Duel gelombang otak saat tidur dapat memutuskan apakah tikus ingat atau lupa

Laura Sanders

Tikus yang sedang tidur mungkin terlihat damai. Tapi di dalam bulunya yang berbulu, masih kepalanya, perang sedang berkecamuk.

Dua jenis gelombang otak memperebutkan apakah tikus akan mengingat informasi baru, atau melupakannya, para peneliti melaporkan 3 Oktober di Cell. Detail dari bentrokan yang sebelumnya tersembunyi ini pada akhirnya dapat membantu menjelaskan bagaimana beberapa ingatan terukir di otak yang tidur, sementara yang lain digosok hingga bersih.

Dengan membedakan antara gelombang otak yang berduel ini, studi baru ini membantu merekonsiliasi beberapa ide yang tampaknya saling bertentangan, termasuk bagaimana ingatan dapat diperkuat (SN: 6/5/14) dan melemah selama tahap tidur yang sama (SN: 6/23/11) . “Ini akan membantu menyatukan bidang tidur dan belajar, karena semua orang menjadi benar,” kata ahli ilmu saraf Gina Poe dari University of California, Los Angeles, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Para peneliti yang dipimpin oleh ahli saraf dan ahli saraf Karunesh Ganguly dari University of California, San Francisco, telah mengajar tikus untuk mengendalikan semburan air mekanis dengan aktivitas saraf mereka. Tim segera menyadari bahwa keberhasilan tikus dengan antarmuka otak-komputer ini sangat bergantung pada sesuatu yang datang setelah pelatihan: tidur.

Untuk mempelajari bagaimana pembelajaran baru diperkuat selama tiduran, Ganguly dan timnya memantau otak tikus tidur setelah mereka berlatih memindahkan cerat. Para ilmuwan fokus pada gelombang otak yang membasahi motor korteks, bagian otak yang mengendalikan semburan air eksternal, selama tidur non-REM. Tahap tidur itu biasanya mencapai lebih dari setengah malam manusia dewasa.

Dua jenis gelombang otak menarik minat tim. Yang pertama, disebut osilasi lambat, sudah dicurigai membantu memperkuat ingatan. Dan itulah yang ditemukan para peneliti. Ketika sinar laser dan trik genetik menghentikan osilasi lambat ini hanya beberapa milidetik setelah mereka mulai tidur, tikus butuh waktu lebih lama untuk memindahkan moncongnya menggunakan otak mereka setelah bangun. Tanpa osilasi yang lambat ini menyapu korteks motor tikus yang tertidur, informasi itu tidak dapat disetel juga.

Tipe kedua, yang disebut gelombang delta, tiga sampai empat kali lebih umum daripada osilasi lambat, tetapi peran gelombang ini adalah sebuah misteri. “Kami pikir gelombang delta pasti melakukan sesuatu yang penting, karena mereka sangat lazim,” kata Ganguly.

Menghentikan gelombang delta memiliki efek sebaliknya sebagai penghentian osilasi lambat, para peneliti menemukan. Mematikan gelombang delta membuat tikus melakukan tugasnya dengan lebih baik setelah bangun, hasil yang menunjukkan gelombang delta cepat lupa. Perbedaan antara osilasi lambat dan gelombang delta telah licin, kata Poe, sampai sekarang. “Makalah ini menjelaskan sepenuhnya bahwa mereka tidak hanya berbeda, mereka memiliki fungsi yang bertentangan secara diametral,” katanya.

Osilasi lambat sesekali, bersama dengan ledakan aktivitas yang disebut spindle tidur, mungkin dapat menahan efek menggosok memori dari gelombang delta yang lebih umum, kata Ganguly. “Osilasi lambat sangat penting untuk melindungi pembelajaran baru,” katanya.

Yang masih belum diketahui adalah bagaimana otak memutuskan ingatan mana yang harus disimpan, dan mana yang harus dibuang. Kehadiran hadiah – baik eksternal, seperti menjilat air untuk tikus, atau internal, seperti perasaan baik yang didapat seseorang dari percakapan yang bersahabat – mungkin menjadi kunci, tersangka Ganguly.

Hasil akhirnya mungkin juga memiliki implikasi untuk mengobati orang belajar bagaimana bergerak lagi setelah stroke. Gelombang delta lebih sering terjadi pada orang-orang ini, kata Ganguly.

Gambar baru mengungkapkan struktur web kosmik

Emily Conover

Seperti jaring laba-laba kosmik yang halus, filamen gas membentuk struktur kompleks yang saling terkait yang menghubungkan galaksi satu sama lain. Tetapi, seperti benang sutra laba-laba setipis bisikan yang hampir tidak terlihat, jaring kosmik ini samar dan sulit dideteksi. Sekarang para astronom telah membuat gambar detail pertama cahaya yang dipancarkan oleh gas. Filamen yang baru terungkap meluas hingga jutaan tahun cahaya, para peneliti melaporkan dalam Science 4 Oktober.

Simulasi komputer meramalkan keberadaan web kosmik, dan para astronom sebelumnya telah melihat sekilas filamen tunggal (SN: 1/20/14). Tetapi para ilmuwan belum melihat jaringan yang membentang antara banyak galaksi sampai sekarang. “Akhirnya, kami benar-benar memiliki gambar,” kata ahli astrofisika Michele Fumagalli dari Universitas Durham di Inggris.

Fumagalli dan rekannya mempelajari wilayah langit yang berisi protocluster galaksi – wilayah di mana sekelompok besar galaksi mulai berkumpul. Galaksi-galaksi di dalam cluster memancarkan sinar ultraviolet, hasil dari bintang-bintang baru yang terbentuk di dalam atau dari daerah yang berputar di sekitar lubang hitam supermasif di pusat-pusat galaksi. Filamen gas menyerap cahaya itu dan mengirimkannya kembali. Menggunakan Teleskop Sangat Besar Eropa Southern Observatory di Chili, para astronom mendeteksi cahaya yang dikirim kembali.

Setelah Big Bang 13,8 miliar tahun lalu, para ilmuwan percaya bahwa gravitasi menyebabkan materi runtuh menjadi lembaran dan filamen. Di daerah di mana masalah ini sangat padat, galaksi terbentuk, memakan gas dari jaring kosmik. Gambar baru filamen mendukung cerita asal ini.

Mengapa berada di zona layak huni tidak membuat exoplanet layak huni

Lisa Grossman

Beberapa pertanyaan sains memiliki daya tarik universal daripada “Apakah kita sendirian di alam semesta?” Pencarian untuk kehidupan asing telah menangkap imajinasi manusia selama ribuan tahun. Dan hampir 25 tahun setelah penemuan pertama planet yang mengorbit bintang yang bukan matahari, para astronom lebih dekat dari sebelumnya untuk mengetahuinya.

“Kebanyakan orang, jika tidak semua orang, pada satu titik dalam kehidupan mereka bertanya-tanya apakah ada kehidupan di planet lain,” kata astronom Universitas Harvard David Charbonneau. “Kita benar-benar bisa menjawabnya … kita tahu jenis teleskop yang harus kita bangun dan bangun” untuk mengetahuinya.

Upaya itu mungkin tidak begitu mudah, berkat perdebatan panjang tentang bagaimana mengidentifikasi planet yang paling mungkin menampung kehidupan. Perdebatan berakhir pada 11 September, ketika para astronom mengumumkan penemuan uap air di atmosfer planet luar dekat K2 18b (SN: 9/11/19).

Daya tarik planet berasal dari posisinya di “zona layak huni” bintangnya – sering didefinisikan sebagai wilayah di mana suhu mungkin tepat untuk air cair, yang dianggap sangat penting bagi kehidupan. K2 18b bahkan mungkin memiliki awan hujan, lapor para astronom.

