Gezien de snelle veranderingen in technologie en wetenschap, kan het gemakkelijk zijn om te vergeten wat we een paar jaar geleden niet wisten. Het afgelopen decennium hebben doorbraken plaatsgevonden in de natuurkunde, biologie en astronomie, om er maar een paar te noemen. Welke van deze ontdekkingen het belangrijkst zijn, is waarschijnlijk voor historici om te beoordelen, maar sommige gevolgen van de ontdekkingen in het begin van het decennium beginnen te weerklinken. Dit zijn onze keuzes voor de grootste wetenschappelijke vooruitgang en verrassende ontdekkingen van het decennium.
2010: Het eerste synthetische 'leven'
Wetenschappers hebben de grens tussen natuurlijk en door mensen gemaakt in 2010 vervaagd met de creatie van het allereerste organisme met een synthetisch genoom. Wetenschappers van het J. Craig Venter Institute verzamelden het genoom van de bacterie Mycoplasma mycoides van meer dan een miljoen basenparen DNA. Vervolgens plaatsten ze dit door mensen ontworpen genoom in een andere bacterie, Mycoplasma capricolum, die van zijn DNA was ontdaan. De M. capricolum's machine begon al snel de instructies van dit synthetische genoom om te zetten in actie en reproduceerde net als M. mycoides zou.
Sinds deze doorbraak zijn wetenschappers vooruitgang blijven boeken in de synthetische biologie. In 2016 bouwden wetenschappers de kleinste synthetische microbe tot nu toe, met slechts 473 genen. In 2017 kondigden ze de oprichting aan van vijf synthetische gistchromosomen; het plan is om alle 16 chromosomen in gist te vervangen door synthetische chromosomen die zouden kunnen worden aangepast om bepaalde taken uit te voeren, zoals massaproductie van antibiotica of zelfs het maken van vlees uit het laboratorium.
2011: Preventieve hiv-behandeling
Tegenwoordig stoppen veel mensen met een hoog risico op het oplopen van het humaan immunodeficiëntievirus (HIV), dat aids veroorzaakt, dagelijks een pil om hun risico te verminderen. In 2012 keurde de Amerikaanse Food and Drug Administration hiervoor een medicijn genaamd Truvada goed. Maar het was een grote studie die in 2011 werd gepubliceerd en die de weg bereidde voor deze zeeverandering in HIV-preventie.
Die studie, die het tijdschrift Science de 'doorbraak van het jaar' noemde, was de eerste sinds 1994 die een nieuwe manier toonde om de overdracht van hiv van de ene persoon naar de andere te voorkomen. (In 1994 meldden onderzoekers dat ze een farmaceutische optie hadden gevonden om de overdracht van HIV van een zwangere vrouw op haar foetus te helpen voorkomen.) De studie begon in 2005 en de bevindingen van 2011 waren tussentijdse resultaten. De onderzoekers vonden in die gegevens een vermindering van 96% van de HIV-overdracht. De definitieve gegevens die het volledige 10-jarige onderzoek omvatten, gerapporteerd in The New England Journal of Medicine in 2016, toonden een vermindering van 93% van de HIV-overdracht.
2012: Higgs Boson
In juli 2012 kondigden wetenschappers van de grootste deeltjesversneller ter wereld aan dat ze tegen betaling zouden aanlopen. Experimenten met de Large Hadron Collider (LHC) hadden eindelijk het bewijs gevonden van het laatste onontdekte deeltje dat werd voorspeld door het standaardmodel van de natuurkunde.
Het Higgs-deeltje was gevonden. Dit is het deeltje dat geassocieerd is met het Higgs-veld, een energieveld aan de wortel waarom deeltjes massa hebben. Deeltjes winnen massa door over dit driedimensionale veld te ploeteren, waardoor er kleine verstoringen in het veld ontstaan. (Hoe sterker hun interacties met het veld, hoe meer massa ze hebben.) Wanneer het veld een grote energie-uitbarsting op een bepaalde plek ervaart, zendt het een Higgs-deeltje uit. In 2013 bevestigden natuurkundigen dat hun waarnemingen in 2012 inderdaad het ongrijpbare deeltje waren, soms het "Goddeeltje" genoemd vanwege zijn rol in het geven van massa aan alle andere deeltjes.
