„Science“: mokslą maitinę dešimtmečio atradimai

Mokslo žurnalas „Science“ apžvelgė 10 mokslinių įžvalgų, kurios labiausiai pakeitė mokslą per paskutinįjį dešimtmetį.

Per paskutiniuosius 10 metų atsirado naujų informacijos rinkimo, analizavimo, kaupimo ir platinimo būdų, kurie pakeitė mokslą. Šiandien mokslininkams pavyksta atlikti daugiau stebėjimų ir kur kas labiau automatizuotų eksperimentų bei sukurti daugiau modelių.

1. Optogenetikos technologija

Prieš dešimtmetį psichiatras ir neurologas Karlas Deisserothas panoro suvokti, kaip skirtingi smegenų pusrutuliai veikia žmonių elgesį ir kas negerai su jo pacientų, sergančių šizofrenija ir depresija, smegenimis. Tačiau jo naudojamos priemonės buvo per paprastos, kad į smegenis įjungti elektrodai stimuliuotų per daug smegenų ląstelių, rašo mokslo žurnalas „Sciense“.
2004 metais K. Deisserothas ir jo studentai išrado naują priemonę. Jie įdėjo šviesos aktyvinamą dumblių riebalų geną į pelės smegenis ten, kur jie įeina į nervų ląsteles. Mokslininkai stimuliavo ląsteles lazeriu ir galėjo kontroliuoti konkrečių nervų veiklą milisekundžių tikslumu bei ištirti jų poveikį.

Technologija, pavadinta optogenetika, greitai užkariavo mokslo pasaulį. Šiandien ją naudoja tūkstančiai mokslininkų laboratorijose tirdami smegenų veiklą. Jie ištyrė, kurias smegenų ląsteles veikia kokainas ir kaip smarkiai stimuliuoti smegenis, kad palengvėtų Parkinsono ligos simptomai.

Dauguma naujų mokslinių atradimų, tokių kaip optogenetika, buvo atlikti jutimo ir atvaizdavimo srityse. „Cryo–Electron“ tomografija padėjo ištirti sudėtines ląstelių dalis ir leido mokslininkams gauti visų organizmo ląstelių atomų duomenis.

2. Mikroskopijos technologijos

2002 metais 2 fotonų intraveninio skenavimo mikroskopija iš pagrindų pakeitė imunologiją, nes buvo pritaikyta limfmazgiams ir galėjo realiuoju laiku parodyti imunines ląsteles nepažeistame audinyje. Tai leido suprasti sąveiką tarp imuninių ląstelių ir žmogaus kūno. Be to, šis atradimas pakeitė imuninės reakcijos suvokimą.

Biologija taip pat žengė žingsnį pirmyn dėl naujų mikroskopijos technologijų. Dabar mokslininkai gali ilgiau išlaikyti audinių pavyzdžius gyvus ir naudodami fluorescencines žymes stebėti konkrečias ląsteles. Jie taip pat gali matyti atskirų organų ar viso gyvūno organizmo raidą tam tikruose filmuose, kuriuose galima stebėti ląstelių dalijimąsi ir judėjimą. Kitos mikroskopijos technologijos padėjo įveikti didžiausias kliūtis, kurios trukdė pažvelgti į proteinų ir smulkesniųjų ląstelių struktūras, susidarančias už difrakcijos ribos.

3. Perrašyta Marso istorija

Dabar mes ne tik galime geriau matyti, tačiau ir pažvelgti į neįžengiamas ir plika akimi nematomas vietas. Pavyzdžiui, Marse dėl „Spirit“ ir „Opportunity“ kosminių zondų mokslas žengė didelį žingsnį į priekį: jiems pavyko nukeliauti daugybę kilometrų ir ištirti chemines ir fizines Marso uolienų savybes. Dėl šių tyrimų buvo perrašyta vandens egzistavimo Marse istoriją.

4. Planetos stebėsena

Į torpedas panašūs robotai ieškojo naftos Meksikos įlankoje ir ištyrė ledynų šelfus Antarktidoje. Nuotolinio valdymo lėktuvai nuolat stebi pro debesis prasiskverbiančią saulės šviesą ir reguliariai skraido virš uraganų. Tūkstančiai vandenynuose plaukiojančiose plūduruose įrengtų sistemų siunčia duomenis apie vandenį ir povandenines sroves. Netrukus visi šie įrenginiai, kartu su žemėje esančiomis mokslinėmis stotimis, stebės planetos būklę ištisą parą.

