Najvažniji hrvatski znanstvenici za Telegram biraju najveća znanstvena otkrića godine

Svako malo pojavi se vijest o nekom golemom znanstvenom otkriću na području fizike, biologije, kemije… Zato ih je ponekad teško pratiti i nama, potpunim laicima, prepoznati što je stvarno bitno i kakav će to utjecaj imati na čovječanstvo i znanost općenito.

Ova godina nije bila iznimka, dapače, bila je nevjerojatno živahna, kako u svemu, tako i u znanosti. Kako bismo zaista shvatili koja su znanstvena otkrića bila važna i iz kojeg razloga, zamolili smo naše najistaknutije znanstvenike da nam izdvoje najbitnije događaje.

Dakle, za Telegramov godišnji pregled najvažnijih znanstvenih otkrića govore i pišu molekularna biologinja Iva Tolić, fizičari Marin Soljačić, Saša Ceci, Sanja Josef Golubić i Bojan Vršnak, kemičarka Anđela Šarić te biologinja Rosa Karlić.

Marin Soljačić, fizičar i inžinjer elektrotehnike: Detekcije sudara dviju neutronskih zvijezda

Marin Soljačić, fizičar i profesor na najuglednijem tehnološkom fakultetu na svijetu, MIT-u (Massachusetts Institute of Technology), kao ključan znanstveni događaj ove godine izdvojio je sudar neutronskih zvijezda. “Malo je teško izabrati koji znanstveni događaj izabrati kao najbitniji, jer je bilo bitnih u toliko puno različitih polja, pa ih je teško komparirati. No, svakako je jedan od posebno značajnih detekcija sudara dviju neutronskih zvijezda.

Da bi cijenili bitnost tog događaja, prvo kratki uvod: prilikom Velikog Praska u svemiru su stvoreni uglavnom samo lagani elementi, na primjer, vodik, helij, nešto litija… Od kuda onda ostali elementi koji nas okružuju, kao kisik, ugljik, željezo…? Od nekih od tih elemenata smo dobrim dijelom i mi ljudi sami sačinjeni. Neki od njih (željezo i oni lakši od željeza) mogu nastati u zvijezdama; Carl Sagan je volio reći da smo mi napravljeni od zvjezdane prašine.

Ubrzo nakon Velikog Praska nastale su zvijezde: u njima fuzijom mogu nastati teži elementi, ali ne teži od željeza, jer iz lakših elemenata, fuzijom se oslobađa energija stvaranjem težih elemenata. No, to funkcionira sve do željeza: da bi se stvorili elementi teži od željeza (olovo, zlato), potrebno je uložiti dodatnu energiju: taj proces se ne odvija u zvijezdama. Neki od elemenata teži od željeza (kao zlato, platina) mogu nastati u sudaru neutronskih zvijezda, i nakon toga biti raspršeni svemirom”, objašnjava Soljačić.

Iva Tolić, molekularna biologinja: Revolucionarne metode u istraživanju stanične diobe

Iva Tolić jedna je od hrvatskih najuspješnijih znanstvenica. Doktorica je molekularne biologije te je provela devet godina na prestižnom njemačkom institutu Max Planck, nakon čega se vratila u Hrvatsku. Od Europske unije dobila je više od dva milijuna eura za istraživanja diobe stanica te je 2014. proglašena jednom od 40 najboljih biologa ispod 40. godine života. “Meni najzanimljiviji znanstveni događaj je definitivno bio taj kad su se prvi put koristile metode optogenetike za proučavanje stanične diobe. Optogenetika je, inače, metoda u kojoj se uz pomoć svjetlosti kontroliraju neki procesi u stanicama i u živim tkivima, a do sada se koristila uglavnom u neuroznanostima. Ove godine se prvi puta koristila u biologiji stanične diobe. To je moje područje, pa je, naravno, meni jako zanimljivo.

