Έξι εκατομμυρίων ετών τα «ανθρώπινα» ίχνη στην Κρήτη. New Research Suggests Human-Like Footprints in Crete Date to 6.05 Million Years Ago

Οι αρχαιότερες γνωστές πατημασιές προγόνων του ανθρώπου, οι οποίες είχαν αρχικά ανακαλυφθεί στην Κρήτη το 2002, έχουν ηλικία 6,05 εκατομμυρίων ετών, είναι δηλαδή περίπου 0,35 εκατομμύρια χρόνια παλαιότερες από ό,τι είχε εκτιμηθεί αρχικά, σύμφωνα με μια νέα διεθνή επιστημονική έρευνα με ελληνική συμμετοχή. Αν επαληθευτεί, η έρευνα αναμένεται να ανατρέψει την κυρίαρχη πεποίθηση για την εξέλιξη του ανθρώπου. Tracks in the sand: One of over 50 footprints of predecessors of early humans identified in 2017 near Trachilos, Crete. Dating techniques have now shown them to be more than six million years old. The findings could upend scientists’ understanding of human evolution—but the paper has proven controversial. Credit: University of Tübingen

Aρχαιότερο κατά εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια απ'ό,τι πιστευόταν μέχρι πρότινος φαίνεται να είναι το πιο παλιό, καταγεγραμμένο ανθρωπόμορφο αποτύπωμα.

Σύμφωνα με νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Scientific Reports, τα 50 απολιθωμένα ίχνη που βρέθηκαν στην Κρήτη το 2002 και οι ακαδημαϊκοί εκτιμούσαν πως ήταν ηλικίας 5,7 εκατομμυρίων χρόνων, φαίνεται πως είναι 6,05 ετών, δηλαδή κατά 300.000 χρόνια αρχαιότερα.

Οι πατημασιές αυτές, που θεωρείται πως είναι ανθρωπογενείς, ίσως θέσουν εν αμφιβόλω την επικρατούσα άποψη για την ανθρώπινη εξέλιξη και ανατρέψουν την πεποίθηση των επιστημόνων πως ο σύγχρονος άνθρωπος κατάγεται από την Αφρική.

Όπως λένε οι ερευνητές, είναι πιθανό το δίποδο πλάσμα που άφησε πίσω του αυτά τα ίχνη να ήταν μέλος του Graecopithecus freybergi (γραικοπίθηκος του Φράιμπεργκ), πρόγονος του πρώιμου ανθρώπου που είχε ανακαλυφθεί το 1944 και του δόθηκε το παρωνύμιο «Ελ Γκρέκο».

Laser scan of one of the best preserved footprints (left) and transverse sections showing concave and convex structures in the impression (right). Credit: Gierliński et al. / Proceedings of the Geologists' Association, 2017

«Τα ίχνη είναι σχεδόν 2,5 εκατομμύρια χρόνια αρχαιότερα από εκείνα που αποδίδονται στον Αυστραλοπίθηκο του Αφάρ (Lucy) στην Τανζανία» σημειώνει ο Ούβε Κίρσερ, εις εκ των συγγραφέων της έρευνας και ειδικός παλαιογεωγραφίας στο πανεπιστήμιο του Τίμπινγκεν σε ανακοίνωσή του.

Photos and digital scans of three of the 'well-preserved footprints'. Each is shown as a photo (left), laser surface scan (middle) and scan with interpretation (right). a) was made by a left foot, b) and c) by right feet. Scale bars, 1.9 inch (5cm).

Οι ερευνητές, με τη χρήση εξελιγμένων τεχνικών χρονολόγησης, κατέληξαν πως τα ίχνη ήταν ηλικίας 6,05 εκατομμυρίων χρόνων, ελέγχοντας τα τρηματοφόρα -θαλάσσια μικροαπολιθωμάτα- που εντοπίστηκαν στα ιζηματογενή πετρώματα.

Αν τα συμπεράσματά τους αποδειχτούν έγκυρα, η ανακάλυψη θα περιπλέξει την κυρίαρχη αντίληψη πως οι άνθρωποι προέρχονται από την Αφρική. 

Το χωριό Τράχηλος, στα βορειοδυτικά της Κρήτης, όπου είχε βρει τα ίχνη κατά τη διάρκεια των διακοπών του Πολωνός παλαιοντολόγος. Πηγή φωτογραφίας: Scientific Reports

Πριν έξι εκατομμύρια χρόνια η Κρήτη συνδεόταν με την ηπειρωτική Ελλάδα μέσω της Πελοποννήσου. Όπως ανέφερε η δρ Μπέμε, “δεν μπορούμε να αποκλείσουμε μια σύνδεση ανάμεσα στον δημιουργό των ιχνών βάδισης και στον πιθανώς προ-άνθρωπο Γκρεκοπίθηκο”. Πριν μερικά χρόνια είχαν βρεθεί στην Αττική τα απολιθώματα ενός άγνωστου προ-ανθρώπινου είδους (Graecopithecus freybergi), τα οποία χρονολογούνται πριν από περίπου 7,2 εκατομμύρια χρόνια.

Η νέα μελέτη επιβεβαιώνει επίσης πρόσφατη έρευνα των ίδιων Γερμανών επιστημόνων του Τίμπινγκεν, σύμφωνα με την οποία πριν έξι εκατομμύρια χρόνια η Ευρώπη και η Μέση Ανατολή χωρίζονταν από την υγρή Ανατολική Αφρική από μια σχετικά στενή έκταση της Σαχάρας. Η γεωχημική ανάλυση του εδάφους της ακτής της Κρήτης, ηλικίας έξι εκατ. ετών, δείχνει ότι σκόνη της ερήμου από τη Βόρεια Αφρική είχε μεταφερθεί εκεί από τους ανέμους.

View of footprints discovered on Crete in 2002. Credit: Andrzej Boczarowski

Σημειώνεται πως τα ίχνη αυτά ανακάλυψε το 2002 στο χωριό Τράχηλος, κατά τη διάρκεια διακοπών του στην Κρήτη, ο παλαιοντολόγος Gerard Gierliński. 

Κάποιοι επιστήμονες εκφράζουν τον σκεπτικισμό τους για τα ίχνη αυτά, ισχυριζόμενοι πως το είδος του Γραικοπίθηκου Φράιμπεργκ δεν υπήρξε καν.

Όπως εικάζει ο Ίσραελ Χέρσκοβιτς, βιολογικός ανθρωπολόγος στο πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ που δεν συμμετείχε στην έρευνα, οι πατημασιές δημιουργήθηκαν από ένα όψιμο Ευρωπαϊκό πίθηκο.

«Ό,τι έχουμε από την Ευρώπη είναι μια ομάδα προανθρώπινων πιθήκων. Είναι ενδιαφέροντες και μαρτυρούν πολύ ευνοϊκότερες κλιματολογικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της όψιμης Μειόκαινου Περιόδου, αλλά δεν νομίζω πως συνδέονταν άμεσα ή έμμεσα με την ανθρώπινη εξέλιξη» αναφέρει ο ίδιος.

«Κάποια από τα αποτυπώματα μοιάζουν σαν από δίποδο ζώο, αλλά πολλά άλλα είναι πολύ αμφίσημα και ποικίλλουν σε μέγεθος. Ορισμένα δε, δεν μοιάζουν καν με πατημασιές. Οπότε, το ζήτημα εδώ είναι να εκφράσεις ένα βασικό ισχυρισμό στη βάση πληροφοριών που είναι σχετικά ανοιχτός σε ερμηνείες» λέει από την πλευρά του ο Ζουλιέν Λουίς, παλαιοντολόγος στο πανεπιστήμιο του Γκρίφιθ.

Ωστόσο, η νέα αυτή μελέτη αναγνωρίζει τις αποκλίσεις απόψεων. Όπως γράφουν οι ερευνητές στην ανακοίνωσή τους «Η ερμηνεία μας υπήρξε αμφιλεγόμενη και παράλληλα έχουν γίνει αρκετές αντι-ερμηνείες».

