De 10 baanbrekende onderzoeken van 2019

Laurien Onderwater

2019-12-20 15:30:03

doorbraak science breakthrough

Traditioneel sluit het wetenschappelijke tijdschrift Science het jaar af door de Breaktrough of the Year te kiezen. En de belangrijkste wetenschappelijke doorbraak is…

Wie ‘zwart gat’ googelt en dan op ‘afbeeldingen’ klikt, krijgt een hele rits plaatjes te zien die ook wij geregeld op onze website plaatsen. Het zijn alleen stuk voor stuk tekeningen of computersimulaties. De enige échte foto van een zwart gat tot nu toe maakten astronomen wereldkundig op woensdag 10 april. En die foto is bestempeld als de belangrijkste wetenschappelijke doorbraak van 2019.

Tot het gaatje

De foto is genomen met de Event Horizon Telescope, die uit acht telescopen op aarde bestaat die aan elkaar zijn gekoppeld. Een van die radiotelescopen is bijvoorbeeld de Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) in Chili die zelf weer uit 66 samenwerkende schotelantennes bestaat. De telescopen verrichtten samen tegelijkertijd waarnemingen in hetzelfde golflengtegebied. De EHT had zijn lenzen gericht op een zwart gat in het centrum van het elliptische reuzenstelsel Messier 87.

Nu kan er zoals gezegd niets aan een zwart gat ontsnappen; ook licht niet. Dus als er geen licht vanaf komt wat zie je dan precies op onderstaande foto? De gele ring is radiostraling afkomstig van de schijf van materie die het gat in wordt gezogen. Door de zwaartekracht van het zwarte gat wordt deze straling uitgesmeerd tot een cirkel. De straling die áchter het zwarte gat wordt uitgezonden, kan ons echter niet bereiken: die verdwijnt ín het zwarte gat om daar nooit meer uit te komen. En dat levert de donkere vlek in het midden op, vaak omschreven als de schaduw van het zwarte gat.

Het gefotografeerde zwarte gat bevindt zich niet in ons eigen sterrenstelsel, maar in het enorme stelsel M87, dat zich ruim 53 miljoen lichtjaar hiervandaan bevindt.

Drie maanden geleden was al bekendgemaakt dat het grote team dat verantwoordelijk is voor de foto van het zwarte gat de ‘Oscar van de wetenschap’ was toegekend. De runners-up en de publieksfavoriet zijn nu pas bekend.

Oog in oog met de denisovamens

In 2010 onthulde een vingerbotje uit een grot in het Altajgebergte het bestaan van een voorheen onbekende mensensoort: de denisovamens (Homo denisova). Dit mysterieuze ‘halfbroertje’ van de neanderthaler leefde tot zo’n 50.000 jaar geleden in Azië. Sindsdien vonden archeologen een aantal tanden en een stuk onderkaak, maar hele skeletten en schedels bleven uit. Toch weten we dankzij de beetjes DNA uit het vingerkootje nu hoe denisovamensen er wellicht uitzagen.

Denisovamensen zouden, net als neanderthalers, wijdere bekken en ribbenkast hebben gehad dan de mens van nu. Verder lijkt het erop dat ze een bredere schedel hadden dan zowel hun ‘halfbroertje’ als de moderne mens, en langere kaken, waardoor er ruimte was voor hun grotere tanden.

Deze wetenschappelijke doorbraak is verkozen tot publieksfavoriet.

Reconstructie van een denisovamens, een meisje in dit geval.

Quantum-mijlpaal

Er wordt al jaren van gedroomd: de quantumcomputer, die bepaalde problemen veel sneller kan oplossen dan de computers die we nu kennen. Een paar maanden geleden claimde Google dat het een quantumprocessor een berekening heeft laten uitvoeren. Het bedrijf zou daarmee een mijlpaal hebben bereikt dat beter bekend staat als quantum supremacy.

Hét cruciale onderdeel van een quantumcomputer is de quantumbit of qubit, een bit die niet alleen nul of een kan zijn, maar ook nul en één tegelijkertijd. De processor van Google, Sycamore geheten, zou de berekening met 53 qubits hebben gedaan in drie minuten en twintig seconden. Ter vergelijking: de snelste supercomputer ter wereld, de Summit, zou hier circa tienduizend jaar over doen.

