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10 histoires scientifiques de 2017 qui ressemblent à des slogans de science-fiction
Avec une année de plus dans le rétroviseur, il est temps de s’asseoir, de prendre une profonde respiration et de regarder quelques-uns des titres scientifiques que nous avons peut-être manqués. Les scientifiques développent continuellement de nouveaux développements dans divers domaines. Pour n'en nommer que quelques-uns, la nanotechnologie, la thérapie génique et la physique quantique innovent sans cesse.
Les titres de la science commencent à lire de plus en plus comme des articles de magazines de science-fiction. Compte tenu de ce que 2017 a apporté, nous sommes impatients de voir ce que 2018 dévoile…
10 scientifiques créent des cristaux de temps et décomposent la symétrie de traduction du temps
Selon la première loi de la thermodynamique, les machines à mouvement perpétuel qui produisent un travail sans apport d’énergie sont impossibles. Cependant, au début de cette année, les physiciens ont créé des structures appelées cristaux de temps qui ont certainement mis cette notion à l’épreuve.
Les cristaux de temps constituent les premiers exemples concrets d'un nouvel état de la matière appelé «non-équilibre», dans lequel les atomes ont des températures variables et ne sont jamais en équilibre thermique les uns avec les autres. Les cristaux temporels ont une structure atomique qui se répète non seulement dans l'espace mais aussi dans le temps, leur permettant de maintenir une oscillation constante sans énergie. Cela se produit même à l'état fondamental, qui est l'état énergétique le plus bas où le mouvement est théoriquement impossible, car il nécessite une dépense d'énergie.
Les cristaux de temps enfreignent-ils les lois de la physique? Techniquement non. La conservation de l’énergie ne peut être définie que dans des systèmes à symétrie de translation dans le temps, l’idée que les lois de la physique sont les mêmes partout et à tout moment. Et s'il y a une chose que les cristaux de temps cassent, c'est la symétrie de translation dans le temps. Ils ne sont pas les premiers, cependant. Les aimants sont également fréquemment présentés comme des objets naturellement asymétriques car ils ont une extrémité nord et une extrémité sud.
Une autre raison pour laquelle les cristaux de temps ne contreviennent pas aux lois de la thermodynamique est qu’ils ne sont pas complètement isolés. Ils ont besoin d'un "coup de pouce" de temps en temps - juste un peu d'énergie extérieure pour les amener à commencer à retourner leurs états encore et encore. Les futures applications possibles des cristaux de temps impliquent le transfert et le stockage d'informations dans des systèmes quantiques. Ils pourraient jouer un rôle crucial dans l'informatique quantique.
9 ailes de libellule sont «vivantes»
Merriam-Webster, simplifiée, définit l’aile comme un appendice déplaçable à membrane ou membraneux utilisé par les oiseaux, les insectes et les chauves-souris pour réaliser son vol. Il n'est pas censé être vivant, mais des entomologistes de l'Université de Kiel en Allemagne ont fait des découvertes surprenantes qui suggèrent le contraire, du moins chez les libellules morpho.
Les insectes respirent à travers un système trachéal. L'air pénètre dans leurs corps à travers des ouvertures externes appelées spiracles. Il passe ensuite par un réseau complexe de tubes trachéaux, qui fournissent l'air à toutes les cellules du corps. Les ailes, toutefois, sont presque entièrement constituées de tissus morts, qui sèchent et deviennent soit translucides, soit recouvertes de motifs colorés. Les zones de tissus morts sont bordées de veines, qui sont les seuls composants des ailes faisant partie du système respiratoire.
Cependant, lorsque l'entomologiste Rhainer Guillermo Ferreira a examiné une aile du mâle Zénithoptères libellule au microscope électronique, il a vu de minuscules tubes trachéaux ramifiés. Ceci marque la première observation de ce type dans une aile d'insecte. Il faudra beaucoup d’essais pour déterminer si cette caractéristique physiologique est particulière à cette espèce ou, peut-être, commune chez les libellules ou même chez d’autres insectes. Il pourrait même s'agir d'une mutation trouvée par hasard chez un seul individu, mais les experts en doutent. La présence d’abondantes réserves d’oxygène pourrait expliquer la couleur bleue complexe et vibrante des ailes de Zénithoptères libellules, qui ne contiennent pas de pigment bleu.