Στη μελέτη συμμετείχαν από ελληνικής πλευράς o Αθανάσιος Αθανάσιου της Εφορείας Παλαιοανθρωπολογίας-Σπηλαιολογίας στην Αθήνα και ο γεωλόγος του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας του Πανεπιστημίου της Κρήτης δρ Χαράλαμπος Φασουλάς.

Πηγές: “Age constraints for the Trachilos footprints from Crete” by Uwe Kirscher, Haytham El Atfy, Andreas Gärtner, Edoardo Dallanave, Philipp Munz, Grzegorz Niedźwiedzki, Athanassios Athanassiou, Charalampos Fassoulas, Ulf Linnemann, Mandy Hofmann, Matthew Bennett, Per Erik Ahlberg and Madelaine Böhme, 11 October 2021, Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-021-98618-0 - https://scitechdaily.com/oldest-footprints-of-pre-humans-identified-in-crete-six-million-years-old/ - https://www.smithsonianmag.com/smart-news/oldest-human-like-footprints-dated-to-605-million-years-ago 180978889/?utm_source=facebook.com&utm_medium=socialmedia&fbclid=IwAR2dYckrHFPCCdP4mI09XLvbJ4oaj_4RGIA0hPDTqHueNWWv6BbhkscSlV8 - https://www.lifo.gr/now/world/ilikias-6-ekat-eton-ta-anthropogeni-ihni-poy-brethikan-stin-kriti-nea-ereyna-mperdeyei

 

 

 

 

Ένας ΚΟΣΜΟΣ χωρίς σκοτεινή ύλη. Un MONDE sans matière noire

Ένα κοσμολογικό μοντέλο που δεν χρειάζεται την έννοια της σκοτεινής ύλης ερμηνεύει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που παρατηρήθηκαν στο κοσμικό υπόβαθρο της μικροκυματικής ακτινοβολίας. A cosmological model that doesn’t require dark matter has overcome a major hurdle in matching observations from the cosmic microwave background. MOND models—which don’t require dark matter—have not previously been able to reproduce the temperature variations measured in the cosmic microwave background (shown here), a relic from the big bang. But now researchers have created a MOND-inspired model that matches these data just as well as dark matter models do. Credit: WMAP Science Team/NASA

Η αστρονόμος Vera Rubin, η συνεισφορά της οποίας άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο βλέπουμε το σύμπαν, είχε δηλώσει το 2005 σε μια συνέντευξή της στο περιοδικό New Scientist: «Αν μπορούσα να διαλέξω, θα προτιμούσα να μάθω ότι πρέπει να τροποποιήσουμε τους νόμους του Νεύτωνα για να εξηγήσουμε τις διαγαλαξιακές αλληλεπιδράσεις σε μεγάλες αποστάσεις. Θα ήταν πιο συναρπαστικό από την ιδέα ενός σύμπαντος γεμάτου με ένα νέο είδος υποατομικών σωματιδίων».

The spatial distribution of more than 4 million galaxies as measured by the Sloan Digital Sky Survey, which can't be easily explained by modifying gravity. SDSS (CC-BY)

Θα αρκούσε οι μάζες να ασκούν μια βαρυτική έλξη λίγο μεγαλύτερη από εκείνη που προβλέπει ο Νεύτωνας για να εξηγηθούν οι ταχύτητες των άστρων και των γαλαξιών χωρίς να επικαλούμαστε την σκοτεινή ύλη. Στις 15 Ιουλίου 1983, ο φυσικός Mordehai Milgrom υποστήριξε ότι το αίνιγμα της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να λυθεί με «μια τροποποίηση της νευτώνειας δυναμικής ως μιας πιθανής εναλλακτικής λύσης στην υπόθεση της κρυμμένης μάζας». Ο Milgrom ονόμασε τη θεωρία του MOND (Modified Newtonian Dynamics-Tροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική). Η απλότητα της θεωρίας MOND εξακολουθεί να προβληματίζει τους αστροφυσικούς. Μια μικρή παραλλαγή του νόμου του Νεύτωνα σε γαλαξιακές κλίμακες είναι αρκετή ώστε να μην χρειάζεται να επικαλούμαστε την σκοτεινή ύλη. Η επιτάχυνση ενός αντικειμένου που έλκεται από από μια μάζα Μ και απέχει από αυτή απόσταση r είναι: g=GM/r². Ο Milgrom υπέθεσε ότι η επιτάχυνση δεν μπορεί να μειωθεί κάτω από μια τιμή όριο (10^-10 m/s²), ακόμα και όταν η απόσταση r αυξάνεται πολύ. Aν και συνήθως εξηγούμε αυτή την ιδιότητα επικαλούμενοι την παρουσία μιας αόρατης μάζας – δηλαδή, της σκοτεινής ύλης – η οποία έχει την μορφή μιας σφαιρικής άλω που περιβάλλει έναν γαλαξία, μπορούμε επίσης να την εξηγήσουμε με μία μόνο μαθηματική παράμετρο μέσα στο πλαίσιο της θεωρίας MOND. Η κομψότητα της εν λόγω θεωρίας είναι ότι σε όλους τους γαλαξίες ισχύει η ίδια τιμή αυτής της παραμέτρου! 

Galaxies, like M101 shown here, have rotation profiles that can’t be explained by the visible matter. The popular solution is to assume the existence of dark matter, but another solution, called MOND, can account for galaxy data by modifying Newtonian gravity. Credit: NASA/CXC/SAO/D. Hartmann/JPL-Caltech

Το ίδιο κατώφλι επιτάχυνσης λειτουργεί για σχεδόν όλους τους γαλαξίες – μικρούς και μεγάλους, νέους και ηλικιωμένους. Παρότι η θεωρία MOND εξηγεί την περιστροφή των γαλαξιακών δίσκων, παρουσιάζει προβλήματα π.χ. όταν επεκτείνεται στα σμήνη γαλαξιών. Παλαιότερα μοντέλα που βασίζονται στη MOND δεν μπορούσαν να αναπαράγουν την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία.

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine; source: doi: 1303.5076v3

Οι Constantinos Skordis και Tom Złósnik στην εργασία τους με τίτλο ‘A new relativistic theory for Modified Newtonian Dynamics‘, ανέπτυξαν ένα μοντέλο της MOND που συμφωνεί με τις παρατηρήσεις της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το μοντέλο τους μπορεί να εφαρμοστεί περαιτέρω στις παρατηρήσεις σμηνών γαλαξιών και βαρυτικών κυμάτων.

Ο κύριος λόγος που οι αστρονόμοι προτιμούν την σκοτεινή ύλη έναντι της MOND είναι ότι η σκοτεινή ύλη είναι συμβατή με ένα πολύ μεγαλύτερο εύρος αστροφυσικών παρατηρήσεων. Για παράδειγμα, η σκοτεινή ύλη μπορεί να εξηγήσει το φαινόμενο του βαρυτικού φακού – την κάμψη του φωτός μακρινών πηγών που βρίσκονται πίσω από γαλαξίες-, ενώ η αρχική μορφή της θεωρίας MOND δεν μπορεί.

Constantinos Skordis.

Οι ερευνητές έχουν επινοήσει τα λεγόμενα σχετικιστικά μοντέλα MOND που μπορούν να εξηγήσουν τις παρατηρήσεις των βαρυτικών φακών, αλλά μέχρι τώρα, καμία από αυτές τις αναθεωρημένες εκδοχές της θεωρίας δεν μπορούσε να αναπαράγει τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας. «Αν η θεωρία δεν μπορεί να το κάνει αυτό, τότε δεν αξίζει να εξεταστεί περαιτέρω», δήλωσε ο Κωνσταντίνος Σκορδής της Τσεχικής Ακαδημίας Επιστημών στην Πράγα.

