Vandaag nodigen we onze lezers uit om in de toekomst te kijken. We zullen je vertellen over wetenschappelijke experimenten die ons leven de komende decennia ten goede kunnen veranderen. Binnenkort kunnen we genieten van de vruchten van dit wetenschappelijk onderzoek.
De implantatie van chips in het menselijk lichaam
Dit apparaat is uitgevonden in het NASA Research Center in Californië. Het is een koolstofnanobuisje dat onder de huid kan worden geïmplanteerd.
Stelt u zich eens een "slimme" microcapsule voor die in het menselijk lichaam wordt genaaid en die op het juiste moment en in de juiste doses een geneesmiddel in het bloed injecteert dat van vitaal belang is. Zo'n aanpassing kan honderdduizenden zieke mensen redden die constant medicijnen moeten slikken. Als bijvoorbeeld cellen van de eilandjes van Langerhans uit de pancreas, die normaal insuline produceren, in nanobuisjes worden geplaatst, kunnen ze worden gebruikt om diabetes te behandelen.
Een van de modificaties van een dergelijk apparaat is gepland om in astronauten te worden geïmplanteerd. Het idee is dat nanobuisjes biologisch materiaal (levende cellen) bevatten dat reageert op bijvoorbeeld een toename van de straling van zonnevlammen en een medicijn afgeeft dat het lichaam van de astronaut beschermt. De cellen in de nanobuisjes kunnen genetisch worden gemanipuleerd om de vereiste stoffen te produceren als reactie op veranderingen in de omgeving.
Een persoon beschermen tegen straling kan bijvoorbeeld het eiwit G-CSF zijn - een stof die al wordt gebruikt bij radiotherapie van kankerpatiënten. Koolstofnanobuisjes moeten poriën hebben waardoor cellen kunnen groeien en delen, en medicijnen moeten in de gastheer worden afgegeven. De capsules worden nu op dieren getest. Maar in de nabije toekomst zullen wetenschappers overgaan tot experimenten op vrijwilligers.
Promotie video:
Machines die kooldioxide uit de atmosfeer opnemen
De komende klimaatverandering op de planeet is al lang besproken op alle niveaus van de samenleving. De belangrijkste oorzaak van de opwarming van de aarde is kooldioxide, dat in grote hoeveelheden wordt geproduceerd door industriële fabrieken en transportsystemen over de hele wereld. De Canadese firma Carbon Engineering hoopt het verschil te maken door dit gas chemisch uit de atmosfeer te halen. Het apparaat, uitgevonden door de specialisten van het bedrijf, kan lucht aanzuigen en door een hydroxide-oplossing leiden. Als gevolg hiervan verandert kooldioxide in een vast koolstofbezinksel - kooldioxide. En het kan al voor industriële doeleinden worden gebruikt of gewoon in de grond worden begraven.
Deze machine is vorig jaar getest en heeft 500 uur gedraaid, waarbij met succes koolstofdioxide uit de lucht werd gehaald. Het volgende experiment duurt enkele duizenden uren. Ingenieurs zijn geïnteresseerd in hoe het apparaat zal reageren op verschillende weersomstandigheden.
Het bedrijf hoopt in 2013 een commerciële pilot te ontwikkelen. Elk van de modules van het apparaat zal lijken op een gigantische koeltoren van een kerncentrale en zal in staat zijn om 1 miljoen ton koolstofdioxide per jaar uit de atmosfeer te halen. Onze beschaving produceert jaarlijks 30 miljard ton van dit gas, dat wil zeggen dat er 30 duizend modules nodig zijn om de invloed van de mensheid op het klimaat op aarde volledig te neutraliseren.
Het probleem van supergeleiders oplossen
Supergeleiders zijn de toekomst van transmissie en opslag van elektriciteit. Deze materialen hebben een zeer lage, bijna nul weerstand. Ze kunnen worden gebruikt om kabels en batterijen voor voedingssystemen te maken. Maar het probleem is dat alle momenteel bekende supergeleiders alleen zo zijn bij zeer lage temperaturen: minder dan - 163 ° C. Daarom moeten ze worden gekoeld en goed geïsoleerd, wat op zichzelf erg duur is. Het is nodig om materialen te vinden die supergeleidend zijn bij hogere temperaturen. En dit valt al binnen de competentie van de kwantumfysica en haar complexe wetten betreffende het gedrag van subatomaire deeltjes. De oplossing voor het probleem ligt buiten de macht van moderne computers. Maar wetenschappers van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology hebben een "kwantumstimulator" ontwikkeld - een computersysteem datwaarmee onderzoekers interacties tussen kwantumdeeltjes kunnen plannen en stimuleren en eenvoudig informatie over de resultaten van deze interacties kunnen lezen. Zo wordt het mogelijk om bekende supergeleiders te vergelijken met andere materialen en er een geschikte te zoeken.
