Crispr, Higgs-bozon, gravitációs hullámok: az évtized tudományos áttörései

2019-ben is történt számos jelentős tudományos felfedezés, amelyeket a minap megjelent cikkünkben ismételhetnek át. Bár ez persze szubjektív értékelés, de kettő idei eredmény is bekerülhetett a 2010-es évek legemlékezetesebb kutatási vívmányai közé. Az egyik:

A fekete lyukról készített első fénykép

Április elején az egész Földet átfogó távcsőhálózat adatainak összesítése révén először a történelemben közvetlenül is szemünk elé tárult egy fekete lyuk. Ez első hallásra lehetetlennek látszik, és sokáig úgy tűnt, hogy az is. Hiszen a fekete lyuk lényege, hogy még a fény sem szökik el róla, márpedig a fényképezés alapvetően a fény (vagy kissé tágabb értelemben, az elektromágneses sugárzás) rögzítéséről szól.

Ha maga, a fekete lyuk legfeketébb bugyra nem is látható a képen (illetve az a fekete folt), a lyuk felé egyre gyorsulva zuhanó, és eközben felizzó anyag fényét sikerült rögzíteni. Az 50 millió fényévre lévő Messier-87 nevű galaxis közepén lévő szupernehéz fekete lyukról készült a kép, amely a mi Napunknál alig 6,5 milliárdszor nehezebb. A képet több mint egy petabájtnyi adatból kreálták, amelyet az európai, észak- és dél-amerikai, antarktiszi és hawaii rádióteleszkópokat összekötő Event Horizon (Eseményhorizont) Telescope Project résztvevői gyűjtöttek össze.

Döntő csapást mértünk a HIV-re és az ebolára

A másik idei eredmény a sikeres ebolavakcina kifejlesztése. Bár az évtized közepe óta többé-kevésbé megszakítás nélkül tart a nyugat-afrikai ebolajárvány (amely korábban csak lokális és rövid ideig tartó ragályokat okozott), az egyre súlyosbodó válsághelyzet megtette a hatását, és felgyorsultak a vírus elleni kutatások.

A szatirikus álhíreket közlő The Onion magazin 2014-ben tökéletesen megjósolta a jövőt. A Szakértők szerint az ebolavakcinához még legalább 50 fehér halottra van szükség című álhírük hamarosan megvalósult. Amint egy fehér segélymunkás elkapta a betegséget, hirtelen előkerült egy kísérleti gyógyszer, amellyel megmentették az életét. Ezután az események felgyorsultak, és novemberben hivatalosan is engedélyezték az első hatékony ebola-védőoltást. A vakcinát élesben próbálták ki a kongói, illetve a közép-afrikai köztársaságbeli ebolajárvány kellős közepén, ahogy a WHO szerint legalább 236 ezer embert oltottak be, köztük 60 ezer egészségügyi dolgozót.

Hasonlóan jelentős, bár nem ilyen látványos sikereket ért el a tudomány a HIV elleni küzdelemben is. Egyre több betegből sikerült gyakorlatilag teljesen kiirtani a vírust, így sok szakértő szerint gyógyultnak tekinthetők. A modern antivirális szerek segítségével - ha elegendően korán történik a felismerés - a HIV-fertőzöttség már nem tekinthető halálos ítéletnek, inkább krónikus betegségnek.

Idén azonosítottak több magyart is, akik egy génmutáció miatt rezisztensek a HIV-re, génszerkesztéssel sikerült emberekből is eltávolítani a HIV génjeit, és több reményteljes HIV-vakcinát is tesztelnek. Sok kutató szerint 2020 lehet a hatékony HIV-védőoltás megjelenésének éve.

Először detektált gravitációs hullámok

Ahogy az először lefényképezett fekete lyuk, úgy a gravitációs hullámok esetében sem beszélhetünk valójában felfedezésről. Ezek léte ugyanis régóta teljesen nyilvánvaló volt a kutatók számára, de az ember már csak olyan, hogy amit nem lát (vagy legalább nem lát olyan műszereket, amelyek érzékelik), addig nem tekint egy jelenséget felfedezettnek. Semmire nem igaz ez oly annyira, mint a gravitációs hullámokra, amelyek léte már a relativitáselméletből is következett - és ily módon matematikai, elméleti fizikai, illetve közvetett adatok alapján már régen bizonyítottnak voltak tekinthetők. Viszont évtizedekig nem voltak képesek közvetlenül detektálni a gravitációs hullámokat - egyszerűen meg kellett várni, míg a technológia felnő ahhoz, hogy ilyen kis léptékű jelenségeket is pontosan legyünk képesek megmérni.

