Η ετήσια επιστημονική «πασαρέλα»

Ποιες θεωρούνται οι σημαντικότερες επιστημονικές έρευνες του 2016

Το τέλος κάθε έτους είναι η στιγμή του απολογισμού των όσων σημαντικών καταγράφτηκαν από τον διεθνή Τύπο τους τελευταίους 12 μήνες στην πολιτική, στην οικονομία, στις τέχνες, καθώς και στον χώρο της επιστήμης και της τεχνολογίας.

Τιμώντας αυτή την ετήσια -αλλά ενίοτε απλοϊκή- παράδοση σκεφτήκαμε να παρουσιάσουμε στο πρώτο άρθρο της νέας χρονιάς τρεις ιδιαίτερα σημαντικές ανακαλύψεις του 2016 στο πεδίο της βασικής όσο και της εφαρμοσμένης επιστημονικής έρευνας.

Μολονότι το 2016 ήταν μια ιδιαίτερα παραγωγική χρονιά σε επιστημονικές και τεχνολογικές κατακτήσεις, οι συγκεκριμένες ανακαλύψεις στη Φυσική, τη Βιοτεχνολογία και την Τεχνητή Νοημοσύνη ξεχωρίζουν από τις υπόλοιπες για τη βαρύτητά τους όσο και για τις νέες επιστημονικές και κοινωνικές εφαρμογές τους.

Αν και δεν μπορεί να υπάρξει αντικειμενική ή απαλλαγμένη από προκαταλήψεις αποτίμηση των πιο αξιόλογων τεχνοεπιστημονικών επιτευγμάτων της χρονιάς που πέρασε, έχει ομολογουμένως κάποιο ενδιαφέρον το να γνωρίζουμε ποιες από τις πολυάριθμες έρευνες και τεχνολογικές καινοτομίες επιλέχθηκαν φέτος από το εγκυρότατο περιοδικό Science ή τα διεθνή ειδησεογραφικά πρακτορεία, όπως π.χ. το BBC και το Reuters, ως τα πιο σημαντικά επιστημονικά επιτεύγματα.

1. Τα βαρυτικά κύματα τελικά υπάρχουν

Αϊνστάιν, Σύμπαν

Είναι σε όλους γνωστή η εικόνα του Αϊνστάιν, του δημιουργικότερου ίσως θεωρητικού φυσικού του 20ού αιώνα, να κάθεται στην πολυθρόνα του και με μοναδικά εργαλεία ένα μπλοκ σημειώσεων, ένα μολύβι και με την πίπα στο στόμα να επεξεργάζεται τις τόσο ανοίκειες και αντιδιαισθητικές θεωρίες του για το Σύμπαν.

Πράγματι, βασιζόμενος σε πειραματικά δεδομένα που είχαν ανακαλυφθεί από άλλους επιστήμονες και χάρη στη μοναδική φυσικομαθηματική διαίσθησή του, κατάφερε να εξηγήσει και να προβλέψει μερικά από τα πιο αινιγματικά φυσικά φαινόμενα.

Οι περισσότερες από τις προβλέψεις του επιβεβαιώθηκαν, αργά ή γρήγορα, από την πειραματική έρευνα, όπως συνέβη την προηγούμενη χρονιά με τα βαρυτικά κύματα.

Κατά τα τέλη του 2015, η διεθνής επιστημονική κοινότητα αστροφυσικών ήταν ανάστατη από την ανεπίσημη είδηση ότι οι Αμερικανοί ερευνητές που συμμετείχαν στο πείραμα LIGO είχαν επιτέλους ανιχνεύσει και άρα επιβεβαιώσει την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων.

Εφόσον αυτή η είδηση επιβεβαιωνόταν, τότε αυτοί οι αστροφυσικοί είχαν καταφέρει -πρώτη φορά στην ιστορία της Φυσικής- να καταγράψουν τη «φωνή» ή μάλλον το «κροτάλισμα» από τη γένεση μιας μαύρης τρύπας!

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ήταν μια γιγάντια μαύρη τρύπα που είχε προκύψει όταν, πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν δύο μικρότερες μαύρες τρύπες, παράγοντας τα ισχυρά βαρυτικά κύματα που ανιχνεύτηκαν πέρυσι.

Η ύπαρξη αυτών των κυμάτων προβλέπεται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας που, πριν από έναν αιώνα, είχε διατυπώσει ο Αϊνστάιν.

