Кои са най-значимите научни новини за 2021 година?

Милиардери в космоса, крайна дата за обезлесяване, изправени пред расови пристрастия в здравеопазването – учените споделят пред The Guardian кои са най-важните разработки за 2021 г.

Милиардерската космическа надпревара

Космосът завладя началните страници на медиите през 2021 г. - кацането на марсохода на НАСА Perseverance на Марс, пристигането на рядък метеорит в Обединеното кралство, стартирането на мисия за удар на астероид, откриването на почти 200 нови планети извън Слънчевата система – всички тези моменти споделиха своя момент на слава с публиката. Въпреки това, най-обширното отразяване на космически новини вероятно беше за 11-минутния полет извън ръба на земната атмосфера, направен от Уилям Шатнър, известен още като капитан Джеймс Т. Кърк от USS Enterprise, през октомври 2021 г.

Полетът беше вторият, направен от ракетата New Shepard, кръстена на първия американец в космоса, Алън Шепърд, и управлявана от Blue Origin - компания, собственост на Джеф Безос. Първият пътнически полет на New Shepard през юли 2021 г. превозва Безос и трима други, но Ричард Брансън изпревари Безос като първия милиардер, извършил космически полет, излитайки с ракетата на Virgin Galactic, Unity, девет дни по-рано. Оттогава вървят спорове за това дали Брансън е бил в космоса. Полетът на Брансън достигна само на 88 км над земната повърхност, така че не прекоси линията Карман - границата на 100 км над повърхността, която маркира ръба на космоса. Полетът на Безос успя да го направи.

Тези пътувания са значително технологично развитие. Но защо трябва да ни е грижа за шепа от малцината щастливци, които са били транспортирани в космоса от изключително богати хора, които могат да си позволят собствен космически кораб? Важността идва в това какво представлява това за бъдещето. През последното десетилетие видяхме развитието на отделни частни компании, изграждащи сателити. Сега имаме компании – като SpaceX на Илон Мъск – със собствени ракетни програми, печелещи договори от правителствени агенции за извършване на пътешествия с тях. SpaceX превозва товари и астронавти до Международната космическа станция за НАСА.

Космическият туризъм може да се смята за естествена следваща стъпка в изследването на космоса – и няма нищо лошо частните предприятия да предприемат това, стига да се наблюдават и регулират по подходящ начин. И точно тук тези полети са важни. Те отварят цяла нова поредица от въпроси, които трябва да бъдат разгледани, преди космическите пътувания да преминат от контрол от правителствата към частния сектор.

Международната организация за гражданска авиация, агенция на ООН, наблюдава политиките за гарантиране на безопасен, сигурен, ефективен и справедлив достъп до небето. ООН също има Служба по въпросите на космическото пространство, която отговаря за прилагането на Договора за космическото пространство. Не знаем дали двете организации обсъждат под чия отговорност попада космическият туризъм – но знаем, че Договорът за космическото пространство, който влезе в сила през 1967 г., се занимава почти единствено с дейностите на правителствата, а не на частни лица или компании, и затова трябва да бъде преразгледан спешно.

Като оставим всичко това настрана, има нещо множо по-вълнуващо за историята на космическите полети, което се случи през 2021 г. Това беше полетът на Ingenuity - малкият хеликоптер, пренесен от Perseverance до Марс – първият полет на друга планета. 

Моника Грейди е професор по планетарни и космически науки в Отворения университет

Cop26: време за действие

Глобалното затопляне не е само най-значимата история тази година - това е големият звяр на заден план (а понякога и на преден план) на всяко друго научно развитие през този век. Но тази година имаше някои големи научни етапи и значително изместване на акцента.

През август Междуправителствената група по изменение на климата (IPCC) публикува първата част от своя Шести доклад за оценка, който обхваща състоянието на нашите познания за климатичната система и какво науката може да ни каже за това какво ще се случи след това. Цялостното послание беше същото като в Петия доклад за оценка през 2014 г., но още по-ясно и по-силно: нещата са зле и са необходими драстични действия, за да се държат настрана най-лошите последици. Но тази година имаше значителна промяна от извиване на ръце към действие, въпреки че напредъкът в "действието" все още е твърде бавен.