Végül a LIGO-konzorcium ért célba, 2015-ben az ő amerikai obszervatóriumuk detektálta először a két távoli, egymás körül keringő fekete lyuk keltette gravitációs hullámokat. A felfedezést 2016 elején ismerhette meg a világ. A résztvevő fizikusok szerint a gravitációs hullámok észlelésének lehetősége új ablakot nyitott a világegyetemre, olyan, mint amikor az első csillagász belenézhetett a távcsőbe. A LIGO-konzorciumban magyar fizikusok is dolgoztak, Frei Zsolt, az ELTE professzorának vezetésével. Így a felfedezés kicsit a miénk is. Kár, hogy Nobel-díjat csak hárman kaphatnak, noha manapság már az igazán fontos felfedezéseket több száz fős együttműködések érik el.

A bakteriális olló

2012-ig a gének kivágása, beillesztése fáradtságos és alacsony hatékonyságú szenvedés volt. Gyakorlatilag képtelenség volt irányítani, hogy a genomba építendő gén pontosan hova fog beilleszkedni, az egész beépül-e, és így képes lesz-e ellátni a feladatát. Pedig erre egyes baktériumok már régesrégen kitalálták a tökéletes módszert: a Crispr-Cas9 enzimrendszert.

Ez afféle védekezőrendszerként működik. A baktérium őriz az őt gyakran támadó vírusok DNS-éből egy kis szakaszt, amelyet fertőzés esetén az enzimkomplex képes felismerni, és a DNS-szekvencia által meghatározott helyen kettévágja, vagyis inaktiválja a virális örökítőanyagot. Ezt az enzimkomplexet könnyen módosíthatjuk, a templát DNS-szekvenciát tetszés szerint cserélgethetjük, és a metszés helyére más géneket építhetünk be. Megszületett a génszerkesztés.

A Crispr-technológia jelentősége, illetve a genetikára valamint mindennapi életünkre gyakorolt hatásai beláthatatlanok. Használják szúnyogok génmódosítására, így védekezve az általuk terjesztett betegségek ellen, a mezőgazdasági kultúrnövények és -állatok módosítására, hogy többet termeljenek és ellenállóbbak legyenek, és ahogy idén kiderült Kínában, már emberi embriók módosítására is. Ahogy minden új, orvosi, élelmiszer-termelési vonatkozású technológia, a génszerkesztés sem mentes etikai kérdésektől és ellentmondásoktól.

Új rokonok

Az évtized azzal kezdődött, hogy 2010 elején bejelentették: egy dél-szibériai barlangban ismeretlen emberféle ujjpercére bukkantak. A felfedezők között ott volt a magyar Viola Bence, a Torontói Egyetem antropológusa is. A barlang nevét azóta mindenki megtanulhatta: Gyeniszova. A barlangban laktak Neander-völgyi emberek és modern sapiensek is, de a nősténytől (nőtől?) származó ujjcsont mitokondriális DNS-ének elemzése azt mutatta, hogy egy harmadik fajtól származott. A fajt a barlang alapján gyeniszovai embernek keresztelték el. Azóta sok mindent megtudtunk róla, például azt, hogy sokáig kereszteződött a vele egy korban élő egyéb Homo fajokkal, például velünk is.