Radi se o tome da se laserom osvijetle stanice sa svjetlošću određene valne duljine, i onda možete promijeniti aktivnost nekog proteina, ako ste taj protein najprije genetički modificirali. Uvođenje ove metode u istraživanja stanične biologije rad je znanstvenika Michaela Lampsona sa Sveučilišta u Pennsylvaniji. On je tako genetički promijenio stanice da je mogao samo svjetlošću upravljati određenim motornim proteinima koji hodaju po diobenom vretenu za vrijeme diobe stanice. Radi se o zbilja revolucionarnom preokretu, jer se takve metode do sada nisu koristile u staničnoj biologiji. Do sada se dioba stanice proučavala tako da jednostavno uzmete neki protein i smanjite njegovu ekspresiju, a to je trajalo danima.

Sada, s ovom novom metodom, možete samo osvijetliti stanicu s laserom, u tom određenom trenutku njezine faze, na određenom mjestu unutar stanice. Znači imate i vremensku i prostornu kontrolu unutar stanice. To je potpuno revolucionarna metoda. Lampson je nedavno objavio još jedan važan rad. Naime, kada nastaje jajna stanica, uz nju nastaje i polarno tjelešce, koje zatim propada, a jajna stanica nastavlja dalje živjeti. Tu se postavlja pitanje kako određeni kromosomi i određeni dijelovi kromosoma ostanu baš u jajnoj stanici, a ne odu u polarno tjelešce koje propadne. Lampson je, korištenjem nove metode, uspio dokazati da se taj proces odvija zbog asimetrije u diobenom vretenu. Pokazao je kako stanica bira koji će geni ostati u jajnoj stanici a koji će propasti u polarnom tjelešcu”.

Saša Ceci, teorijski fizičar: Asteroid koji je došao izvan Sunčeva sustava

Saša Ceci, fizičar na Institutu Ruđer Bošković i jedan od najaktivnij hrvatskih promicatelja znanosti, čiji smo veliki profil objavili u rujnu, izdvojio je nekoliko otkrića, a dok o njima priča zvuči nevjerojatno uzbuđeno. “Kad razmišljam o najznačajnijim ovogodišnjim događajima u fizici i astronomiji, uglavnom mi pada na pamet nekoliko intrigantnih kozmičkih opažanja. Osim što smo mi u Hrvatskoj ove jeseni na malim ekranima mogli ‘opaziti’ Neila deGrassea Tysona u fenomenalnom nastavku popularno-znanstvene serije Kozmos, bilo je tu zaista svega. Potvrda postojanja gravitacijskih valova, za čije otkriće je ove godine dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku, došla nam je kroz opažanje sudara neutronskih zvijezda. One su apsurdno gusti objekti koji ostaju nakon što zvijezde cirka deset do trideset puta teže od našeg Sunca eksplozivno završe svoj život. A ti sudari su nam posebno zanimljivi jer u njima nastaju teški i rijetki elementi poput zlata i platine.

Zvijezde prije nego postanu neutronske, eksplodiraju kao supernove i oduvijek se smatralo da je to za njih kraj. Nakon toga postanu ili spomenute neutronske zvijezde, ili još neobičniji objekti – crne rupe. Ove godine naučili smo nešto novo. Nakon par godina prikupljanja i analiziranja podataka prvo se primijetilo da divovska zvijezda nepamtljivog imena iPTF14hls nakon svoje eksplozije ne želi prestati svijetliti. Zasvijetlila bi jače, pa slabije, i tako nekoliko puta, bez jasne namjere da prestane s takvim ponašanjem. I kao da to nije dovoljno šašavo (stručni znanstveni termin za neočekivanu pojavu koju još ne znamo objasniti) analizom starijih snimaka te zvijezde utvrdilo se da je ona 60-ak godina ranije također eksplodirala kao supernova. Teško je pronaći nešto šašavije od toga.

Kad već spominjem šašavost i mijenjanje sjaja, ne mogu ne spomenuti zvijezdu Tabby, koja je dobila ime po znanstvenici koja je primijetila njezino čudno ponašanje Tabethi Boyajian, i koja nas je i ove godine nastavila začuđivati svojim promjenjivim svjetlucanjem. Ma znate, ona za koju se sumnjalo da oko sebe možda ima neku izvanzemaljsku megakonstrukciju (u smislu da su je napravili izvanzemaljci, možda da bolje skupljaju energiju koju zvijezda emitira). Ove godine smo shvatili da to najvjerojatnije nije tako analizirajući njezinu prigušenu svjetlost. Primijetilo se da što god da je uzrok tog prigušenja, jače djeluje na UV zrake nego na one infracrvene. To je moguće samo ako se to što ih blokira sastoji od vrlo sitnih čestica, sitnijih od zrnaca prašine. Dakle, najvjerojatnije ništa od izvanzemaljaca i njihovih građevina. Šteta.

