2018’den geleceğe: Nefes kesen 17 bilim olayı

Fizik ve Uzay Öne Çıkanlar Sağlık Teknoyaşam Yaşam Bilimleri

2 Ocak 2019

2018’den geleceğe: Nefes kesen 17 bilim olayı

Bugün geliştirilen teknolojiler ve keşfedilen bilimsel bulgular, yarının dünyasına şekil verir. Bizi yarına taşır. Peki, 2018 yılında bilimde ve teknolojide bizi yarına taşıyacak hangi gelişmeler öne çıktı? Dünyanın önde gelen bilim dergileri, her yıl sonu kendi perspektiflerinden bir seçme yapar ve okurlarına aktarır. Biz de HBT olarak bilim ve teknolojide hayatlarımızı değiştirmeye başlayan ya da kısa süre içinde başlayacak olan 17 temel gelişmeyi belirledik.

2018’i her şeyden önce yapay zekânın öne çıktığı bir yıl olarak hatırlayacağız. Dijital unsurların yanı sıra, tedavi geliştirmek için de kullanılan sayısız yapay zekâ kullanımı örneğine rastladık. Canlı evrimindeki çatlakları kapatma amacı taşıyan gen çalışmaları ise geride bıraktığımız yılın bir başka yükselen yıldızıydı.

Bahsini edeceğimiz bulgu ve gelişmelerin, bazı tartışmaları beraberinde getirdiği de aşikâr. Bu çok normal. Zira makineler daha zeki ve işlevsel hale geldikçe, insanlar işsiz kalıyor. Benzer bir şekilde genlerle oynanmasının da ekosistemi bozmak gibi birtakım riskleri var.

Her şeye rağmen, geride bıraktığımız yılda geleceğe yönelik önemli bilimsel ve teknolojik gelişmeler yaşandı. Gelecekteki gıda sorununu çözmek için laboratuvarda kök hücreden üretilen etten, iklim değişikliğini önlemeye yönelik enerji çalışmalarına kadar birçok gelişme heyecanla karşılandı. Hepsi olmasa da en önemlilerinden bir kısmını sizinle paylaşıyoruz.

Artırılmış Gerçeklik (AR)

(Bilgisayar)

2018, artırılmış gerçeklik teknolojisinin en hızlı yayıldığı yıl oldu. Basit bir şekilde tanımlamak gerekirse artırılmış gerçeklik (AR) gerçek zamanda bilgisayar tarafından üretilen bilgileri gerçek dünya üzerine yerleştirir. AR yazılımı ve bir kamera, yani bir akıllı telefon, bir tablet, bir kulaklık veya akıllı gözlük gibi bir cihaz aracılığıyla, program gelen video akışını analiz eder, sahneye ilişkin kapsamlı bilgileri indirir ve bunlar üst üste biner. Ve böylelikle bu teknoloji sizi kurgusal ve yalıtılmış bir evrene taşır. Bu sayede cerrahlar, mimarlar veya tasarımcılar, bir şeyi yaratmadan veya müdahale etmeden önce neye benzeyeceğini görebilirler. Kullanıcı, oturduğu yerden başka bir ülkenin sokaklarında dolaşabilir, tıp öğrencileri sanal gerçeklikte sanal bira hastaya ameliyat yapabilir. Sanal gerçeklikle ayrıca, 3 boyutlu ortamda bir hastanın cildinin altındaki dokuları görselleştirmek veya henüz inşa edilmemiş bir binanın tasarımının mükemmelleştirilmesi de mümkündür.

Bugün yaklaşık 1,5 milyar dolar değerinde olan AR’nin pazar payının 2020'ye kadar 100 milyar dolara ulaşması bekleniyor. Apple, Google ve Microsoft gibi büyük teknoloji şirketleri, hem AR hem de VR ürünlerine ve uygulamalarına büyük mali ve insan kaynağı ayırıyor. Harvard Business Review, AR'yi tüm işletmeleri etkileyecek dönüştürücü bir teknoloji olarak vurguluyor.