8 tiques anciennes remplies de sang de dinosaure
Nous avons découvert des choses étonnantes conservées dans l'ambre, mais les résultats de cette année pourraient bien prendre le gâteau. Des scientifiques au Myanmar ont découvert des morceaux d'ambre datés d'il y a 99 millions d'années contenant des parasites similaires aux tiques modernes. L'un d'eux était empêtré dans une plume de dinosaure, deux ont été retrouvés avec des morceaux d'un nid de dinosaure et le quatrième était rempli de sang de dinosaure.
Bien sûr, cela a immédiatement fait penser à un parc jurassiquescénario semblable à celui où nous pourrions utiliser le sang pour redonner vie aux dinosaures. Malheureusement, cela n'arrivera pas de sitôt car l'extraction d'échantillons d'ADN de ces types de fossiles préservés de l'ambre est impossible. Un débat est toujours en cours sur la durée d'une molécule d'ADN, mais même les estimations les plus optimistes disent qu'il ne reste que quelques millions d'années dans des conditions idéales.
Même si cela ne ramène pas les dinosaures, le nouveau nom Deinocroton draculi (La tique terrible de Dracula) reste une découverte extraordinaire qui nous a fourni de nouvelles informations. Nous savons maintenant non seulement que les anciennes tiques ciblaient les dinosaures à plumes, mais également qu'elles infestaient les nids de dinosaures.
7 Un humain adulte subit une modification génétique
Le sommet actuel de la thérapie génique est constitué de répétitions palindromiques régulièrement espacées ou CRISPR. C'est une famille de séquences d'ADN qui constitue désormais la base d'une technologie appelée CRISPR / Cas9, qui, en théorie, pourrait altérer de manière permanente l'ADN d'un humain.
En 2017, l'outil d'édition de gènes a fait un pas en avant après qu'une équipe du Centre de recherche sur les protéomes de Pékin (Beijing) a annoncé qu'elle utilisait avec succès CRISPR / Cas9 pour corriger les mutations provoquant des maladies chez des embryons humains viables. Une équipe différente du Francis Crick Institute de Londres a choisi la technologie pour créer intentionnellement des mutations dans des embryons humains pour la première fois.(Plus précisément, ils ont "désactivé" un gène, empêchant les embryons de se développer en blastocystes.)
Les études ont montré que CRISPR / Cas9 fonctionne avec une relative facilité. Cependant, cela a suscité d'intenses débats éthiques sur le degré d'avancement de cette technologie. Théoriquement, cela pourrait conduire à des «bébés de designer» qui pourraient posséder des caractéristiques intellectuelles, sportives et physiques conformes aux spécifications des parents.
Hormis l'éthique, le développement de CRISPR / Cas9 a été encore plus important en novembre pour la première fois chez un humain adulte. Brad Madeux, 44 ans, de Californie, souffre du syndrome de Hunter, une maladie incurable qui pourrait éventuellement le confiner à un fauteuil roulant. On lui a injecté des milliards de copies du gène correctif et un outil génétique utilisé pour couper son ADN, insérer le gène et le recoudre. Il faudra quelques mois avant que nous puissions savoir si la procédure a réussi ou non.
6 Qui est venu en premier - l'éponge ou la gelée?
Un nouveau document de recherche publié cette année vise à mettre un terme définitif au débat de longue date sur l'origine des animaux. Selon cette étude, les éponges sont les «soeurs» de tous les autres animaux du monde. Cela vient du fait que les éponges ont été le premier groupe à se détacher de l'arbre évolutif qui, à l'époque, ne contenait que l'ancêtre commun primitif de tous les animaux. Cela serait arrivé il y a environ 750 millions d'années.
Avant cette histoire, le débat très disputé semblait avoir été réduit à deux candidats: les éponges et invertébrés marins susmentionnés, appelés gelées en peigne. Alors que les éponges sont de simples créatures qui reposent sur le fond de l'océan et survivent grâce à l'alimentation par filtre, les gelées en peigne sont plus complexes. Elles ressemblent à des méduses, sont capables de se propulser dans l’eau, peuvent créer des structures lumineuses et ont un système nerveux simple. Pour savoir lequel est arrivé en premier, il faut aussi savoir à quoi ressemblait notre ancêtre commun. Il est considéré comme un élément essentiel dans le suivi de notre chronologie évolutive.