A kad smo kod izvanzemaljaca, jedan posjetitelj koji je došao izvan našeg Sunčevog sustava izazvao je prije nekoliko tjedana dosta uzbuđenja. Za asteroid oblika cigare, dug nešto manje od četvrt kilometra, utvrdilo se da nam je došao iz međuzvjezdanog prostora. Svi objekti u Sunčevom sustavu gibaju se oko Sunca u eliptičnim putanjama. To znamo još od Johannesa Keplera. Ovaj asteroid, koji je opažen na opservatoriju na Havajima pa je nazvan havajskim imenom Oumuamua (nije teško zapamtiti – jednom ou i dvaput mua) što znači Glasnik iz daleka, nije takav. On se giba velikom brzinom, prevelikom da bi se zadržao u Sunčevom sustavu, po krivulji koju zovemo hiperbola. Došao je iz daleka, i neće ostati s nama. Inače, asteroidi ovakvog oblika obično nastaju u ranoj fazi planetarnih sustava kad se planeti još sudaraju. U jednom takvom sudaru nastali su i naša Zemlja i Mjesec. Šteta što nam je tako brzo pobjegao, tko zna što bismo sve mogli saznati proučavajući ga”.

Anđela Šarić; kemičarka: Golemi pomaci u razvoju umjetne inteligencije

“Po meni su vjerojatno najznačajniji pomaci bili u umjetnoj inteligenciji. Posebno, pomaci koje je napravio Google DeepMind. Oni su možda veći javni odjek imali prošle godine, kada su napravili AI algoritam koji je pobijedio svjetskog viceprvaka u Go-u, drevnoj kineskoj strateškoj igri u kojoj se igrači nadmeću u osvajanju prostora na ploči sa bijelim i crnim kamenčićima.

Sad, prošlogodišnji algoritam je bio baziran na tome da je učio na primjerku, možda stotinjak tisuća partija koju su odigrali živi igrači, i na temelju toga naučio strategije i obrasce igre. Ove godine su uspjeli napraviti algoritam koji je bio potpuno samouk. Dakle, nisu ga morali trenirati na tuđim partijama, nego je on jednostavno sam počeo nasumično igrati, i na temelju pokušaja i pogrešaka naučio igrati igru. Na kraju, igrao je s prošlogodišnjim algoritmom, i dobio sve partije. Štoviše, otkrio je i nove pobjedničke strategije koje se do sada nisu koristile u igri.

Mislim, nije toliko važno što je neki algoritam pobijedio u drevnoj kineskoj igri. Ovo je bitno jer se ti algoritmi bazirani na umjetnoj inteligenciji sve više i više primjenjuju na razno raznim znanstvenim poljima. Cilj Google DeepMinda isto nije stvoriti algoritam koji je najbolji u društvenim igrama, nego je ovo korak u smjeru razvijanja važnih tehnoloških alata, koji u znanosti mogu imati različite primjene, od biofizike, na kvantnu kemiju, otkriće materijala, personaliziranu medicinu…Sve više i više mojih kolega koristi slične alate. Naravno DeepMind nije otkrio cijelo to područje, ali oni trenutno rade najuzbudljivije stvari, “, ispričala je Šarić, usput, jedna od naših najistaknutijih znanstvenica, s vrlo uspješnom međunarodnom karijerom.

Sanja Golubić, fizičarka: Otkriće koje bi moglo dovesti do novih materijala za pohranu informacija

Sanja Golubić je fizičarka s PMF-a, nedavno smo pisali o njezinom otkriću biomarkera za Alzheimer, koji bi potencijalno tu bolest mogao detektirati prije prvih simptoma. Golubić nam je u svojem odabiru najvažnijih znanstvenih otkrića godine izdvojila nekoliko događaja.”Kao prvo, izdvojila bih istraživanje naše mlade fizičarke Veronike Sunko, čiji su rezultati objavljeni u najprestižnijem znanstvenom časopisu Nature, a mogli bi dovesti do novih materijala za pohranu informacija. U radu je pokazala da se lom simetrije raspodjele elektrona površinskog sloja može iskoristiti za maksimalno razdvajanje elektronskih stanja prema njihovim spinskim svojstvima.

