Das letzte Jahrzehnt brachte einige wirklich revolutionäre Fortschritte in der Wissenschaft mit sich, von der Entdeckung des Higgs-Bosons bis zur Verwendung von CRISPR für die Bearbeitung von Sci-Fi-ähnlichen Genen. Aber was sind noch einige der größten Durchbrüche? Live Science fragte mehrere Experten auf ihrem Gebiet, auf welche Entdeckungen, Techniken und Entwicklungen sie sich in den 2020er Jahren am meisten freuen.
Medizin: Ein universeller Grippeimpfstoff
Die universelle Grippeschutzimpfung, die sich Wissenschaftlern seit Jahrzehnten entzogen hat, könnte ein wirklich bahnbrechender medizinischer Fortschritt sein, der sich in den nächsten 10 Jahren zeigen könnte.
"Es ist zu einem Scherz geworden, dass ein Universalimpfstoff immer nur fünf bis zehn Jahre entfernt ist", sagte Dr. Amesh Adalja, Spezialist für Infektionskrankheiten und leitender Wissenschaftler am Johns Hopkins Center für Gesundheitssicherheit in Baltimore.
Aber jetzt scheint es, dass dies "tatsächlich wahr sein kann", sagte Adalja gegenüber Live Science. "Verschiedene Ansätze für universelle Grippeimpfstoffe befinden sich in der fortgeschrittenen Entwicklung, und vielversprechende Ergebnisse zeichnen sich ab."
Theoretisch würde ein universeller Grippeimpfstoff einen dauerhaften Schutz gegen die Grippe bieten und die Notwendigkeit einer jährlichen Grippeschutzimpfung beseitigen.
Einige Teile des Grippevirus verändern sich ständig, während andere von Jahr zu Jahr weitgehend unverändert bleiben. Alle Ansätze für einen universellen Grippeimpfstoff zielen auf Teile des Virus ab, die weniger variabel sind.
In diesem Jahr hat das Nationale Institut für Allergien und Infektionskrankheiten (NIAID) seine erste Studie am Menschen mit einem universellen Grippeimpfstoff begonnen. Die Immunisierung zielt darauf ab, eine Immunantwort gegen einen weniger variablen Teil des Grippevirus zu induzieren, der als Hämagglutinin (HA) "Stamm" bekannt ist. Diese Phase-1-Studie wird die Sicherheit des experimentellen Impfstoffs sowie die Immunantworten der Teilnehmer darauf untersuchen. Die Forscher hoffen, ihre ersten Ergebnisse Anfang 2020 veröffentlichen zu können.
Ein weiterer universeller Impfstoffkandidat des israelischen Unternehmens BiondVax befindet sich derzeit in Phase-3-Studien. Dies ist ein fortgeschrittenes Forschungsstadium, in dem untersucht wird, ob der Impfstoff wirklich wirksam ist - was bedeutet, dass er vor Infektionen durch Grippestämme schützt. Dieser Impfstoffkandidat enthält laut The Scientist neun verschiedene Proteine aus verschiedenen Teilen des Grippevirus, die sich zwischen den Grippestämmen kaum unterscheiden. An der Studie nahmen bereits mehr als 12.000 Personen teil. Die Ergebnisse werden nach Angaben des Unternehmens Ende 2020 erwartet.
Neurowissenschaften: Größere, bessere Mini-Gehirne
In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler erfolgreich Mini-Gehirne, sogenannte "Organoide", aus menschlichen Stammzellen gezüchtet, die sich zu Neuronen differenzieren und zu 3D-Strukturen zusammensetzen. Laut Dr. Hongjun Song, Professor für Neurowissenschaften an der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania, können Gehirnorganoide derzeit nur so gezüchtet werden, dass sie winzigen Teilen eines Gehirns in der frühen fetalen Entwicklung ähneln. Das könnte sich aber in den nächsten 10 Jahren ändern.