Παρ’ όλα αυτά, μόλις πριν από ένα χρόνο δεν υπήρχαν επαρκή και αδιαμφισβήτητα παρατηρησιακά δεδομένα για την παρουσία τους στον φυσικό κόσμο.

Η πρώτη επίσημη επιβεβαίωση ήρθε έπειτα από έναν χρόνο -την Πέμπτη 11.2.2016- στη διάρκεια μιας συνέντευξης Τύπου που δόθηκε ταυτόχρονα σε ΗΠΑ και Ευρώπη (Ιταλία) από μια διεθνή ομάδα πειραματικών και θεωρητικών φυσικών.

Σύμφωνα με τις ανακοινώσεις, η πρώτη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων έγινε στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 χάρη στην επαναλειτουργία δύο παρατηρησιακών κέντρων στις ΗΠΑ.

Πρόκειται για δύο τεράστιες και πανάκριβες πειραματικές διατάξεις, τα Παρατηρητήρια Βαρυτικών Κυμάτων μέσω Συμβολόμετρου Λέιζερ ή παρατηρητήρια LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), που βρίσκονται το ένα στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα και το δεύτερο, σε απόσταση 3.000 χιλιομέτρων, στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον.

Αξίζει να σημειωθεί ότι σε αυτό το ιστορικό πείραμα συμμετέχουν και κάποιοι διαπρεπείς Ελληνες ερευνητές της διασποράς, όπως η Βίκυ Καλογερά, η οποία διδάσκει Αστροφυσική στο Πανεπιστήμιο Northwestern των ΗΠΑ και, εδώ και 15 χρόνια, συμμετέχει ενεργά στις αστροφυσικές έρευνες του LIGO.

Οπως η ίδια δήλωσε στο Αθηναϊκό και Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων:

«Με την ανακάλυψη αυτή ανοίγουμε ένα καινούργιο παράθυρο παρατηρήσεων στο Σύμπαν. Τα βαρυτικά κύματα μας δίνουν πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες και όχι μόνο, που κανένα ηλεκτρομαγνητικό τηλεσκόπιο δεν μπορεί να μας δώσει».

Δικαίως λοιπόν η συγκεκριμένη έρευνα θεωρείται η σπουδαιότερη ανακάλυψη της χρονιάς αλλά και των τελευταίων χρόνων, δεδομένου ότι ανοίγει νέους πειραματικούς ορίζοντες στη Φυσική και οι ερευνητές που συμμετείχαν σε αυτή πιθανότατα θα κερδίσουν το φετινό Νόμπελ Φυσικής

2. Δημιουργία στοιχειώδους μορφής ζωής στο εργαστήριο

Δημιουργία ζωή στο εργαστήριο

Το όνειρο -ή μήπως ο εφιάλτης;- της δημιουργίας τεχνητής ή συνθετικής μορφής ζωής στο εργαστήριο έχει ήδη υλοποιηθεί!

Μετά από δύο δεκαετίες ερευνών ο διάσημος και αμφιλεγόμενος Αμερικανός βιοτεχνολόγος Κρεγκ Βέντερ (Craig Venter) ανακοίνωσε πριν από λίγους μήνες ότι με τη συνεργασία πολλών ερευνητών από διαφορετικά εργαστήρια κατάφερε τελικά να «κατασκευάσει» τον πρώτο μονοκύτταρο οργανισμό που, ενώ διαθέτει τον μικρότερο δυνατό αριθμό γονιδίων, διατηρεί την ικανότητά του να αναπαράγεται και να ζει αυτόνομα!

Πρόκειται για ένα βακτήριο το οποίο έχει μόνο 473 γονίδια, κάθε ένα από τα οποία επιτελεί μια πραγματικά θεμελιώδη ζωτική λειτουργία του μονοκύτταρου οργανισμού.

Το όνομα αυτού του «αφύσικου» μονοκύτταρου οργανισμού είναι «Syn 3.0», δηλαδή συνθετικός οργανισμός 3, και, όπως ήδη προβλέπεται, θα επιτρέψει στους ειδικούς όχι απλώς να μελετήσουν αλλά και να τροποποιήσουν κατά βούληση τις βασικές ζωικές λειτουργίες κάθε μονοκύτταρου -για την ώρα!- οργανισμού.

Κατανοούμε όλοι γιατί θεωρείται ένα πολύ σημαντικό βιοτεχνολογικό επίτευγμα και αναγνωρίστηκε αμέσως ως το πρώτο αποφασιστικό βήμα για τη δημιουργία στο εργαστήριο τεχνητών μορφών ζωής ικανών να εκτελούν διάφορες λειτουργίες, που ενδέχεται να είναι εντελώς αφύσικες για τους οργανισμούς αυτούς αλλά επωφελείς για τους ανθρώπους που τους δημιούργησαν.