Медиите се фокусираха върху събитията на Cop26, а не върху самата наука за климата. В това има нещо хубаво -   винаги ще бъде важно да има все повече наука, но вече имаме повече от достатъчно наука, за да действаме. Следващите стъпки са свързани с потока на парите, политическите и хуманитарните приоритети и разхвърляния бизнес на глобалното сътрудничество. Но стабилната наука ще поддържа този процес честен: можем да предвидим последствията от нашите действия и тези прогнози трябва да мотивират всички нас, правителството, бизнеса и хората.

Хелън Черски е физик и океанограф в University College London

Фибромиалгия - новото разбиране може да доведе до лечение на хронична болка

Фибромиалгията – характеризираща се с широко разпространена болка, осакатяваща умора и емоционален стрес – засяга 1 на всеки 40 души, предимно жени, но няма известна причина или лечение. Подобно на много други състояния на хронична болка, тя се счита за "функционално неврологично разстройство", което най-добре се обяснява с разликите в начина, по който мозъкът обработва и се грижи за сигналите за болка. Следователно настоящите лечения включват CBT и стъпаловидно упражнение, но имат ограничена ефикасност.

Проучване, ръководено от King’s College, публикувано през 2021 г., може да промени всичко това. Изследователите инжектират на мишки антитела от пациенти с фибромиалгия и установяват, че са развили затруднения, свързани със симптомите на пациентите: намалено движение, слабост на хватката и повишена чувствителност към студ и натиск. Мишките, инжектирани с антитела от здрави възрастни, не развиват тези проблеми.

Авторите заключават, че фибромиалгията е автоимунно заболяване. Ако бъде възпроизведено, това откритие ще революционизира диагностиката и лечението на това и вероятно други състояния на хронична болка. Мишките в проучването са се възстановили, когато антителата са се изчистили от техните системи, което поражда надеждата, че лечения, които намаляват антителата, като плазмен обмен, могат да сложат край на болката, причинена от  фибромиалгията за милиони хора по целия свят.

Франческа Хапе е професор по когнитивна невронаука в Кралския колеж в Лондон

Бум в прецизното прогнозиране на протеиновата структура от AI

За повече от 60 години, откакто първата подробна структура на протеин беше определена с атомна разделителна способност чрез рентгенова кристалография, серия от все по-мощни експериментални техники доведоха до структурното изясняване на повече от една трета от всички протеини, кодирани от човешкия геном, през 2020 г. Независимо от това, голяма част от протеините остават неразрешими за традиционните лабораторни методи, което води до голяма празнина в усилията да осмислим информацията за последователността на генома, кодиращ протеин. През 2021 г. се наблюдава значителен напредък в преодоляването на това ограничение, базирано на задвижвани от изкуствен интелект изчислителни методи за структурно прогнозиране с безпрецедентна точност.

През юли второто поколение на алгоритъма AlphaFold на DeepMind беше използвано за генериране на изчерпателен атлас от протеинови структури за почти 99% от всички човешки протеини, включително десетки хиляди структури за критично важни компоненти на човешкото тяло, които са избегнали предишна експериментална характеристика. Вълнуващо е, че цялата тази информация е свободно достъпна за световната изследователска общност чрез базата данни Alphafold, която се хоства в Европейската лаборатория за молекулярна биология в Кеймбридж.

Този пробив беше последван от друга публикация през август, в която група от Вашингтонския университет в Сиатъл издигна AI подхода на AlphaFold на следващото ниво. В жива клетка протеините рядко изпълняват функциите си изолирано, вместо това те участват в сложен молекулен танц, ръководен от протеин-протеинови взаимодействия. Подобреният алгоритъм успя да предскаже точно молекулярните детайли на тези взаимодействия, като направи важна стъпка напред към разбирането на динамиката на физиологията на човешките клетки.

В комбинация с огромното ускорение на секвенирането на генома, тези нови изчислителни инструменти за прогнозиране на подробната триизмерна структура на клетъчните машини бързо се внедряват в лаборатории по целия свят, позволявайки нови стратегии за откриване на лекарства и осмисляне на функцията на човешкото тяло. И историята на приложенията на AI в биологията няма да свърши тук.