Το βασισμένο στην MOND μοντέλο που δημιούργησαν οι Skordis και Złósnik συμφωνεί με τις παρατηρήσεις της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας, ενώ είναι επίσης συνεπές με τις παρατηρήσεις βαρυτικών φακών και τις μετρήσεις διάδοσης των βαρυτικών κυμάτων. Το μοντέλο ακολουθεί υποθέτει την ύπαρξη δύο πεδίων που λειτουργούν σαν μια επιπλέον βαρυτική δύναμη. Ένα από αυτά τα πεδία είναι ένα βαθμωτό πεδίο – παρόμοιο με το πεδίο Higgs. Το άλλο είναι ένα διανυσματικό πεδίο, το οποίο μοιάζει με το μαγνητικό πεδίο.

A view of the center of the Milky Way galaxy. Theories of modified gravity have had a hard time describing the universe from relatively small scales like this all the way up to the scale of the universe as a whole. Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI

Οι Skordis και Złósnik έθεσαν τις παραμέτρους του μοντέλου έτσι ώστε στο αρχέγονο σύμπαν, τα πεδία που τροποποιούν τη βαρύτητα να παράγουν ένα βαρυτικό αποτέλεσμα που μοιάζει με αυτό της σκοτεινής ύλης. Η μίμηση της σκοτεινής ύλης με τον τρόπο αυτό διασφαλίζει ότι αναπαράγονται τα παρατηρούμενα μοτίβα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Τα πεδία εξελίσσονται με την πάροδο του κοσμικού χρόνου, έτσι ώστε η βαρυτική δύναμη να ταυτίζεται τελικά με την αρχική θεωρία MOND. Σε αντίθεση με τα μοντέλα σκοτεινής ύλης που συχνά βασίζονται σε θεμελιώδεις αρχές συμμετρίας – το νέο μοντέλο δεν διατυπώθηκε με βάση μια υποκείμενη θεωρία. Ωστόσο, μια τέτοια θεωρητική βάση θα μπορούσε να αποκαλυφθεί χρησιμοποιώντας το νέο μοντέλο MOND.

Πάντως η πλειονότητα της επιστημονικής κοινότητας, παρά την εν λόγω επιτυχία της εναλλακτικής θεωρίας MOND, συνεχίζει να προτιμά την σκοτεινή ύλη. Αν όμως οι ανιχνευτές της σκοτεινής ύλης συνεχίσουν να καταγράφουν το αδιάφορο υπόβαθρο, τότε ίσως δούμε αυξημένο ενδιαφέρον για αυτά τα τροποποιημένα μοντέλα βαρύτητας.

Πηγές:  Un MONDE sans matière noire – από το βιβλίο του David Elbaz ‘Αναζητώντας το αόρατο σύμπαν’ - Michael Schirber ‘Dark Matter Alternative Passes Big Test’ - C. Skordis and T. Złośnik, “New relativistic theory for modified Newtonian dynamics,” Phys. Rev. Lett. 127, 161302 (2021). - https://www.science.org/content/article/explain-away-dark-matter-gravity-would-have-be-really-weird-cosmologists-say - https://www.quantamagazine.org/modified-gravity-theory-passes-a-critical-test-20200728/ - https://physicsgg.me/2021/10/18/

 

 

 

 

Δημήτρης Νανόπουλος: Το χαοτικό μας σήμερα. Dimitri Nanopoulos, Our chaotic world

«Ο τρόπος που κοιτάμε το σύμπαν έχει αλλάξει ριζικά και πολλά από αυτά που με βεβαιότητα πιστεύαμε στο παρελθόν έχουν αποδειχθεί παρωχημένα και αναληθή…» Chaotic World, painting by Karimart.

Ζούμε σε μια απίστευτα ενδιαφέρουσα εποχή, όπου το ανθρώπινο είδος εξελίσσεται ταχύτατα μέσα από τη συσσωρεμένη γνώση αιώνων, προερχόμενη κυρίως από τις θετικές επιστήμες, τη φυσική, τη βιολογία και γενικότερα αυτές που αποκαλούμε life sciences. Ο θαυμαστός καινούργιος κόσμος του Aldus Huxley είναι παρών. Ταυτόχρονα, ο τρόπος που κοιτάμε το σύμπαν έχει αλλάξει ριζικά και πολλά από αυτά που με βεβαιότητα πιστεύαμε στο παρελθόν έχουν αποδειχθεί παρωχημένα και αναληθή, στηριγμένα στην έλλειψη επιστημονικών δεδομένων, η οποία ενισχύει το αίσθημα του φόβου.

Gustave Doré (1832–1883), Dante and Virgil in the ninth circle of hell (1861), oil on canvas, 311 x 428 cm, Musée de Brou, Bourg-en-Bresse, France. Wikimedia Commons.

Εκεί ακριβώς είναι που κατά καιρούς πατούν οι διάφοροι μύστες: στην εκμετάλλευση του φόβου απέναντι στο άγνωστο. Όταν ο άνθρωπος φοβάται, τότε κλείνει ερμητικά τα κανάλια που παράγουν τη νέα γνώση και κολλάει στα όσα γνωρίζει που του προκαλούν μια ψευδαίσθηση ασφάλειας. Το βαθύ αυτό χάσμα ανάμεσα σε αυτούς που πάνε τον κόσμο μπροστά παράγοντας διαρκώς νέα γνώση και σε αυτούς που μένουν πίσω πεισματικά δεμένοι στις αλήθειες που κραδαίνουν είναι η γενεσιουργός αιτία τού, σε παγκόσμιο επίπεδο, χαοτικού μας σήμερα…

Joseph Wright of Derby (1734–1797), The Alchymist, in Search of the Philosopher’s Stone, Discovers Phosphorus, and Prays for the Successful Conclusion of his Operation, as was the Custom of the Ancient Chymical Astrologers (1771-95), oil on canvas, 127 x 101.6 cm, Derby Museum and Art Gallery, Derby, England. Wikimedia Commons.

Χιλιάδες χρόνια τώρα οι άνθρωποι προσπαθούσαμε να δώσουμε απάντηση σε θεμελιώδη υπαρξιακά ερωτήματα σε σχέση με τη θέση μας μέσα στο σύμπαν, πώς δηλαδή αυτό εμφανίστηκε και εάν υπήρχε τελικά κάποιος σκοπός που δημιουργήθηκε. Ερωτήματα στα οποία η ανθρωπότητα έψαχνε απαντήσεις αρχικά μέσα από τις ατραπούς της φιλοσοφίας και των θρησκειών, με τις οποίες λίγο-πολύ γαλουχηθήκαμε.

Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή, την πραγματική αρχή όλων, που δεν είναι άλλη από τη δημιουργία του σύμπαντος. Τα τελευταία πενήντα χρόνια σημειώνεται μια πραγματική έκρηξη στη φυσική και την κοσμολογία. Συγκεκριμένα, από τη μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων και την κοσμολογία γεννήθηκε ένας καινούργιος κλάδος στη φυσική με τον όρο «αστροσωματιδιακή φυσική». Στο εύλογο, λοιπόν, ερώτημα που τίθεται τι σχέση έχει το πολύ μικρό, στοιχειώδες σωματίδιο με το πολύ μεγάλο, αχανές μας σύμπαν και τα άστρα, η απάντηση είναι η ακόλουθη.

Κβαντικό Κενό

Το σύμπαν μας είναι στην παρούσα του μορφή αχανές γιατί διαστέλλεται για 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια από τη γέννησή του και θα συνεχίσει να διαστέλλεται. Στην αρχή όμως ήταν πάρα πολύ μικρό, περίπου 10^-30 cm) και άρα ενέπιπτε στην περιοχή του μικροκόσμου, όπου ισχύουν οι νόμοι της κβαντικής φυσικής, στους οποίους υπεισέρχεται η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Στην κβαντική φυσική, η αριστοτελική «βεβαιότητα» παύει να ισχύει και η έννοια της πιθανότητας και του τυχαίου αποκτά κεντρική θέση. Κύριο χαρακτηριστικό της κβαντικής φυσικής είναι ότι, εάν ένα σωματίδιο δεν υπάρχει μια δεδομένη χρονική στιγμή, θα υπάρχει την επόμενη στιγμή, που σημαίνει απλά ότι το κβαντικό κενό δεν είναι πραγματικό κενό, όπως το αντιλαμβανόμαστε, αλλά ένα σύνολο κβαντικών διακυμάνσεων για όλα τα σωματίδια τα οποία υπάρχουν στη φύση. 

