistemi con simmetria nel tempo, il che implica che le leggi della fisica sono le stesse ovunque e sempre. Tuttavia, i cristalli temporali violano le leggi della simmetria del tempo e dello spazio. E non solo loro. Anche i magneti a volte sono considerati oggetti asimmetrici naturali perché hanno i poli nord e sud.
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Un altro motivo per cui i cristalli temporali non violano le leggi della termodinamica è che non sono completamente isolati. A volte hanno bisogno di essere "spinti", cioè di dare un impulso esterno, dopo averlo ricevuto, inizieranno già a cambiare i loro stati ancora e ancora. È possibile che in futuro questi cristalli troveranno ampia applicazione nel campo del trasferimento e della memorizzazione delle informazioni nei sistemi quantistici. Possono svolgere un ruolo fondamentale nell'informatica quantistica.
Ali di libellula "viventi"
L'Enciclopedia Merriam-Webster afferma che un'ala è un'appendice mobile di piume o membrane utilizzate da uccelli, insetti e pipistrelli per volare. Non dovrebbe essere vivo, ma gli entomologi dell'Università di Keele in Germania hanno fatto alcune scoperte sorprendenti che suggeriscono il contrario, almeno per alcune libellule.
Gli insetti respirano attraverso il sistema tracheale. L'aria entra nel corpo attraverso aperture chiamate spiracoli. Quindi viaggia attraverso una complessa rete di trachee che trasportano l'aria a tutte le cellule del corpo. Tuttavia, le ali stesse sono costituite quasi interamente da tessuto morto, che si secca e diventa traslucido o si ricopre di motivi colorati. Le aree di tessuto morto sono permeate dalle vene e queste sono le uniche componenti delle ali che fanno parte del sistema respiratorio.
Tuttavia, quando l'entomologo Rainer Guillermo Ferreira ha osservato l'ala di una libellula maschio Zenithoptera attraverso un microscopio elettronico, ha visto minuscoli tubi tracheali ramificati. Questa era la prima volta che qualcosa del genere veniva visto nell'ala di un insetto. Saranno necessarie molte ricerche per determinare se questa caratteristica fisiologica è unica per questa specie, o forse si verifica anche in altre libellule o anche in altri insetti. È anche possibile che si tratti di una singola mutazione. L'abbondante scorta di ossigeno può spiegare i luminosi e complessi motivi blu nelle ali della libellula Zenithoptera, che non contengono pigmento blu.
Segno di spunta antico con sangue di dinosauro all'interno
Spesso troviamo cose incredibili conservate nell'ambra, ma quest'anno ci ha assegnato un super premio. Scienziati del Myanmar hanno scoperto pezzi di ambra che hanno 99 milioni di anni, contenenti al loro interno parassiti come le zecche moderne. Uno di loro è rimasto impigliato nella piuma di un dinosauro, altri due sono stati trovati in un pezzo di nido di dinosauro e il quarto è stato trovato pieno di sangue di dinosauro all'interno.
Naturalmente, questo ha fatto pensare alla gente allo scenario di Jurassic Park e alla possibilità di usare il sangue per ricreare subito i dinosauri. Sfortunatamente, questo non accadrà nel prossimo futuro, perché è impossibile estrarre campioni di DNA dai pezzi di ambra trovati. Il dibattito su quanto a lungo può durare una molecola di DNA non è ancora finito, ma anche secondo le stime più ottimistiche e nelle condizioni più ottimali, la loro durata di vita non supera i diversi milioni di anni.
Ma, sebbene il segno di spunta, chiamato Deinocrotondraculi ("Terribile Dracula"), non abbia aiutato a ripristinare i dinosauri, è ancora una scoperta molto insolita che ci ha fornito nuove conoscenze. Ora sappiamo non solo che antiche zecche sono state trovate tra i dinosauri piumati, ma anche che hanno persino infettato i nidi di dinosauro.
Modifica dei geni adulti
Oggi, l'apice della terapia genica è "ripetizioni palindromiche brevi intervallate regolarmente" o CRISPR (ripetizioni palindromiche brevi intervallate regolarmente). La famiglia di sequenze di DNA che attualmente costituiscono la base della tecnologia CRISPR-Cas9 potrebbe teoricamente cambiare il DNA umano per sempre.
Nel 2017, l'ingegneria genetica ha compiuto un decisivo balzo in avanti, dopo che un team del Proteomic Research Center di Pechino ha annunciato di aver utilizzato con successo CRISPR-Cas9 per eliminare le mutazioni che causano malattie in embrioni umani vitali. Un altro team, del Francis Crick Institute di Londra, è andato nella direzione opposta e ha utilizzato questa tecnologia per la prima volta per creare deliberatamente mutazioni negli embrioni umani. (In particolare, hanno disattivato un gene che promuove lo sviluppo di embrioni in blastocisti.)