Ерико Такано е професор по синтетична биология в Манчестърския университет

Екстремното време става все по-екстремно

Последната година беше очаквана от учените по климата от доста време, както заради забавената конференция Cop26, така и заради последният доклад на Междуправителствената група по изменението на климата. Но именно неочакваните аспекти на природата – и неспособността на правителствата да се подготвят правилно за тях – осигуриха проверка на реалността на риска от климата през 2021 г.

"Топлинният купол", който се надигна над Северна Америка това лято, може би беше моментът, който накара учените по климата да ококорят очи. Фактът, че температурните рекорди не просто бяха счупени, а напълно заличени в широки части на Канада и САЩ, беше първата индикация, че се случва нещо ново. Когато жегата се превърна в огън, унищожавайки милиони акра гори, унищожавайки цели общности, академичната странност се превърна в плашеща реалност.

Топлинните вълни и пожарите в източното Средиземноморие имаха подобен ефект, докато части от Австралия, претърпели години на суша и пожари, бяха наводнени. Опустошителните наводнения, отнели живота на повече от 200 души в най-развития регион в света около Рейн, показаха, че парите и демокрацията не са защита срещу природата, която ни е ядосана. Екстремното време ни показа, че напредъкът в прогнозите за времето и наводненията е безполезен, освен ако властите не се вслушат в предупрежденията им и не действат бързо.

Хана Клоук е професор по хидрология в Университета на Рединг

Рекорден брой деца, живеещи със затлъстяване

Най-значимата история за годината за мен не беше пробив, а неуспех. През ноември Националната програма за измерване на деца разкри шокиращо увеличение за една година на броя на учениците в началното училище в Англия, живеещи със затлъстяване - от една пета до една четвърт от тези на възраст 10-11 години. По-шокиращи са нарастващите неравенства – 14% от децата в най-заможните квартали живеят със затлъстяване, в сравнение с 34% в най-нуждаещите се.

Пандемията изостри тези тенденции, но те отдавна са я предшествали. Бедността води до затлъстяване, както и средата, която прави здравословното хранене и физическата активност са все по-трудни. Заведенията за бързо хранене, рекламите за нездравословна храна и замърсяването на въздуха са много по-големи в най-бедните квартали, а зелените площи са много по-рядко срещани. Доказателствата от градовете, подобряващи тези среди, са обещаващи.

Създаването на по-здравословни градове е предизвикателство и се противопоставя на мощни търговски интереси, но въздействието им надхвърля затлъстяването при децата. Това ще подобри психичното здраве на децата, ще намали затлъстяването при възрастните и от своя страна ще намали заболяванията от деменция, диабет тип 2 и много видове рак. Преозеленяването на градската среда, приоритизирането на играта и пешеходците пред трафика също би допринесло за свят с нулеви емисии. Обръщането на тази пречка за здравето на децата чрез политики, водени от наука, може да се превърне в революционна история, защитаваща всички нас и нашата планета.

Тереза ​​Марто е поведенчески учен и директор на отдела за изследване на поведението и здравето, Университета в Кеймбридж

Метеоритът Winchcombe: подарък от космоса

На 28 февруари 2021 г. имаше повече от 1000 съобщения за необичайна ивица светлина в небето на Обединеното кралство. Но учените вече се занимаваха със случая - камерите на UK Fireball Alliance бяха уловили сигнала и бяха заети с оценката на мястото на падане. Огненото кълбо беше метеор, извънземен остатък от нашата ранна слънчева система, който се носеше с хиперскорост през нашата атмосфера, завършвайки пътуването си на парчета, разпръснати из селските райони на Глостършир.

Метеорът е нещо повече от забележителна гледка; можем да проследим траекторията му през мрака, за да разберем откъде е дошъл, както и да предвидим къде ще паднат фрагменти. Бяха разгърнати екипи за възстановяване и множество парчета бяха открити в семейна алея и близко поле за овце. Метеоритът – първият по рода си, възстановен в Обединеното кралство за 30 години – беше примитивен "въглероден хондрит": рядък екземпляр, съдържащ материали, по същество непроменени от образуването на Слънчевата система преди около 4,5 милиарда години.

