گزارش ویدیویی: مهم ترین یافته های علمی سال ۲۰۲۰

همه‌ساله با نزدیک‌شدن به واپسین‌ روزهای سال، نشریات معتبر علمی «ساینس» و «نیچر» و نشریات علمی-‌ترویجی چون «نشنال‌جئوگرافیک» و «پاپ‌ساینس» مهم‌ترین یافته‌ها و رویدادهای علمی طول آن‌سال را طبقه‌بندی می‌کنند. امسال هم از این قاعده مستثنی نبود. اما از آنجا که مهم‌ترین رویداد سال 2020 شیوع و عالم‌گیری بیماری کووید-19 بود و تمام ابعاد زندگی بشر قرن 21 را از جنبه‌های علمی، فناوری، پزشکی، فرهنگی، سیاسی و اقتصادی تحت‌العشاع قرار داد، به‌نظر می‌رسد علم آنچنان که باید مورد توجه قرار نگرفته است و این را می‌توان حتی از طبقه‌بندی‌های ارائه‌شده هم دریافت.

تماشا در یوتوب دیجیتال:

تماشا در آپارات دیجیتال:

با وجود این، در ادامه نمونه‌هایی از مهم‌ترین رویدادهای غیر کرونایی سال 2020 را- به‌جز رویدادهای فضایی و یافته‌های نجومی- از نگاه دو نشریه ساینس و نشنال‌جئوگرافیک ذکر می‌کنیم.

• نخستین ابررسانا با قابلیت ماندن در هوای محیط

از زمانی که برای اولین‌بار از برق استفاده شد تاکنون علم در تلاش بوده است تا ابررسانایی بسازد که با دمای اتاق سازگار باشد. ابررساناها موادی هستند که مقاومت الکتریکی صفر از خود نشان می‌دهند و میدان مغناطیسی را از درون خودشان طرد می‌کنند. اما ابررساناها معمولاً این خاصیت قابل توجه را فقط در دمای بسیار سرد- بیش‌از 50 درجه سانتیگراد زیر دمای اتاق- بروز می‌دهند.

به‌همین‌علت، بی‌دلیل نیست که وقتی در ماه اکتبر 2020 گروهی از دانشمندان به سرپرستی رانگا دیاز از دانشگاه روچستر در ایالت نیویورک گزارش اولین ابررسانای سازگار با دمای محیط را در نشریه تخصصی نیچر منتشر کرد هیجان بسیار زیادی برانگیخت.

این پژوهشگران با استفاده از سلول سندان الماس (DAC)- دستگاهی برای فشرده‌سازی قطعات در ابعاد کوچک‌تر از میلی‌متر در فشارهای بسیار شدید- ترکیبی از کربن، گوگرد و هیدروژن را با فشار حدود 270 گیگا پاسکال- معادل بیش‌از 2 میلیون برابر فشار جو زمین- فشرده‌سازی کردند و به این ابررسانای خاص دست یافتند. از این‌رو، نتایج این پژوهش از سوی نشریه ساینس به‌عنوان یکی از یافته‌های علمی جهان در سال 2020 انتخاب شده است.

• فناوری ویرایش ژنوم

امسال سرانجام جایزه نوبل شیمی به امانوئل شارپنتیه و جنیفر ای. دودنا برای کشف فناوری ویرایش ژنوم Crispr/Cas9 اهدا شد. Crispr/Cas9 که در اصل یک سیستم ایمنی باکتریایی است قادر است توالی‌های خاص ژنتیکی منتقل‌شده توسط ویروس‌های آلوده به باکتری‌ها را شناسایی کند و از بین ببرد.

Crispr مخفف عبارت clustered regularly interspaced short palindromic repeats به‌معنی تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله‌دار منظم است و در واقع بخشی از دی‌‌ان‌ایِ پروکاریوت است که حاوی تناوب‌های کوتاه توالی‌های بنیادین هستند. (پروکاریوت به جاندارانی گفته می‌شد که در سلول‌هایشان مواد هسته‌ای در غشا قرار ندارند و هسته مشخصی را تشکیل نمی‌دهند.) شارپنتیه و دودنا نخستین‌بار در سال 2012، مفهوم فناوری Crispr/Cas9 را برای ویرایش و اصلاح ژنوم شرح دادند و از آن‌زمان دانشمندان در اقصی‌نقاط جهان به سرعت به توانایی‌های بالقوه و انقلابی این سیستم پی‌بردند و دریافتند که Crispr/Cas9 به جای هدف قراردادن دی‌ان‌ایِ ویروسی می‌تواند دقیقاً در هر مکانی از ژنوم تقریباً هر جانداری جای گیرد و به‌طرز خاصی ژنوم را برای طیف وسیعی از کاربردهای گوناگون برش دهد و اصلاح کند.