Sinir Uyarımı (VNS)

(Tıp)

Aslında hastalıkları elektrik akımı verilerek tedavi eden cihazların tıpta uzun bir geçmişi var. Mesela kalp pilleri, kulaklar için koklear implantlar ve Parkinson hastalığı için derin beyin stimülasyonu... Ancak bu yılı özel kılan, Vagal Sinir Stimülasyonu’nun (VNS) geliştirilmesi oldu. VNS, belirli bir siniri hedef alıyor, oysa ilaçlar genellikle tüm vücudu etkilediği için vücudun yan etkilerle mücadele etmesi gerekiyor. VNS’nin kullanımı, Feinstein Tıbbi Araştırma Enstitüsü'nden Kevin Tracey tarafından yapılan araştırmalarla mümkün oldu. VNS teknolojisi kardiyovasküler hastalıklar, demans, otoimmün hastalıklar için de kullanılabilir. Baş ağrısı ve migren gibi ağrıları hafifleten, girişimsel olmayan VNS cihazları son olarak FDA’dan onay almış bulunuyor.

Laboratuvarda üretilen et

(Kimya)

Dünya nüfusunun 2050 yılında 10 milyarı bulması beklenirken, gıdaya erişim ve gıdanın güvenilirliği giderek önem kazanıyor. Çare, sürdürülebilir bir gıda sistemi kurmak. Şimdi, çevreye zarar vermeden beslemek için geliştirilen alternatif bir besinden bahsedeceğiz. Laboratuvarlarda üretilen etlerden.. Bir laboratuvarda üretilen hücrelerden elde edilen et, bu hayali gerçeğe dönüştürüyor. ABD’den İsrail’e birçok ülkede et, tavuk ve deniz ürünlerinin laboratuvar ortamında kök hücreden elde edilmesine yönelik çalışmalar yapılıyor. Peki, bu nasıl mümkün oluyor? İlk önce hayvandan bir kas örneği alınıyor; kök hücreleri dokudan toplanıyor; çoğaltıyor ve daha sonra ilkel fiber haline gelmeleri için ayrışmaları bekleniyor. Bu lifler daha sonra birleşip kas dokusu oluşturuyor.

Temiz et olarak nitelendirilen laboratuvar ürünü bu et, fiyatı ve tadı ile ilgili kaygılar ortadan kalktıktan sonra gerçek et ile rekabet edebilecek hale gelecek.

Dijital asistanlar

(Bilgisayar)

Bugünün dijital asistanları, bizleri, kendisinin bir insan olduğuna inandırabiliyor. Sizce onlar bir insanın bilincine ve duygularına sahip olabilir mi? Siri ve Alexa gibi dijital asistanlar, ne istediğinizi anlayıp, size yardımcı olabilmek için geliştirilmiş konuşma tanıma yazılımlarını kullanır ve sorularınızla eşleştirilen cevapları vermek için insan sesi çıkarırlar. Bu tür sistemlerin öncelikle “eğitilmiş” olması gerekir. Çünkü bu sistemler “öğrenebilir” sistemler. Makine öğrenmesi kapasiteleri sayesinde gelen soruları varolan yanıtlarla eşleştirmeye çabalar. Tabi sınırlı ölçüde.

Peki, ama bir adım ötesi ne olacak? Yeni nesil asistanlar, sayısız kaynaktan topladıkları yapısal olmayan verileri (ham metin, video, resim, ses, e-postalar vb.) tarayarak, bir konuyu sizinle tartışır hale bile gelebilirler. Bu tür sistemler, ileride doktorların karmaşık bir vakayla ilgili araştırmalara hızlı bir şekilde ulaşmalarına ve daha sonra belirli bir tedavi protokolünün yararlarını tartışmasına yardımcı olabilir.