Creatie van een uniform model van alle wetten en verschijnselen in de natuurkunde
Het standaardmodel van deeltjesfysica is momenteel het beste systeem om het gedrag van subatomaire materiedeeltjes te begrijpen. Het kan echter de verschijnselen van zwaartekracht en de uitdijing van het heelal, die zich met toenemende snelheid voordoen, niet verklaren. De creatie van een enkel model dat alle bekende fysische verschijnselen in de natuur omvat, zal een opvallende doorbraak in de wetenschap zijn, vergelijkbaar met de ontwikkeling van de kwantumtheorie. Op basis van de kwantumtheorie werken lasers, micro-elektronische apparaten, ultraprecieze klokken nu, zijn er onbreekbare codes gemaakt, dat wil zeggen, veel dingen waar niet eens aan werd gedacht voordat de theorie werd geformuleerd.
Hoe kan de werkelijkheid om ons heen afwijken van de voorspellingen van het standaardmodel? Het antwoord zal verschijnen na experimenten die zijn uitgevoerd bij de Large Hadron Collider - een gigantische deeltjesversneller. Hij werkt met veel energie. er is een botsing van deeltjes - protonen. De botsing van elektronen en positronen zal veelbelovender zijn, omdat men in dit experiment de energie van elke botsing kan instellen en veranderen en eenvoudigere eindtoestanden kan bestuderen. Maar deze deeltjes kunnen niet in een cirkel worden versneld, omdat ze in dit geval hun energie in alle richtingen zullen afgeven. Dit fenomeen staat bekend als synchrotronstraling. De oplossing ligt aan de oppervlakte: je moet ze in een rechte lijn versnellen met een lineaire versneller. Het is precies zo'n constructie die in de nabije toekomst zal worden opgetrokken. De lengte is 50 kilometer. Het kan in Japan worden gebouwd,Amerika, Zwitserland of Rusland.
De ziekte van Alzheimer op petrischalen
Er zijn momenteel 26 miljoen mensen met de ziekte van Alzheimer in de wereld. Dit is meer dan de bevolking van heel Australië. Er zijn 800.000 van dergelijke patiënten in het VK. Deze cijfers zullen naar verwachting in 2050 zijn verdubbeld. De oorzaak van de ziekte is nog onbekend en er is geen effectieve behandeling. Patiënten kunnen hun kwaliteit van leven slechts in geringe mate verbeteren. Om de ziekte te bestuderen zijn monsters van het hersenweefsel van een levend persoon nodig, maar om voor de hand liggende redenen is het onmogelijk om ze te verkrijgen. En in dit geval is het nutteloos om op dieren te experimenteren, omdat alleen mensen vatbaar zijn voor deze ziekte. Daarom is het moeilijk om het belang van het werk van twee onafhankelijke groepen onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en Californië te overschatten. Ze waren in staat om in het laboratorium hersencellen te laten groeien en de ontwikkeling van de ziekte van Alzheimer rechtstreeks op petrischalen te observeren. Het is gelukt om erachter te komendat de ziekte begint met een geleidelijke opeenstapeling van kleine cellulaire afwijkingen. Wetenschappers namen huidcellen van patiënten in wier familie patiënten waren, van wie ze stamcellen ontvingen die in andere, bijvoorbeeld hersencellen, kunnen veranderen. Ze bestuderen de werking van verschillende stoffen om middelen te vinden om de ontwikkeling van de ziekte te stoppen. De onderzoekers hopen op een succesvolle afronding van het project in de komende drie tot vijf jaar.
Zoek naar buitenaardse beschavingen
Sinds 1995, toen de eerste ster vergelijkbaar met de zon met de omringende planeten - 51 Pegasi en zijn planeet Bellerophon - werd ontdekt, begonnen astrofysici ongeveer 760 planeten te bestuderen voor het bestaan van een beschaving op hen. Het blijkt dat deze planeten, die op ongeveer dezelfde afstand van hun zonnen staan als de aarde van hun ster, veel minder licht en warmte van hen ontvangen.