Οπτικοποίηση εικονικών σωματιδίων στο κβαντικό κενό από τη θεωρία κβαντικού πεδίου. Ακόμη και στον άδειο – κενό χώρο, αυτή η ενέργεια του κενού είναι μη μηδενική.

Έχει αποδειχθεί ότι το σύμπαν μας συμμετέχει σε αυτές τις κβαντικές διακυμάνσεις και άρα μπορεί να εμφανιστεί από το κβαντικό «τίποτα». Επιπλέον, επειδή η ενέργεια διατηρείται και η ενέργεια του κενού είναι μηδενική, αυτό έχει ως αποτέλεσμα η συνολική ενέργεια του σύμπαντός μας, δηλαδή η ελκτική βαρυτική ενέργεια (με αρνητικό πρόσημο) και η κινητική ενέργεια που προέρχεται από την αρχική έκρηξη (με θετικό πρόσημο), να μηδενίζονται. Αυτή η από εικοσαετίας ανακάλυψη συνεχίζει να επαληθεύεται μέσα από μια σειρά πειραμάτων. Η αστροσωματιδιακή φυσική στηρίζεται σε αυτά τα πειραματικά δεδομένα, που επιβεβαιώνουν ότι μια στατιστικά τυχαία κβαντική διακύμανση διατηρείται και διαστέλλεται, καταρχήν εκθετικά στη λεγόμενη πληθωριστική φάση (inflation phase) και στη συνέχεια πολύ πιο ήρεμα.

Για να κατανοήσουμε όλα αυτά τα φαινόμενα, χρειαζόμασταν μια στέρεα θεωρία ικανή να μας βοηθήσει να μελετήσουμε την κβαντική βαρύτητα στην αρχή του σύμπαντος. Η μόνη θεωρία που καλύπτει όλο το φάσμα από τις χαμηλές ενέργειες στις υψηλές ενέργειες, δηλαδή από το 1ΤeV στο 10¹⁷ GeV, φαίνεται να είναι η θεωρία των υπερχορδών, η λεγόμενη superstring theory. Οπλισμένοι µε τη Superstring theory, διαπιστώσαμε τα τελευταία χρόνια μια απίστευτη ταύτιση μεταξύ των θεωρητικών προβλέψεων και των πειραματικών δεδομένων που συλλέγαμε, κάτι που αποδεικνύει πως είμαστε σίγουρα στον σωστό δρόμο. 

Όπως είδαμε, το σύμπαν μας, αυτή η τυχαία κβαντική διακύμανση από το κβαντικό κενό, κατόρθωσε τελικά να διατηρηθεί και να αναπτυχθεί διαρκώς διαστελλόμενο για να φτάσει στη σημερινή του μορφή. Κατά τη διάρκεια της πληθωριστικής φάσης, οι ανωτέρω κβαντικές διακυμάνσεις στην ενέργεια, και ειδικότερα στην ενεργειακή πυκνότητα, οι οποίες λόγω της πληθωριστικής εκτόνωσης μετατρέπονται σε κοσμικής κλίμακας διακυμάνσεις της ενεργειακής πυκνότητας, ήταν αυτές που οδήγησαν στη δημιουργία γαλαξιών, αστεριών και πλανητών. Όλες, επομένως, οι μεγάλες δομές του σύμπαντος είναι προϊόντα αυτών των τυχαίων ενεργειακών διακυμάνσεων.

Karl Friedrich Schinkel (1781–1841), Uranus and the Dance of the Stars (1834), media and dimensions not known, Architekturmuseum der TU Berlin, Berlin, Germany. Wikimedia Commons.

Η τυχαιότης αυτή μόνο σκοπό δεν μπορεί να υποδηλώνει. Από την αρχή δηλαδή της γέννησής του, το σύμπαν μας δεν εμφανίστηκε για κάποιο λόγο και, επαγωγικά, είναι αυτονόητο ότι δεν υπάρχει κάποιος λόγος για τον οποίο υπάρχουμε και εμείς, αυτές οι απειροελάχιστες χωροχρονικές κουκκίδες. Απλά μας έτυχε! Μας έτυχε να υπάρξουμε πάνω σε έναν βράχο, μέσα σε έναν τυχαίο γαλαξία, τον Milky Way, έναν από τους 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες που υπάρχουν, όπως μας έτυχε να περιφερόμαστε γύρω από ένα τυχαίο άστρο, τον ήλιο, ένα δηλαδή από τα 100 δισεκατομμύρια άστρα του γαλαξία μας, και να τα παρατηρούμε όλα αυτά με τους 100 δισεκατομμύρια νευρώνες του εγκεφάλου μας… Φαίνεται, λοιπόν, πως η φύση μάλλον τυχαία αγαπάει το νούμερο 100.000.000.000…

Peter Paul Rubens (1577–1640), Saturn (1636-1638), oil on canvas, 180 x 87 cm, Museo Nacional del Prado, Madrid, Spain. Wikimedia Commons.

Για ποιον σκοπό ύπαρξης, επομένως, να μιλάμε; Για εμένα είναι αυταπόδεικτο ότι ο καθένας μας είναι υπεύθυνος να προσδιορίσει τον αποκλειστικά δικό του σκοπό ύπαρξης και τη θέση του μέσα σε αυτή τη ζωή που τυχαία του χαρίστηκε. Μια ζωή που είναι «από εδώ μέχρι εκεί», μετρημένη και όχι άπειρη σαν το σύμπαν που μας φιλοξενεί. Έτσι θα μπορέσουμε, μακριά από ιδεοληψίες και φοβίες που μας κρατούν πίσω, να χαράξουμε τη δική μας πορεία με υπευθυνότητα και χωρίς να περιμένουμε εξωτερική βοήθεια από «ανώτερες δυνάμεις». Ας μην κοιτάμε λοιπόν τα αστέρια προσπαθώντας να διαβάσουμε τη μοίρα μας σε αυτά, αλλά μονάχα για να αντλούμε πληροφορίες για το σύμπαν μας. Εξάλλου, όπως έχει ήδη πει από τον 5ο αιώνα π.Χ. ο Ηράκλειτος, «ήθος ανθρώπω δαίμων»…

Δημήτρης Νανόπουλος – Βαρκελώνη, 20/9/2021

Πηγές: https://www.capital.gr/arthra/3588295/to-xaotiko-mas-simera?fbclid=IwAR1rW6FlpnL2V_IXbIIcZ2HrnRJmIZYt3WYbCGrxG4v-XlN_95EBKiI7YJU - https://physicsgg.me/2021/10/14/

 

 

 

 

 

Παράξενα ραδιοκύματα φθάνουν στη Γη από το κέντρο του Γαλαξία. Strange radio waves emerge from direction of the galactic centre

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε ασυνήθιστα σήματα που έρχονται από την κατεύθυνση του κέντρου γαλαξία μας. Τα εν λόγω ραδιοκύματα δεν ταιριάζουν με καμία γνωστή ραδιοπηγή, γι’ αυτό πιθανώς προέρχονται από κάποιο άγνωστο έως τώρα αντικείμενο του διαστήματος. Κανένας επιστήμονας, προς το παρόν, δεν έχει σαφή απάντηση ποια είναι η προέλευση τους. International student Ziteng Wang detected unusual signals from deep in the heart of the Milky Way using CSIRO's ASKAP radio telescope. Now astronomers are on the search for more evidence of what type object could be emitting them. Artist's impression of radio signal ASKAP J173608.2-321635 arriving at Earth. Credit: Sebastian Zentilomo/University of Sydney

Οι ερευνητές από διάφορες χώρες (Αυστραλία, ΗΠΑ, Καναδά, Ισπανία, Γαλλία, Ν. Αφρική) οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό αστροφυσικής «Astrophysical Journal», ανέφεραν ότι «η πιο παράξενη ιδιότητα του νέου σήματος είναι ότι έχει πολύ υψηλή πόλωση, πράγμα που σημαίνει ότι το φως του ταλαντώνεται μόνο προς μια κατεύθυνση, αλλά αυτή η κατεύθυνση περιστρέφεται με το πέρασμα του χρόνου».