Vücuda yerleştirilebilir ilaç hücreleri (Hücresel implantlar)

(Tıp)

Diyabetli birçok insan, kan şekeri seviyelerini ölçmek ve ihtiyaç duydukları insülin dozlarına karar vermek için parmaklarını günde birkaç kez zorlar. Pankreatik hücre implantları, bu hantal süreci gereksiz hale getirebilir. Benzer şekilde hücresel implantlar; kanser, kalp yetmezliği, hemofili, glokom ve Parkinson hastalığı dahil olmak üzere birçok bozukluğun tedavisine yönelik yeni bir yöntem haline gelebilir.

Yine de yöntemle ilgili bazı sorunlar var. Zira kapsüllenmiş hücre tedavisinin ne güvenilirliği ne de etkinliği büyük klinik çalışmalarda kanıtlanmıştır, ancak belirtiler cesaret vericidir.

Hızlı moleküler tasarım için yapay zekâ

(Yapay Zekâ)

Kanserle savaşmak için bir ilaç veya ölümcül bir virüsün hücreye saldırmasını engelleyen bir bileşik tasarlamak mı istiyorsunuz? Burada iki zorlukla başa çıkmanız gerekir: Madde için doğru kimyasal yapıyı bulmak ve hangi kimyasal reaksiyonların doğru atomları, istenen moleküllere veya molekül kombinasyonlarına bağlayacağını belirlemek.

Bu süreç son derece zaman alır ve birçok başarısız girişimi içerir. Örneğin bir sentez planı, çoğu istenmeyen yan reaksiyonlara neden olur veya hiç çalışmaz. Bunlar, vakit ve kaynak kaybı anlamına gelir. Ancak, yapay zekâ hem tasarımın hem de sentezin verimliliğini artırmaya başlayarak, süreci daha hızlı, daha kolay ve daha ucuz hale getirirken kimyasal atıkları da azaltır.

Yapay zekânın içindeki makine-öğrenme algoritmaları, ilgilenilen maddeleri keşfetmeye ve sentezlemeye çalışırken bilinen geçmiş deneyleri (işe yaramış olanlar ve daha önemlisi başarısız olanlar) analiz eder. Tek bir makine öğrenme aracı, bir düğmeye basarak bunu yapamaz, ancak yapay zekâ teknolojileri, ilaç moleküllerinin ve malzemelerinin gerçek yaşam tasarımına hızla adapte oluyor.

Hassas tıpla ileri tanı

(İlaç)

Meme kanseri olan kadınlar, 20. yüzyılın büyük bir kısmında benzer tedaviler gördüler. Meme kanserleri şimdi alt tiplere ayrıldı ve tedavi kişiselleştirildi . Örneğin, tümörleri östrojen reseptörleri üreten birçok kadın, standart ameliyat sonrası kemoterapi ile birlikte bu reseptörleri spesifik olarak hedef alan ilaçlar alıyor. Bu yıl araştırmacılar kişiselleştirilmiş tedaviye daha çok yaklaştılar.

Meme kanserinin yanı sıra otizm, Parkinson ve Alzheimer gibi beyin bozukluklarının tanımlanmasına yardımcı olmak için kan testleri geliştirilmesi de bu teknolojiyle bağıntılı. Araştırmacılar, hastanın biyobelirteçlerini tespit ederek kişiye özel tedavi için çalışıyor. Bu, hastaları en etkili tedavilere yönlendirerek sağlık harcamalarını azaltabilir. Bir gün çoğumuz zaman içinde birikecek kişisel bir biyobelirteç bulutuna sahip olabilir ve tedavimiz sağlanabilir.

Genlere müdahale - CRISPR

(Biyoteknoloji)

Bir popülasyonun, hatta bir türün özelliklerini kalıcı olarak değiştirebilen bir genetik mühendisliği teknolojisine yönelik araştırmalar hızla sürüyor. Bu yöntem, ebeveynlerin sahip olduğu hastalık genlerinin yavrulara geçmemesini sağlar. . Genlere müdahale birçok yönden insanlık için bir nimet de olabilir bir felaket de…

Bu teknoloji sayesinde, böceklerin sıtma ve diğer ölümcül enfeksiyonları taşıması engellenebiliyor. Ayrıca, bitkilere saldıran zararlıları değiştirerek ürün verimini artırma, çevresel strese karşı dirençli mercanlar üretme ve ekosistemleri korumak için istilacı bitkileri yok etme ve hayvanları koruma potansiyeli var.