Astrofysicus en professor aan de Universiteit van Colorado Webster Cash stelde een "sterdimmer" voor - een speciaal ruimtevaartuig dat het licht van een ster kan blokkeren, waardoor de gevoelige instrumenten van de telescoop elke planeet kunnen bestuderen. Dit maakt spectroscopisch onderzoek van licht van deze planeten mogelijk om hun chemische samenstelling en de aan- of afwezigheid van een atmosfeer te bepalen. Je kunt er ook achter komen of er waterdamp rond de planeten is. De belangrijkste biomarker, dat wil zeggen, een stof die spreekt over de aanwezigheid van leven, is zuurstof. Dit is wat onderzoekers proberen te vinden.
Ontwikkeling van nieuwe motoren voor ruimtevaartuigen
Het lanceren van een ruimtevaartuig in de baan van de aarde is een nogal moeilijke taak. In dit geval moet de snelheid van het ruimtevaartuig 25 keer de geluidssnelheid zijn. Hiervoor is een meertraps hulk nodig met een grote hoeveelheid brandstof aan boord, die, als deze per ongeluk explodeert, lijkt op de explosie van een kleine atoombom. Naast dit gevaar is er ook een financieel probleem. Zo'n vlucht kost tienduizenden dollars per kilo vracht in de raket. Maar deze stand van zaken kan binnenkort worden veranderd.
Het Britse bedrijf Reaction Engines heeft een herbruikbaar onbemand ruimtevaartuig Skylon ontworpen, zonder de bovengenoemde nadelen. De sleutel tot het succes van dit project is de ontwikkeling van een volledig nieuw systeem SABRE-ruimtemotor die in twee modi kan werken: een jetmotor (gasturbine) en een raketmotor.
De belangrijkste brandstof hiervoor is waterstof en zuurstof is het oxidatiemiddel. Tijdens het opstijgen en landen komt zuurstof rechtstreeks vanuit de atmosfeer de motor binnen. En nadat je de ruimte bent ingegaan, komen de interne tanks met de oxidator in het spel. De belangrijkste componenten van de nieuwe motor zijn nu gemaakt en worden voorbereid op uitgebreide tests. In het geval van succes en implementatie van het project, zullen de kosten voor het lanceren van ruimtevaartuigen in de baan van de aarde met 15-50 keer dalen. Het maximale laadvermogen dat Skylon in de ruimte kan leveren, is 12-15 ton voor een hoogte van 300 kilometer en 9,5-10,5 ton voor een hoogte van 460 kilometer.
"Super Wheat" kweken
Om de bevolking van de aarde te voeden, is landbouwgrond met een oppervlakte ter grootte van Zuid-Amerika nodig. Wetenschappers proberen efficiëntere manieren te vinden om aan voedsel te komen. Deskundigen van het Wheat Yield Consortium zijn van mening dat een manier om dit probleem aan te pakken is door "supertarwe" te ontwikkelen, een gemodificeerde plant om meer eetbare biomassa te produceren. Het doel van de ontwikkeling is om de opbrengsten over 25 jaar met 50% te verhogen. Maar hoe? Door de efficiëntie van fotosynthese te verbeteren. Fotosynthese is een proces in planten voor de vorming van organisch materiaal uit kooldioxide en water in het licht met de deelname van fotosynthetische pigmenten (chlorofyl in planten, bacteriochlorofyl en bacteriorodopsine in bacteriën). Het is de bedoeling om de efficiëntie van dit proces te verhogen door een van de enzymen te beïnvloeden,die verantwoordelijk is voor de eerste fase van fotosynthese - koolstoffixatie. Hier kunt u zowel biochemische als genetische methoden gebruiken. Het project wordt nog steeds slecht gefinancierd, maar de eerste experimenten zijn al begonnen in Mexico.