Πράγματι, η επιτυχία αυτής της έρευνας ανοίγει τον δρόμο στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων βακτηρίων, τα οποία θα διαθέτουν καινοφανείς βιολογικές ικανότητες: θα μπορούν, για παράδειγμα, να παράγουν καύσιμα, νέα φάρμακα, να καθαρίζουν αγροτικές καλλιέργειες, να μετατρέπουν το νερό σε πόσιμο, αλλά, δυστυχώς, και να δημιουργούν πολύ αποτελεσματικά βιολογικά όπλα με εξατομικευμένη δράση.

Δημιουργία τεχνητής ζωής στο εργαστήριο

Το Ινστιτούτο που συντόνισε αυτές τις έρευνες ιδρύθηκε και διευθύνεται από τον Κρεγκ Βέντερ, εξ ου και η ονομασία του «Craig Venter Institute», και βρίσκεται στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ.

Ο Βέντερ έγινε παγκοσμίως γνωστός για τη συμμετοχή του στη χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, αλλά και για τη δημιουργία του ομώνυμου Ινστιτούτου, στο οποίο όλες οι έρευνες βασίζονται στην απλοϊκή παραδοχή ότι το «ιερό γκράαλ» για κάθε μορφή ζωής είναι το γονιδίωμα, δηλαδή το σύνολο των γονιδίων του, και όχι για παράδειγμα τα κύτταρά του οργανισμού ή το περιβάλλον του.

Συνεπώς, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί δεν είναι τίποτε άλλο από «έμβιες μηχανές», οι οποίες εκτελούν τυφλά τις οδηγίες που περιέχονται στα γονίδιά τους.

Αν και ακραιφνώς αναγωγιστική, αυτή η απλοϊκή προσέγγιση της ζωής επέτρεψε στους ειδικούς να δημιουργήσουν το 2007 τον «Syn 1.0» και το 2009 τον «Syn 2.0», τους πρώτους ημισυνθετικούς οργανισμούς που οδήγησαν πρόσφατα στην κατασκευή του «Syn 3.0»: του πρώτου τεχνητού οργανισμού με το πιο στοιχειώδες γονιδίωμα που μπορεί να φανταστεί κάποιος σήμερα.

Χάρη στις εντυπωσιακές προόδους της μοριακής βιολογίας και τα νέα εργαλεία της γενετικής μηχανικής, οι ερευνητές που εργάζονται στον τομέα της «συνθετικής βιολογίας» (Synthetic Biology) κατάφεραν όχι μόνο να αναπαραγάγουν στο εργαστήριο τις βασικές βιολογικές δομές και διεργασίες, αλλά και να δημιουργήσουν «συνθετικούς» μικροοργανισμούς που διαθέτουν τις τρεις βασικές ιδιότητες κάθε μορφής ζωής: μεταβολισμό, αναπαραγωγή, εξέλιξη μέσω προσαρμογής.

Ενα επίτευγμα που ο επιστήμονας-επιχειρηματίας Κρεγκ Βέντερ το είχε προβλέψει εγκαίρως, αφού πριν από έξι χρόνια δήλωνε παντού: «Είμαι έτοιμος να δημιουργήσω ένα συνθετικό έμβιο ον».

Και απ’ ό,τι φαίνεται, δεν άργησε να πραγματοποιήσει αυτή του την... απειλή.

Με τη δημιουργία των πρώτων «συνθετικών κυττάρων» ο πρωτοπόρος βιοτεχνολόγος, αλλά και αμφισβητούμενος από πολλούς μπίζνεσμαν της γενετικής, είναι πεπεισμένος ότι η ανθρωπότητα εισέρχεται σε νέα φάση της βιοτεχνολογικής της ανάπτυξης: αυτήν που ο ίδιος αρέσκεται να περιγράφει ως «μετα-γονιδιωματική».