Alors que l’étude proclamait hardiment que l’affaire était réglée, quelques mois auparavant, une autre étude avait révélé que les gelées en peigne étaient nos «sœurs évolutives». Il est encore trop tôt pour dire si les dernières recherches sont suffisamment infaillibles pour enrayer toute perte persistante. les doutes.
5 ratons laveurs ont passé un test d'intelligence antique
Vers le sixième siècle avant notre ère, le conteur grec Esope a écrit ou rassemblé une série de fables qui sont maintenant collectivement connues sous le nom de Fables d’Esope. Parmi eux se trouvait un conte intitulé «Le corbeau et le pichet», qui mettait en scène un corbeau assoiffé prenant un verre dans un pichet en y laissant tomber des cailloux et en soulevant le niveau de l'eau jusqu'à ce que l'oiseau puisse l'atteindre.
Quelques milliers d'années plus tard, les scientifiques ont compris que cette histoire constituait un bon moyen de tester l'intelligence animale. L'expérience montrerait que la créature testée comprend les causes et les effets. Fidèle à l'histoire, les corbeaux excellaient, à l'instar d'autres corvidés, tels que des tourtes et des geais. Les grands singes ont également passé le test et cette année, un autre animal a été ajouté à la liste: le raton laveur.
Au cours du test Fable d'Esope, huit ratons laveurs ont été présentés avec un cylindre contenant une guimauve flottant sur une eau trop basse pour être atteinte. Deux d'entre eux ont réussi à faire tomber des cailloux pour élever le niveau de l'eau et atteindre leur traitement.
D'autres sujets de test ont trouvé leurs propres solutions créatives que les testeurs n'avaient pas anticipées. Canalisant son expérience en tant que benne à ordures, un raton laveur a grimpé sur le cylindre et a commencé à se balancer d’un côté à l’autre jusqu’à ce qu’elle l’ait renversée. Dans un autre test utilisant des balles flottantes et coulantes au lieu de galets, les examinateurs espéraient que les ratons laveurs utiliseraient des balles coulantes et se débarrasseraient des balles flottantes. Au lieu de cela, certains animaux ont trempé une balle flottante à plusieurs reprises jusqu'à ce que des morceaux de guimauve soient éclaboussés sur le côté du cylindre ou collés à la balle, facilitant ainsi leur récupération.
4 physiciens créent le premier laser topologique
Les physiciens de l'Université de Californie à San Diego affirment avoir construit un nouveau type de laser «topologique» capable de prendre n'importe quelle forme et de se faufiler autour d'une cavité sans diffusion de la lumière. Le dispositif fonctionne selon le concept des isolants topologiques (matériaux isolants dans leur masse mais conducteurs le long de leurs surfaces), qui a remporté le prix Nobel de physique en 2016.
Normalement, une cavité laser amplifiée par la lumière a la forme d’un anneau. Ceci est plus efficace que les formes avec des angles vifs mais laisse toujours un espace perdu entre les anneaux. L'équipe de recherche a surmonté cet obstacle en créant une cavité topologique utilisant un cristal photonique comme miroir. Plus précisément, ils ont utilisé deux cristaux photoniques de topologies différentes, l’un étant une cellule unitaire en forme d’étoile dans un réseau carré et l’autre, un réseau triangulaire avec trous d’air cylindriques. Le membre de l’équipe, Boubacar Kante, les a comparés à un bagel et à un bretzel: bien qu’ils soient tous les deux du pain troué, le nombre différent de trous en fait des formes distinctes.
Une fois que les cristaux sont en place et que l'interface prend la forme souhaitée, le système est activé en appliquant un champ magnétique. Cela change la direction dans laquelle la lumière est émise, permettant ainsi de guider le flux de lumière. Les applications pratiques immédiates impliquent de placer plus de lasers sur une puce, augmentant ainsi la vitesse de communication optique. Cependant, dans le grand schéma des choses, ceci est considéré comme un pas en avant dans la poursuite de l'informatique optique.
3 scientifiques sont enthousiasmés par l'exciton
Les physiciens du monde entier sont enthousiasmés par la découverte d'une nouvelle forme de matière, appelée excitonium. Il est constitué de particules étranges appelées excitons, qui sont l'état lié d'un électron échappé et le trou qu'il vient de laisser, attirés l'un par l'autre par la force de Coulomb. De plus, Bert Halperin, physicien théoricien à Harvard, a été le premier à postuler l'existence de l'exciton dans les années 1960, et les scientifiques tentent de lui prouver qu'il a raison (ou tort) depuis lors.