تطبیق‌پذیری و سهولت استفاده از این فناوری امکان مهندسی ژنتیکی جاندارانی را فراهم کرده است که مدت‌ها امکان دستکاری ژنتیکی آنها از طریق شیوه‌های سنتی غیرممکن یا به‌سختی امکان‌پذیر بود. برای مثال، امسال با توسعه جعبه ابزار Crispr/Cas9 امکان اصلاح ژنوم گیاهان زراعی از جمله برنج و گندم با دقت بسیار بالایی فراهم شد. ازآنجا‌که روش‌های مبتنی‌بر کریسپر هیچ ردی از برش یا هیچ ماده ژنتیکی اضافی را در ژنوم گیاه باقی نمی‌گذارند، این فناوری، شیوه‌ای بهینه برای بیان صفات مطلوبی چون استفاده از توالی‌های ژنتیکی انواع سنتی این گیاهان برای دستیابی و تولید انبوه محصولات مقاوم در برابر خشکی، مقاوم در برابر حشرات و سایر محصولات با عملکرد بالا به‌شمار می‌رود.

البته Crispr/Cas9 در درمان بیماری‌های انسان هم به مطالعات بالینی وارد شده است. به‌عنوان نمونه، در سال 2020 اولین آزمایش‌های بالینی برپایه کریسپر برای برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های خون انسان با هدف مبارزه بیماری‌های خونی لاعلاج آغاز شد. همچنین از فناوری Crispr/Cas9 که به «قیچی ژنتیکی» هم معروف است به‌عنوان راه‌حلی برای ارائه پاسخ ایمنی به تخریب ویرو‌س‌ها مورد بررسی قرار گرفت. به‌طوری‌که، درحال‌حاضر چند گروه پژوهشی درحال مطالعه روی امکان بیان یک سیستم Crispr/Cas9 داخل سلو‌ل‌های انسان به‌خصوص در لایه‌های اپیتلیال ریه‌ها هستند.

استفاده از این شیوه می‌تواند برای از بین‌ بردن مواد ژنتیکی ویروس‌های تنفسی مهاجم به‌کار رود. به‌همین‌علت، این فناوری نه‌فقط نوبل شیمی سال 2020 را برای اولین ارائه‌دهندگانش به ارمغان آورد که توانست در شمار یافته‌های برگزیده سال 2020 از نگاه نشریه ساینس هم قرار گیرد.

• پیش‌بین‌های پروتئین‌

در آخرین ماه سال 2020 شرکت دیپ‌مایند (DeepMind) وابسته به شرکت گوگل از توسعه برنامه‌ای برپایه هوش‌مصنوعی خبر داد که سرانجام قادر است گام بزرگ روبه‌جلویی برای حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های زیست‌شناسی بردارد.

این هوش‌مصنوعی می‌تواند ساختار سه‌بعدی پروتئین را از توالی آمینواسیدی‌اش مشخص کند. این سامانه که «آلفا فولد» (AlphaFold) نام دارد با بررسی مدل‌های رایانه‌ای بیش‌از 100 گروه پژوهشی و حل مسئله «تاشدگی پروتئین» (protein folding)، موفق شده است ساختارهای پروتئینی را با دقت بسیار بالایی پیش‌بینی کند.

توانایی پیش‌بینی ساختارهای پروتئینی از توالی‌های آمینواسیدهای آن خدمت بزرگی به دنیای زیست‌شناسی و پزشکی عرضه خواهد کرد و درحقیقت به دانشمندان کمک خواهد کرد که جانداران به‌روشی کاملا جدید، عناصر سازنده سلول‌ها و بیماری‌ها را بهتر درک کنند و به‌ چشم‌اندازهای مطالعاتی نوینی در این عرصه دست یابند.