"Wir könnten wirklich modellieren, nicht nur die Zelltyp-Diversität, sondern auch die zelluläre Architektur" des Gehirns, sagte Dr. Song. Reife Neuronen ordnen sich in Schichten, Säulen und komplizierten Schaltkreisen im Gehirn an. Derzeit enthalten Organoide nur unreife Zellen, die diese komplexen Zusammenhänge nicht erkennen können. Dr. Song geht jedoch davon aus, dass das Feld diese Herausforderung im kommenden Jahrzehnt bewältigen wird. Mit Miniaturmodellen des Gehirns könnten Wissenschaftler helfen, abzuleiten, wie sich neurologische Entwicklungsstörungen entwickeln. wie neurodegenerative Erkrankungen das Gehirngewebe abbauen; und wie das Gehirn verschiedener Menschen auf verschiedene pharmakologische Behandlungen reagieren könnte.
Eines Tages (wenn auch vielleicht nicht in 10 Jahren) können Wissenschaftler möglicherweise sogar "funktionelle Einheiten" des Nervengewebes züchten, um beschädigte Bereiche des Gehirns zu ersetzen. "Was ist, wenn Sie eine vorgefertigte Funktionseinheit haben, mit der Sie in das beschädigte Gehirn klicken können?" Sagte Song. Im Moment ist die Arbeit sehr theoretisch, aber "Ich denke, in den nächsten zehn Jahren werden wir wissen", ob es funktionieren könnte, fügte er hinzu.
Klimawandel: Transformierte Energiesysteme
In diesem Jahrzehnt haben steigende Meeresspiegel und extremere Klimaereignisse gezeigt, wie zerbrechlich unser schöner Planet ist. Aber wie sieht das nächste Jahrzehnt aus?
"Ich denke, wir werden einen Durchbruch sehen, wenn es um Maßnahmen gegen das Klima geht", sagte Michael Mann, ein angesehener Professor für Meteorologie an der Penn State University. "Aber wir brauchen Richtlinien, die diesen Übergang beschleunigen, und wir brauchen Politiker, die diese Richtlinien unterstützen", sagte er gegenüber Live Science.
Im nächsten Jahrzehnt "wird die Umstellung von Energie- und Verkehrssystemen auf erneuerbare Energien in vollem Gange sein, und es werden neue Ansätze und Technologien entwickelt, die es uns ermöglichen, schneller dorthin zu gelangen", sagte Donald Wuebbles, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Und "die zunehmenden klimabedingten Auswirkungen von Unwettern und möglicherweise vom Anstieg des Meeresspiegels erregen endlich genug Aufmerksamkeit der Menschen, dass wir den Klimawandel wirklich ernst nehmen."
Das ist auch gut so, denn nach jüngsten Erkenntnissen gibt es eine beängstigendere, spekulativere Möglichkeit: Wissenschaftler könnten die Auswirkungen des Klimawandels auf dieses Jahrhundert und darüber hinaus unterschätzen, sagte Wuebbles: "Wir sollten im nächsten Jahrhundert viel mehr darüber lernen Dekade."
Teilchenphysik: Das Axion finden
Im letzten Jahrzehnt war die größte Neuigkeit in der Welt der ganz Kleinen die Entdeckung des Higgs-Bosons, des mysteriösen "Gott-Teilchens", das anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Das Higgs galt als Krönung des Standardmodells, der herrschenden Theorie, die den Zoo subatomarer Teilchen beschreibt.
Aber als die Higgs entdeckt wurden, standen viele andere weniger berühmte Teilchen im Mittelpunkt. In diesem Jahrzehnt haben wir eine vernünftige Chance, ein weiteres dieser schwer fassbaren, noch nicht hypothetischen Teilchen zu finden - das Axion, sagte der Physiker Frank Wilczek, ein Nobelpreisträger Preisträger am Massachusetts Institute of Technology. (1978 schlug Wilczek erstmals das Axion vor). Das Axion ist nicht unbedingt ein einzelnes Teilchen, sondern eine Klasse von Teilchen mit Eigenschaften, die selten mit gewöhnlicher Materie interagieren. Axionen könnten ein langjähriges Rätsel erklären: Warum die Gesetze der Physik auf beide Materieteilchen und ihre Antimateriepartner gleich zu wirken scheinen, selbst wenn ihre räumlichen Koordinaten umgedreht werden, wie Live Science zuvor berichtet hat.
Und Axionen sind einer der führenden Kandidaten für dunkle Materie, die unsichtbare Materie, die Galaxien zusammenhält.
