2014 και ΕΠΙΣΤΗΜΗ: Tα πέντε κορυφαία επιστημονικά επιτεύγματα

Του ΣΠΥΡΟΥ ΜΑΝΟΥΣΕΛΗ

Ποιες ήταν οι μεγαλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις της χρονιάς; 

Εγκυρα επιστημονικά περιοδικά αξιολογούν στο τέλος του χρόνου τις επιστημονικές καινοτομίες που ξεχώρισαν στο πεδίο της βασικής και της εφαρμοσμένης έρευνας. 

Προφανώς δεν μπορεί να υπάρξει μία αντικειμενική ή ουδέτερη αποτίμηση των σημαντικότερων τεχνοεπιστημονικών επιτευγμάτων που πραγματοποιήθηκαν μέσα στη χρονιά που κλείνει.

Ωστόσο, έχει κάποιο ενδιαφέρον να γνωρίζουμε τις πρώτες πέντε από τις πολυάριθμες έρευνες και τις τεχνολογικές καινοτομίες που επιλέχθηκαν φέτος από το αμερικανικό περιοδικό «Science» και προπαγανδίζονται από έγκυρα ειδησεογραφικά πρακτορεία, όπως το BBC και το Reuters, ως τα πλέον σημαντικά επιστημονικά επιτεύγματα του 2014.

Πάντως, διαβάζοντας για τις πέντε πιο σημαντικές καινοτομίες, ο αναγνώστης θα πρέπει να έχει κατά νου ότι σε κάθε «επιστημονική πασαρέλα» υπεισέρχεται αναπόφευκτα μια ανταγωνιστική λογική που υπαγορεύεται από αδιαφανή και συχνά ιδιοτελή κριτήρια (πανεπιστημιακά, οικονομικά, εθνικά, κ.λπ.)

1 Η προσεδάφιση στον κομήτη 67P

Η επιστημονική επιτροπή του αμερικανικού περιοδικού «Science» αλλά και η αντίστοιχη του κορυφαίου βρετανικού περιοδικού «Physics World» δεν έχουν την παραμικρή αμφιβολία: το υπ’ αριθμόν ένα επίτευγμα της χρονιάς είναι η επιτυχής ολοκλήρωση της μη επανδρωμένης διαστημικής αποστολής «Rosetta» που σχεδιάστηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).

Στο πλαίσιο της αποστολής έπρεπε να απελευθερωθεί από το διαστημικό σκάφος «Ροζέτα» (που είχε εκτοξευτεί το 2004) το μικρό ρομποτικό σκάφος-εργαστήριο «Φιλέας» (Philae) και να προσεδαφιστεί στον δύσβατο και παγωμένο κομήτη 67Ρ/Τσουριούμοφ/Γκερασιμένκο, το οποίο και επιτεύχθηκε στις 12 Νοεμβρίου. Πρόκειται για πολύ σημαντικό επίτευγμα της διαστημικής τεχνολογίας, καθώς ο κομήτης βρίσκεται μισό δισεκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά από τη Γη και η παγωμένη επιφάνειά του είναι εξαιρετικά ανώμαλη.

Η προσεδάφιση του σκάφους-εργαστηρίου «Φιλέας» στην επιφάνεια του κομήτη αποδείχτηκε πολύ πιο δύσκολη απ’ ό,τι προέβλεπαν οι ειδικοί του ESA: αναπήδησε δύο φορές και τελικά προσγειώθηκε σε ένα διαφορετικό και πολύ πιο σκοτεινό σημείο, με αποτέλεσμα οι μπαταρίες του να αδειάσουν ύστερα από 57 ώρες, λόγω της περιορισμένης ηλιακής ακτινοβολίας.

Το σχετικό άρθρο για τα πρώτα εντυπωσιακά συμπεράσματα που προέκυψαν από την αποστολή δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Science» στις 10 Δεκεμβρίου.

2 Ρομποτική συνεργασία και αυτοοργάνωση

Πρωτοπόροι ερευνητές της τεχνητής νοημοσύνης και της ρομποτικής κατάφεραν να «πείσουν» κάποια ρομποτάκια να λειτουργούν από κοινού, επιδεικνύοντας αρκετά σύνθετες «συλλογικές» συμπεριφορές χωρίς καμία ανθρώπινη επίβλεψη.

Για παράδειγμα, κατάφεραν να κάνουν χιλιάδες ρομποτάκια, κάθε ένα από τα οποία έχει το μέγεθος νομίσματος, να κινούνται όλα μαζί και να σχηματίζουν διάφορα γράμματα ή σχήματα. Πρόκειται για τα περίφημα «Kiloboots», τα έξυπνα ρομποτάκια (βλ. φωτ.) που δημιούργησε στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ η διάσημη ερευνήτρια Radhika Nagpal. Τα ρομποτάκια αυτά δεν διαθέτουν έναν ιδιαίτερα περίπλοκο μηχανισμό, είναι όμως αρκετά «έξυπνα» ώστε να υπολογίζουν πού βρίσκονται τα άλλα ρομποτάκια και να κινούνται σωστά στον χώρο.

