2024. aasta teaduse verstapostid: galaktikad, Kuu pinnas ja inimkeha kaart

2024. aasta tõi teaduses olulisi läbimurdeid: universumi varajaste galaktikate mõistmine, Kuu tagumise külje uurimine, kosmoseuuringute tehnilised edusammud ja inimkeha rakulise koostise kaardistamise algus. Igaüks neist sammudest viib meid lähemale universumi ja elu olemuse mõistmisele.

Varane universum täis üllatusi: James Webbi teleskoop näitab veidra kujuga beebigalaktikaid

Kuidas nägi välja vastsündinud galaktika? Aastaid on astronoomid arvanud, et noored galaktikad sarnanesid tänapäeva universumis leiduvate spiraalsete või kettakujulistega. Kuid James Webbi kosmoseteleskoobi uued pildid viitavad vastupidisele: need olid pigem banaanide, kurkide, sigarite või isegi surfilaudade kujulised. Sellisele järeldusele jõudis Columbia ülikooli järeldoktorant Viraj Pandya koos kolleegidega, analüüsides ligi 4000 galaktikat universumi koidikust.

Miks see avastus oluline on?

Kui beebigalaktikad olid tõepoolest nii ebatavalise kujuga, muudab see põhjalikult meie arusaama galaktikate tekkest ja arengust. See võib avada uusi vaatenurki ka tumeaine olemusele. Tumeaine on nähtamatu ja salapärane aine, mis moodustab suurema osa universumist ja mille gravitatsioon kujundab galaktikate sündi.

Beebigalaktikate ebatavalised kujud

James Webbi teleskoop kasutab infrapunasensoreid, et vaadelda universumi kõige kaugemaid ja varasemaid galaktikaid. Pandya ja tema meeskond uurisid galaktikate kujusid statistiliselt, analüüsides nende kahemõõtmelisi projektsioone taevas. Kui need oleksid juhuslikult paigutunud kerad või kettad, peaksid mõned neist teleskoobile paistma ringikujulisena.

Kuid vaadeldud galaktikad on sageli sigarikujulised ja lineaarsed. Mõnes galaktikas on näha ka heledate laikude jada, mis meenutab pärleid kaelakeel. Pandya hinnangul moodustavad sellised piklikud galaktikad umbes 80 protsenti tema uuritud CEERS-proovist, mis pärineb ajast 500 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Ta lisab, et need galaktikad on tõenäoliselt Linnutee eelkäijad, mis tähendab, et ka meie kodugalaktika võis minevikus läbida sellise «sigarikujulise faasi».

James Webbi teleskoop paljastab, et universumi varaseimad galaktikad nägid välja hoopis teistsugused, kui seni arvati – pigem banaanid kui kettad. See avastus rõhutab, kui palju meil on veel universumi kohta õppida, ja avab uusi suundi tumeaine mõistmiseks.

Teadlane Cai Shuhui esitles Pekingis uue uuringu tulemusi, mis põhinevad Chang’e-6 missiooni Kuu tagumiselt poolelt kogutud kivimiproovidel.  Chang’e-6 missiooni tulemused avavad uusi võimalusi Kuu ajaloo ja selle geofüüsikaliste mehhanismide mõistmiseks. Foto: Jin Liwang / Xinhua via ZUMA Press

Chang’e-6 ja Kuu tagumise poole saladused

Hiina ajalooline missioon Chang’e-6 tõi 2024. aastal esimest korda Maale pinnase- ja kivimiproovid Kuu kaugemalt küljelt. Roboti abil koguti 1,9 kilogrammi Kuu pinnast ning nüüd avaldatud analüüsid näitavad, et proovid sisaldavad 2,8 miljardit aastat vana vulkaanilist basaltkivi. See viitab sellele, et Kuu kaugem külg oli sel ajal vulkaaniliselt aktiivne.

Kuu kaugema külje basaltkivid on nooremad kui NASA Apollo ja Nõukogude Liidu Luna missioonide käigus Kuu lähemalt küljelt kogutud proovid, mis on enamasti üle kolme miljardi aasta vanad. 2020. aastal Chang’e-5 missiooniga kogutud lähedase külje proovid olid ligikaudu kaks miljardit aastat vanad, mis viitab pikemale vulkaanilisele aktiivsusele, kui varem arvati.

Kuid Chang’e-6 proovid ei sisalda selliseid radioaktiivseid elemente nagu kaalium, haruldasi muldmetalle ja fosforit, mida leiti Apollo missioonide proovidest. See avastus tekitab küsimusi selle kohta, kuidas ja miks magma ilma nende elementideta tekkis.

Pühapäeval, 13. oktoobril 2024, tegi SpaceX ajaloolise sammu kosmosetehnoloogia korduvkasutatavuse alal. Starshipi raketi esimese astme, Super Heavy tõukur õnnestus pärast testlendu edukalt kinni püüda. See saavutus on maailma esimene omataoline. Foto: SERGIO FLORES / AFP

SpaceXi julge Starshipi püüdmine

Oktoobris tegi SpaceX oma seni kõige julgema katse, tuues Starshipi raketi esimese astme tagasi Texase stardipaika, kasutades hiiglaslikke mehaanilisi kombitsaid. See test tähistab olulist sammu SpaceXi eesmärgi poole luua korduvkasutatav raketisüsteem, mis suudab viia inimesi Kuu ja Marsi pinnale.