Itu tidak berarti Anda harus mengepak payung Anda dan pergi. “Hanya karena sebuah planet berada di zona layak huni, bukan berarti itu layak huni,” kata Jessie Christiansen, astrofisikawan di Caltech dan NASA Exoplanet Science Institute. “Jika Anda menanyakan 100 astronom, 99 dari mereka akan mengatakan planet ini tidak layak huni.”

Faktanya, dari sekitar 192 exoplanet yang diketahui menghabiskan sebagian besar orbitnya di zona layak huni bintang-bintang mereka, semuanya kecuali 24 mungkin merupakan raksasa gas yang tidak ramah seperti Jupiter. Dan bahkan jika planet berbatu duduk di zona layak huni, seperti Mars, itu tidak menjamin apa pun bisa hidup di sana. Para ilmuwan menganggap Planet Merah memiliki peluang yang bisa diperdebatkan untuk menjadi tuan rumah (SN: 1/10/18).

Jadi bagaimana Anda menemukan planet yang bisa dihuni saat terjebak di Bumi? Mulailah dengan memikirkan kembali definisi istilah tersebut. Beberapa astronom berpendapat bahwa istilah “zona layak huni” terlalu canggung, termasuk planet yang tidak memiliki kemungkinan layak huni sementara tidak termasuk yang lain yang mungkin layak. Para ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu mencari fisika mineral, kimia, dan wawasan dari ekologi untuk menyempurnakan konsep kelayakhunian.

Dan observatorium ruang angkasa baru yang dirancang untuk mencari kehidupan dapat disetujui oleh NASA tahun depan. Mungkin itu bukan hanya kata-kata yang digunakan untuk mendefinisikan kelayakhunian yang perlu ditingkatkan, tetapi peralatan yang digunakan untuk menemukannya, kata Charbonneau. “Kami tidak memiliki teleskop yang tepat.”
Bukan sembarang planet

Dari tahun 1950-an, ketika para astronom berbicara tentang menemukan dunia lain yang dapat dihuni, mereka berfokus sepenuhnya pada planet-planet seperti Bumi. Dalam sebuah makalah tahun 1993 di Icarus, ahli geografi James Kasting dari Penn State University meletakkan dasar untuk definisi paling populer dari “zona layak huni” yang digunakan saat ini: Ini adalah wilayah “Goldilocks” di mana suhu tidak akan terlalu panas atau terlalu dingin untuk air cair . Tapi kriteria itu tidak berlaku untuk semua planet dalam zona layak huni: model Kasting hanya bekerja untuk planet berbatu dengan atmosfer mirip Bumi, terdiri dari karbon dioksida, air, dan nitrogen.

“Semua jenis planet dapat mengorbit di zona layak huni,” tetapi hanya planet seperti Bumi yang cenderung memiliki air cair di permukaannya, kata ahli astronomi Elizabeth Tasker dari Japan Aerospace Exploration Agency. “Kita semua diam-diam tahu ini, karena bulan dan Mars mengorbit di dalam zona layak huni, tetapi tidak ada yang mundur di tepi danau.”

Kembali pada tahun 1993, tidak ada exoplanet yang diketahui di sekitar bintang-bintang biasa meskipun beberapa telah ditemukan mengorbit pulsar, mayat bintang yang berputar cepat (SN: 9/3/15). “Saya pikir itu sepenuhnya teoretis,” kata Kasting.

Namun, dua tahun kemudian, para peneliti membuat penemuan pertama sebuah planet yang mengorbit bintang seperti matahari. Planet itu, 51 Pegasi b, adalah Jupiter yang panas dan terlalu dekat dengan bintangnya untuk berada di zona layak huni. Tapi itu menandai kelahiran resmi astronomi planet ekstrasurya. Dan sejak itu, lebih dari 4.000 exoplanet lainnya telah ditemukan, dengan ribuan kandidat menunggu untuk dikonfirmasi.

“Banyak hal telah diambil dari sana,” kata Kasting. “Sekarang ini adalah bidang pengamatan, bukan bidang teori.”

Ukuran dan permukaan

Dua fitur utama – permukaan berbatu dan campuran atmosfer yang tepat – sering dilupakan di tengah kegembiraan menemukan dunia baru di zona layak huni bintang. Tapi ada alasan untuk berpikir mereka penting bagi kelayakhunian planet yang sebenarnya.

Jika sebuah planet terlalu gas, tekanan atmosfer dan suhu akan terlalu kuat untuk molekul kompleks seperti DNA menjadi stabil, kata astronom Laura Kreidberg dari Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian di Cambridge, Mass. Pada antarmuka antara hidrogen, yang tebal atmosfer yang kaya dan inti berbatu, misalnya, suhu bisa mencapai lebih dari 2500 ° Celcius.

Dan kimia yang kompleks mungkin dihalangi oleh sebuah fenomena yang disebut “aritmatika iblis.” Dalam atmosfer yang difus dan berair, mungkin butuh waktu terlalu lama bagi atom untuk saling bertemu, bereaksi dan membentuk molekul baru.

“Keduanya – iblis aritmatika dan tidak adanya permukaan – benar-benar berita buruk untuk membentuk bagian-bagian penyusun yang memulai kehidupan di sebuah planet,” kata Kreidberg.

Itu bagian dari masalah dengan K2 18b: Tidak jelas bahwa ia memiliki permukaan berbatu. Satu-satunya cara untuk mengetahui apa yang terbuat dari sebuah planet ekstrasurya adalah dengan mengukur jari-jarinya, dengan jumlah cahaya bintang yang diblokir jika ia melintas di depan bintangnya, dan massanya, dari tarikan gravitasinya pada bintang. Bersama-sama, massa dan jari-jari memberi tahu para ilmuwan kepadatan planet, yang merupakan petunjuk komposisi. Tetapi para astronom tidak selalu bisa mengukur keduanya.

Para astronom beruntung dengan K2 18b, mengukur massa sekitar delapan kali Bumi dan radius lebih dari dua kali Bumi. Itu berarti dunia memiliki kepadatan yang mirip dengan Mars. Sementara tim yang menemukan air di atmosfer K2 18b berpikir bahwa planet ini bisa jadi daratan dan berbatu, peneliti lain tidak begitu yakin.

Planet-planet kecil cenderung terpecah menjadi dua kelompok: super-Bumi berbatu dan mini-Neptunus yang mengandung gas (SN: 6/19/17). Meskipun planet-planet yang lebih kecil dari 1,5 kali jari-jari Bumi tampak berbatu, yang sekitar 1,5 kali jari-jari Bumi dan lebih besar tampaknya sebagian besar adalah mini-Neptunus. K2 18b jauh lebih besar dari itu.

“Ini benar-benar mengembang,” kata Wendy Panero, seorang ahli fisika mineral di Ohio State University di Columbus. Para ilmuwan tidak tahu banyak tentang bagaimana batu di inti planet akan berperilaku pada suhu tinggi dan tekanan yang ditemukan jauh di atmosfer planet gas. Itu bisa lava cair, atau batas difus di mana tidak jelas di mana atmosfer berakhir dan batu dimulai. “Kami tidak cukup tahu tentang sifat material seperti apa antarmuka itu,” katanya.

Mengetahui kepadatan planet juga tidak cukup untuk mengetahui apakah ia memiliki permukaan mirip Bumi. Lagipula, Venus memiliki ukuran dan massa yang hampir sama dengan Bumi, dan terletak sedikit lebih dekat ke matahari daripada zona yang bisa dihuni. Tapi kimia atmosfer Venus mendesis permukaannya pada suhu leleh timah (SN: 2/13/18).