Sunko je, zajedno s kolegama s Max Planck Instituta za fizikalnu kemiju čvrstog stanja u Dresdenu, uspjela najprije teorijski predvidjeti, a zatim i kreirati površinska stanja slojevitih metalnih oksida koja pokazuju maksimalnu energetsku razliku između stanja elektrona s različitim spinom. To bi otkriće moglo omogućiti dizajn ultra-modernih materijala za pohranu informacija koji se temelje na principu promjene spina pojedinih elektrona ili čitavog elektronskog ansambla sloja materijala. Radi se o materijalima koji se koriste u spintronici, novoj tehnologiji koja ubrzano mijenja tradicionalnu mikroelektroničku izvedbu računalne memorije.

Izdvojila bih još i istraživanje u kojem su znanstvenici s Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL-a), proučavajući mitohondrij, otkrili da pojačana aktivacija obrane mitohondrija protiv određenog oblika proteinskog stresa smanjuje nastajanje štetnih proteinskih naslaga vezanih uz Alzheimerovu bolest. Naime, tijekom normalnog starenja, a osobito tijekom progresivnih bolesti vezanih uz starenje poput Alzheimerove bolesti, stanice mozga su suočene s porastom oštećenja svih svojih dijelova. Zato razvijaju mehanizme za zaštitu, obnovu i na kraju odstranjivanje previše oštećenih i nefunkcionalnih organela.

Budući da su mitohondriji osnovni proizvođači energije moždanim stanicama, poremećaji u njihovoj obnovi i odstranjivanju vode najprije do smanjenja funkcije živčanih stanica, znači aktivacije i provođenja moždanih impulsa, a zatim, nakon kritičnog smanjenja energije, i do strukturnih promjena. Aktualno istraživanje sugerira da upravo poremećaji u regulaciji staničnih mehanizama koji kontroliraju kvalitetu mitohondrija rezultiraju nastajanjem izvanstaničnih nakupina štetnih oblika proteina vezanih uz Alzheimerovu bolest te simptomima poput smanjenja sposobnosti učenja, otežanog prisjećanja i gubitka pamćenja. Izgleda da smo, nakon 110 godina intenzivnog istraživanja, na pragu otkrića uzroka Alzheimerove bolesti.

Na kraju bih istaknula još jedno otkriće koje je 2017. učinilo senzacionalnom. Naime, u Jebel Irhoudu u Maroku pronađeni su fosili Homo sapiensa stari više od 300 000 godina. Ovo otkriće ne samo da pomiče točku nastanka naše cijenjene vrste značajnih 100.000 godina dalje u povijest, već mijenja i dosadašnja uvjerenja o geografskom podrijetlu vrste.

Bojan Vršnak, fizičar: Nove tehnologije u istraživanju Sunca

Bojan Vršnak znanstvenik je s Geodetskog fakulteta u Zagrebu koji se bavi fizikom Sunca. Krajem studenog ove godine, gospodin Vršnak dobio je iznimno važnu nagrada Europske svemirske agencije za svoj rad na području svemirske meteorologije. “Teško mi je reći vam nešto pametno za ostala područja znanosti, ali što se tiče mog područja i istraživanja Sunca, svakako bih izdvojio dva projekta.

Dakle, na Kanarima će biti instaliran najveći svjetski teleskop za Sunce, European Solar Telescope, i imat će promjer od četiri metra. Trenutno se vrše predradnje i pripremni projekti. I Hrvatska će biti dio tog projekta, ali još neće davati novce. Druga važna star za istraživanje Sunca je to što od ove godine radioteleskop Alma u Čileu, koji radi u submilimetarskom području, radi i opservacije Sunca. Radioteleskopi se inače koriste za sve živo; za promatranje dalekih objekata, zvijezda i slično, a od ove se s tim radioteleskopom opaža i Sunce, i tu već imamo neke rezultate.