La ricerca ha dimostrato che la tecnologia CRISPR-Cas9 funziona e con discreto successo. Tuttavia, questo ha innescato un intenso dibattito etico su quanto questa tecnologia possa essere utilizzata. In teoria, questo potrebbe portare a "bambini designer" che possono avere caratteristiche intellettuali, atletiche e fisiche in accordo con le caratteristiche specificate dai genitori.
Etica a parte, la ricerca è andata oltre questo novembre, quando CRISPR-Cas9 è stato testato per la prima volta su un adulto. Brad Maddu, 44 anni, californiano, soffre di sindrome di Hunter, una malattia incurabile che potrebbe alla fine portarlo su una sedia a rotelle. Gli sono state iniettate miliardi di copie del gene correttore. Ci vorranno diversi mesi prima di poter determinare se la procedura ha avuto successo.
Cosa è successo prima: gelatina di spugna o pettine?
Un nuovo rapporto scientifico, pubblicato quest'anno, dovrebbe porre fine una volta per tutte al lungo dibattito sulle origini degli animali. Secondo lo studio, le spugne sono le "sorelle" di tutti gli animali del mondo. Ciò è dovuto al fatto che le spugne furono il primo gruppo che si separò durante l'evoluzione dal primitivo antenato comune di tutti gli animali. Questo è successo circa 750 milioni di anni fa.
In precedenza, c'era un acceso dibattito che si riduceva a due candidati principali: le suddette spugne e un invertebrato marino chiamato ctenofori. Mentre le spugne sono le creature più semplici che siedono sul fondo dell'oceano e si nutrono facendo passare e filtrando l'acqua attraverso i loro corpi, le gelatine pettine sono più complesse. Assomigliano a una medusa, sono in grado di muoversi nell'acqua, possono creare schemi di luce e hanno un semplice sistema nervoso. La domanda su quale di loro fosse il primo significa la domanda su come fosse il nostro antenato comune. Questo è considerato il momento più importante nel tracciare la storia della nostra evoluzione.
Mentre i risultati dello studio proclamano coraggiosamente che il problema è stato risolto, solo pochi mesi prima era stato pubblicato un altro studio, che diceva che le nostre "sorelle" evolutive erano ctenofori. Pertanto, è troppo presto per dire che gli ultimi risultati possono essere considerati sufficientemente affidabili da sopprimere ogni dubbio.
I procioni hanno superato un antico test di intelligenza
Nel VI secolo aC, l'antico scrittore greco Esopo scrisse o raccolse molte favole, che ora sono conosciute come "Favole di Esopo". Tra di loro c'era una favola chiamata "Il corvo e la brocca", che descrive come un corvo assetato gettava dei ciottoli in una brocca per alzare il livello dell'acqua e poter bere.
Diverse migliaia di anni dopo, gli scienziati si resero conto che questa favola descriveva un buon modo per testare l'intelligenza degli animali. Gli esperimenti hanno mostrato che gli animali sperimentali capivano causa ed effetto. I corvi, come i loro parenti, corvi e ghiandaie, hanno confermato la verità della favola. Anche le scimmie hanno superato questo test e quest'anno i procioni sono stati aggiunti alla lista.
Durante il test basato sulla favola di Esopo, otto procioni hanno ricevuto contenitori d'acqua, sulla cui superficie galleggiavano marshmallow. Il livello dell'acqua era troppo basso per essere raggiunto. Due dei soggetti hanno lanciato con successo pietre nel contenitore per alzare il livello dell'acqua e ottenere ciò che volevano.
Altri soggetti del test hanno trovato le proprie soluzioni creative che i ricercatori non si sarebbero mai aspettati. Uno dei procioni, invece di lanciare pietre nel contenitore, si è arrampicato sul contenitore e ha iniziato a oscillare da una parte all'altra su di esso fino a farlo cadere. In un altro test, usando palline galleggianti e affondanti invece di pietre, gli esperti speravano che i procioni usassero palline affondanti e scartassero quelle galleggianti. Invece, alcuni animali hanno iniziato a immergere ripetutamente la palla galleggiante nell'acqua fino a quando l'onda in aumento ha inchiodato i pezzi di marshmallow di lato, rendendoli più facili da recuperare.
I fisici creano il primo laser topologico
I fisici dell'Università della California a San Diego affermano di aver creato un nuovo tipo di laser - "topologico", il cui raggio può assumere qualsiasi forma complessa senza dispersione della luce. Il dispositivo funziona sulla base del concetto di isolanti topologici (materiali che sono dielettrici all'interno del loro volume, ma conducono corrente lungo la superficie), che ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2016.
Di solito, i risonatori ad anello vengono utilizzati per amplificare la luce nei laser. Sono più efficienti dei risonatori ad angolo acuto. Tuttavia, questa volta, il team di ricerca ha creato una cavità topologica utilizzando un cristallo fotonico come specchio. In particolare, sono stati utilizzati due cristalli fotonici con diverse topologie, uno dei quali era una cella a forma di stella in un reticolo quadrato e l'altro era un reticolo triangolare con fori d'aria cilindrici. Il membro del team Boubacar Kante li ha paragonati a un bagel e un pretzel: sebbene siano entrambi pane con buchi, il diverso numero di buchi li rende diversi.