همچنین این پیش‌بینی می‌تواند به کشف داروها و شیوه‌های درمانی بسیار سریع‌تر و پیشرفته‌تر بیانجامد و پزشکی و زیست‌مهندسی را دگرگون کند. به‌همین‌منظور، نتایج این پژوهش که در نشریه نیچر منتشر شده در شمار یکی از یافته‌های علمی سال 2020 از نگاه نشریه ساینس قرار گرفته است.

• کنترل‌‌کننده‌های HIV

کنترل‌کننده‌های اچ‌آی‌وی به گروهی از بیماران دارای اچ‌آی‌وی گفته می‌شود که بدون کمک دارو قادرند این ویروس را کنترل کنند. این بیماران برای پژوهشگرانی که در این حوزه فعالیت‌ می‌کنند موارد مطالعاتی بسیار جالب‌توجهی به‌شمار می‌روند.

تابستان 2020 نتایج مطالعه‌ای در نشریه نیچر منتشر شد که نشان می‌داد ژن‌های ویروس‌ اچ‌آی‌وی در قسمت‌هایی از ژنوم که رونویسی نمی‌شود، ادغام می شوند و به‌طور موثری امکان تکثیر خودشان را از بین می‌برند. این پدیده در بیماران کنترل‌کننده اچ‌آی‌وی بسیار بیشتر از آنچه که در غیرکنترل‌کننده‌ها مشاهده می‌شود وجود دارد.

مطالعه روی سازوکارهای مبتنی بر این کنترل‌کننده‌ها به‌ویژه از منظر شناسایی خط‌مشی‌های جدید در مبارزه با اچ‌آ‌ی‌وی از اهمیت خاصی برخوردار است و از این‌رو، نتایج این کشف هم به‌عنوان یکی از یافته‌های برتر سال 2020 از نگاه ساینس معرفی شده است.

• قدیمی‌ترین جمجمه انسان راست‌قامت (Homo erectus)

ابتدا تصور می‌شد تکه‌های جمجمه‌ای که از سنگ‌های شمال‌غربی ژوهانسبورگ در آفریقای جنوبی استخراج شده است، مربوط به یک میمون دم‌کوتاه آفریقایی (بابون) قدیمی است. اما جسی مارتین و آنجلین لیسی، دو دانشجوی دانشگاه لا تروب در استرالیا این تکه‌ها را به‌هم چسباندند و دریافتند که اولین و کهن‌ترین کاسه سر انسان راست‌قامتی است که تاکنون در آفریقای جنوبی یافت شده است و البته این جمجمه با 2میلیون سال قدمت به‌عنوان قدیمی‌ترین بقایای اجداد انسان شناخته می‌شود. نتایج این کشف که بهار سال 2020 در نشریه ساینس منتشر شد به دانشمندان کمک خواهد کرد شجره خانوادگی انسان امروزی را کامل کنند.

• مهاجرت زودهنگام انسان از آفریقا به قاره آمریکا

اما این تنها کشفی نبود که از سوی مجله نشنال‌جئوگرافیک به‌عنوان یکی از یافته‌های مهم علمی سال 2020 در حوزه انسان‌باستان‌شناسی معرفی شد. نتیجه کشف دیگری که نشان می‌دهد بشر زودتر از تصورات کنونی از آفریقا به قاره آمریکا رسیده هم از دیگر کشف‌های مهم علمی سال 2020 از نگاه نشنال‌جئوگرافیک است.

گروهی از باستان‌شناسان به‌سرپرستی لارن دیویس در گزارشی که تابستان 2020 در نشریه نیچر منتشر شد اعلام کردند که برخی از آثار دست‌ساز سنگی مثل سرنیزه و سنگ‌های تراش‌خورده‌ای که در محوطه باستان‌شناختی غار چیکو هویت واقع در کوه‌های بیابانی شمال‌مرکزی مکزیک کشف کرده‌اند 30 هزار سال قدمت دارند.

این‌ درحالی است که تاکنون تصور می‌شد اولین حضور انسان در قاره آمریکا دست‌کم مربوط به 13 هزار و 500 سال قبل است. اما نتایج این کشف پیشنهاد می‌کند که شاید انسان بسیار زودتر از آنچه که تاکنون تصور می‌شد به آمریکا رسیده است.