De ontdekking van de Higgs stelde natuurkundigen voor nieuwe vragen. Het deeltje was een beetje lichter dan sommige van zijn interacties met andere elementaire deeltjes zouden hebben voorspeld, wat betekent dat ofwel iemand de wiskunde heeft misleid of dat er meer dan één type Higgs is - misschien inclusief een zwaardere Higgs die niet is ontdekt. Natuurkundigen gebruiken de LHC nu om naar deze mogelijk zware Higgs te zoeken.
Lucas Taylor / CMS
Na bijna 35 jaar lang langs planeten en manen te hebben gezworven, schreef NASA's Voyager 1-sonde geschiedenis in 2013, toen wetenschappers aankondigden dat het ruimtevaartuig in augustus 2012 officieel het zonnestelsel had verlaten.
De sonde werd in 1977 vanaf de aarde gelanceerd en bracht het volgende decennium door met het verkennen van Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus en hun manen. In 2013 stuurden gegevens die van de sonde waren teruggestuurd veranderingen in de elektronendichtheid rond Voyager 1 aan - een belangrijke aanwijzing dat het ruimtevaartuig de grenzen van het zonnestelsel had verlaten. De Voyager 1 zal tot ongeveer 2025 informatie naar de aarde blijven sturen over de interstellaire ruimte. Daarna is het klaar voor een lange, rustige pensionering in de verre ruimte, met de mogelijkheid dat misschien op een dag een of andere buitenaardse levensvorm de kleine sonde zal opmerken en het gouden record, een tijdcapsule met afbeeldingen van mensen, kaarten van ons zonnestelsel en andere aanwijzingen voor het bestaan van beschaving op aarde.
2014: Gravitational Waves
Vóór 2014 hadden wetenschappers alleen indirect bewijs van de oerknal, de theorie die een verbijsterende uitbreiding van de ruimte beschrijft die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond en ons universum baarde. Maar in 2014 observeerden wetenschappers voor het eerst direct bewijs van deze kosmische expansie, wat sommigen een 'rokend wapen' noemden voor het begin van het universum.
Dit bewijs kwam in de vorm van zwaartekrachtgolven, letterlijke rimpelingen in de ruimtetijd die overblijven vanaf de eerste fractie van een seconde na de oerknal. Deze rimpelingen veroorzaakten veranderingen in de polarisatie van de kosmische microgolfachtergrond, straling die overblijft uit het vroege heelal. De polarisatiewijzigingen worden B-modi genoemd. Het waren deze B-modi die wetenschappers ontdekten met de Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) -telescoop op Antarctica.
Sindsdien blijven gravitatiegolven mysteries van het heelal onthullen, zoals de dynamiek van de botsingen van zwarte gaten en crashes tussen neutronensterren. Zwaartekrachtsgolven kunnen er zelfs toe bijdragen om eindelijk vast te stellen hoe snel het universum zich uitbreidt.
2015: Eerste CRISPR-bewerking van menselijke embryo's
Misschien wel het grootste biomedische verhaal van het decennium is de opkomst van een gen-editingtechnologie genaamd CRISPR uit relatieve onbekendheid. Deze technologie komt voort uit de natuurlijke afweermechanismen van sommige bacteriën; het is een reeks repetitieve gensequenties die zijn gebonden aan een enzym genaamd Cas9 dat werkt als een moleculaire schaar. De gensequenties kunnen worden bewerkt om een bepaald DNA-segment in de gaten te houden, waardoor het Cas9-enzym wordt aangestuurd om te beginnen met knippen.
Met behulp van dit systeem kunnen wetenschappers gemakkelijk stukjes DNA wissen en invoegen in levende organismen, een vermogen met duidelijke implicaties voor het genezen van genetische ziekten - en mogelijk leidend tot op maat gemaakte baby's. De eerste stap op deze potentiële weg werd gezet in 2015, toen wetenschappers van Sun Yat-sen University in China aankondigden dat ze de allereerste genetische modificaties aan menselijke embryo's hadden aangebracht met CRISPR. De embryo's waren niet levensvatbaar en de procedure was slechts gedeeltelijk succesvol - maar het experiment was het eerste dat een ethische lijn duwde waar de wetenschappelijke gemeenschap tot op de dag van vandaag over debatteert.
