Tutkijoiden hartaimmat toiveet 2020-luvulle

James Webb alkaa etsiä Maalle kaveria

Nasan TESS-avaruusteleskooppi on vuodesta 2018 lähtien etsinyt elämälle suotuisalla etäisyydellä tähdestään kiertäviä kiviplaneettoja.

Vuonna 2021 se saa kollegakseen James Webbin, joka alkaa etsiä elämän merkkejä lupaavimmilta kandidaateilta. Uusi avaruusteleskooppi tarkkailee planeettojen kaasukehän spektriä.

Kun planeetan lämpösäteily tai sen pinnalta heijastunut tähden valo läpäisee kaasukehän, osa aallonpituuksista katoaa, kun kaasukehän molekyylit imevät ne.

Näin Maahan tulevasta valosta voidaan päätellä kaasukehän koostumus. Jos kaasukehässä on esimerkiksi paljon happea, se voi olla merkki yhteyttävistä kasveista.

Metaani taas voi viitata bakteereihin tai märehtiviin eläimiin.

Pimeän energian arvoitus ratkeaa

Vuonna 1998 tutkijat hämmästelivät kaukaisia supernovia, jotka olivat kovin himmeitä.

Kävi ilmi, että ne olivat luultua kauempana, koska avaruus oli viiden miljardin viime vuoden aikana kiihdyttänyt laajenemistaan.

Selitykseksi esitettiin teoria niin sanotusta pimeästä energiasta, joka työntää tähtiä eroon toisistaan.

Avaruusteleskooppi WFIRST lähtee etsimään pimeää energiaa. Sen näkökenttä on sata kertaa niin laaja kuin Hubble-teleskoopin.

Siksi sillä on parempi näkymä sen ajan supernoviin, jolloin laajeneminen alkoi kiihtyä.

Jättiläiskiihdytin voi vahvistaa huiman teorian

Galaksit kieppuvat niin kovaa vauhtia, että uloimmat tähdet paiskautuisivat avaruuteen, ellei jokin massa pitäisi niitä radoillaan. Tätä näkymätöntä massaa kutsutaan pimeäksi aineeksi.

Sen koostumuksesta ei ole tietoa, mutta paras veikkaus ovat niin sanotut kaksoshiukkaset, joiden tuottamiseen fyysikot haluaisivat uuden FCC-hiukkaskiihdyttimen (Future Circular Collider).

Cerniin Geneven liepeille kaavaillun jättikiihdyttimen on määrä olla 100 kilometriä pitkä.

Siinä törmäytettäisiin protoneja energiamäärällä, joka on seitsemän kertaa niin suuri kuin nyt suurimmassa kiihdyttimessä LHC:ssä (Large Hadron Collider).

FCC:n toivotaan löytävän kaksoshiukkasia tai todistavan, että niitä ei ole olemassa.

Niiden olemassaolo vahvistaisi niin sanotun supersäieteorian, joka yhdistää kaksi fysiikan ja tähtitieteen perusteoriaa: standardimallin, joka kuvaa atomin osien vuorovaikutuksen, ja suhteellisuusteorian, joka selittää painovoiman, ajan ja avaruuden.

Geenitekniikka hävittää malarian.

Joka vuosi maailmassa yli miljoona ihmistä kuolee malariaan. Geenitekniikalla on kuitenkin mahdollista muokata malariahyttysiä niin, että niistä tulee immuuneja malarialoisiolle eivätkä ne pysty levittämään tautia ihmisiin.

Ominaisuus on vallitseva, eli jos muuntogeeninen hyttynen pariutuu luonnossa normaaliperimäisten hyttysten kanssa, niiden jälkeläiset ovat immuuneja malarialoisiolle.

Periaatteessa muuntogeeniset hyttyset levittäisivät immuniteetin muutamassa vuosikymmenessä kaikkiin hyttysiin ja malaria katoaisi.

Menetelmää on kuitenkin testattu vain laboratoriossa, eikä ole pois suljettua, että jokin voi mennä vikaan.

Riskinä on muun muassa, että muunneltu geeni tuottaa ennalta aavistamattomia ominaisuuksia. Niiden peruuttaminen olisi vaikeaa, jos geeni on päästetty luontoon.

Menetelmää täytyy siksi vielä tutkia perusteellisesti.

Kaikkien geenit kartoitetaan

Monin paikoin maailmassa on meneillään hankkeita, joissa kartoitetaan ihmisryhmien genomeja.

Islannissa on saatu päätökseen 2 636 henkilön perimän kartoitus, jolla etsitään geneettisiä syitä kansantauteihin, kuten muistisairauksiin, syöpään ja sydän- ja verisuonisairauksiin.

2020-luvulla genominkartoitus ehkä tehdään heti lapsen synnyttyä. Silloin nähdään, mille perinnöllisille sairauksille lapsi on vaarassa altistua elämänsä aikana.

Aikuisilla kartoitus voi osoittaa, miten tietyt lääkeaineet toimivat hänen elimistössään, jolloin annostus voidaan säätää yksilöllisesti.

Lisää varaosia ihmisen kehoon

Jos ihminen menettää esimerkiksi onnettomuudessa ruumiinosan, jo nyt hänelle voidaan tuottaa 3D-tulostimella keinotekoinen korvalehti tai nenä hänen omista soluistaan.