Възстановяването на незамърсен примитивен метеорит е необичайно и ни дава възможност да научим за основните градивни елементи на планетите и как Земята е придобила ресурсите, необходими за поддържане на живота. Анализът предполага, че метеоритът Winchcombe идва от обект близо до орбитата на Юпитер, който съдържа вода и лед и има химически състав, подобен на нашето Слънце.

Като учени, ние прекарваме много време, гледайки нагоре и навън в необятността на космоса. Мисии като Hayabusa2 на Jaxa и Osiris-Rex на НАСА са изпратени до астероиди с изричната цел да върнат проби на Земята, а наскоро стартираната мисия на Dart, която има за цел да тества технологията, необходима за отклоняване на по-големи и по-застрашаващи космически скали, които се насочват към нашия път. Но метеоритът Winchcombe е като подарък от Вселената, кацащ на прага ни, доставяйки проба от ранната слънчева система директно до нас за анализ и вдъхновение.

Проф. Ема Бънс е ръководител на катедрата по физика и астрономия в университета в Лестър и президент на Кралското астрономическо дружество.

Мастни РНК частици на помощ, поне за някои

Докато първата РНК ваксина беше одобрена декември 2020-а, едва през 2021 г. научихме колко ефективен е ударът на Pfizer в реалния свят. Идеята е, че този генетичен материал, известен като рибонуклеинова киселина или накратко РНК, се транспортира в клетките, където се произвежда антигенът, за да създаде имунитет срещу болести и смърт. На теория тези РНК ваксини могат да бъдат коригирани в отговор на нови варианти.

Две други неща правят РНК ваксините забележителни. Първо - отне 10 месеца от публикуването на последователността на генома на COVID-19 до одобрението на ваксината, забележителен спринт, който обикновено отнема десетилетие. Второ - ваксините въвеждат малки мастни частици безопасно в масовото здравеопазване. РНК ваксините са опаковани в малки мастни частици, а тези мастни совалки са абсолютно необходими за вкарване на РНК в клетките.

Тази отлична наука подчерта два други проблема. Ваксините предотвратяват сериозни заболявания, но не винаги спират предаването, а може да ни се наложи бързо да спрем предаването при бъдещи пандемии. Нашите икономики зависят от това. Освен това несправедливостта при разпространението на ваксините е подигравка с международните усилия за ваксиниране, както стана ясно след появата на варианта "Омикрон". Докато нивата на ваксиниране в Обединеното кралство се движат до около 70%, сравнимата цифра за африканския континент е малко над 4%.

Леоема Учегбу е професор по фармацевтична нанонаука в University College London

Ролята на природата в справянето с глобалното затопляне най-накрая е призната

Тази година огромните научни усилия в продължение на много десетилетия най-накрая се изплатиха от гледна точка на политиката за справяне с глобалното затопляне. Конференцията на ООН за климата, проведена в Глазгоу (Cop26), беше наречена "COP на природата" поради високия профил, даден на опазването и възстановяването на естествените екосистеми, по-специално горите, като начин за справяне с глобалното затопляне. Само на втория ден световните лидери (сега над 140, покриващи повече от 90% от световните гори) обещаха да сложат край на обезлесяването до 2030 г.

Данните, демонстриращи значението на горите за въглеродния баланс на планетата, са изключително трудно спечелени. Буквално хиляди учени измерват растежа на дърветата, смъртта на дърветата и емисиите от хиляди горски парцели в продължение на много, много години. Сътрудничества като ForestPlots.net, RainFor и мрежата за мониторинг на глобалните екосистеми свършиха невероятна работа, обединявайки и стандартизирайки тези основни полеви измервания. Получените данни показаха например, че жизненоважната роля на непокътнатите тропически гори за поглъщане на антропогенните въглеродни емисии започва да се обръща и позволиха изчисления на потенциалния принос, който естествените климатични решения биха могли да имат за справяне с климатичната криза.

Има широко разпространен скептицизъм относно степента, до която декларацията на лидерите на Глазгоу за обезлесяването може да бъде изпълнена: подобни обещания в миналото се провалиха зрелищно. Въпреки това, такова ясно признание, че няма път към нетната нула без природата, е много положителна стъпка.

Джулия П. Г. Джоунс е професор по наука за опазване в университета в Бангор