Lead author and PhD student ZIteng Wang from the School of Physics.

Επίσης τόνισαν ότι «η φωτεινότητα του αντικειμένου αυξομειώνεται δραματικά, κατά 100 φορές, και το σήμα φαίνεται να «αναβοσβήνει» με τυχαίο τρόπο. Ποτέ δεν έχουμε δει κάτι παρόμοιο», δήλωσε ο ερευνητής Ζιτένγκ Γουάνγκ του Ινστιτούτου Αστρονομίας και της Σχολής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Σίδνεϊ.

Professor Tara Murphy from the School of Physics and Sydney Institute for Astronomy.

«Κοιτάζοντας προς το κέντρο του γαλαξία μας, βρήκαμε αυτό το αντικείμενο που είναι μοναδικό, καθώς στην αρχή ήταν αόρατο, μετά έγινε φωτεινό, μετά ξεθώριασε και μετά εμφανίστηκε ξανά. Η συμπεριφορά ήταν τελείως ασυνήθιστη», ανέφερε η καθηγήτρια Τάρα Μέρφι επίσης του Πανεπιστημίου του Σίδνεϊ.

Πολλά είδη άστρων εκπέμπουν μεταβλητό φως στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Οι αστέρες νετρονίων (πάλσαρ), οι υπερκαινοφανείς αστέρες (σούπερ-νόβα), τα άστρα που στέλνουν εκλάμψεις στο διάστημα και οι γρήγορες εκρήξεις ραδιοκυμάτων (FRB) είναι τέτοια αστρονομικά αντικείμενα των οποίων η φωτεινότητα αυξομειώνεται.

Όμως η νέα πηγή, που ανακαλύφθηκε αρχικά με το αυστραλιανό ραδιοτηλεσκόπιο ASKAP και η ύπαρξη της επιβεβαιώθηκε από το νοτιοαφρικανικό ραδιοτηλεσκόπιο MeerKAT, δεν φαίνεται να ταιριάζει με κανένα από αυτά τα φαινόμενα. Έχοντας ανιχνεύσει έξι ραδιοσήματα με το ASKAP στη διάρκεια εννέα μηνών το 2020, οι αστρονόμοι προσπάθησαν στη συνέχεια να το παρατηρήσουν με οπτικό τηλεσκόπιο, αλλά απέτυχαν. Το ίδιο αποτυχημένη ήταν η προσπάθεια και του ραδιοτηλεσκοπίου Parkes, αλλά τελικά το πιο ευαίσθητο MeerKAT ανίχνευσε φέτος ξανά το μυστηριώδες αντικείμενο, το οποίο βαφτίστηκε «το αντικείμενο του Άντι» (από το παρατσούκλι του αστρονόμου που πρώτος το ανακάλυψε).

Όπως είπε η Μέρφι, «ήμασταν τυχεροί που το σήμα επέστρεψε, αλλά βρήκαμε ότι η συμπεριφορά του ήταν δραματικά διαφορετική. Η πηγή εξαφανίστηκε μέσα σε μια μόνο μέρα, μολονότι είχε διαρκέσει επί εβδομάδες, όταν το είχαμε παρατηρήσει με το ραδιοτηλεσκόπιο ASKAP».

Artist's impression of the oscillating, variable radio signal ASKAP J173608.2-321635 arriving at Earth from towards the centre of the Milky Way. Credit: Sebastian Zentilomo/University of Sydney

Η νέα άγνωστη πηγή, που πιθανώς είναι μικρή σε μέγεθος και διαθέτει ισχυρό μαγνητικό πεδίο, έρχεται να προστεθεί σε άλλα μυστηριώδη ραδιο-αντικείμενα που έχουν ανακαλυφθεί σχετικά πρόσφατα κοντά στο γαλαξιακό κέντρο και έχουν επίσης μεταβαλλόμενη φωτεινότητα (γι’ αυτό ονομάστηκαν «Galactic Centre Radio Transients»). Μέσα στην επόμενη δεκαετία θα τεθεί σε λειτουργία το μεγάλο διασυνδεμένο μέσω διαδικτύου διηπειρωτικό ραδιοτηλεσκόπιο SKA (Square Kilometer Array), το οποίο ελπίζεται να ρίξει περισσότερο φως σε αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα.

Πηγές: Discovery of ASKAP J173608.2-321635 as a Highly-Polarized Transient Point Source with the Australian SKA Pathfinder, Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/ac2360 - https://www.sydney.edu.au/news-opinion/news/2021/10/12/strange-radiowaves-galactic-centre-askap-j173608-2-321635.html - https://www.amna.gr/home/article/592443/Paraxena-radiokumata-fthanoun-sti-Gi-apo-agnosti-pigi-

 

Νόμπελ Φυσικής 2021: Απονέμεται σε τρεις επιστήμονες για το έργο τους πάνω στο κλίμα και άλλα πολύπλοκα φαινόμενα. Nobel in physics: Climate science breakthroughs earn prize

Τo βραβείο Νομπέλ 2021 στην Φυσική απονεμήθηκε στους Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann και Giorgio Parisi “για τις πρωτοποριακές συνεισφορές τους στην κατανόηση περίπλοκων φυσικών συστημάτων.” Three scientists have been awarded the 2021 Nobel Prize in Physics for their work to understand complex systems, such as the Earth's climate. L-R: Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann and Giorgio Parisi. EPA

Το μισό βραβείο μοιράζονται οι Syukuro Manabe και Klaus Hasselmann «για την φυσική μοντελοποίηση του κλίματος της Γης, την ποσοτικοποίηση της μεταβλητότητας και την αξιόπιστη πρόβλεψη της υπερθέρμανσης του πλανήτη» και το άλλο μισό απονέμεται στον Giorgio Parisi «για την ανακάλυψη της αλληλεπίδρασης της αταξίας και των διακυμάνσεων στα φυσικά συστήματα από τις ατομικές έως τις πλανητικές κλίμακες».

Ο Syukuro Manabe, γεννήθηκε το 1931 στην πόλη Shingu της Ιαπωνίας. Έλαβε το διδακτορικό του το 1957 από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο. Senior Meteorologist στο Princeton University. O Klaus Hasselmann, γεννήθηκε το 1931 στο Αμβούργο. Έλαβε το διδακτορικό του το 1957 από το Πανεπιστήμιο του Göttingen. Professor στο Max Planck Institute for Meteorology, Αμβούργο. Ο Giorgio Parisi, γεννήθηκε το 1948 στην Ρώμη. Έλαβε το διδακτορικό του το 1970 από το Πανεπιστήμιο της Sapienza στη Ρώμη. Professor στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης.

Ο Syukuro Manabe (1/4) και ο Klaus Hasselmann (1/4) έθεσαν τα θεμέλια της γνώσης μας για το κλίμα της Γης και στο πώς αυτό επηρεάζεται από την ανθρωπότητα. Ο Giorgio Parisi (1/2) βραβεύεται για την επαναστατική συμβολή του στη θεωρία των αδιάτακτων υλικών και των τυχαίων διαδικασιών.

Τα πολυσύνθετα συστήματα χαρακτηρίζονται από τυχαιότητα και αταξία και είναι δύσκολο να κατανοηθούν. Το φετινό βραβείο αναγνωρίζει τις νέες μεθόδους για την περιγραφή τους και την πρόβλεψη της μακροπρόθεσμης συμπεριφοράς τους.