“Venus adalah peringatan bagi kita bahwa ukuran bukan segalanya,” kata Stephen Kane, seorang astrofisika planet di University of California, Riverside. “Planet itu meneriaki kita bahwa kelayakhunaan planet itu rumit.”
Mencari di luar zona

Eksperimen di laboratorium geofisika menguji apa yang dilakukan berbagai mineral di bawah tekanan dan suhu tinggi dapat membantu memperbaiki dunia mana yang layak huni (SN: 5/11/18).

Dengan penelitian ini dalam fisika mineral, bersama dengan teori-teori tentang bagaimana berbagai jenis planet terbentuk, “kita mungkin bisa mengatakan, planet ini mungkin lebih cenderung menjadi Venus versus mirip Bumi,” kata ahli geologi eksoplanet Cayman Unterborn dari Arizona State University di Tempe .

Dan beberapa dunia layak huni bahkan mungkin berada di luar zona layak huni. Titan bulan Saturnus, dengan danau dan sungai etana dan metana, adalah salah satu tujuan paling menarik dari tata surya untuk astrobiologi (SN: 6/27/19). Bulan-bulan es Saturnus dan Jupiter yang lain dapat menampung biosfer di bawah cangkang beku di mana kondisinya kadang-kadang memungkinkan air cair (SN: 5/2/14). Tak satu pun dari mereka berada di zona layak huni matahari.

“Zona layak huni bukan tempat eksklusif di mana kehidupan mungkin,” kata ahli geologi planet Paul Byrne dari North Carolina State University di Raleigh. “Nuansa-nuansa itu hampir tidak pernah tersampaikan ketika digunakan sebagai tempat untuk mencari kehidupan.”

Zona dengan nama lain

Frustrasi dengan kekurangan zona layak huni, para astronom telah mengusulkan nama alternatif: zona beriklim sedang, zona air cair, zona perburuan (karena di situlah para astronom berburu tanda-tanda kehidupan) dan ekosfer, untuk beberapa nama. Kreidberg menyarankan menghidupkan kembali “zona Goldilocks,” yang telah keluar dari mode akhir-akhir ini, sebagai pilihan yang kurang ambigu. Christiansen dengan bercanda menyarankan Zona ECHaLWOTS, untuk “Bumi Bisa Memiliki Air Cair Di Permukaan” (diucapkan ekkulwots).

“Anda dapat langsung melihat mengapa kami berjuang untuk menemukan alternatif yang mungkin menarik,” kata Tasker. Istilah-istilah tersebut memiliki beberapa masalah yang sama dengan aslinya: Tidak setiap planet di zona ini, betapapun ditunjuk, akan beriklim sedang atau basah, sementara kandidat lainnya dapat dikecualikan karena tidak memenuhi definisi baru.

Jadi, beberapa ahli astrobiologi mencoba merancang sesuatu seperti indeks kelayakhunian yang dapat mempertimbangkan lebih banyak data dan karakteristik. Dalam satu contoh baru-baru ini, astrobiologis Abel Méndez dari University of Puerto Rico di Arecibo mengambil inspirasi dari ekologi.

“Astrobiologis berpikir sangat sulit untuk mengukur kelayakhunian,” kata Méndez. “Tetapi para ahli ekologi memiliki masalah yang sama pada tahun 70-an,” ketika Layanan Ikan dan Margasatwa AS menemukan cara untuk mengukur bagaimana perkembangan tanah dan air dapat memengaruhi tanaman dan hewan di sekitarnya. Indeks Kesesuaian Habitat lembaga menawarkan ukuran berapa banyak biomassa dapat dipertahankan oleh lingkungan tertentu, mengingat berapa banyak energi yang tersedia.

Méndez dan rekan memodifikasi indeks itu dan mempresentasikannya pada 2018 di Lunar and Planetary Science Conference di The Woodlands, Texas. Persamaan para peneliti mencakup lima variabel dalam menilai kelayakhunian sebuah planet: jumlah cahaya bintang yang diterima planet, jari-jari planet, reflektifitasnya, fraksi permukaan yang ditutupi oleh lautan dan kepadatan atmosfer.

Menentukan ketiga variabel terakhir berada di luar jangkauan teleskop saat ini. “Kerangka kerja ini memberi tahu Anda dengan tepat apa yang harus Anda ukur,” kata Méndez tentang indeks kelayakhunian timnya. Dan menurutnya teknologi yang dibutuhkan bisa 10 hingga 20 tahun ke depan.

Para astronom lain mempertanyakan kegunaan indeks tersebut, mengingat faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi kelayakhunian termasuk siklus geologi aktif, inti cair, lempeng tektonik, gunung berapi untuk memancarkan gas ke atmosfer dan medan magnet untuk melindunginya dari flare bintang (SN: 3 / 5/18).

Faktor-faktor itu juga tidak dapat dideteksi dari Bumi. Beberapa mungkin tidak pernah ada.

“Anda dapat membuat daftar panjang,” kata astronom Harvard, Charbonneau. “Tidak masalah jika ada mikroba yang berjongkok di bulan yang dipanaskan dengan rapi jika aku tidak bisa mendeteksinya dengan teleskopku.”
Lupakan kelayakhunaan, hanya mencari kehidupan

Sepasang teleskop yang diusulkan mungkin segera menyediakan kemampuan untuk melompat maju untuk mencari langsung tanda-tanda kehidupan.

“Jika Anda ingin tahu pasti bahwa Anda dapat mengemas tas Anda dan pergi ke sana, Anda memerlukan biosignature” – tanda bahwa kehidupan telah mengubah kimia atmosfer planet ini, kata Kane (SN: 4/19/16). “Jika kita mendeteksi biosignature yang tidak ambigu, itu berarti secara definisi planet ini layak huni, karena sesuatu tinggal di sana.”

NASA kini mengevaluasi rencana untuk dua teleskop yang akan dapat memindai langit planet ekstrasurya yang mirip Bumi. Observatory Exoplanet Observatory, atau HabEx, akan mengambil foto selusin planet yang mirip Bumi yang mengorbit bintang seperti matahari. Besar UV / Optik / IR Surveyor, dijuluki LUVOIR, akan melakukan hal yang sama, tetapi hingga 100 planet. Kedua teleskop akan mencari jejak kimiawi kehidupan di atmosfer planet.

“Apa yang akan dilakukan oleh serangkaian instrumen berikutnya adalah mengungkap apa yang ada di atmosfer planet yang benar-benar mirip Bumi ini,” kata Christiansen.

Meski begitu, konsep zona layak huni berguna untuk merancang proyek seperti HabEx dan LUVOIR, kata Kasting. Berfokus pada jarak tertentu dari bintang memberitahu insinyur seberapa besar membuat teleskop. Kedua desain teleskop menggabungkan pembaruan 2013 dari definisi Kasting sebelumnya, dari sebuah studi yang dipimpin oleh astronom Ravi Kopparapu dari NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Md.

“Kami bersikap konservatif, dan mencoba merancang teleskop untuk melihat sesuatu yang mungkin kami kenali,” kata Kasting. “Cukup sulit mengenali kehidupan jika tidak seperti kita.”

Jika tanda-tanda kehidupan akhirnya ditemukan, argumen tentang istilah “zona layak huni” mungkin akan hilang begitu saja. Mempelajari alien yang sebenarnya akan memberi para ilmuwan sesuatu yang jauh lebih penting untuk dibicarakan.

Sebuah buku baru mengeksplorasi bagaimana konsep multiverse telah berkembang

Maria Temming

Tidak ada pertanyaan lebih besar dari apakah alam semesta adalah semua yang ada.