Τι ακριβώς όμως εννοεί με αυτόν τον σκοτεινό νεολογισμό;

Εχοντας δημιουργήσει στα εργαστήρια της εταιρείας του συνθετικούς μικροοργανισμούς που μέχρι τώρα δεν υπήρχαν στη φύση, θεωρεί ότι οι νέες δυνατότητες της επεμβατικής και της υπολογιστικής γενετικής μάς επιτρέπουν πλέον να σχεδιάζουμε -ελεύθερα και κατά βούληση- την ύπαρξη ζωντανών οργανισμών ανάλογα με τις ανάγκες μας ή, για την ακρίβεια, ανάλογα με τις ανάγκες των εταιρειών που δημιουργούν και εκμεταλλεύονται αυτούς τους συνθετικούς οργανισμούς!

3. Οταν η Τεχνητή Νοημοσύνη ανταγωνίζεται την ανθρώπινη

Τεχνητή νοημοσύνη

Το 1997, πριν από περίπου μία εικοσαετία, το πρόγραμμα του περίφημου υπολογιστή «Deep Blue» κατάφερε, πρώτη φορά, να κερδίσει σε μια σειρά από σκακιστικές παρτίδες τον Γκάρι Κασπάροφ, τον κορυφαίο τότε Ρώσο παγκόσμιο πρωταθλητή στο σκάκι.

Τη χρονιά που πέρασε, ένας άλλος υπολογιστής, ο «Alpha Go», που διέθετε ένα εντελώς διαφορετικό και πολύ πιο σύγχρονο πρόγραμμα Τεχνητής Νοημοσύνης, κατάφερε να νικήσει τον κορεατικής καταγωγής παγκόσμιο πρωταθλητή Lee Se-Dol στο αρχαίο κινεζικό παιχνίδι Γκο (αγγλιστί Go), το οποίο θεωρείται από τα πλέον πολύπλοκα επιτραπέζια παιχνίδια.

Στην πραγματικότητα, το πρόγραμμα υπολογιστικής νοημοσύνης «Alpha Go» είναι ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο το οποίο σχεδιάστηκε από τον Ντέμις Χασάμπις (Demis Hassabis) και υλοποιήθηκε από τη λονδρέζικη πρωτοποριακή εταιρεία DeepMind, η οποία, πριν από δύο χρόνια, εξαγοράστηκε από την Google.

Η αρχιτεκτονική αυτού του προγράμματος βασίζεται στη δομή και τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου: μαθαίνει και συνεχώς βελτιώνει τις επιδόσεις του αλλάζοντας τις συνδέσεις ανάμεσα στους τεχνητούς «νευρώνες» που διαθέτει!

Το «Alpha Go», όμως, δεν σχεδιάστηκε ειδικά για να παίζει το παιχνίδι Γκο.

Αντίθετα με άλλα εξειδικευμένα προγράμματα υπολογιστή για το Γκο, αυτό το πρόγραμμα έμαθε να παίζει το παιχνίδι από μόνο του και τελειοποίησε σταδιακά τις επιδόσεις του διά της εμπειρίας: αρχικά μελέτησε και απομνημόνευσε 50 εκατομμύρια κινήσεις κορυφαίων παικτών και έτσι «έμαθε» να υπολογίζει τις καλύτερες δυνατές κινήσεις σε κάθε παρτίδα.

Προφανώς, οι αυτο-μαθησιακές ικανότητες αλλά και οι εντυπωσιακές επιδόσεις αυτού του προγράμματος δεν περιορίζονται στα επιτραπέζια παιχνίδια.

Αντίθετα, οι σχεδιαστές του ήδη τονίζουν τις ασύλληπτες δυνατότητες εφαρμογής του σε μια σειρά από ανθρώπινα προβλήματα που απαιτούν ταχύτατη λήψη αποφάσεων ή τον μελλοντικό σχεδιασμό και την επιλογή της πλέον αποτελεσματικής στρατηγικής, όπως για παράδειγμα όταν αντιμετωπίζουμε επείγοντα ιατρικά, μετεωρολογικά ή οικονομικά ή κοινωνικά προβλήματα.

Τεχνητή νοημοσύνη

Πάντως, η νίκη αυτού του υπολογιστικού δικτύου πάνω στον άνθρωπο επιβεβαιώνει την επιλογή όλο και περισσότερων ερευνητών να επενδύσουν στην περαιτέρω ανάπτυξη και τελειοποίηση των εφαρμογών της νέας Δικτυακής Τεχνητής Νοημοσύνης.

Ενδεικτικό των εντυπωσιακών δυνατοτήτων των νέων υπολογιστικών δικτύων είναι ότι μπορούν να μαθαίνουν να επικοινωνούν μαζί μας σε κάποια ανθρώπινη γλώσσα και μάλιστα με τρόπο παρόμοιο με αυτόν ενός ανθρώπινου εγκεφάλου.