Computer analysis of the Earth's climate is important for informing efforts to tackle global warming. Credit: NASA

Ένα πολύπλοκο σύστημα ζωτικής σημασίας για την ανθρωπότητα είναι το κλίμα της Γης. Ο Syukuro Manabe απέδειξε πώς τα αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα οδηγούν σε αυξημένες θερμοκρασίες στην επιφάνεια της Γης. Στη δεκαετία του 1960, ηγήθηκε της ανάπτυξης φυσικών μοντέλων του κλίματος της Γης και ήταν ο πρώτος που εξερεύνησε την αλληλεπίδραση μεταξύ της ισορροπίας ακτινοβολίας και της κάθετης μεταφοράς αερίων μαζών. Η εργασία του έθεσε τα θεμέλια για την ανάπτυξη των σημερινών κλιματικών μοντέλων.

Περίπου δέκα χρόνια αργότερα, ο Klaus Hasselmann δημιούργησε ένα μοντέλο που συνδέει τον καιρό και το κλίμα, απαντώντας έτσι στο ερώτημα γιατί τα κλιματικά μοντέλα μπορούν να είναι αξιόπιστα παρά το γεγονός ότι ο καιρός είναι μεταβλητός και χαοτικός. Ανέπτυξε επίσης μεθόδους για τον εντοπισμό συγκεκριμένων σημάτων, ‘δακτυλικών αποτυπωμάτων’ που αποτυπώνονται στο κλίμα, εξαιτίας των φυσικών φαινομένων και των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Οι μέθοδοί του έχουν χρησιμοποιηθεί για να αποδειχθεί ότι η αύξηση της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα οφείλεται στις ανθρώπινες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.

Γύρω στο 1980, ο Giorgio Parisi ανακάλυψε κρυμμένα μοτίβα σε περίπλοκα αδιάτακτα υλικά. Οι ανακαλύψεις του είναι από τις σημαντικότερες συνεισφορές στη θεωρία περίπλοκων συστημάτων. Επιτρέπουν την κατανόηση και περιγραφή πολλών διαφορετικών και φαινομενικά εντελώς τυχαίων υλικών και φαινομένων, όχι μόνο στη φυσική αλλά και σε άλλους, πολύ διαφορετικούς τομείς, όπως τα μαθηματικά, την βιολογία, την νευροεπιστήμη και την μηχανική μάθηση.

The Nobel Prize in Physics 2021 was awarded "for groundbreaking contributions to our understanding of complex systems" with one half jointly to Syukuro Manabe and Klaus Hasselmann "for the physical modelling of Earth's climate, quantifying variability and reliably predicting global warming" and the other half to Giorgio Parisi "for the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales."

«Οι ανακαλύψεις που βραβεύθηκαν φέτος δείχνουν ότι οι γνώσεις μας για το κλίμα στηρίζονται σε μια σταθερή επιστημονική βάση, βασισμένη σε μια αυστηρή ανάλυση των παρατηρήσεων. Σύμφωνα με τον Thors Hans Hansson, πρόεδρο της Επιτροπής των Νόμπελ Φυσικής: Οι Manabe, Hasselmann και Parisi συνέβαλαν στο να αποκτήσουμε μια βαθύτερη εικόνα για τις ιδιότητες και την εξέλιξη των πολύπλοκων φυσικών συστημάτων».

Το Νόμπελ Φυσικής έχει απονεμηθεί 114 φορές σε 216 επιστήμονες από το 1901 έως και το 2020. Ο John Bardeen είναι ο μόνος που βραβεύθηκε δύο φορές με Νόμπελ Φυσικής, το 1956 (για την ανακάλυψη του τρανζίστορ) και το 1972 (για την θεωρητική ερμηνεία της υπεραγωγιμότητας). Αυτό σημαίνει ότι συνολικά 215 άτομα έχουν βραβευθεί με το Νόμπελ Φυσικής.

Πηγές: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/press-release/ - https://www.bbc.com/news/science-environment-58790160 - https://physicsgg.me/2021/10/04/

 

 

Βραβείο Νόμπελ Ιατρικής στην ερμηνεία των αισθήσεων αφής, πίεσης και θερμοκρασίας. 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine Awarded for Discoveries in Sensing Temperature and Touch

Σύμφωνα με την επιτροπή των Νόμπελ οι David Julius και Ardem Patapoutian βραβεύθηκαν με το Νομπέλ Ιατρικής 2021 διότι: «οι ανακαλύψεις τους ξεκλείδωσαν ένα από τα μυστικά της φύσης εξηγώντας τη μοριακή βάση για την αίσθηση της ζέστης, του κρύου, της αφής και της μηχανικής δύναμης, τα οποία είναι θεμελιώδη στην ικανότητά μας να αισθανόμαστε, να ερμηνεύουμε και να αλληλεπιδρούμε με το εσωτερικό και εξωτερικό μας περιβάλλον.» UCSF scientist David Julius, an HHMI Trustee, and HHMI Investigator Ardem Patapoutian have been awarded the 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine. Credit: UCSF and Sandy Huffaker/AP Images for HHMI

Η ικανότητά μας να αισθανόμαστε την ζέστη, το κρύο και το άγγιγμα είναι απαραίτητη για την επιβίωση και υποστηρίζει την αλληλεπίδρασή μας με το περιβάλλον. Στην καθημερινή μας ζωή θεωρούμε αυτές τις αισθήσεις δεδομένες. Το ερώτημα για το «πως ξεκινούν οι νευρικές ώσεις έτσι ώστε να γίνεται αντιληπτή η θερμοκρασία και η πίεση» απαντήθηκε από τους David Julius και Ardem Patapoutian.

Ο David Julius χρησιμοποίησε την καψαϊκίνη, ένα δραστικό συστατικό των πιπεριών τσίλι που προκαλεί αίσθηση καψίματος, για να εντοπίσει έναν αισθητήρα στις νευρικές απολήξεις του δέρματος που αντιλαμβάνεται την θερμότητα. Ο Ardem Patapoutian χρησιμοποίησε κύτταρα ευαίσθητα στην πίεση για να ανακαλύψει μια νέα κατηγορία αισθητήρων που ανταποκρίνονται σε μηχανικά ερεθίσματα στο δέρμα και τα εσωτερικά όργανα. Από αυτές τις σπουδαίες ανακαλύψεις ξεκίνησαν έντονες ερευνητικές δραστηριότητες που οδήγησαν πολύ γρήγορα στην κατανόηση για το πώς το νευρικό μας σύστημα αισθάνεται την ζέστη, το κρύο και τα μηχανικά ερεθίσματα. Οι βραβευθέντες με το Νόμπελ Ιατρικής 2021 εντόπισαν κρίσιμους συνδέσμους που λείπουν στην κατανόηση της πολύπλοκης αλληλεπίδρασης μεταξύ των αισθήσεών μας και του περιβάλλοντος.

Πώς αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο;

Εικόνα 1: Ο φιλόσοφος René Descartes φανταζόταν πώς η θερμότητα στέλνει μηχανικά σήματα στον εγκέφαλο. Figure 1 Illustration depicting how the philosopher René Descartes imagined how heat sends mechanical signals to the brain.

Ένα από τα μεγάλα μυστήρια που αντιμετώπιζε ο άνθρωπος ήταν η διαδικασία με την οποία αισθανόμαστε το περιβάλλον μας. Ποιοί είναι οι μηχανισμοί που βρίσκονται πίσω από τις αισθήσεις; Με το πέρασμα του χρόνου, οι επιστήμονες κατάφεραν να εξηγήσουν, για παράδειγμα: πώς ανιχνεύεται το φως από τα μάτια, πώς τα ηχητικά κύματα διεγείρουν το εσωτερικό του αυτιού και πώς οι διάφορες χημικές ενώσεις αλληλεπιδρούν με υποδοχείς στη μύτη και το στόμα μας δημιουργώντας την αίσθηση της όσφρησης και της γεύσης.

Όμως διαθέτουμε κι άλλους τρόπους για να αντιληφθούμε τον κόσμο γύρω μας. Φανταστείτε να περπατάτε ξυπόλητοι στο γρασίδι μια ζεστή μέρα του καλοκαιριού. Μπορείτε να νιώσετε τη ζέστη του ήλιου, το χάδι του ανέμου και τα ξεχωριστά φυλλαράκια του χόρτου κάτω από τα πόδια σας. Αυτές οι εντυπώσεις της θερμοκρασίας, της αφής και της κίνησης είναι απαραίτητες για την προσαρμογή μας σε ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον.