"Das Finden des Axions wäre eine sehr große Errungenschaft in der Grundlagenphysik, insbesondere wenn es auf dem wahrscheinlichsten Weg geschieht, d. H. Durch Beobachtung eines kosmischen Axion-Hintergrunds, der die 'dunkle Materie' liefert.", Sagte Wilczek. "Es gibt eine faire Chance, die in den nächsten fünf bis zehn Jahren eintreten könnte, da ehrgeizige experimentelle Initiativen, die dorthin gelangen könnten, auf der ganzen Welt aufblühen. Für mich ist es das Beste, sowohl die Bedeutung der Entdeckung als auch die Wahrscheinlichkeit ihres Eintretens abzuwägen Wette."
Zu diesen Initiativen gehören das Axion Dark Matter Experiment (ADMX) und das CERN Axion Solar Telescope, zwei wichtige Instrumente, die nach diesen schwer fassbaren Partikeln suchen.
Das heißt, es gibt auch andere Möglichkeiten - wir können noch Gravitationswellen oder Wellen in der Raumzeit erkennen, die von der frühesten Periode im Universum ausgehen, oder andere Teilchen, die als schwach wechselwirkende massive Teilchen bekannt sind und auch dunkle Materie erklären könnten, sagte Wilczek .
Exoplaneten: Eine erdähnliche Atmosphäre
Am 6. Oktober 1995 wurde unser Universum sozusagen größer, als zwei Astronomen die Entdeckung des ersten Exoplaneten ankündigten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreiste. Die Kugel mit dem Namen 51 Pegasi b zeigte eine gemütliche Umlaufbahn um ihren Wirtsstern von nur 4,2 Erdentagen und eine Masse, die etwa halb so groß ist wie die von Jupiter. Laut NASA hat die Entdeckung "die Art und Weise, wie wir das Universum und unseren Platz darin sehen", für immer verändert. Mehr als ein Jahrzehnt später haben Astronomen nun 4.104 Welten bestätigt, die Sterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen. Das sind viele Welten, die vor etwas mehr als einem Jahrzehnt unbekannt waren.
Der Himmel ist also die Grenze für das nächste Jahrzehnt, oder? Laut Sara Seager vom Massachusetts Institute of Technology absolut. "Dieses Jahrzehnt wird für die Astronomie und die Exoplanetenwissenschaft mit dem erwarteten Start des James Webb-Weltraumteleskops von großer Bedeutung sein", sagte Seager, ein Planetenwissenschaftler und Astrophysiker. JWST, der kosmische Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops, soll 2021 starten. Zum ersten Mal können Wissenschaftler Exoplaneten im Infrarot "sehen", was bedeutet, dass sie sogar schwache Planeten erkennen können, die weit entfernt von ihrem Wirtsstern kreisen.
Darüber hinaus öffnet das Teleskop ein neues Fenster in die Eigenschaften dieser außerirdischen Welten. "Wenn der richtige Planet existiert, können wir Wasserdampf auf einem kleinen felsigen Planeten erkennen. Wasserdampf ist ein Hinweis auf flüssige Wassermeere - da flüssiges Wasser für alles Leben, wie wir es kennen, benötigt wird, wäre dies eine sehr große Sache ", Sagte Seager zu Live Science. "Das ist meine größte Hoffnung auf einen Durchbruch." (Das ultimative Ziel ist es natürlich, eine Welt zu finden, die laut NASA eine ähnliche Atmosphäre wie die Erde hat; mit anderen Worten, einen Planeten mit Bedingungen, die das Leben unterstützen können.)
Und natürlich wird es einige wachsende Schmerzen geben, bemerkte Seager. "Mit dem JWST und den extrem großen bodengestützten Teleskopen, die voraussichtlich online gehen werden, hat die Exoplaneten-Community Schwierigkeiten, sich von Einzel- oder kleinen Teambemühungen zu großen Kooperationen von Dutzenden oder über hundert Personen zu entwickeln. Nach anderen Maßstäben nicht riesig (z. LIGO), aber es ist trotzdem schwierig ", sagte sie und bezog sich auf das Laserinterferometer-Gravitationswellen-Observatorium, eine riesige Zusammenarbeit, an der mehr als 1.000 Wissenschaftler auf der ganzen Welt beteiligt sind. Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.