Oprichting van veilige kerncentrales
In 1954 werd in Obninsk de eerste kerncentrale ter wereld gebouwd. Kernenergie wordt sindsdien geprezen als een onuitputtelijke energiebron voor de toekomst. Na de bekende gebeurtenissen in Tsjernobyl en Fukushima werd echter duidelijk dat dergelijke energiecentrales een enorm gevaar vormen. In verband met dit probleem wordt een project met de naam ITER (ITER) ontwikkeld - 's werelds grootste thermonucleaire reactor, die nu in Frankrijk wordt gebouwd door gezamenlijke inspanningen van de Europese Unie, India, China, Zuid-Korea, Rusland, de Verenigde Staten en Japan. Een thermonucleaire reactor is qua straling veel veiliger dan een kernreactor. De hoeveelheid radioactieve stoffen die erin wordt gebruikt, is relatief klein. De energie die vrijkomt bij een ongeval is ook klein en kan niet leiden tot vernietiging van de reactor. Het ontwerp van de reactor is zodanig dat er natuurlijke barrières in zitten,het voorkomen van de verspreiding van radioactieve stoffen. Desalniettemin is er bij het ontwerp van ITER veel aandacht besteed aan de stralingsveiligheid - zowel tijdens normaal gebruik als tijdens mogelijke ongevallen. De energie erin wordt geproduceerd door de versmelting van deuterium- en tritiumkernen (isotopen van waterstof met extra neutronen). Deze brandstof is veilig omdat er geen kettingreactie is bij gebruik. Hierdoor treedt er geen langdurige radioactieve besmetting op. Bovendien zit er veel deuterium in zeewater en wordt tritium gemakkelijk uit lithium gewonnen. De energie erin wordt geproduceerd door de versmelting van deuterium- en tritiumkernen (isotopen van waterstof met extra neutronen). Deze brandstof is veilig omdat er geen kettingreactie is bij gebruik. Hierdoor treedt er geen langdurige radioactieve besmetting op. Bovendien zit er veel deuterium in zeewater en wordt tritium gemakkelijk uit lithium gewonnen. De energie erin wordt geproduceerd door de versmelting van deuterium- en tritiumkernen (isotopen van waterstof met extra neutronen). Deze brandstof is veilig omdat er geen kettingreactie is bij gebruik. Hierdoor treedt er geen langdurige radioactieve besmetting op. Bovendien zit er veel deuterium in zeewater en wordt tritium gemakkelijk uit lithium gewonnen.
Machines die DNA kunnen bewerken
De mogelijkheid om het menselijk DNA te veranderen, houdt zich al lang bezig met de geest van wetenschappers en artsen over de hele wereld. Sinds bekend werd dat verschillende ziekten afhankelijk zijn van de sequentie van het genoom van een levend organisme, zijn er veel genetische, genetische manipulatie en biochemische studies uitgevoerd om behandelingsmethoden te ontwikkelen met behulp van veranderingen in het DNA. Het begin van veel ontdekkingen in de biologie wordt in verband gebracht met bacteriën. Dit zijn relatief eenvoudige wezens, waarin veel fundamentele processen die in het menselijk lichaam plaatsvinden, worden weergegeven. Met hun hulp wordt nu al een industriële synthese van medicinale stoffen uitgevoerd. Om ervoor te zorgen dat microben een persoon kunnen dienen zoals hij dat nodig heeft, hebben wetenschappers geleerd om de juiste veranderingen in hun DNA aan te brengen. Dergelijke experimenten vergen echter veel tijd, moeite en kosten en zijn niet altijd succesvol.
In de nabije toekomst gaat het Amerikaanse bedrijf LS9 de bevolking voorzien van goedkope brandstof, medicijnen en misschien zelfs voedsel. Dit alles wordt geproduceerd in bioreactoren op basis van goedkope grondstoffen: divers organisch afval, houtsnippers enzovoort. Een van de projectleiders, George Church, ontwikkelde samen met zijn collega's een nieuwe aanpak om micro-organismen met de vereiste eigenschappen te verkrijgen. De nieuwe technologie heet MAGE (Multiplex-Automated Genomic Engineering), dat wil zeggen "multiply-Automated Genomic Engineering". Het is gebaseerd op een nieuw apparaat dat misschien wel een "evolutiemachine" wordt genoemd.
Hiermee kunt u 50 veranderingen in bacterieel DNA tegelijkertijd aanbrengen, dat wil zeggen 50 varianten in één experiment controleren. En als de keuze zo groot is, is het gemakkelijker en sneller om te vinden wat u zoekt. Wetenschappers zijn nu op zoek naar "brandstof" -microben die verschillende mengsels van koolwaterstoffen zullen synthetiseren, die qua samenstelling vergelijkbaar zijn met autobrandstof. De eerste dergelijke experimentele faciliteit werd vorig jaar in San Francisco gelanceerd en er werken al eerste generatie bacteriechemici. Van suikerriet produceren ze honderden liters biobrandstof per week. Deze brandstof is glashelder en voldoet aan internationale normen.
De auteurs van de ontwikkeling geloven dat het principe van versnelde evolutie in een machine het mogelijk zal maken om dergelijke gemodificeerde bacteriën te verkrijgen die in grote hoeveelheden goedkope voedingsstoffen en verschillende medicijnen zullen synthetiseren.
Bill Haywood, projectleider bij LS9, is optimistisch: "We zullen de wereld genezen." Ik wil echt geloven dat het zo zal zijn.
Tijdschrift: Secrets of the 20th century №41. Auteur: Irina Bakhlanova