Ondervoeding tegengaan

Volgens de World Health Organization (WHO) zijn er jaarlijks 150 miljoen kinderen onder de vijf jaar die ondervoed zijn. Naast het feit dat ze zwak en te klein voor hun leeftijd zijn, eindigen veel ondervoede kinderen met onvolgroeide of ‘onrijpe’ darmbacteriën vergeleken met gezonde kinderen van dezelfde leeftijd. Dat is wat wetenschappers van de Washington University concludeerden na tien jaar lang onderzoek te hebben verricht.

Dit jaar borduurde een internationaal team van wetenschappers voort op dat onderzoek om een goedkoop, gemakkelijk te verkrijgen supplement te ontwikkelen dat de groei van nuttige darmbacteriën stimuleert. Het supplement bevatte kikkererwten, bananen en soja- en pindameel en de eerste resultaten lijken veelbelovend: darmbacteriën reageerden er goed op en groeiden. Nu zijn er klinische proeven op grotere schaal gaande om te zien hoe goed het medicijn werkt om stunting (verminderde groei) te voorkomen.

Chicxulubkrater onder de loep

Toen zo’n 66 miljoen jaar geleden een meteoriet een gat in de aarde sloeg met een middellijn van 240 kilometer – de Chicxulubkrater – deed dat veel dinosauriërs en andere dieren de das om. Maar wat gebeurde er precies toen de meteoriet de aarde raakte? En welke veranderingen vonden plaats in de korte periode die volgde? Op deze vragen gaven onderzoekers eerder dit jaar gedetailleerd antwoord in een artikel, gepubliceerd in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences.

De inzichten hebben ze verkregen door – tot een diepte van 835 meter – te boren in de Chicxulubkrater. Of preciezer gezegd: in de piekring van Chicxulub. Dat is een ring van hoger gelegen gesteente die ongeveer halverwege ligt tussen het centrum en de rand van de krater. Een grondige analyse van die kern biedt een minutieuze reconstructie van wat er gebeurde na de impact. Lees hier meer over wat er precies gebeurde na de inslag van de meteoriet die het einde van het dinotijdperk inluidde.

Platte rotsen

Begin januari vloog de ruimteverkenner New Horizons razendsnel langs Ultima Thule, een ruimterots aan het eind van ons zonnestelsel. Tijdens de vlucht werd het stuk ruimtepuin met camera’s en sensoren opgemeten. Die gegevens werden de afgelopen maanden beetje bij beetje naar de aarde gestuurd.

De knappe koppen achter de missie hebben in mei de eerste resultaten gepubliceerd in Science. Volgens de onderzoekers bestaat Ultima Thule (officieel Arrokoth genoemd) uit twee platte rotsen, die lang geleden aan elkaar zijn blijven plakken. Waarschijnlijk hebben ze ooit om elkaar heen gedraaid en zijn ze later op zachte wijze samengesmolten.

De grootste rots, Ultima genaamd, is lensvormig en ongeveer 22 kilometer lang. De kleinere, die Thule heet, is ronder en zo’n 14 kilometer lang. Rondom de asteroïde zijn geen manen of ringen te zien. Ook lijkt Ultima Thule niet over een atmosfeer te beschikken. Wel zijn er aanwijzingen dat op het oppervlak kleine beetjes water in de vorm van ijs te vinden zijn.

De onderzoekers schrijven verder dat Ultima Thule weinig kleurvariatie kent. Het stuk ruimtepuin is bijna volledig rood. Vermoedelijk heeft het die kleur gekregen door kosmische straling.

De in Science gepubliceerde resultaten zijn nog maar het begin. De eerste studie is gebaseerd op 10 procent van de informatie die New Horizons tijdens zijn bliksembezoek aan Ultima Thule heeft verzameld. Meer data zal blijven binnendruppelen totdat het verzenden van alle gegevens in 2020 is voltooid.

Complex leven

Dit jaar hebben microbiologen een belangrijke stap gezet in het oplossen van een controverse over de oorsprong van eukaryoten, de groep organismen die alle planten en dieren omvat – inclusief mensen.