Inimkeha kaardistamine: Human Cell Atlas

Foto: humancellatlas.org

Rahvusvaheline teadlaste meeskond, kuhu kuulub 130 bioloogi, alustas põhjalikku projekti nimega Human Cell Atlas, mille eesmärk on kaardistada hinnanguliselt 37,2 triljonit inimkeha rakku. Atlas võimaldab teadlastel võrrelda terveid ja haiged rakke, pakkudes uusi võimalusi tõhusamate ravimite arendamiseks. Andmeid hoiavad ja töötlevad avalikes pilvesüsteemides Amazon, Google ja Microsoft, tagades globaalse juurdepääsu teadusuuringutele.

Rakukaart aitab teadlastel paremini mõista tervislikke seisundeid ja haigusi, sealhulgas vähki. «Kui midagi läheb valesti, algavad probleemid esmalt rakkudes,» ütles Human Cell Atlas konsortsiumi kaasesimees Aviv Regev. Praegu saadaval olev andmekogu, mida peetakse esialgseks mustandiks, loob aluse inimrakke kahjustavate ja muutvate haiguste uurimiseks.

Edasised plaanid ja praktiline mõju

Kaardistamise projekt laieneb aastaks 2026, hõlmates 18 organit ja kehasüsteemi, sealhulgas nahka, südant ja rinnanäärmeid. Lisaks inimese rakkude kaardistamisele on loodud ka spetsiifilisi atlaseid, näiteks:

Aju atlas, mis uurib erinevaid ajurakkude tüüpe, nende struktuuri ja funktsiooni.

Soole mikrobioomi atlas, mis keskendub soolestiku mikroorganismide kogumile, millel on oluline roll seedimises ja immuunsüsteemi tervises.

Cleveland Clinicu vähiuuringute ekspert dr Timothy Chan rõhutab rakukaardi potentsiaali vähiuuringutes. Kaart näitab rakkude omavahelisi seoseid ja aitab tuvastada rakkude spetsiifilisi nõrkusi, pakkudes uusi võimalusi täpsemaks diagnoosiks ja raviks.

Rakukaart esindab olulist läbimurret inimkeha bioloogia mõistmisel. Selle jätkuv arendamine võib märkimisväärselt abiks olla haiguste uurimisel ja ravimeetodite täiustamisel, muutes projekti oluliseks sammuks biomeditsiini arengus.

Kuidas välgulöögid võisid elu Maal käima lükata

Foto: news.harvard.edu

Umbes neli miljardit aastat tagasi oli Maa karm ja elutu – see oli alles taastumas asteroidide pommitamisest, vulkaanipursetest ja toitainete nappusest. Atmosfäär koosnes peamiselt inertsetest gaasidest nagu lämmastik ja süsinikdioksiid, mis raskendasid keerukate orgaaniliste molekulide teket. Teadlased on pikka aega otsinud vastust küsimusele, kuidas sellisel viljatul pinnal elu tekkis.

Hiljutine uuring, mis avaldati ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences, viitab sellele, et välgulöökidel võis olla oluline roll varase Maa keemilise aktiivsuse käivitamisel. Harvardi teadlased näitasid, et välgu põhjustatud plasmaelektrokeemia võis olla peamine reaktsioonivõimeliste süsiniku- ja lämmastikuühendite allikas, mis olid vajalikud elu tekkeks.

Välgu roll elu tekkel

Teadlased lõid laboritingimustes plasmaelektrokeemilise seadme, mis jäljendas varase Maa tingimusi. Nad tekitasid kõrge energiaga sädemeid gaasi ja vedeliku vahelises keskkonnas, simuleerides pilvest maapinnani suunduvaid välgulööke. Katsetes avastati, et välgulöögid võivad muundada stabiilseid gaase, nagu näiteks süsinikdioksiid ja lämmastik, väga reaktsioonivõimelisteks ühenditeks.

Need reaktsioonid toimusid kõige tõhusamalt gaasi, vedeliku ja tahke faasi piiril, piirkondades, kus välgulöögid looduslikult nende ühendite kontsentratsiooni suurendavad.

Laiaulatuslikum pilt elu tekkemehhanismidest

Teadlased rõhutavad, et elu keemiline teekond võis hõlmata mitmeid paralleelseid protsesse. Lisaks välgulöökidele võisid olulist rolli mängida ka muud energiaallikad, nagu ultraviolettkiirgus, hüdrotermilised avad ja asteroidide kokkupõrked. Välgu unikaalsus seisneb aga selle võimes ühendada Maa atmosfääri, ookeanide ja pinnase vahelisi keemilisi protsesse. «Meie tulemused näitavad, et keemiliselt reaktsioonivõimeliste molekulide tekkimiseks võis olla rohkem kui üks mehhanism,» ütles kaasautor Thomas C. Underwood.

Nüüdisaegsed rakendused ja elu otsingud teistel planeetidel

Lisaks elu alguse mõistmisele on sellel uurimusel ka praktilisi rakendusi. Plasmaelektrokeemia võib aidata välja töötada uusi energiatõhusaid ja keskkonnasõbralikke keemiatööstuse meetodeid, näiteks nüüdisaegse väetise tootmiseks. Samuti on see uuring oluline elu otsingutel väljaspool Maad. Välku on täheldatud Jupiteril ja Saturnil ning sarnased keemilised protsessid võivad aidata elu tekkimisele kaasa ka teistes planeedisüsteemides. «Meie lähenemine võimaldab simuleerida erinevate planeetide keskkonnatingimusi ja uurida välgulöökidega sarnaste reaktsioonide võimalusi,» märkis kaasautor Haihui Joy Jiang.

See uuring lisab olulise osa elu alguse mõistatuse lahendamisse. Välgulöögid võisid olla oluline tegur, mis muutis Maa keemilise keskkonna piisavalt rikkaks, et toetada elu tekkimist. Uurimus mitte ainult ei ava uusi teid mineviku mõistmiseks, vaid pakub ka lootust avastada elu jälgi teistel planeetidel.