Para ilmuwan menyulap beberapa ide untuk apa multiverse, jika ada, mungkin seperti. Alam semesta kita bisa menjadi satu gelembung dalam kabut kosmik yang luas. Atau salah satu dari banyak domain 3-D yang ditumpuk, seperti halaman buku, dalam ruang dimensi yang lebih tinggi. Atau satu rangkaian peristiwa yang terus bercabang dari sejarah lain di pohon realitas alternatif. Semua kemungkinan ini, meski menggiurkan, tetap belum dikonfirmasi.

Prospek banyak alam semesta telah membangkitkan minat para ilmuwan selama ribuan tahun – dan telah berevolusi untuk memaknai hal-hal yang berbeda, ketika konsep alam semesta umat manusia telah berkembang dari satu sistem tata surya ke galaksi ke jaringan kosmik yang hebat.

“Debat multiverse seperti serial TV yang sudah berjalan lama dengan karakter baru menggantikan yang lama,” jurnalis sains Tom Siegfried, mantan pemimpin redaksi Science News dan koresponden kontributor saat ini, menulis dalam The Number of the Heavens. Buku barunya adalah rekap dari wacana kuno itu.

Setiap rendisi debat multiverse telah meninjau kembali tema umum, termasuk apakah sains memiliki bisnis berspekulasi tentang ranah yang tidak dapat diobservasi. Setiap iterasi memiliki orang percaya dan penentangnya. Tetapi pikiran-pikiran yang ingin tahu itu telah disatukan dalam ketertarikan mereka bersama dengan salah satu misteri paling mendalam sepanjang masa: Apa keseluruhan dari keberadaan?

Science News berbicara dengan Siegfried tentang apa yang bisa kita pelajari dari debat multiverse di masa lalu dan bagaimana para ilmuwan dapat menentukan apakah multiverse ada. Percakapan berikut ini telah diedit untuk panjang dan kejelasan.

SN: Apakah ada detail historis yang mengejutkan Anda?

Siegfried: Saya tidak menghargai sejauh mana multiverse telah menjadi masalah di Yunani kuno. Para atomis adalah orang-orang Yunani kuno yang dikenal karena menyarankan keberadaan atom, yang bertentangan dengan apa yang ada di pandangan. Saya tidak menyadari bahwa para atom juga telah menjadi pendukung untuk banyaknya alam semesta. Keyakinan mereka bahwa alam semesta telah dibuat dari atom membutuhkan jumlah atom yang tak terbatas, dan jika ada jumlah atom yang tak terbatas yang Anda butuhkan untuk membuat struktur itu, maka akan ada jumlah atom tak terbatas yang tersisa untuk membuat alam semesta lain.

SN: Apakah ada cara untuk menguji konsepsi modern multiverse?

Siegfried: Itu mungkin tembakan panjang, tapi itu bukan tidak mungkin. Jika ada [gelembung alam semesta] lain di luar sana, dapat dibayangkan bahwa salah satu gelembung itu bisa bertabrakan dengan gelembung kita dan membekas pada radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik di ruang angkasa untuk mengungkapkan hal itu.

Tetapi poin utama yang orang abaikan adalah, multiverse bukanlah teori. Multiverse adalah prediksi dari teori lain [seperti teori superstring] yang dapat diuji dengan cara lain. Jika Anda memiliki teori yang membuat banyak prediksi yang dapat diuji ternyata benar, itu menyiratkan adanya hal-hal lain yang diprediksi oleh teori tersebut. Atom tidak dapat diamati secara langsung selama 2.500 tahun. Namun mereka tetap disimpulkan ada oleh hal-hal yang dapat diamati. Multiverse bisa dengan cara yang sama.

SN: Anda menceritakan bagaimana, pada tahun 1277, uskup Paris menyatakan bid’ah untuk mengajarkan pandangan Aristoteles bahwa Tuhan tidak dapat menciptakan banyak dunia, memberikan para sarjana abad pertengahan kebebasan baru untuk merenungkan multiverse. Apakah ada momen pergeseran paradigma yang serupa untuk pertanyaan multiverse di era modern?

Siegfried: Keyakinan yang mendasari di antara fisikawan untuk waktu yang lama adalah bahwa ada teori di luar sana yang dapat menentukan segala sesuatu yang ada untuk menentukan tentang alam semesta. Pada tahun 1998, ketika penemuan percepatan ekspansi alam semesta diumumkan, itu mengubah permainan. Sekarang Anda memiliki kekuatan nyata yang disebut energi gelap yang menggerakkan alam semesta untuk berekspansi lebih cepat dan lebih cepat, yang harus sebesar besarnya yang tidak dapat dijelaskan oleh teori-teori fisika fundamental.

Itu membebaskan fisikawan untuk menjelajahi masalah di luar pandangan yang ada bahwa ada satu spesifikasi untuk semua kekuatan dan sifat alam semesta. Ini mengarah pada gagasan bahwa mungkin ada banyak alam semesta, dan bahwa energi gelap adalah jumlah yang ada di alam semesta kita karena jumlah itu menghasilkan alam semesta yang ramah untuk kehidupan.

SN: Apa yang bisa dipelajari orang yang merenungkan multiverse hari ini dari orang-orang yang pernah mengajukan pertanyaan serupa di masa lalu?

Siegfried: Dua hal. Pertama, setiap kali masalah ini muncul, apakah ada satu jagad raya – seperti yang dipahami pada waktu itu – atau banyak, jawabannya selalu banyak. Itu tidak berarti bahwa ini akan menjadi kasus kali ini pasti. Tetapi ini adalah poin yang instruktif. Kedua, sejarah menunjukkan bahwa [merenungkan multiverse] adalah pertanyaan ilmiah. Ini bukan pertanyaan metafisik atau pertanyaan yang tidak berarti. Ini adalah pertanyaan ilmiah yang sah yang membutuhkan penyelidikan lebih lanjut – dan penelitian ilmiah suatu hari nanti bisa memberikan jawabannya.

SN: Anda menulis bahwa Anda percaya “lebih masuk akal untuk multiverse ada daripada tidak.” Apa yang Anda berani bertaruh bahwa kita hidup dalam multiverse?

Siegfried: [Tertawa.] Saya tidak akan bertaruh untuk ini, karena saya hanya bertaruh pada hal-hal yang pasti. Aku suka gagasan itu. Ia memiliki kekuatan penjelas yang luar biasa, dan menurut saya itu menyenangkan. Tapi itu tidak menerjemahkan, dalam pikiran saya, berarti itu harus benar. Saya harus menunggu begitu bukti masuk, dan bukti belum menjawab pertanyaan dengan pasti.

A.S. secara sempit menyuarakan kemenangan campak, mempertahankan status eliminasi

Aimee Cunningham

Tepat pada waktunya, wabah campak hampir setahun yang mengancam untuk melucuti Amerika Serikat dari dekade pencapaian kesehatan masyarakat utama dalam pembuatan telah berakhir. Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit A.S. Amerika Serikat mengumumkan pada tanggal 4 Oktober bahwa Amerika Serikat telah mempertahankan status eliminasi campaknya, yang pertama kali diperoleh pada tahun 2000.

“Kami sangat senang bahwa wabah campak telah berakhir di New York dan campak masih dianggap telah dihilangkan di Amerika Serikat,” kata Sekretaris Layanan Kesehatan dan Kemanusiaan AS Alex Azar dalam sebuah pernyataan. “Tapi wabah tahun terakhir ini adalah peringatan yang mengkhawatirkan tentang bahaya keragu-raguan dan kesalahan informasi vaksin.”