Alma ima jako visoko razlučivanje i bit će jako bitan za razumijevanje zagrijavanja vanjskih slojeva sunčeve atmosfere. Trenutno ne razumijemo mehanizam kojim se to događa, a Alma bi nam mogla pomoći da shvatimo. To je jedan od neriješenih problema u fizici Sunca. Ove dvije stvari koje sam izdvojio su čista znanost, tu primjene nema puno. Radi se o događajima koji će nam pomoći da bolje razumijemo neke stvari. Posredno bi opažanja ovih teleskopa mogla donijeti primjenjiva otkrića u svemirskoj meteorologiji, ali ne baš direktno, pa to ne bih previše potencirao. To je meni zanimljivo za moj rad. Mislim, ništa od ovoga neće okrenuti svijet naglavačke, ali tako to u znanosti ide. Slaže se cigla po cigla. U svakom slučaju radi se o iskoraku za razumijevanje Sunca”.

Rosa Karlić, biologinja: Nova otkrića na području personalizirane terapije tumora

Karlić, biologinja s PMF-a, objavljivala je radove u najprestižnijm znanstvenim publikacijama svoga područja, a trenutno najzanimljivijima smatra napretke u liječenju raka . “Teško je izdvojiti samo jedno, u protekloj godini ih je bilo puno. Ipak, istaknula bih otkrića vezana uz područje personalizirane terapije tumora, odnosno proučavanje toga zašto neki pacijenti pozitivno odgovaraju na neke vrste terapije, a drugi ne. Sve veći broj studija u kojima se proučavaju klinički podaci velikog broja pacijenata mogao bi nam dati odgovore na ta pitanja i pomoći liječnicima da svakom pacijentu propišu najbolju terapiju, na temelju njegovih osobnih karakteristika. Imunoterapija, vrsta terapije u kojoj se u borbi protiv tumora koristi imunološki sustav samog pacijenta, u posljednje se vrijeme intenzivno razvija i daje obećavajuće rezultate.

U tom pristupu liječenju stimuliraju se dijelovi imunološkog sustava da bi radili bolje i mogli preciznije razlikovati tumorske od normalnih stanica. No, ne odgovaraju svi pacijenti jednako na takve vrste terapija, zbog čega je bitno rano prepoznati one kod kojih će terapija vjerojatno biti uspješna od onih kod kojih neće, da bismo ove potonje mogli tretirati nekom drugom vrstom liječenja i spriječiti moguće nepotrebne nuspojave. Primjerice, autori studije koja je proučavala odgovor pacijenata koji boluju od uznapredovalog stadija melanoma na terapiju antitijelom čija je svrha osnažiti reakciju imunološkog sustava na tumore otkrili su vezu između veličine tumora i odgovora na ovaj tip terapije, koja dosta učinkovito previđa kliničke odgovore nakon samo 6 tjedana terapije.

Osobito je zanimljivo da su ishodi terapije povezani i sa mikrobiomom, skupom svih mikrobnih organizama koji se nalaze u našem tijelu. Nedavno je pokazano da određeni tipovi bakterija mogu razgraditi kemoterapeutik gemtacibin i pretvoriti ga u neaktivan oblik, te da se taj učinak može poništiti antibioticima. Ovo otkriće je osobito važno za terapiju raka gušterače, jednog od tipova raka kojeg je najteže otkriti i liječiti. Iako je istraživanje provedeno na miševima, i u velikom postotku ljudskih uzoraka s rakom gušterače koji se liječi gemtacibinom pronađene su bakterije koje ga mogu inaktivirati, što bi upućivalo na moguću primjenu antibiotika za poboljšavanje takve vrste terapije.

Naravno, potrebno je još puno dodatnih istraživanja da bi se otkrilo na koji je točno način mikrobiom povezan s odgovorom na terapiju u određenoj vrsti raka, te možemo njegovim mijenjanjem utjecati na taj odgovor, ali utjecaj sastava i raznolikosti mikrobioma na ljudsko zdravlje je po mom mišljenju danas jedno od najzanimljivijih područja biomedicine”.