Dünyada birçok kurum bu teknolojinin geliştirilmesi için milyonlarca dolar yatırım yapmaya başladı. Yine de araştırmacılar, bir türün değiştirilmesi ve hatta ortadan kaldırılmasının geri dönülemez sonuçlar doğurabileceğinin de farkında. Olası faydalarına rağmen, genlerle bu şekilde oynanması endişe uyandırıyor: Mesela doğal seçilime bu şekilde müdahale edilerek ekosistem basamaklarının bozulma riski var. Veya kötü niyetli girişimciler CRISPR’ı tarımda bir silah olarak kullanabilir. Kısacası bu teknolojide, halk sağlığı yararı gözetilmesi esas alınmalı. 2018'de, uluslararası bir çalışma grubu, CRISPR çalışmaları için bir yol haritası hazırladı.

Işığa duyarlı nanomateryallerle zararlı madde tespiti (Plazmonik teknolojiler)

(Mühendislik)

Plazmonik teknolojiler, bir elektromanyetik alan ile bir metaldeki serbest elektronlar (genellikle altın ve gümüş) arasındaki etkileşime dayanır. Bir metal yüzeyindeki serbest elektronlar, ışığa maruz kaldığında kolektif olarak salınır ve yüzey plazmonu olarak bilinen şeyi oluşturur. Bir metal parçası büyük olduğunda, serbest elektronlar, onlara çarpan ışığı yansıtır ve materyalin parlaklığını verir. Ancak bir metal, birkaç nanometre boyutlarında ise, serbest elektronları çok küçük bir alanda sıkışır ve titreşim frekansını sınırlar. Salınımın özgül frekansı, metal nanoparçacık boyutuna bağlıdır. Bu yüzey plazmon rezonansı nanoantenler, verimli güneş pilleri ve diğer kullanışlı cihazlar yaratmak için kullanılabilir.

Bugün tıp alanında, ışıkla aktive edilmiş nanopartiküllerin kanseri tedavi edip edemeyeceği araştırılıyor. Nanoparçacıklar, bir tümör içine yoğunlaştıktan sonra kana karışır. Daha sonra ışık verilince parçacıklar salınım sayesinde ısınır. Isı seçici olarak çevredeki sağlıklı dokulara zarar vermeden tümördeki kanser hücrelerini öldürür.

Çeşitli girişimciler, bu teknolojiye dayanan ürünler geliştiriyor. Bu teknolojinin geleceği parlak gözüküyor. 2017 yılında 250 milyon dolar olan plazmonik sensör teknolojisinin 2027 yılına kadar yaklaşık 470 milyon dolarlık bir hacme ulaşması bekleniyor.

Kuantum bilgisayarlar için algoritma

(Bilgisayar)

Kuantum bilgisayarlar; algoritmaları ve donanımları sayesinde zaman içinde klasik bilgisayarları yakalayabilir ve hatta daha iyi performans gösterebilir.

Kuantum bilgisayarlar, hesaplamaları gerçekleştirmek için kuantum mekaniğini kullanır. Temel hesaplama birimi, qubit, standart bit (sıfır veya bir) ile benzeşir; ancak bir iki hesaplamalı kuantum durumu arasındaki kuantum süperpozisyonunda aynı anda hem sıfır hem de bir olabilir. Bu özellik, dolaşıklık olarak bilinen bir başka kuantum özelliği ile birlikte kuantum bilgisayarlarının, belirli bir problem sınıfını, herhangi bir geleneksel bilgisayardan daha verimli bir şekilde çözmesini sağlayabilir.