Αυτό επιβεβαιώθηκε πέρυσι από μια πολύ ενδιαφέρουσα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό «PLOS ONE».

Δύο στενά συνεργαζόμενες ερευνητικές ομάδες, η μία στο Πανεπιστήμιο Σάσαρι της Ιταλίας και η δεύτερη στο Πανεπιστήμιο Πλίμουθ της Βρετανίας, ένωσαν τις πολυετείς προσπάθειές τους και τελικά κατάφεραν να δημιουργήσουν το πρώτο τεχνητό μοντέλο που είναι ικανό να μαθαίνει μια ανθρώπινη γλώσσα, χωρίς να διαθέτει εξ αρχής ένα πρόγραμμα επεξεργασίας των γλωσσικών πληροφοριών.

Με άλλα λόγια, μπορεί να μαθαίνει να επικοινωνεί στοιχειωδώς, όπως κάνει ο ανθρώπινος εγκέφαλος ενός παιδιού!

Πρόκειται για ένα υπολογιστικό δίκτυο που αποτελείται από 2 εκατομμύρια τεχνητούς «νευρώνες» συνδεδεμένους μεταξύ τους, στο οποίο οι ερευνητές, όπως συνηθίζεται, έδωσαν ένα ανθρώπινο όνομα και το βάπτισαν ANNABEL (Artificial Neural Network with Adaptive Behavior Exploited for Language Learning).

Το συγκεκριμένο δίκτυο διαθέτει μια αρκετά περίπλοκη αρχιτεκτονική που από την πρώτη στιγμή σχεδιάστηκε για να μπορέσουν οι ερευνητές να αναπαραγάγουν, δηλαδή να «προσομοιώσουν», μέσω ενός πολύ ισχυρού υπολογιστή τα όσα γνωρίζουμε μέχρι σήμερα σχετικά με τη γνωστική διαδικασία που ακολουθεί ο εγκέφαλος ενός μικρού παιδιού όταν μαθαίνει να επεξεργάζεται την ανθρώπινη γλώσσα.

Μολονότι το Annabel διαθέτει μόνο 2 εκατομμύρια τεχνητούς «νευρώνες», ελάχιστους δηλαδή σε σύγκριση με τα 100 δισεκατομμύρια νευρώνες του ανθρώπινου εγκεφάλου, μπορεί ήδη να μαθαίνει -από μόνο του!- κάποιους στοιχειώδεις γλωσσικούς και συντακτικούς κανόνες ώστε να απαντά στις ανθρώπινες ερωτήσεις με ένα «ρεπερτόριο» 500 φράσεων, οι οποίες δεν υπήρχαν εξαρχής στο πρόγραμμά του.

Μάλιστα, οι ειδικοί συγκρίνουν τις δυνατότητες αυτού του τεχνητού εγκεφάλου να μαθαίνει συνεχώς νέα ρήματα, επίθετα, ουσιαστικά ή νέες φράσεις με τις γλωσσικές ικανότητες ενός παιδιού τεσσάρων ετών!

Η efsyn.gr θεωρεί αυτονόητο ότι οι αναγνώστες της έχουν το δικαίωμα του σχολιασμού, της κριτικής και της ελεύθερης έκφρασης και επιδιώκει την αμφίδρομη επικοινωνία μαζί τους.

Διευκρινίζουμε όμως ότι δεν θέλουμε ο χώρος σχολιασμού της ιστοσελίδας να μετατραπεί σε μια αρένα απαξίωσης και κανιβαλισμού προσώπων και θεσμών. Για τον λόγο αυτόν δεν δημοσιεύουμε σχόλια ρατσιστικού, υβριστικού, προσβλητικού ή σεξιστικού περιεχομένου. Επίσης, και σύμφωνα με τις αρχές της Εφημερίδας των Συντακτών, διατηρούμε ανοιχτό το μέτωπο απέναντι στον φασισμό και τις ποικίλες εκφράσεις του. Έτσι, επιφυλασσόμαστε του δικαιώματός μας να μην δημοσιεύουμε ανάλογα σχόλια.

Σε όσες περιπτώσεις κρίνουμε αναγκαίο, απαντάμε στα σχόλιά σας, επιδιώκοντας έναν ειλικρινή και καλόπιστο διάλογο.

Τέλος, τα ενυπόγραφα άρθρα εκφράζουν το συντάκτη τους και δε συμπίπτουν κατ' ανάγκην με την άποψη της εφημερίδας