Σε ένα άλλο ερευνητικό πρόγραμμα, 10 τετρακίνητα ελικοπτεράκια συντόνισαν τις πτήσεις τους ώστε να πετούν μαζί σε κύκλο και να μη συγκρούονται το ένα με το άλλο.

Μέχρι σήμερα, τα ρομπότ εργάζονταν αποδοτικά υπό την επίβλεψη των ανθρώπων. Ωστόσο φέτος, πλήθος ερευνών έδειξαν ότι τα ρομπότ μπορούν κάλλιστα να γίνουν κυριολεκτικά αυτόνομα και να λειτουργούν χωρίς καμία επιτήρηση.

Μπορεί αυτά τα πρώτα αποτελέσματα να φαίνονται απλοϊκά, όμως είναι αποφασιστικής σημασίας για την ανάπτυξη στο άμεσο μέλλον ρομποτικών μηχανών ικανών να αυτο-οργανώνουν τη συμπεριφορά τους και να λειτουργούν χωρίς καμία ανθρώπινη επιτήρηση.

3 Τα πτηνά προήλθαν από τους δεινόσαυρους

Ορισμένοι εξελικτικοί βιολόγοι που από καιρό μελετούν τη προέλευση των πτηνών κατανόησαν φέτος καλύτερα πότε και με ποιον τρόπο τα πτηνά εξελίχθηκαν από τους... δεινόσαυρους. Οι αναλύσεις αυτές βασίστηκαν σε απολιθώματα κάποιων δεινοσαύρων που βρέθηκαν κυρίως στην Κίνα.

Η μελέτη αυτών των απολιθωμάτων, τα τελευταία είκοσι χρόνια, αποκάλυψε ότι ορισμένα είδη δεινοσαύρων διέθεταν κάποιες ανατομικές δομές (κυρίως φτερά) παρόμοιες με αυτές των εξελικτικά μεταγενέστερων πτηνών.

Προφανώς, τα πρώτα πτηνά δεν προέκυψαν από την εξέλιξη γιγάντιων δεινοσαύρων, όπως π.χ. ο δίποδος Τυραννόσαυρος (T-Rex). Οι δεινόσαυροι από τους οποίους εξελίχθηκαν τα πρώτα πτηνά έγιναν ολοένα και πιο μικρόσωμοι, απέκτησαν σταδιακά έναν πιο λεπτό και ανάλαφρο σκελετό. Η μέχρι χθες σαφής διάκριση των δεινοσαύρων από τα πτηνά αποδείχτηκε φέτος λιγότερο σαφής.

Μια έρευνα μάλιστα που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Science» κατάφερε να ανασυγκροτήσει την εξελικτική γραμμή που συνδέει τις ανατομικές ιδιαιτερότητες 120 ειδών δεινοσαύρων και των πολύ μεταγενέστερων πτηνών που προέκυψαν από την εξέλιξή τους.

4 Aναζωογονητικές μεταγγίσεις αίματος

Απ’ ό,τι φαίνεται, το αλχημιστικό ελιξίριο ή το μαγικό φίλτρο που χαρίζει «αιώνια νεότητα» δεν είναι απλώς ένας μύθος. Πράγματι, δημοσιεύτηκαν φέτος δύο σημαντικές εργαστηριακές μελέτες στις οποίες δύο ομάδες ερευνητών του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ χρησιμοποίησαν αίμα νεαρών ποντικών για να ενδυναμώσουν το μυϊκό σύστημα και τον εγκέφαλο γηραιότερων ποντικών.

Η πρώτη ερευνητική ομάδα του Τμήματος Βλαστικών Κυττάρων έδειξε ότι η συνεχής μετάγγιση αίματος από νεότερα σε γηραιότερα ποντίκια έχει ως συνέπεια μια σαφή αύξηση των αδιαφοροποίητων πολυδύναμων μυϊκών βλαστικών κυττάρων στα ηλικιωμένα ποντίκια. Η δεύτερη ερευνητική ομάδα του Τμήματος Αναγεννητικής Βιολογίας διαπίστωσε επίσης πως η συνεχής μετάγγιση νεανικού αίματος συμβάλλει κατά 50% στην αναγέννηση των νευρικών κυττάρων και κατά 87% στην αναζωογόνηση των αγγείων και των λειτουργιών του εγκεφάλου των γηραιότερων ποντικών, οι οποίοι μετά από τις μεταγγίσεις παρουσίαζαν επίπεδα λειτουργίας παρόμοια με αυτά των νέων ποντικών!