Τον 17ο αιώνα, ο φιλόσοφος René Descartes φαντάστηκε νήματα που συνδέουν διαφορετικά μέρη του δέρματος με τον εγκέφαλο. Με αυτόν τον τρόπο, ένα πόδι που αγγίζει μια ανοιχτή φλόγα θα έστελνε ένα μηχανικό σήμα στον εγκέφαλο (Εικόνα 1). Οι έρευνες στη συνέχεια αποκάλυψαν την ύπαρξη εξειδικευμένων αισθητηριακών νευρώνων που καταγράφουν τις αλλαγές στο περιβάλλον μας. Ο Joseph Erlanger και ο Herbert Gasser που βραβεύθηκαν με Νόμπελ Ιατρικής το 1944 για την ανακάλυψη διαφορετικών τύπων αισθητήριων νευρικών ινών που αντιδρούν σε ξεχωριστά ερεθίσματα, για παράδειγμα, στις αποκρίσεις σε επώδυνο και μη επώδυνο άγγιγμα. Έκτοτε, έχει αποδειχθεί ότι τα νευρικά κύτταρα είναι εξαιρετικά εξειδικευμένα όσον αφορά την ανίχνευση και την μετάδοση διαφορετικών τύπων ερεθισμάτων, επιτρέποντας μια αντίληψη των μικροδιαφορών του περιβάλλοντός μας. Για παράδειγμα, η ικανότητά μας να νιώθουμε διαφορές στην υφή των επιφανειών μέσω των δακτύλων μας ή η ικανότητά μας να διακρίνουμε τόσο την ευχάριστη ζεστασιά όσο και την επώδυνη θερμότητα.

Πριν από τις ανακαλύψεις των David Julius και Ardem Patapoutian, η κατανόησή μας για το πώς το νευρικό σύστημα αισθάνεται και ερμηνεύει το περιβάλλον μας περιείχε ακόμη ένα θεμελιώδες άλυτο ερώτημα: πώς η θερμοκρασία και τα μηχανικά ερεθίσματα μετατρέπονται σε ηλεκτρικά ερεθίσματα στο νευρικό σύστημα;

Από την πιπεριά τσίλι στην αίσθηση της θερμοκρασίας

Προς το τέλος της δεκαετίας του 1990, ο David Julius στο Πανεπιστήμιο της California στο San Francisco των ΗΠΑ, μελέτησε το πώς η χημική ένωση καψαϊκίνη ή 6-εννεανοεναμίδιο προκαλεί την αίσθηση του καψίματος από τις πιπεριές τσίλι. Η καψαϊκίνη ήταν ήδη γνωστό ότι ενεργοποιούσε τα νευρικά κύτταρα προκαλώντας την αίσθηση πόνου, αλλά ό τρόπος με τον οποίο λειτουργούσε αυτή η χημική ουσία ήταν ένας άλυτος γρίφος. Ο Julius και οι συνεργάτες του δημιούργησαν μια βιβλιοθήκη εκατομμυρίων θραυσμάτων DNA που αντιστοιχούν σε γονίδια που εκφράζονται στους αισθητήριους νευρώνες και μπορούν να αντιδράσουν στον πόνο, την θερμότητα και την αφή. Ο Julius και οι συνεργάτες του υπέθεσαν ότι η βιβλιοθήκη θα περιλαμβάνει ένα θραύσμα DNA που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη η οποία μπορεί να αντιδράσει στην καψαϊκίνη. Εξήγαγαν μεμονωμένα γονίδια από αυτήν τη συλλογή σε καλλιέργειες κυττάρων που κανονικά δεν αντιδρούν στην καψαϊκίνη.

Εικόνα 2: Ο David Julius χρησιμοποίησε την καψαϊκίνη από πιπεριές τσίλι για να προσδιορίσει τον ιοντικό δίαυλο TRPV1, που ενεργοποιείται από την επώδυνη θερμότητα. Προσδιορίστηκαν πρόσθετα σχετικά κανάλια ιόντων και τώρα κατανοούμε το πως διαφορετικές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν ηλεκτρικά σήματα στο νευρικό σύστημα. Figure 2 David Julius used capsaicin from chili peppers to identify TRPV1, an ion channel activated by painful heat. Additional related ion channels were identified and we now understand how different temperatures can induce electrical signals in the nervous system.

Μετά από μια επίπονη έρευνα, εντοπίστηκε ένα μόνο γονίδιο που μπόρεσε να κάνει τα κύτταρα ευαίσθητα στην καψαϊκίνη (Εικόνα 2). Το γονίδιο για την αίσθηση της καψαϊκίνης είχε βρεθεί! Επιπλέον πειράματα αποκάλυψαν ότι το ταυτοποιημένο γονίδιο κωδικοποιούσε μια νέα πρωτεΐνη καναλιού ιόντων και αυτός ο ανακαλυφθείς υποδοχέας καψαϊκίνης ονομάστηκε αργότερα TRPV1. Όταν ο Julius ερεύνησε την ικανότητα της πρωτεΐνης να ανταποκρίνεται στη θερμότητα, συνειδητοποίησε ότι είχε ανακαλύψει έναν υποδοχέα αίσθησης θερμότητας που ενεργοποιείται σε θερμοκρασίες που θεωρούνται επώδυνες (Εικόνα 2).

Ο ιοντικός δίαυλος TRPV1 ήταν μια σημαντική ανακάλυψη που καθοδήγησε την έρευνα προς την αποκάλυψη πρόσθετων υποδοχέων – θερμοκρασιακών αισθητήρων. Ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, τόσο ο David Julius όσο και ο Ardem Patapoutian χρησιμοποίησαν την χημική ουσία μενθόλη για να προσδιορίσουν το TRPM8, έναν υποδοχέα που αποδείχθηκε ότι ενεργοποιείται από το κρύο. Εντοπίστηκαν πρόσθετα κανάλια ιόντων που σχετίζονται με τα TRPV1 και TRPM8 και βρέθηκαν να ενεργοποιούνται από μια σειρά διαφορετικών θερμοκρασιών. Πολλά εργαστήρια ακολούθησαν ερευνητικά προγράμματα για να διερευνήσουν τους ρόλους αυτών των καναλιών στη θερμοκρασιακή αίσθηση χρησιμοποιώντας γενετικά τροποποιημένα ποντίκια που δεν διέθεταν τα νεο-ανακαλυφθέντα γονίδια. Η ανακάλυψη του TRPV1 από τον David Julius μας επέτρεψε να καταλάβουμε πως οι διαφορές θερμοκρασίας μπορούν να προκαλέσουν ηλεκτρικά σήματα στο νευρικό σύστημα.

Η αίσθηση της αφής και πίεσης

Ενώ αποκαλύπτονταν οι μηχανισμοί για την αίσθηση της θερμοκρασίας, παρέμενε ασαφές το πώς τα μηχανικά ερεθίσματα μπορούν να μετατραπούν σε αισθήσεις αφής και πίεσης. Οι ερευνητές είχαν βρει στο παρελθόν μηχανικούς αισθητήρες σε βακτήρια, αλλά οι μηχανισμοί που κρύβονταν πίσω από την αίσθηση του αγγίγματος στα σπονδυλωτά παρέμειναν άγνωστοι. Ο Ardem Patapoutian, που εργαζόταν στο στο ερευνητικό κέντρο Scripps Research στη La Jolla της Καλιφόρνια, προσπαθούσε να εντοπίσει τους υποδοχείς που ενεργοποιούνται από μηχανικά ερεθίσματα.

Εικόνα 3: Ο Patapoutian χρησιμοποίησε καλλιέργειες μηχανικά ευαίσθητων κυττάρων για να αναγνωρίσει ένα κανάλι ιόντων που ενεργοποιείται με μηχανική δύναμη. Μετά από επίπονη δουλειά, ανακάλυψε το Piezo1. Με βάση την ομοιότητά του με το Piezo1, βρέθηκε ένα δεύτερο κανάλι ιόντων το Piezo2. Figure 3 Patapoutian used cultured mechanosensitive cells to identify an ion channel activated by mechanical force. After painstaking work, Piezo1 was identified. Based on its similarity to Piezo1, a second ion channel was found (Piezo2).