Seandainya wabah negara bagian New York belum terselesaikan pada 2 Oktober, Amerika Serikat akan kehilangan statusnya sebagai negara yang telah menghilangkan campak, terutama menempatkan mereka yang tidak divaksinasi dalam risiko dari kasus campak yang ditanam sendiri. Ini juga akan menimbulkan kekhawatiran bagi negara-negara lain yang bekerja untuk menghilangkan campak, kata Walter Orenstein, seorang ahli vaksinasi di Fakultas Kedokteran Universitas Emory di Atlanta. “Jika kita tidak bisa melakukannya, bagaimana mereka bisa?” Campak tahun ini telah membangun kembali dirinya di beberapa negara di mana sebelumnya telah dihilangkan, termasuk Inggris.

Jika tidak ada kasus endemik selama setidaknya satu tahun, campak dianggap telah dieliminasi. Itu berarti virus tidak terus menyebar di suatu daerah.

Tetapi kasus masih dapat terjadi ketika wisatawan internasional sakit di luar negeri dan membawa kembali campak. “Peningkatan aktivitas campak global dan keberadaan komunitas yang kurang terakreditasi menempatkan Amerika Serikat pada risiko berkelanjutan untuk kasus dan wabah campak,” para peneliti memperingatkan dalam laporan CDC tentang kasus campak pada 2019 yang diterbitkan online 4 Oktober di Morbidity and Mortality Weekly Report.

Untuk Amerika Serikat, mempertahankan status campaknya merupakan bantuan sekaligus peringatan, kata Orenstein, yang merupakan direktur program imunisasi AS ketika negara itu pertama kali mendapatkan status eliminasi pada tahun 2000. “Seperti yang telah kita lihat di negara bagian New York , ada subpopulasi dengan cakupan [vaksinasi] rendah yang mampu mempertahankan penularan [campak], ”katanya. Perlu ada fokus baru untuk menjaga tingkat vaksinasi seragam tinggi di seluruh negeri, katanya.

Wabah negara bagian New York dimulai di Rockland County pada 1 Oktober 2018, dan menyebar ke negara tetangga. Rockland County mengumumkan wabahnya telah berakhir pada 25 September (SN: 9/25/19), dan Komisioner Departemen Kesehatan Negara Bagian New York Howard Zucker merilis pernyataan pada 3 Oktober bahwa wabah negara bagian New York telah berakhir. Wabah campak dapat dinyatakan selesai 42 hari setelah tanggal orang terakhir yang menderita campak menderita ruam. Kasus terakhir di negara bagian New York terjadi pada 19 Agustus.

Wabah negara bagian New York dan juga di New York City, yang keduanya dimulai menjelang akhir 2018, adalah pertanda tentang apa yang akan terjadi pada 2019. Dari 1 Januari hingga 1 Oktober, ada 1.249 kasus campak di 31 negara – dan total 22 wabah. Dari mereka yang sakit, 119 orang memerlukan rawat inap, 60 orang menderita pneumonia dan satu orang menderita ensefalitis, pembengkakan otak yang berbahaya. Belum ada yang meninggal karena campak pada tahun 2019.

Penghitungan kasus campak dari 2019 adalah yang terbesar dilaporkan dalam satu tahun sejak 1992. Hampir 90 persen, atau 1.107, terjadi pada orang yang belum divaksinasi atau tidak tahu status vaksinasi mereka (SN: 29/4/19).

Campak sangat menular. Untuk menangkis wabah, sekitar 95 persen populasi perlu divaksinasi terhadap virus (SN: 4/15/19). Itu memberikan tingkat “kekebalan kawanan” yang melindungi bayi terlalu muda untuk divaksinasi dan mereka yang tidak dapat divaksinasi karena kondisi medis.

Wabah campak yang sedang berlangsung di seluruh dunia berarti bahwa virus tersebut kemungkinan akan terus dibawa ke Amerika Serikat (SN: 5/21/19). Hal itu menimbulkan risiko khusus untuk area dengan cakupan vaksinasi yang rendah, seringkali karena keragu-raguan vaksin (SN: 5/21/19).

“Sebagian besar orang tua saat ini dan banyak dokter muda kita belum pernah melihat campak,” dan ada juga yang tidak melihat manfaat vaksin, kata Orenstein. Tetapi “kami tidak ingin sampai pada titik bahwa kami harus memiliki wabah campak besar yang sedang berlangsung untuk menjual pentingnya.”

Penemuan bagaimana sel-sel merasakan oksigen memenangkan Nobel obat 2019

Tina Hesman Saey, Aimee Cunningham and Jonathan Lambert

Trio ilmuwan telah memenangkan Hadiah Nobel 2019 dalam bidang fisiologi atau kedokteran untuk pekerjaan mereka tentang bagaimana sel merasakan dan merespons oksigen.

Gregg Semenza dari Fakultas Kedokteran Universitas Johns Hopkins, William Kaelin dari Dana-Farber Cancer Institute di Boston dan Peter Ratcliffe dari Francis Crick Institute di London membuat penemuan yang berkaitan dengan sistem HIF, protein yang menyempurnakan respon sel terhadap oksigen. Tiga peneliti akan membagi hadiah 9 juta kronor Swedia, atau lebih dari $ 900.000.

Seperti lilin atau tungku, sel membutuhkan oksigen untuk berfungsi dengan benar. Jika oksigen tidak diatur dengan benar, sel bisa mati. Pekerjaan ini memiliki implikasi untuk hampir setiap aspek fisiologi mulai dari metabolisme hingga olahraga, kekebalan tubuh, perkembangan embrio, dan respons terhadap kekurangan oksigen pada ketinggian tinggi, kata anggota komite Nobel Randall Johnson, saat pengumuman hadiah oleh Majelis Nobel Karolinska. Institute di Stockholm pada 7 Oktober. Sistem HIF berperan dalam anemia, kanker, serangan jantung, stroke, dan gangguan lainnya.

“Sel secara harfiah dan kiasan tidak hidup dalam ruang hampa,” kata Dennis Brown, ahli fisiologi sel di Rumah Sakit Umum Massachusetts dan Sekolah Kedokteran Harvard di Boston. Bahkan, “kehidupan seperti yang kita tahu tidak akan ada tanpa oksigen,” katanya. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan memahami bahwa sel dapat menyesuaikan dengan tingkat oksigen yang berbeda, tetapi tidak tahu bagaimana hal itu dilakukan sampai tiga pemenang baru membuat penemuan mereka, kata Brown, yang juga merupakan kepala petugas sains untuk American Physiological Society.

Semenza dan Ratcliffe keduanya menemukan bahwa semua sel dapat merasakan ketika tingkat oksigen turun. “Tubuh Anda melakukan segala macam hal untuk menjaga tingkat oksigen dalam darah dan jaringan Anda dengan tepat,” kata ahli biologi sel Andrew Murray dari Universitas Harvard. Misalnya, pada ketinggian tinggi di mana udaranya lebih tipis, tubuh merespons dengan tidak memiliki cukup oksigen, suatu kondisi yang dikenal sebagai hipoksia, dengan menyalakan produksi erythropoietin. Protein itu, sering disebut EPO, adalah hormon yang dibuat oleh ginjal dan memberi sinyal pada sumsum tulang untuk membuat sel darah merah. Karena sel darah merah mengandung hemoglobin, yang mengangkut oksigen ke seluruh tubuh, membuat lebih banyak sel darah merah meningkatkan jumlah oksigen dalam sel dan jaringan.

Semenza melanjutkan untuk mengidentifikasi faktor yang diinduksi hipoksia, atau HIF, suatu kompleks protein yang mengaktifkan aktivitas gen yang diperlukan untuk membuat erythropoietin dan protein lain yang membantu sel menyesuaikan diri dengan kondisi rendah oksigen.