Want hoe zat het ook alweer met de allereerste stappen van de evolutie? Het eerste leven op aarde bestond uit eenvoudige cellen – zonder celkern. Deze veranderden zodanig dat er twee verschillende familietakken ontstonden: bacteriën en Archaea, die beide nog steeds uit simpele celtypes bestaan. Zo’n 2 miljard geleden splitste een andere groep af van de Archaea: de eukaryoten. Die bevatten wél een celkern en kunnen zelf energie maken.

Het was echter nog niet compleet duidelijk hoe die eukaryoten zijn ontstaan uit hun simpele voorouders. Maar sinds dit jaar denken Japanse wetenschappers dat zogeheten Asgard-Archaea de missing link vormen. Het team bracht de genen van deze tak uitgebreid in kaart en ontdekte dat Asgard-Archaea genen van eukaryoten bevatten. Andere studies troffen ook ‘eukaryotische’ genen aan in een andere Asgard-groep. Dit zou betekenen dat er niet drie verschillende familietakken zijn (bacteriën, Archaea en eukaryoten), maar slechts twee: bacteriën en Archaea, waarbij eukaryoten zijn teruggebracht tot een subset van Archaea. Je begrijpt zeker wel dat deze theorie nog steeds op een hoop weerstand kan rekenen.

Trikafta

Zo’n 1500 Nederlanders hebben taaislijmziekte (cystische fibrose) en jaarlijks worden 25 kinderen geboren met de aandoening. Bij deze erfelijke ziekte is het slijm door het hele lichaam te taai, waardoor diverse organen zoals de longen en de alvleesklier niet goed functioneren. De (nog) ongeneeslijke ziekte ontstaat door een mutatie in het CF-gen. De levensverwachting voor mensen met taaislijmziekte is ongeveer 45-50 jaar.

Gelukkig is dit jaar een therapie goedgekeurd die de effecten corrigeert van de meest voorkomende genmutatie die taaislijmziekte veroorzaakt. Trikafta, een combinatiemedicijn dat het resultaat van dertig jaar onderzoek is, verhoogt de longcapaciteit van CF-patiënten met 10 tot 15 procent. Bovendien zorgt het ervoor dat de symptomen van taaislijmziekte niet verergeren.

Helaas gaat ook hier een addertje onder het gras schuil: Trikafta kost jaarlijks 300.000 dollar (ruim 270.000 euro) per patiënt en moet gedurende het hele leven worden ingenomen.

Hoop voor ebolapatiënten

Het ebolavirus, vernoemd naar de rivier Ebola in Congo, werd pas in 1976 ontdekt. Tussen dat jaar en maart 2014 zijn er volgens de WHO in totaal 1716 mensen besmet geraakt. Vorig jaar vond opnieuw een uitbraak van het dodelijke virus plaats, de op een na ergste ebola-epidemie tot nu toe waarbij ruim 2000 doden zijn gevallen.

Maar er is eindelijk hoop. Te midden van een uitbraak ontwikkelden wetenschappers twee nieuwe medicijnen die sindsdien het aantal slachtoffers aanzienlijk hebben verlaagd. Beide behandelingen bestaan uit (een mix van) antilichamen die het virus te lijf gaan. In klinische trials waren de resultaten zó positief dat de proef vroegtijdig werd stopgezet. Mits ze in het beginstadium van de ziekte worden ingezet, kunnen de medicijnen de sterfte met 90 procent terugdringen. Na ruim veertig jaar is ebola eindelijk te genezen.

Kunstmatige pokeraar

Bijna vier jaar geleden slaagde een kunstmatig intelligent systeem erin een wereldkampioen Go te verslaan. Tegenwoordig is A.I. op meerdere vlakken onverslaanbaar. Zo won A.I. dit jaar een spel no-limit Texas Hold ‘em – de meest voorkomende spelvorm van poker. Het programma, Pluribus geheten, moest het hierbij opnemen tegen enkele van ’s werelds beste spelers. Pluribus wordt overigens niet openbaar gemaakt door de onderzoekers die het programma ontwikkelden. Het team is namelijk bang dat het misbruikt kan worden om online pokerdiensten op te lichten.

Bronnen: Science, Jean-Paul Keulen (KIJK 6/2019), Tweakers

Openingsbeeld: Event Horizon Telescope Collaboration

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 










Meer Nieuws