Πολύ σύντομα έγινε σαφές ότι ο βασικός αναγεννητικός παράγοντας είναι η πρωτεΐνη GDF11 (Growth Differentiation Factor 11 ή GDF11). Μια πρωτεΐνη κοινή στους ανθρώπους και στα ποντίκια που παίζει αποφασιστικό ρόλο στη ρύθμιση της δραστηριότητας των αναγεννητικών βλαστικών κυττάρων. Πρόκειται ασφαλώς για μια «θαυματουργό» πρωτεΐνη που, ωστόσο, τα επίπεδα συγκέντρωσής της στον οργανισμό των ποντικών και των ανθρώπων τείνουν να μειώνονται με την πάροδο του χρόνου.

Το 2015 θα ξεκινήσουν συστηματικές έρευνες για την ανανεωτική και ενδεχομένως θεραπευτική δράση της πρωτεΐνης GDF11 σε υπερήλικους ανθρώπους που υποφέρουν από νόσο Αλτσχάιμερ ή άλλες νευροεκφυλιστικές παθήσεις.

5 Τσιπάκι της ΙΒΜ μιμείται τους νευρώνες

Οι ερευνητές της ΙΒΜ παρουσίασαν φέτος ένα εντελώς νέου τύπου «νευρομορφικό» τσιπάκι για υπολογιστή που, όπως ελπίζουν, θα είναι σε θέση να προσομοιώνει τον τρόπο λειτουργίας και την περίπλοκη αρχιτεκτονική των βιολογικών εγκεφάλων.

Το νέο τσιπ «TrueNorth» της IBM έχει διαστάσεις 3 επί 3 εκατοστά και αποτελείται από 5,4 δισεκατομμύρια τρανζίστορ, δηλαδή περισσότερα από κάθε άλλο τσιπ της ΙΒΜ. Καθένα από αυτά τα 5,4 δισεκατομμύρια τρανζίστορ είναι έτσι διατεταγμένα ώστε να σχηματίζουν 4.096 «νευροσυναπτικούς πυρήνες» στενά συνδεδεμένους μεταξύ τους, καθένας από τους οποίους αποτελείται από 256 «νευρώνες». Ο κάθε μεμονωμένος «νευρώνας» μπορεί να συνδέεται με 256 διαφορετικούς «νευρώνες», δίνοντας στο τσιπ συνολικά 256 εκατομμύρια συνδέσεις, ανάλογες με τις συνάψεις που σχηματίζουν οι νευρώνες του εγκεφάλου.

Επιπλέον, το νέο τσιπ δεν τροφοδοτείται ψηφιακά από αλληλουχίες διακριτών πληροφορικών μονάδων «0» και «1» αλλά από διαφορετικούς παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος, κάτι που θυμίζει ώς έναν βαθμό τον τρόπο ενεργοποίησης των εγκεφαλικών νευρώνων.

Είναι ολοφάνερο ότι οι σχεδιαστές αυτού του πρωτοποριακού κυκλώματος επιχειρούν να υπερβούν τις εγγενείς δυσκολίες του κλασικού γραμμικού υπολογιστικού μοντέλου. Ετσι, σε αντίθεση με τους σημερινούς υπολογιστές, η μνήμη δεν είναι απομονωμένη από τον επεξεργαστή.

Μολονότι βασίζεται στην τεχνολογία πυριτίου και όχι στην κυτταρική δομή των νευρώνων, το τσιπ «TrueNorth» είναι σε θέση να έχει εκατό φορές υψηλότερες επιδόσεις απ’ ό,τι ένα παραδοσιακό τσιπάκι, και μάλιστα με 176 χιλιάδες φορές κατώτερη κατανάλωση ενέργειας. Η θεαματικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας είναι ο κρίσιμος παράγοντας για τις μελλοντικές εφαρμογές του.

Περιττό να τονίσουμε ότι, παρά τη σημαντική τεχνολογική πρόοδο, το νευρομορφικό τσιπάκι απέχει πολύ από τις επιδόσεις ενός πραγματικού νευρώνα. Οσο για το νέο υπολογιστικό κύκλωμα, αυτό ούτε καν πλησιάζει την πολυπλοκότητα και την ευελιξία ενός βιολογικού νευρωνικού δικτύου.

Τα «επιλαχόντα» επιστημονικά επιτεύγματα:

Για να δείξουμε πόσο μεροληπτική και άδικη μπορεί να είναι μια ετήσια αποτίμηση και κατάταξη των επιστημονικών ανακαλύψεων, θα αναφέρουμε εν συντομία τρεις από τις πιο αξιόλογες φετινές κατακτήσεις που δυστυχώς... κόπηκαν. Δεν κατάφεραν δηλαδή να κερδίσουν μία από τις πρώτες πέντε θέσεις, μολονότι θα το άξιζαν.