Bu teknoloji, heyecan verici olsa da kötü şöhrete sahip. Örneğin, decoherence (uyumsuzluk) adı verilen bir işlem, bu sistemin işlevini bozabilir. Araştırmacılar, kuantum hata düzeltmesi olarak bilinen bir teknikle, bunun üstesinden gelmeye çalışıyor.

1982'de efsanevi teorik fizikçi Richard Feynman kuantum bilgisayarlarının en güçlü uygulamalarından birinin doğayı (atomlar, moleküller ve materyalleri) simüle edeceğini ileri sürmüştü. Bugün birçok araştırmacı, Intermediate Scale Quantum (NISQ) adı verilen kuantum bilgisayarları geliştiriyor. Bunlar henüz hata düzeltme işlemi yapamıyor. Önümüzdeki birkaç yıl içinde araştırmacılar büyük olasılıkla daha büyük ve daha kontrol edilebilir NISQ cihazları geliştirecek ve bunu, binlerce hata düzeltmeli makineler izleyecektir.

Aynı cinsiyete sahip fareler gen değişikliği sayesinde yavruladı

(Genetik)

Ekim 2018'de, aynı cinsiyete sahip fare çiftleri, gen düzenleme ve kök hücreleri yardımıyla ilk defa yavruladı. İki dişi farenin doğurduğu yavrular sağlıklıydı. Ancak, erkek farelerin doğduğu yavrular şanslı değildi; 12 bireyden sadece ikisi 48 saatten fazla hayatta kaldı. Bu durum, gelecekte insanlar için bu mümkün olmayacak olsa da umut verici bir adım olarak nitelendirilebilir. Aynı zamanda genetik farklılıklar için yüksek risk faktörü göz önüne alındığında, bir dizi etik soruyu da gündeme getirmektedir.

İnterstisyum adında yeni bir organ bulundu

(Tıp)

Mart 2018'de, insan vücudu hakkında düşündüklerimizi derinden etkileyecek bir gelişme yaşandı. New York Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden araştırmacılar; uzun zamandır birbirine bağlı dokular olarak kabul edilen yapının aslında "interstisyum" adı verilen bir dizi sıvı dolu bölmelerden oluştuğunu ve bunun, vücudun en büyük organlarından biri olduğunu keşfetti. Çalışma, Science Scientific Journal dergisinde yayımlandı.

Peki, ama tıp dünyası, böylesi bir gelişmeyi yıllarca nasıl ıskaladı? Interstisyumun daha önce yoğun bir doku tabakası olduğu düşünülüyordu, ancak NYU araştırmacıları, bunun lenfatik sisteme bağlanan küçük bir kanal olduğuna inanıyorlar. Böyle bir keşif için, sağlam bilimsel görüş birliği gerekli. Meslektaşlarının bu bulguyu gözden geçirmesi ve interstisyumu bir organ olarak sınıflandırmak için daha fazla araştırma yapmasına ihtiyaç var.

Sıfır karbonlu doğalgaz üretildi

(Çevre)

Küresel ısınmanın en büyük sebeplerinden biri de fosil yakıtlar. Ve bu durum yakın zamanda değişecek gibi gözükmüyor. Küresel elektrik ihtiyacının yüzde 22'si bu enerji kaynağından sağlanıyor. Ve doğalgaz, kömürden daha temiz olmasına rağmen, hala büyük bir karbon emisyon kaynağı. ABD’nin Houston kentinde bir pilot enerji santralinde, temiz enerjiyi gerçeğe dönüştürebilen bir teknoloji test ediliyor. Net Power şirketi, en az standart doğalgaz santralleri kadar ucuza enerji üretebileceğinin ve aslında bu süreçte salınan tüm karbondioksiti sıfıra indirebileceğine vurgu yapıyor.