Ratcliffe, seorang ahli fisiologi ginjal, menemukan bahwa sel-sel secara konstan membuat protein HIF, tetapi jika ada cukup oksigen, sel-sel segera mengunyah protein tersebut, kata Murray. HIF dan protein lain yang dijadwalkan untuk dihancurkan ditandai dengan tanda “makan saya”, dalam bentuk protein kecil yang disebut ubiquitin (SN: 10/13/04).

Pada waktu yang hampir bersamaan dengan Ratcliffe membuat penemuannya, Kaelin, seorang ahli biologi kanker dan peneliti Howard Hughes Medical Institute, sedang mempelajari kanker bawaan yang disebut penyakit von Hippel-Lindau. Orang dengan kanker herediter ini sering memiliki tumor di pankreas, ginjal, dan kelenjar adrenal mereka serta di sistem saraf pusat. Tumor sistem saraf mungkin menyerupai kusut pembuluh darah dan kadang-kadang menghasilkan erythropoietin, indikasi bahwa sel-selnya kekurangan oksigen.

Kaelin menemukan bahwa protein, yang dikenal sebagai kompleks VHL karena mereka serba salah dalam kanker ini, membantu membubuhkan tag “eat me” ke HIF, memicu kehancurannya. Kaelin menyelidiki bagaimana VHL tahu kapan harus menandai HIF dan kapan meninggalkannya sendirian. Ketika kadar oksigen normal, HIF membentuk gugus hidroksil (masing-masing molekul oksigen dan molekul hidrogen, atau OH). Kelompok Ratcliffe dan Kaelin mengidentifikasi enzim yang bertanggung jawab untuk menempel pada kelompok hidroksil, yang merupakan sinyal bagi VHL untuk memulai penghancuran HIF. Ketika kadar oksigen turun, HIF kosong dari gugus hidroksil dan VHL mengabaikannya, memungkinkan HIF untuk memicu produksi erythropoietin dan protein lain yang dibutuhkan untuk bertahan hidup dengan oksigen rendah.

Mutasi yang menonaktifkan VHL meningkatkan kadar HIF sehingga sel kanker dapat meningkatkan aktivitas pemulungan oksigen dan mendorong pertumbuhan pembuluh darah dalam tumor, proses yang disebut angiogenesis (SN: 2/22/17). HIF juga terlibat dalam mengaktifkan produksi protein yang disebut VEGF, yang merangsang pertumbuhan pembuluh darah.

Itu sangat penting dalam kanker karena sel-sel kanker tumbuh dengan cepat dan menghabiskan pasokan oksigen mereka. Tumor dapat tumbuh hanya sekitar 1 milimeter tanpa membuat pembuluh darah baru, karena oksigen dapat berdifusi hanya sekitar setengah milimeter dari kapiler sebelum sel mengkonsumsinya, kata Murray.

Beberapa peneliti sedang mengerjakan terapi yang dapat mematikan HIF dalam sel kanker, mencekik mereka. Menghidupkan respons rendah oksigen juga dapat membantu membatasi kerusakan akibat serangan jantung atau penyakit ginjal, kata Brown.

Obat roxadustat, yang memanipulasi sistem HIF, telah disetujui di Cina untuk mengobati anemia pada pasien dengan penyakit ginjal kronis. Orang-orang mengembangkan anemia ketika ginjal kehilangan fungsi karena organ tidak menghasilkan cukup erythropoietin. Roxadustat memblokir enzim yang biasanya memecah HIF, mempertahankan saklar ini untuk meningkatkan kadar erythropoietin dan produksi sel darah merah.

Tiga peneliti tidak berkolaborasi secara langsung, kata Kaelin dalam konferensi pers yang diadakan di Dana-Farber. Tetapi “kita akan bertemu satu sama lain di pertemuan dan berbicara di sana, atau di bar setelahnya, tentang hal-hal yang akan muncul di media enam bulan dari sekarang, dan saya pikir pertukaran ide yang bebas mempercepat bidang ini. Itu memungkinkan kami mencapai kecepatan lepas dan melaju lebih cepat. ”

Penemuan trio ini dibuat pada 1990-an, tetapi seringkali butuh beberapa dekade sebelum Majelis Nobel menghadiahkan hadiah saat menunggu “tahun ketika dampak penuh dari penemuan telah menjadi jelas,” menurut almarhum Ralf Pettersson, seorang mantan ketua komite seleksi Nobel di Institut Karolinska.

“Sangat jelas bahwa kita sekarang memahami peralihan biologis mendasar ini,” kata Johnson. “Sepertinya kisah yang lengkap dan jelas.”

Dalam sebuah wawancara yang diposting di situs web Hadiah Nobel, Ratcliffe mengatakan, “kami mengatur tentang masalah regulasi EPO, yang mungkin tampak – dan tampaknya bagi sebagian orang – sebagai area khusus. Tapi saya yakin itu traktable, bisa diselesaikan oleh seseorang …. Seperti hampir semua penemuan sains, dampak itu menjadi jelas kemudian. Kami tidak benar-benar melihat jangkauan luas sistem ketika kami memulai pekerjaan. “

Ketika datang untuk memenangkan Nobel, Kaelin mengakui bahwa “Saya kadang-kadang membiarkan diri saya bermimpi bahwa mungkin suatu hari ini akan terjadi.” Tetapi pada hari Senin Nobel, Kaelin malah bermimpi jamnya berbunyi jam 5:45 EST – 15 menit setelah pengumuman dijadwalkan berlangsung di Stockholm – dan dia telah dilewati untuk hadiah. Bahkan, ia adalah yang terakhir dari tiga pemenang yang diraih karena panitia Nobel harus memanggil saudara perempuannya untuk mendapatkan nomor teleponnya. Ketika Kaelin akhirnya menerima telepon yang dia harapkan, “itu sangat tidak nyata dan saya merasa seperti keluar dari tubuh,” katanya.

Semenza, sementara itu, mengatakan bahwa sampai sekarang, “ini adalah tahun yang buruk.” Dia jatuh menuruni tangga di rumahnya pada 31 Mei dan mematahkan empat tulang belakang lehernya. Dia tidur melalui upaya pertama komite Nobel untuk memanggilnya, tetapi sampai di telepon saat mereka menelepon kembali. “Saya tidak bisa mengatakan banyak hal karena saya sangat terkejut dan terkejut,” katanya pada konferensi pers di Johns Hopkins.

Dalam krisis iklim, apakah geoengineering sepadan dengan risikonya?

Carolyn Gramling

Gagasan geoengineering – bermain-main dengan iklim untuk menunda atau menghentikan efek terburuk dari pemanasan global – telah ada selama beberapa dekade. Beberapa gagasan seperti itu telah berkembang melewati tahap percobaan pikiran, sebagian karena kekhawatiran bahwa obatnya bisa lebih buruk daripada penyakitnya. Tetapi karena peringatan mengerikan tentang dampak perubahan iklim semakin mendominasi berita, geoengineering mungkin sekali lagi akan melihat lebih dekat.

“Kita harus menyelidiki geoengineering jika kita tidak dapat mengubah perilaku kita cukup cepat untuk menangkal perubahan iklim terburuk,” catat kandidat presiden dari Partai Demokrat Andrew Yang di situs web kampanyenya. Kampanye Yang, sendirian di antara para kandidat, mengusulkan pendanaan penelitian pemerintah berskala besar ke dalam proyek-proyek intervensi iklim besar-besaran seperti cermin luar angkasa yang memantulkan radiasi matahari atau menabur benih di lautan dengan besi untuk mempromosikan pertumbuhan ganggang pengasing karbon.