2016: Exoplanet ontdekt in een leefbare zone
De dichtstbijzijnde exoplaneet-buurman van de aarde, ontdekt in 2016, is niet alleen slechts 4,2 lichtjaar verwijderd, hij heeft ook het potentieel om leven te huisvesten.
Dat betekent niet dat de planeet, genaamd Proxima b, zeker bewoonbaar zal zijn, maar hij bevindt zich in de bewoonbare zone van zijn ster, wat betekent dat hij zijn ster op een afstand rond de aarde draait waardoor vloeibaar water op het oppervlak van de planeet zou kunnen bestaan. De planeet draait om Proxima Centauri; wiebelt in de bewegingen van die ster terwijl de planeet voorbijliep, wees op het bestaan van proxima b.
Sinds de ontdekking hebben wetenschappers superstraling met hoge straling van Proxima Centauri waargenomen die de exoplaneet vernietigt, waardoor de kans dat het leven op Proxima b zou kunnen bestaan drastisch werd verkleind. Ze hebben echter ook ontdekt dat er mogelijk meer planeten in de buurt van Proxima b cirkelen.
2017: De oudste fossielen van Homo sapiens duwen soorten 100.000 jaar terug
Hoe lang heeft Homo sapiens zwierf de planeet? Een ontdekking die in 2017 werd aangekondigd, bracht de timing terug naar 300.000 jaar.
Dat is 100.000 jaar langer dan eerder werd aangenomen. Onderzoekers vonden de 300.000 jaar oude botten in een grot in Marokko, waar mogelijk ten minste vijf personen tijdens een jacht hun toevlucht hebben gezocht. De vindplaats - in Noord-Afrika, niet Oost-Afrika, waar de vorige oudste Homo sapiens Er werden fossielen gevonden - hints dat onze soort mogelijk niet eerst in Oost-Afrika is geëvolueerd en later elders is uitgestraald. In plaats daarvan, Homo sapiens kan over het hele continent zijn geëvolueerd.
2018: Eerste levende CRISPR-baby's
Slechts drie jaar na de eerste bewerking van niet-levensvatbare menselijke embryo's met CRISPR, overschreed iemand een andere genbewerkingslijn. Deze keer kondigde een Chinese wetenschapper genaamd Jiankui He aan dat hij de genomen van twee embryo's had bewerkt die vervolgens via IVF (in-vitrofertilisatie) in de baarmoeder van de moeder waren geïmplanteerd en geboren: tweelingmeisjes die 's werelds eerste CRISPR-baby's zijn.
De bewerking die hij maakte was op een gen genaamd CCR5 - een verandering die de kinderen in theorie minder kwetsbaar zou moeten maken voor het oplopen van hiv. Veel wetenschappers waren geschokt dat Hij in deze context de stap van genbewerking zou zetten, vooral gezien de beschikbare en minder technologisch intensieve methoden om HIV te vermijden (zoals preventieve antiretrovirale behandeling). Later suggereerden gegevens die door de onderzoekers waren vrijgegeven dat ze een eerder onbekende mutatie bij de meisjes hadden veroorzaakt in plaats van een bekende mutatie te reproduceren.
De mogelijke bijwerkingen voor de meisjes zijn nog onbekend, evenals het lot van de wetenschapper die de montage heeft gedaan. In januari 2019 meldde The New York Times dat hij waarschijnlijk strafrechtelijk vervolgd zou worden in China, hoewel het onduidelijk was onder welke wetten hij zou kunnen worden aangeklaagd.
2019: eerste Black Hole-afbeelding
Zwarte gaten zijn altijd al een astronomische fascinatie geweest: we weten dat ze er zijn, maar omdat licht niet kan ontsnappen buiten hun horizon, zijn ze ook een beetje onzichtbaar.
Tot dit jaar: wetenschappers maakten voor het eerst een afbeelding van een zwart gat. Het portretonderwerp was een zwart gat in het centrum van het Messier 87-sterrenstelsel dat net zo breed is als ons hele zonnestelsel. De foto ziet eruit als een gloeiende donut van materie die een afgrond van zwartheid omringt; dit is het stof en het gas dat in een baan rond het zwarte gat draait. De ontdekking leverde de onderzoekers de betrokken Breakthrough Prize 2020 op, een van de meest prestigieuze prijzen in de wetenschap. Ze zijn nu bezig om niet alleen afbeeldingen, maar ook films van zwarte gaten vast te leggen.