IPCC 1.5 derece raporunun da önerdiği üzere “Dünya’yı kurtaracak” asıl ekolojik yönleniş ve enerji dönüşümü ise fosil yakıtlardan kaçınmak ve rüzgar, güneş ve biyogaz gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlenmekle mümkün.

Ölümsüzlüğe atılan en önemli adım: Yaşlılığı durdurmak

(Genetik)

Bugün bilim insanları yaşlanma hızını yavaşlatmanın ve hatta durdurmanın yollarını arıyor. Bu yollardan biri de kalori kısıtlaması yapılan diyetler. Kalori kısıtlaması yapılmış bir beslenmenin solucan, sinek, balık ve örümcek gibi kısa yaşamlı hayvanların metabolizmasını yavaşlatarak yaşam sürelerini artırdığı yaklaşık olarak 30 yıldır zaten biliniyordu. Fareler üzerinde yapılan çalışmalar, kalori kısıtlamalı diyet uygulanan deneklerin, alışılagelen beslenme alışkanlıklarını sürdüren farelere göre %65’e kadar daha uzun süre yaşadığını gösteriyor. Groningen’deki Avrupa Yaşlanma Biyolojisi Araştırma Enstitüsü’nden Dr. Cornelis F. Calkhoven ve çalışma arkadaşları, sıradan farelere göre daha uzun süre yaşayan ve geç yaşlanan fareler geliştirdi. Bu farelerde C/EBPβ-LIP isimli bir proteinin üretimini azaltan bir çeşit mutasyon denendi. Söz konusu mutasyon, hayvanlarda ömrü uzattığı bilinen kalori alımı sınırlandırması yaparak metabolik fayda sağlamasıyla biliniyor. Bilim dünyası, aynı kısıtlamanın insan ve primat gibi daha uzun ömürlü canlılar üzerindeki etkisi konusunda tartışıyor.

Yeryüzü’nün en ağır canlısı: 11.7 tonluk dinozor

(Arkeoloji)

2018 yılının Eylül ayında, Güney Afrika'daki araştırmacılar, büyük Afrika filinin neredeyse iki katı büyüklüğünde olduğu tahmin edilen yeni bir devasa dinozor fosilini ortaya çıkardı. Araştırmacılar, bu dinozorun, gezegenin varlığının ilk günlerinde, 200 milyon yıl önce Dünya'daki en büyük hayvanlardan biri olduğuna inanıyor. Bu 11.7 tonluk yaratıkların, Ledumahadi brontosaurus'a benzeyen sauropod dinozorlarıyla yakından ilişkili olduğu bildirildi.

558 milyon yıl önce yaşamış bir hayvan: Dickinsonia

1947'de Avrupalı bilim insanları tarafından Rusya'daki Beyaz Deniz’e yakın bir bölgede bir fosil bulunmuştu. Ancak sıcaklığın ve basıncın neden olduğu hava koşullarından ötürü on yıllardır fosilin tarihini belirlenememişti. Eylül 2018'de, Avustralyalı bilim insanları nihayet jeolojik kayıttaki hayvanı tanımladıklarını açıkladı. Araştırmacılar, fosil üzerinde bulunan yağ moleküllerini inceleyerek, yaratığın 558 milyon yıl önce yaşadığını doğrulayabildiler. Ve bu da onu "bilinen en eski hayvan krallığı üyesi" yapıyor.

En eski insan yapımı çizim: 73 bin yaşında

Araştırmacılar, Homo sapiens tarafından yaratılan, bugüne kadarki en eski çizimi buldular. Arkeologlar, Güney Afrika'daki bir mağarada dokuz kırmızı çizgi ile bir taş pul keşfettiler. Bunun kabaca 73.000 yaşında olduğuna inanıyorlar. Söz konusu bulgu, daha önce bulunan insan yapımı çizimlerden en az 30.000 yaş daha yaşlı. Arkeologlar, bu çizimin, insanların nasıl sembol kullandığını ve nihayetinde dil ile medeniyetin nasıl yol aldığına dair önemli bir bulgu olarak tanımlıyor.