Una volta che i cristalli sono al posto giusto, il raggio assume la forma desiderata. Questo sistema è controllato da un campo magnetico. Permette di cambiare la direzione in cui viene emessa la luce, creando così un flusso luminoso. L'applicazione pratica diretta di questo è in grado di aumentare la velocità della comunicazione ottica. Tuttavia, in futuro, questo è visto come un passo avanti nella creazione di computer ottici.
Gli scienziati hanno scoperto l'eccitonio
I fisici di tutto il mondo sono molto entusiasti della scoperta di una nuova forma di materia chiamata excitonium. Questa forma è un condensato di quasiparticelle, eccitoni, che sono uno stato legato di un elettrone libero e un buco elettronico, che si forma come conseguenza del fatto che la molecola ha perso un elettrone. Inoltre, il fisico teorico di Harvard Bert Halperin ha predetto l'esistenza dell'eccitonio negli anni '60 e da allora gli scienziati hanno cercato di dimostrare che era giusto (o sbagliato).
Come molte importanti scoperte scientifiche, c'era una buona dose di coincidenza in questa scoperta. Il team di ricercatori dell'Università dell'Illinois che ha scoperto l'eccitonio stava effettivamente padroneggiando una nuova tecnologia chiamata spettroscopia di perdita di energia del fascio di elettroni (M-EELS), creata appositamente per identificare gli eccitoni. Tuttavia, la scoperta è avvenuta quando i ricercatori hanno eseguito solo test di calibrazione. Un membro del team è entrato nella stanza mentre tutti gli altri guardavano gli schermi. Dissero di aver rilevato un "plasmone leggero", il precursore della condensazione degli eccitoni.
Il professor Peter Abbamont, leader dello studio, ha paragonato questa scoperta al bosone di Higgs: non avrà un uso diretto nella vita reale, ma mostra che la nostra attuale comprensione della meccanica quantistica è sulla buona strada.
Gli scienziati hanno creato nanorobot che uccidono il cancro
I ricercatori dell'Università di Durham affermano di aver creato nanorobot in grado di rilevare le cellule tumorali e ucciderle in soli 60 secondi. In una prova universitaria di successo, i minuscoli robot impiegarono da uno a tre minuti per penetrare la membrana esterna in una cellula prostatica cancerosa e distruggerla immediatamente.
I nanorobot sono 50.000 volte più piccoli del diametro di un capello umano. Sono attivati dalla luce e ruotano a una velocità da due a tre milioni di giri al secondo per poter penetrare nella membrana cellulare. Quando raggiungono il loro obiettivo, possono distruggerlo o iniettarvi un utile agente terapeutico.
Fino ad ora, i nanorobot sono stati testati solo su singole cellule, ma risultati incoraggianti hanno spinto gli scienziati a passare a esperimenti su microrganismi e piccoli pesci. L'ulteriore obiettivo è passare ai roditori e poi alle persone.
Un asteroide interstellare potrebbe essere un veicolo spaziale alieno
Sono passati solo un paio di mesi da quando gli astronomi hanno annunciato felicemente la scoperta del primo oggetto interstellare che attraversa il sistema solare, un asteroide chiamato Oumuamua. Da allora, hanno osservato molte cose strane accadere a questo corpo celeste. A volte si è comportato in modo così insolito che gli scienziati credono che l'oggetto possa rivelarsi un veicolo spaziale alieno.
Prima di tutto, la sua forma è allarmante. Oumuamua ha la forma di un sigaro con un rapporto lunghezza / diametro di dieci a uno, che non è mai stato visto in nessuno degli asteroidi osservati. All'inizio, gli scienziati pensavano che fosse una cometa, ma poi si sono resi conto che non lo era, perché l'oggetto non ha lasciato una coda dietro di sé mentre si avvicinava al Sole. Inoltre, alcuni esperti sostengono che la velocità di rotazione dell'oggetto avrebbe dovuto distruggere qualsiasi normale asteroide. Si ha l'impressione che sia stato creato appositamente per i viaggi interstellari.
Ma se è stato creato artificialmente, cosa potrebbe essere? Alcuni dicono che questa sia una sonda aliena, altri credono che possa essere un veicolo spaziale, i cui motori hanno funzionato male, e ora galleggia nello spazio. In ogni caso, i partecipanti a programmi come SETI e BreakthroughListen credono che Oumuamua richieda ulteriori indagini, quindi puntano i loro telescopi su di lui e ascoltano eventuali segnali radio.
Sebbene l'ipotesi aliena non sia stata confermata in alcun modo, le prime osservazioni SETI non hanno portato da nessuna parte. Molti ricercatori sono ancora pessimisti sulle possibilità che l'oggetto possa essere creato da alieni, ma in ogni caso la ricerca continuerà.