2020-luvulla mahdollisten varaosien valikoima kasvaa entisestään. Menetetyn käsivarren tilalle voidaan pian asentaa proteesi, joka on liitetty hermostoon ja jota ohjataan ajatuksen voimalla.

Proteesin sormet saavat entistä herkemmän tunnon, joten esineiden käsittely proteesilla tulee sujuvammaksi.

Kiinalaiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat ovat tuottaneet 3D-tulostimilla myös minikokoisia ihmisen munuaisia ja maksoja.

Munuaiset toimivat ravinneliuoksessa neljä kuukautta.

2020-luvulla on odotettavissa myös 3D-tulostettuja verisuonia ja muita soluja, jotka mahdollistavat täysikokoisten tekoelinten valmistamisen ja niiden siirtämisen potilaan elimistöön.

Potilaan omat solut tuhoavat syövän

Uusi immuuniterapia voi mullistaa syövän hoidon. Siinä annetaan uutta puhtia elimistön immuunijärjestelmän soluille, jotka eivät enää reagoi syöpäsoluihin.

Ensin potilaalta otetaan immuunisoluja ja niihin siiretään CRISPR-tekniikalla eli niin sanotuilla geenisaksilla geeni, joka saa ne reagoimaan kasvainten soluihin.

Muuntogeeniset immuunisolut ruiskutetaan potilaan verisuoneen, jossa ne veren mukana kulkeutuvat kasvaimeen ja käyvät sen solujen kimppuun.

Menetelmää on toistaiseksi testattu vain muutamalla potilaalla, mutta tulokset ovat olleet erittäin lupaavia.

Seuraava vaihe on menetelmän turvallisuuden varmistaminen, sillä on olemassa riski, että muuntogeeniset immuunisolut tuhoavat myös elimistön terveitä soluja, mistä voi olla hengenvaarallisia seurauksia.

Siksi menetelmää on testattu vain vapaaehtoisilla syöpäpotilailla, joita ei voida hoitaa nykymenetelmillä.

Kun hoidon turvallisuus on varmistettu, sitä voidaan testata isommilla koehenkilöryhmillä ja lopulta ottaa normaaliin käyttöön sairaaloissa.

Aurinkobensiiniä hiilidioksidista

Hiilidioksidia voidaan ottaa ilmasta tai suodattaa voimaloiden savu­piipuista ja muuttaa ilmastoystävälliseksi bensiiniksi.

Tekniikka on tosin vasta kokeiluasteella, mutta sen teollinen läpimurto voi tulla 2020-luvulla.

Kun hiilidioksidi on saatu talteen, se johdetaan uudenlaiseen elektrolyysikennoon, jossa on myös vettä.

Kun kennoon johdetaan sähköä, hiilidioksidi reagoi veden kanssa ja muodostaa bensiinin kaltaista hiilivetyä.

Jos sähkö on tuotettu aurinko-, tuuli- tai vesivoimalla tai muuten päästöttömästi ja käytetty hiilidioksidi otetaan ilmakehästä, syntyvä bensiini on hiilineutraalia.

Hiilidioksidista tehtyä bensiiniä voitaisiin käyttää nykyisissä autoissa, kunnes sähkö- ja vetykäyttöiset autot yleistyvät.

Toriumvoimalasta turvallista ydinvoimaa

Laskelmien mukaan vuonna 2030 maailman sähkön kulutus on 40–50 prosenttia suurempi kuin nykyään.

Sähköä nielevät miljoonat uudet sähköautot ja yhä suuremmat datakeskukset.

Vaikka uusiutuvaa energiaa pystyttäisiin varastoimaan, myös uusia energianlähteitä tarvitaan.

Toriumpolttoainetta käyttäviä ydinvoimaloita markkinoidaan turvallisina ja ilmastoystävällisinä. Ne voivat saada läpimurtonsa 2020-luvulla

Pisimmälle on päästy niin sanotun sulasuolatekniikan kehittelyssä.

Koereaktori käynnistettiin Alankomaissa 2017. Sulasuolareaktorissa suolaliuoksessa oleva toriumi muuttuu jakautuvaksi uraaniksi.

Suola ei voi palaa eikä räjähtää. Jos se kuumenee liikaa, se laajenee niin, että uraaniatomien etäisyys kasvaa ja ydinreaktio ja samalla lämmöntuotanto vähenee.

Myöskään ydinpolttoaineen sulaminen ei voi aiheuttaa onnettomuuksia, koska torium on normaalistikin sulassa muodossa.

Ylijäämäsähkö talteen vastaisen varalle

Sähkö on yksi puhtaimmista energiamuodoista. Ongelmana on vain se, että sen tuotannossa palaa fossiilisia polttoaineita, jotka kuormittavat ilmakehää.

2020-luvulla aurinko- ja tuulisähkö on jo halvempaa kuin hiilivoimaloissa tuotettu.

Lisäksi tarvitaan kuitenkin keino varastoida suuria määriä sähköä, koska aurinko- ja tuulivoiman saanti vaihtelee voimakkaasti päivästä ja vuodenajasta toiseen.

Todennäköisimpänä ratkaisuna miljoonakaupunkien sähkönvarastointitekniikaksi pidetään niin sanottuja virtausakkuja.

Virtausakussa sähköenergia varastoidaan kemialliseksi energiaksi ammoniumionien avulla. Kiinassa on valmisteilla maailman suurin virtausakku. Sen kapasiteetti on 800 megawattituntia.

Akku on tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2020.