Tidak semua orang yakin ini adalah ide yang bagus. Ketika berbicara tentang pembenihan laut, misalnya, ”ada ketidakpastian dan ketidaksepakatan yang cukup besar … apakah ini akan lebih berbahaya daripada kebaikan,” kata David Karl, seorang ahli kelautan di Universitas Hawaii di Manoa. Mekar alga yang luas dapat mengubah geokimia laut dalam, tambahnya. “Dengan sangat hati-hati bahwa siapa pun harus mempertimbangkan mengubah keseimbangan nutrisi laut dengan alasan apa pun.” Demikian pula, proposal untuk mengotak-atik radiasi matahari yang masuk untuk mendinginkan planet ini mungkin secara signifikan mengubah pola cuaca dan secara negatif mempengaruhi tanaman.

Apa petunjuk yang dimiliki para ilmuwan tentang kemungkinan efek geoengineering berasal dari “eksperimen alami” seperti letusan gunung berapi besar yang secara singkat tapi intens mengubah kondisi atmosfer atau lautan (SN: 9/6/19). Terlepas dari diskusi dan simulasi, atau pemodelan, dampak proyek geoengineering buatan manusia, masih ada sedikit data dunia nyata – dan ada sedikit dana yang tersedia bagi para ilmuwan yang tertarik untuk mendapatkan lebih banyak data.
Mempertimbangkan kembali penelitian

Kelangkaan data pengamatan adalah argumen untuk setidaknya mendanai penelitian baru, kata Ken Buesseler, ahli kelautan kimia di Woods Hole Oceanographic Institution di Massachusetts. “Saya rasa kita tidak memiliki informasi yang cukup untuk benar-benar memodelkan efek yang lebih besar dengan skala yang lebih besar sampai kita melakukan eksperimen itu.”

Banyak ilmuwan setuju bahwa krisis iklim begitu parah pada titik ini sehingga geoengineering setidaknya harus di atas meja, meskipun dengan peringatan. Pada bulan Oktober 2018, Akademi Ilmu Pengetahuan, Teknik dan Kedokteran Nasional mengadakan panel untuk mempertimbangkan bagaimana membuat agenda penelitian formal khusus untuk geoengineering surya, yang mencakup potensi strategi pendinginan planet seperti menambahkan aerosol ke stratosfer (SN: 8/8 / 18) atau memodifikasi atau mencerahkan awan untuk memantulkan dan menyebarkan cahaya. Agenda penelitian itu, menurut catatan Akademi, harus mencakup protokol, analisis risiko, dan studi kelayakan teknologi.

Dan pada bulan yang sama, sebuah laporan khusus oleh Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim tentang tingkat keparahan relatif dari berbagai tingkat pemanasan global termasuk bagian tentang geoengineering. Ini menyoroti potensi manfaat dan kelemahan dari strategi seperti aerosol stratosfer dan penyemaian laut (SN: 12/17/18).
Seeding the ocean

Penyemaian lautan, atau pemupukan besi, tidak biasa di antara proyek geoengineering: Tidak seperti kebanyakan proposal geoengineering, penyemaian laut sebenarnya telah dicoba di dunia nyata. Tetapi percobaan juga mendorong respons yang kuat dari kelompok-kelompok lingkungan, secara efektif menghentikan percobaan penyemaian lautan selanjutnya.

Zat besi, bahan yang diperlukan untuk pertumbuhan fitoplankton, berlimpah di darat, tetapi terbatas di lautan terbuka. Para ilmuwan telah lama mengamati bahwa debu yang berhembus ke lautan dari Sahara atau abu dari letusan gunung berapi yang besar dapat menyebarkan partikel kaya zat besi jauh ke laut, memicu mekar yang singkat namun intens. Fitoplankton mengeluarkan karbon dioksida dari udara; ketika mereka mati dan tenggelam ke dasar laut, mereka membawa karbon ke laut dalam, di mana ia diasingkan dan tidak bisa bocor ke atmosfer.

Pengamatan itu mendorong ahli kelautan John Martin dari Laboratorium Pendaratan Moss Landing di Florida untuk berdiri di sebuah konferensi pada tahun 1988 dan dengan terkenal menyindir: “Beri aku setengah kapal tanker besi, dan aku akan memberimu zaman es.”

Kata-kata Martin memulai satu dekade penelitian pemupukan besi, yang memuncak dalam serangkaian percobaan pada pertengahan 1990-an yang dikenal sebagai IronEx. Para ilmuwan menyebarkan besi di 12 petak samudera terpisah seluas 100 kilometer persegi: empat di Samudra Pasifik barat laut, dua di Pasifik khatulistiwa dan enam di Samudra Selatan (SN: 9/30/95). Percobaan pada dasarnya sukses: Semua 12 melaporkan mengukur sebanyak 15 kali lebih banyak klorofil – ukuran berapa banyak ganggang hadir – di perairan setelah percobaan.

Berapa banyak karbon yang sebenarnya diasingkan oleh mekar itu kurang jelas. Eksperimen laboratorium menunjukkan bahwa sebanyak 100.000 metrik ton karbon per ton besi yang ditambahkan mungkin diasingkan. Namun setelah beberapa minggu memantau ekspor karbon dari perairan permukaan ke perairan yang lebih dalam, para ilmuwan memperkirakan penyerapan karbon hanya sekitar 200 ton karbon per ton besi.

Tetapi angka-angka itu cukup tidak pasti, catat Buesseler. Para peneliti memiliki waktu terbatas untuk memantau ekspor karbon, dan mampu mengukur ekspor hanya sekitar 200 meter. Hari ini, adalah mungkin untuk melakukan percobaan yang sama tetapi dengan pemantauan yang lebih lama pada kedalaman yang lebih dalam, katanya, terima kasih kepada “glider dan pelampung dan lebih banyak cara untuk memantau lautan tanpa harus duduk di sana di atas kapal.”
Lebih banyak ruginya daripada kebaikan?

Meningkatnya kekhawatiran lingkungan setelah IronEx telah secara efektif mencegah percobaan ilmiah lanjutan. Beberapa simulasi komputer tentang efek pemupukan besi skala besar – pada skala yang jauh lebih besar daripada percobaan yang sebenarnya – menunjukkan bahwa mekar di satu lokasi dapat menciptakan zona mati lautan di tempat lain, atau bahwa karbon yang tenggelam dapat mengasamkan laut dalam, mengancam kedalaman laut. kehidupan laut.

Memperhatikan ketidakpastian, pada tahun 1999 kelompok aktivis Greenpeace mendesak Organisasi Maritim Internasional untuk melarang pembuangan besi di perairan internasional sebagai limbah industri. Larangan mulai berlaku pada tahun 2006.

Tetapi pemupukan besi dan penyerapan karbon masih memiliki daya pikat sebagai perusahaan komersial. Pada 2012, sebuah kelompok bernama Haida Salmon Restoration Corporation membuat kesepakatan dengan sebuah desa nelayan First Nations di Kanada barat untuk menebar benih samudra dengan 100 ton besi sulfat – lima kali lipat dari percobaan sebelumnya – dengan harapan akan meningkatkan fitoplankton dan Oleh karena itu populasi salmon. Untuk membantu mendanai proyek tersebut, perusahaan berencana untuk menjual kredit untuk karbon dioksida yang diambil oleh plankton. Meskipun Teluk Alaska memang melihat mekar berikutnya dan tangkapan salmon memecahkan rekor tahun itu, perusahaan itu bertabrakan dengan Lingkungan Kanada dan memicu perdebatan tentang geoengineering oportunistik. Lebih jauh, apakah mekar itu hasil eksperimen tidak pernah terbukti.

Pada 2017, sebuah kelompok terkait bernama Oceaneos Marine Research Foundation mengusulkan percobaan pembuahan besi di lepas pantai Chili. Sejauh ini, protes oleh para ilmuwan dan aktivis lingkungan telah membatalkan rencana itu.