Ο Patapoutian και οι συνεργάτες του εντόπισαν αρχικά μια κυτταρική σειρά που έδινε ένα μετρήσιμο ηλεκτρικό σήμα όταν μεμονωμένα κύτταρα αγγίζονταν με μια μικροπιπέτα. Θεωρήθηκε ότι ο υποδοχέας που ενεργοποιείται με μηχανική δύναμη είναι ένας ιοντικός δίαυλος και σε ένα επόμενο βήμα ταυτοποιήθηκαν 72 υποψήφια γονίδια που κωδικοποιούν πιθανούς υποδοχείς. Αυτά τα γονίδια απενεργοποιήθηκαν ένα προς ένα για να ανακαλύψουν το γονίδιο που ευθύνεται για τη μηχανική αίσθηση στα κύτταρα που μελετήθηκαν. Μετά από επίπονη έρευνα, ο Patapoutian και οι συνεργάτες του κατάφεραν να εντοπίσουν ένα μόνο γονίδιο του οποίου η σίγαση καθιστούσε τα κύτταρα αναίσθητα στο χτύπημα με την μικροπιπέτα. Ένα νέο και εντελώς άγνωστο μηχανοευαίσθητο κανάλι ιόντων είχε ανακαλυφθεί και του δόθηκε το όνομα Piezo1. Μέσω της ομοιότητάς του με το Piezo1, ένα δεύτερο γονίδιο ανακαλύφθηκε και ονομάστηκε Piezo2. Βρέθηκε ότι οι αισθητήριοι νευρώνες παρουσιάζουν υψηλά επίπεδα Piezo2 και περαιτέρω μελέτες επιβεβαίωσαν χωρίς αμφιβολία ότι τα Piezo1 και Piezo2 είναι κανάλια ιόντων που ενεργοποιούνται άμεσα από την άσκηση πίεσης στις κυτταρικές μεμβράνες (Εικόνα 3).

Η ανακάλυψη του Patapoutian οδήγησε σε μια σειρά δημοσιεύσεων από τον ίδιο και άλλες ομάδες, αποδεικνύοντας ότι το κανάλι ιόντων Piezo2 είναι απαραίτητο για την αίσθηση της αφής. Επιπλέον, το Piezo2 φάνηκε να έχει ρόλο-κλειδί στην καθοριστικά σημαντική αίσθηση της θέσης και της κίνησης του σώματος, γνωστή ως ιδιοδεκτικότητα ή κιναισθησία. Σε περαιτέρω εργασίες, τα κανάλια Piezo1 και Piezo2 αποδεικνύεται ότι ρυθμίζουν επιπλέον σημαντικές φυσιολογικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της αρτηριακής πίεσης, της αναπνοής και του ελέγχου της ουροδόχου κύστης.

Όλα αποκτούν νόημα!

Εικόνα 4: Οι σημαντικές ανακαλύψεις των David Julius και Ardem Patapoutian εξήγησαν το πώς η ζέστη, το κρύο και η αφή μπορούν να ενεργοποιήσουν σήματα στο νευρικό μας σύστημα. Τα αναγνωρισμένα κανάλια ιόντων είναι σημαντικά για πολλές φυσιολογικές διεργασίες και καταστάσεις ασθένειας. Figure 4 The seminal discoveries by this year’s Nobel Prize laureates have explained how heat, cold and touch can initiate signals in our nervous system. The identified ion channels are important for many physiological processes and disease conditions.

Οι πρωτοποριακές ανακαλύψεις των καναλιών TRPV1, TRPM8 και Piezo από τους βραβευθέντες με το Νόμπελ Ιατρικής 2021 μας επέτρεψαν να καταλάβουμε πώς το ζεστό, το κρύο και η μηχανική δύναμη μπορούν να ενεργοποιήσουν τις νευρικές ώσεις που μας επιτρέπουν να αντιλαμβανόμαστε και να προσαρμοζόμαστε στον κόσμο γύρω μας. Τα κανάλια TRP είναι κεντρικά για την ικανότητά μας να αντιλαμβανόμαστε τη θερμοκρασία. Το κανάλι Piezo2 μας δίνει την αίσθηση της αφής και την ικανότητα να αισθανόμαστε την θέση και την κίνηση των τμημάτων του σώματός μας. Τα κανάλια TRP και Piezo συμβάλλουν επίσης σε πολυάριθμες πρόσθετες φυσιολογικές λειτουργίες που εξαρτώνται από την αίσθηση της θερμοκρασίας ή των μηχανικών ερεθισμάτων. Η σε εξέλιξη έντονη έρευνα που βασίζεται στις ανακαλύψεις των βραβευθέντων με το Νόμπελ επικεντρώνεται στην αποσαφήνιση μιας ποικιλίας φυσιολογικών διεργασιών. Αυτή η γνώση χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη θεραπειών για ένα ευρύ φάσμα παθήσεων, συμπεριλαμβανομένου του χρόνιου πόνου (Εικόνα 4).

Σύντομα βιογραφικά

David Julius, PhD, professor and chair of University of California, San Francisco's Department of Physiology, poses after winning the 2020 Breakthrough Prize in Life Sciences in San Francisco, Califorinia, U.S. September 5, 2019. Picture taken September 5, 2019. UCSF/Noah Berger/Handout via REUTERS

Ο David Julius γεννήθηκε το 1955 στη Νέα Υόρκη των ΗΠΑ. Ολοκλήρωσε το διδακτορικό του το 1984 στο Πανεπιστήμιο της California, Berkeley και ήταν μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Columbia, στη Νέα Υόρκη. Ο David Julius προσλήφθηκε στο Πανεπιστήμιο της California στο San Francisco το 1989 όπου είναι σήμερα Καθηγητής.

Professor Ardem Patapoutian of the Department of Neuroscience at Scripps Insitute, who won the 2021 Nobel Prize for Physiology or Medicine, poses in an undated photograph. Courtesy of Ardem Patapoutian/Handout via REUTERS

Ο Ardem Patapoutian γεννήθηκε το 1967 στη Βηρυτό του Λιβάνου. Το 1986 μετακόμισε από μια πολεμοκρατούμενη Βηρυτό στο Los Angeles των ΗΠΑ και έλαβε διδακτορικό το 1996 από το Caltech στην Pasadena,. Ήταν μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο California στο San Francisco. Από το 2000, είναι ερευνητής στο Scripps Research, La Jolla στην California όπου τώρα είναι Καθηγητής. Είναι ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes από το 2014.

Οι δημοσιεύσεις-κλειδιά

Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature 1997:389:816-824.

Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. The cloned capsaicin receptor integrates multiple pain-producing stimuli. Neuron 1998:21:531-543.

Caterina MJ, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, Trafton J, Petersen-Zeitz KR, Koltzenburg M, Basbaum AI, Julius D. Impaired nociception and pain sensation in mice lacking the capsaicin receptor. Science 2000:288:306-313

McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. Nature 2002:416:52-58

Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell 2002:108:705-715

Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science 2010:330: 55-60

Ranade SS, Woo SH, Dubin AE, Moshourab RA, Wetzel C, Petrus M, Mathur J, Bégay V, Coste B, Mainquist J, Wilson AJ, Francisco AG, Reddy K, Qiu Z, Wood JN, Lewin GR, Patapoutian A. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature 2014:516:121-125

Woo S-H, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 is the principal mechonotransduction channel for proprioception. Nature Neuroscience 2015:18:1756-1762

Illustrations: © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Πηγές: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/ - https://www.scientificamerican.com/article/2021-nobel-prize-in-physiology-or-medicine-awarded-for-discoveries-in-sensing-temperature-and-touch1/ - https://physicsgg.me/2021/10/05/