De a gyeniszovai ember csak az új Homo-unokatestvérek első tagja volt. 2013-ban hobbi barlangászok egészen sok - a feltárás végeztével 1550 csontra rúgó - emberelőd-maradvány ra bukkantak a dél-afrikai Gauteng tartomány egyik barlangjában. Bár a csontok egyes tulajdonságai archaikusnak hatottak, a pontos kormeghatározás szerint mindössze 250 ezer évesek voltak. Vagyis egykori tulajdonosuk, illetve leszármazottai a modern Homo fajok, így a sapiens, a neanderthalensis, illetve a gyeniszovai ember (amelynek még nincs elfogadott tudományos neve) kortársai voltak. A végül 2015-ben leírt, Homo naledinek elnevezett faj nem közvetlen elődünk, inkább kihalt unokatestvérnek tekinthető. Testtömege, testtartása és agytérfogata is az Australopithecusokat idézi, a koponyaformája azonban egyértelműen Homo.

2019-re is jutott új Homo, a luzonensis. Valójában persze korábban lelték meg a maradványait. 2007-ben a Fülöp-szigetek Luzon tartományának egyik szigetén, a Callao-barlangban francia antropológusok egy nem ismert hominin faj harmadik lábközépcsontjára bukkantak. A pontos meghatározás azonban sok évet vett igénybe. Így csak idén jelenthették be a kutatók, hogy az azóta fellelt néhány csont és fog nem a hobbitnak becézett, és ugyancsak a környéken élt H. florensiensis egyik alfajához, hanem egy különálló fajhoz tartozott (bár vannak, akik ebben még ma sem biztosak). Hasonlóan a floresi emberhez, a lusonensis is kistestű volt, amit a szigethatásnak, vagyis a szigeti életmód (és a csekély hozzáférhető forrás) miatti összetöpörödésnek tulajdonítanak.

A végtelenbe és tovább

A két Voyager szondát két hét különbséggel lőtte fel a NASA 1977-ben. Bár tudományos feladataikat (a Naprendszer külső bolygóinak megfigyelését) már a nyolcvanas években befejezték, tovább száguldottak a csillagközi tér felé. Már indításuk előtt is nyilvánvaló volt, hogy előbb-utóbb elhagyják majd a Naprendszert, ezért Carl Sagan csillagász javaslatára mindkettőben elhelyeztek egy-egy aranylemezt, amelyre az emberiségről, illetve a földről szóló alapvető információkat rögzítettek azoknak az intelligens földön kívüli civilizációknak, amelyek egyszer majd rátalálnak a szondákra.

A Voyager-1 2012-ben hagyta el a Naprendszert. Noha csillagrendszerünknek nincs egyértelmű határa, a csillagászok a Napból, illetve a csillagközi térből érkező töltött részecskék arányát tekintik döntő kritériumnak. Bár már 2012-ben is érkeztek olyan adatok a Voyager-1-től (amelyet még mindig működtet a radioaktív plutónium), hogy az általa érzékelt részecskék alapvetően változni látszanak, több mint egy évig vitatkoztak a csillagászok arról, hogy ez igazából mit is jelent. Végül 2013 szeptemberében jelentette be a NASA, hogy a Voyager-1 lett az első csillagközi térbe kijutott emberi objektum. A Voyager-2, amely lassabban halad, és hosszabb pályát járt be, 2018 novemberében csatlakozott testvéréhez.

A Higgs-bozon és az LHC

A Higgs-bozon felfedezését legalább akkora várakozás előzte meg, mint a gravitációs hullámokét. Peter Higgs fizikus már a hatvanas években megjövendölte (elméleti számításai alapján) az elemi részecskét, de megfelelő kísérleti eszköz híján még évtizedekig kellett várnia, míg a saját szemével is láthatta (a részecske létét bizonyító adatokat). Meg is kapta érte a mindenki által biztosra vett Nobel-díját.

Részben a Higgs-bozon megtalálása volt az Európai Atommagkutató Központ (CERN) által működtetett Nagy Hadronütköztető (LHC) nevű részecskegyorsító megépítésének célja. A Higgs-bozon megtalálásával kiegészült a négy ismert természeti kölcsönhatás, illetve a többi elemi részecske viselkedését magyarázó standard modell.

A Higgs-bozont nevezték annak idején isteni részecskének is, amit azonban kifejezetten utálnak felfedezői, mivel semmi köze a részecske valós funkciójához, mindössze a hype-ot tüzelte. A Higgs-részecske felelős azért, hogy az univerzumban létező dolgoknak van tömegük, és ezáltal e részecske teszi lehetővé a puszta létezést is.