Συνθετική ζωή. Δημιούργησαν στο εργαστήριο το πρώτο συνθετικό χρωμόσωμα, το επονομαζόμενο «Syn III». Το συνθετικό χρωμόσωμα εισήχθη εργαστηριακά και ενσωματώθηκε χωρίς προβλήματα στο χρωμοσωμικό υλικό ενός σακχαρομύκητα (Saccharomyces cerevisiae) και αντικατέστησε πλήρως το τρίτο από τα δεκαέξι χρωμοσώματα που διαθέτει ο μικροοργανισμός.

Πρόκειται για ένα αναμενόμενο αλλά αποφασιστικό βήμα για τη δημιουργία συνθετικών μορφών ζωής που υλοποίησαν φέτος οι ερευνητές των Πανεπιστημίων Νέας Υόρκης και Johns Hopkins υπό τη διεύθυνση του Jef Boeke.

Είναι η πρώτη φορά που οι βιοτεχνολόγοι κατάφεραν να δημιουργήσουν λειτουργικά υβρίδια ανάμεσα σε τόσο διαφορετικά ζωικά είδη: να περάσουν από το βασίλειο των απλούστερων μικροοργανισμών στο βασίλειο των πολύπλοκων ευκαρυωτικών κυττάρων. Το εντυπωσιακό αποτέλεσμα ανοίγει πλέον τον δρόμο για τη δημιουργία συνθετικών μορφών ζωής ειδικά σχεδιασμένων π.χ. για να παράγουν μαζικά πολύτιμες φαρμακευτικές ουσίες ή βιοκαύσιμα.

Χειραγώγηση της μνήμης. Ενα αποφασιστικό βήμα προς την εισαγωγή, κατά βούληση, ψευδών αναμνήσεων σε έναν οργανισμό έγινε φέτος από μια ομάδα νευροεπιστημόνων. Οι ερευνητές του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασσαχουσέττης (MIT) κατάφεραν, χάρη στη νέα μέθοδο της «οπτογενετικής» (optogenetics), όχι μόνο να σβήσουν από ποντίκια κάποια μνημονικά ίχνη, αλλά και να μεταβάλουν ευχάριστες αναμνήσεις σε δυσάρεστες (και αντιστρόφως).

Η τεχνική της οπτογενετικής χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ και μπορεί να τροποποιεί επιλεκτικά ορισμένα μνημονικά εγγράμματα: να εξαλείφει π.χ. τραυματικές ή αρνητικές μνήμες και να τις αντικαθιστά με νέες ευχάριστες!

Μια επαναστατική ανακάλυψη που αν εφαρμοστεί σε ανθρώπινα όντα θα προκαλέσει ριζικές και δραματικές αλλαγές στην προσωπική και κοινωνική μας ζωή. Η διαχείριση και η επιλεκτική εξάλειψη ή εγκατάσταση αναμνήσεων δεν αποτελούν πλέον επιστημονική φαντασία αλλά επιτακτικό βιοηθικό και κοινωνικό πρόβλημα.

Ο κοσμικός πληθωρισμός. Στις 17 Μαρτίου ανακοινώθηκε διεθνώς ότι: «Συγκεντρώθηκαν επαρκείς εμπειρικές ενδείξεις ότι το Σύμπαν πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, υπέστη μια εντονότατη διαστολή, τη λεγόμενη πληθωριστική διαστολή, που διήρκεσε μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Το σήμα αυτής της κοσμικής διαστολής καταγράφηκε για πρώτη φορά χάρη στα όργανα ενός τηλεσκοπίου μικροκυμάτων που ονομάζεται Bicep 2». Αυτά ανακοίνωσαν φέτος οι επιφανείς αστροφυσικοί John Kovac και Chao-Lin Kuo που διηύθυναν τη μεγάλη ερευνητική ομάδα που έκανε αυτήν την εντυπωσιακή κοσμολογική έρευνα. Σύμφωνα με αυτούς, η εικασία της πληθωριστικής διαστολής του Σύμπαντος πρέπει να θεωρείται πλέον επαρκώς επιβεβαιωμένη από το μεγάλο ειδικό τηλεσκόπιο που βρίσκεται στον Νότιο Πόλο, το «Bicep2».

Πρόκειται αναμφίβολα για την πιο σημαντική κοσμολογική και αστροφυσική ανακάλυψη των τελευταίων χρόνων που, παραδόξως, δεν κέρδισε τη θέση που της ανήκει στην πασαρέλα των επιστημονικών επιτευγμάτων.