Comme beaucoup de découvertes scientifiques majeures, celle-ci impliquait une bonne part de sérendipité. L’équipe responsable de la découverte de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a en fait mis au point une nouvelle technique appelée spectroscopie de perte d’énergie électronique à résolution d’impulsion (M-EELS), spécifiquement destinée à identifier les excitons. Cependant, leur moment "Eureka" est arrivé lorsque les chercheurs ont effectué des tests d'étalonnage pour leur nouvelle méthode. Un membre de l'équipe est entré dans la salle pendant que tout le monde regardait un tableau blanc et a dit qu'ils venaient de mesurer un «plasmon doux», précurseur de la condensation par excitons.
Le professeur Peter Abbamonte, responsable de l’étude, a comparé cette découverte à celle du boson de Higgs. Il n’aura aucune application immédiate dans le monde réel, mais cela montre que notre compréhension actuelle de la mécanique quantique est sur la bonne voie.
2 scientifiques développent des nanomachines qui tuent le cancer
Des chercheurs de l'université de Durham affirment avoir mis au point des nanomachines capables de percer des cellules cancéreuses et de les tuer en 60 secondes à peine. Dans un test réussi mené à l'université, les minuscules machines ont mis entre une et trois minutes pour pénétrer dans la membrane externe d'une cellule cancéreuse de la prostate et l'ont détruite instantanément. (L'image la plus à droite ci-dessus montre le cytoplasme qui s'échappe d'une cellule cancéreuse attaquée.)
Les nanomachines sont 50 000 fois plus petites que le diamètre d'un cheveu humain. Ils sont activés par la lumière et tournent deux à trois millions de fois par seconde afin de pouvoir creuser à travers les doublures de cellules. Lorsqu'ils atteignent leur cible, ils peuvent soit le détruire, soit délivrer une charge utile en agent thérapeutique.
Jusqu'à présent, les nanomachines n'étaient utilisées que sur des cellules individuelles, mais les résultats encourageants ont incité les scientifiques à s'intéresser davantage aux micro-organismes et aux petits poissons. Leur objectif actuel est d’atteindre rapidement les rongeurs et, éventuellement, les humains.
1 astéroïde interstellaire Pourrait Soyez un vaisseau spatial extraterrestre
Cela fait seulement quelques mois que les astronomes ont joyeusement annoncé la découverte de notre premier visiteur interstellaire, un astéroïde nommé 'Oumuamua. Depuis lors, ils ont observé beaucoup de choses étranges sur l'objet céleste, même pour quelque chose qui ne provient pas de notre système solaire. En fait, il est si étrange qu’ils croient qu’il est possible que ce soit un vaisseau spatial extraterrestre.
Tout d'abord, c'est la forme. 'Oumuamua a la forme d'un cigare avec un rapport longueur / largeur de dix pour un, contrairement à tout autre astéroïde jamais observé. Au début, nous pensions que c’était une comète, mais nous nous sommes rendu compte que ce n’était pas le cas si elle n’avait pas une queue après s’être approchée du Soleil. De plus, certains experts affirment que la vitesse à laquelle l’objet tournoie briserait un astéroïde normal. Au lieu de cela, il semble que cela soit spécialement conçu pour supporter les voyages interstellaires.
Donc, si c'est artificiel, qu'est-ce que ça pourrait être? Certains disent qu'il s'agit d'une sonde extraterrestre, alors que d'autres pensent qu'il pourrait s'agir d'un vaisseau spatial dont les moteurs ont échoué et qui est maintenant à la dérive dans l'espace. Quoi qu’il en soit, des programmes tels que SETI et Breakthrough Listen pensent qu’Oumuamua mérite une enquête plus approfondie et vise leurs télescopes à l'écoute de tout type de signaux radio.
Jusqu'ici, l'hypothèse de l'extraterrestre ne semble pas bonne, car les premières observations de SETI ne donnent rien. De nombreux scientifiques de l'espace restent pessimistes quant aux chances qu'Oumuamua soit d'origine extraterrestre, mais un examen plus approfondi est certainement nécessaire pour déterminer ce qu'est l'objet mystérieux.