5. Genetika

Susidoroti su didžiuliu duomenų kiekių tapo įmanoma dėl kaip niekada galingų kompiuterių. Jokia kita sritis negavo tiek naudos kaip genetika. Prieš dešimtmetį žmogaus genetikos tyrimams prireikdavo kelių metų, šimtų žmonių, mašinų ir nesuskaičiuojamų valandų ruošiant pavyzdžius, kad būtų galima iššifruoti DNR dalis. Šiandien viena mašina gali iššifruoti trijų žmonių genomus kiek greičiau nei per savaitę.

6. Sekvenavimas

Žmogaus genetinę informaciją iššifruoti tapo taip pigu, kad mokslininkai sekvenavimą naudoją tirdami genų išraišką bei proteinų ir DNR sąveiką iki šiol neregėtais mastais. Jį naudoja siekdami atrasti retų ligų priežastis. 2008 metais 10 valstybių sukūrė Tarptautinį vėžio genomo tyrimo konsorciumą, kurio tikslas – sudaryti mutacijų ir kitų DNR bei epigenetinių pokyčių sąrašą beveik 50 vėžio rūšių iššifruodami dalį arba visus 25 tūkst. genų.

Naudodami kompiuterius genomų mokslininkai nuspėja geno buvimo vietą ir lygina, pavyzdžiui, šimpanzės ir žmogaus genomus bandydami nustatyti evoliucinės svarbos eiliškumą. Internetas padėjo sukurti itin svarbų ryšį tarp mokslininkų ir viešai prieinamų duomenų bazių, kuriose yra kaupiama informacija apie genomus.

6.Biochemijos šuolis

Biochemijoje kompiuterinės technologijos leido lengviau ištirti proteinus. Mokslininkai apskaičiavo ir sudarė proteinų šuolių ir vingių modelius iki jie įgauna galutinę formą. Atradimus mokslininkai parėmė kompiuteriniuose žaidimuose naudojamomis 3D grafikos priemonėmis. Viena mokslininkų grupė sukūrė kompiuterį su integruotomis schemomis, kurios smarkiai pagreitino proteinų susidarymo apskaičiavimą ir leido atlikti simuliacijas milisekundžių tikslumu.

7.Dangaus žvalgyba

Kai kuriais atvejais kompiuterinės technologijos padarė didelę įtaką mokslininkų tarpusavio bendradarbiavimui. Pavyzdžiui, astronomijos srityje „Sloan Digital Sky Survey“ sudarinėja sąrašą visko, ką jie mato maždaug penktadalyje dangaus. Dangaus kūnus jie gali stebėti per 2,5 metrų teleskopą esantį „Apache Point“ observatorijoje, Naujojoje Meksikoje. Vėliau mokslininkai internete patalpina labai daug naudingos informacijos.

8.Virtuali organizacija

Europos „CERN“ laboratorijos mokslininkai nužengė dar toliau. Norėdami susidoroti su petabaitais (1 petabaitas = 1 000 terabaitų) informacijos, kurią per metus sukaups Didysis hadronų greitintuvas (DHG), mokslininkai sukūrė kompiuterių grandinės sistemą – virtualią organizacija, kuri kaupia ir dalijasi visų dalyvaujančiųjų institucijų kompiuterių apdorojimo galia. Tokia grandinė leidžia tūkstančiui mokslininkų dalytis DHG duomenimis ir dirbti kartu.

9. Ateities prognozės

Kitos organizacijos naudoja informacines technologijas, kad suburtų įvairių žmonių grupes. Jose mokslininkai gali ne tik prisidėti prie įvairių problemų sprendimo, bet prognozuoti būsimas politines kryptis ar nuspėti ateitį. Interneto kompanija „InnoCentive“ internete pateikia problemas ir už jų sprendimą skiria 1 mln. JAV dolerių vertės premiją. Kompanija giriasi, kad 200 tūkst. žmonių bandė išspręsti daugiau nei 1 000 problemų, nuo vaistų sintezės iki plytų gamybos. Jiems pavyko išspręsti 2 trečdalius visų iškeltų problemų.

10. Tinklaveika

Norėdami suvokti tarpusavio priklausomybę ir perprasti, kaip informacija sklinda sudėtingomis informacinėmis sistemomis, teoretikai sukūrė naują mokslo sritį ir pavadino ją tinklaveikos mokslu. Ši sritis atsirado prieš beveik 10 metų po to, kai fizikai sukūrė matematinius modelius, paaiškinančius kai kuriuos tinklaveikos reiškinius, kuriuos stebėjo sociologai. Dabar naudojant technologijas galima atlikti tūkstančių genomų ir proteinų tyrimų vienu metu, o kompiuteriai gali stebėti ir analizuoti milijono žmonių judesius, balsavimo įpročius ar apsipirkimo pomėgius.

Ateityje mūsų dar laukia daugybė naujų įžvalgų, tačiau tai – jau kito dešimtmečio istorija.