Bagi Buesseler, upaya-upaya ini lebih jauh menyoroti perlunya protokol formal dalam proyek-proyek penelitian yang disponsori pemerintah dalam pembibitan laut. “Tanpa peraturan, Anda bisa mendapatkan negara jahat atau individu yang keluar dan melakukannya.”
Kesempatan bola salju

Risiko yang belum pernah terjadi sebelumnya yang ditimbulkan oleh perubahan iklim selama beberapa dekade mendatang mungkin memerlukan kemauan untuk setidaknya mempertimbangkan gagasan geoengineering yang tampaknya tidak masuk akal, kata ilmuwan iklim Anders Levermann.

Pada bulan Juli, Levermann dan rekan-rekannya di Institut Potsdam untuk Penelitian Iklim di Jerman mencatat dalam Science Advance bahwa kehilangan es dari lapisan es Antartika Barat semakin cepat; beberapa penelitian menunjukkan lapisan es sudah melewati titik di mana pengurangan emisi gas rumah kaca akan menghentikan keruntuhannya.

Bahkan tanpa keruntuhan itu, proyeksi iklim menunjukkan bahwa permukaan laut akan naik antara 0,3 meter dan 1,2 meter pada akhir abad ini (SN: 8/5/19). Tergantung pada kemungkinan – dan masih diperdebatkan – kontribusi dari jurang es tebing, permukaan laut rata-rata global dapat naik hingga 2,4 meter (SN: 2/6/19). Itu akan membuat banyak kota pesisir, termasuk sebagian besar New York, London dan Rio de Janeiro, tenggelam.

Jadi Levermann dan rekan-rekannya memutuskan untuk menjalankan eksperimen pemikiran: Bagaimana jika orang-orang menyemprotkan triliunan salju di atas lapisan es Antartika Barat? Apakah itu akan menyelamatkannya? Salju menambahkan, tim menemukan, mungkin menstabilkan lapisan es dengan mengganti es yang hilang di bagian bawahnya untuk mencair oleh perairan laut yang lebih hangat.

Perhitungan menunjukkan bahwa proyek tersebut akan membutuhkan 7,4 triliun ton, atau sekitar 7.400 kilometer kubik, air laut, yang dipompa selama 10 tahun untuk menghasilkan air untuk salju. Untuk menghidupkan pompa air laut dan meriam salju, proyek ini akan membutuhkan setidaknya 12.000 turbin angin, yang ditempatkan di Samudra Selatan. Lebih banyak daya mungkin juga diperlukan untuk menghilangkan garam air dan mencegahnya membeku di dalam pipa.

Levermann mencatat bahwa timnya tidak mengadvokasi rencana tersebut, hanya memberikan rasa skala proyek semacam itu. Ini akan menjadi upaya seukuran pendaratan di bulan, katanya, dan kerusakan agunan untuk habitat Samudra Selatan dari instalasi turbin angin kemungkinan akan signifikan. Dan rencana itu tidak akan menjadi perbaikan permanen, tetapi itu akan membeli waktu bagi masyarakat pesisir untuk bersiap menghadapi kenaikan air laut atau untuk pindah.
Membuka kembali kotak Pandora

Yang mengusulkan menyediakan sekitar $ 800 juta untuk NASA, Departemen Pertahanan dan Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional untuk penelitian geoengineering. “Dalam krisis, semua solusi harus ada di atas meja,” katanya pada 4 September di balai kota CNN yang disiarkan secara nasional tentang perubahan iklim. Tetapi banyak perangkap geoengineering potensial belum membuatnya populer dengan kandidat presiden Demokrat lainnya, yang platform iklimnya berfokus pada cara-cara untuk mengurangi ketergantungan AS pada bahan bakar fosil.

Buesseler mengakui bahwa ketika datang ke eksperimen dunia nyata, jarum hampir tidak bergerak sejak 2007, ketika ia membantu mengadakan simposium di WHOI untuk membahas status pembenihan laut.

Tetapi “Saya selalu berharap ini akan muncul kembali,” katanya. “Begitu kamu membuka kotak itu, idenya ada di luar sana.”

Nepal pulih dari wabah demam berdarah yang belum pernah terjadi sebelumnya

Gloria Dickie

KATHMANDU, Nepal – Ketika musim nyamuk membawa wabah demam berdarah ke berbagai daerah di kawasan tropis Asia, Nepal tidak perlu khawatir. Negara dataran tinggi Himalaya biasanya terlalu dingin bagi serangga pembawa penyakit untuk hidup. Tetapi dengan perubahan iklim membuka jalan baru untuk penyakit virus, Nepal sekarang terhuyung-huyung dari wabah yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Setidaknya 9.000 orang – dari 65 dari 77 distrik Nepal – telah didiagnosis dengan demam berdarah sejak Agustus, termasuk enam pasien yang telah meninggal, menurut data kesehatan pemerintah.

“Kami belum pernah mengalami wabah seperti ini sebelumnya,” kata Dr. Basu Dev Pandey, direktur Rumah Sakit Penyakit Tropis dan Penyakit Menular Sukraraj di ibu kota negara, Kathmandu. Dengan lusinan orang yang disiapkan untuk tes darah pada 26 September di klinik demam terdekat, yang didirikan tahun ini untuk menangani wabah, Pandey melanjutkan: “Orang-orang takut.”

Demam berdarah dibawa oleh nyamuk Aedes aegypti dan A. albopictus, dan telah lama dikaitkan dengan iklim tropis yang lebih hangat dan dataran rendah di mana serangga berkembang. Tetapi selama bertahun-tahun, para peneliti telah memperingatkan bahwa demam berdarah dan penyakit-penyakit lain yang ditularkan oleh nyamuk akan menyebar ke daerah-daerah baru, karena perubahan iklim membawa suhu yang lebih hangat dan mengubah pola curah hujan sehingga daerah yang lebih dingin menjadi lebih ramah terhadap nyamuk (SN: 9/15/11).

Nepal terbukti menjadi contoh nyata dari perubahan ini. Negara itu mengalami wabah demam berdarah pertama kali pada tahun 2006, tetapi hanya sedikit orang yang terkena dampak tahun itu dari distrik dataran rendah di sepanjang perbatasan selatan dengan India.

“Perubahan iklim telah menciptakan kondisi untuk transmisi demam berdarah di tempat yang lebih tinggi,” kata Meghnath Dhimal, kepala peneliti di Dewan Penelitian Kesehatan Nepal, sebuah badan pemerintah yang berbasis di Kathmandu. Suhu atmosfer di Pegunungan Himalaya telah meningkat rata-rata 0,2 derajat Celcius per dekade. Jadi di seluruh Nepal, ada semakin banyak hari setiap tahun yang jatuh ke kisaran suhu ideal untuk A. aegypti dari 20 ° hingga 30 ° Celcius, kata Dhimal. Daerah-daerah seperti ibu kota memiliki lebih sedikit malam musim panas dan hari-hari di bawah 15 ° C, di mana nyamuk cenderung berhenti makan.

Nepal juga menyaksikan curah hujan monsun terberat dalam satu dekade di bulan Juli, dengan banjir besar dilaporkan terjadi di seluruh negeri. Banjir biasanya menyebabkan genangan air yang tergenang, tempat berkembang biak utama nyamuk. Dalam beberapa tahun terakhir, negara itu mulai menyemprotkan insektisida untuk mengendalikan populasi nyamuk di Kathmandu, yang berada di lembah gunung sekitar 1.400 meter di atas permukaan laut.

Penyakit itu, yang telah menyebabkan wabah parah hanya di sembilan negara sebelum tahun 1970, sekarang menjadi endemik di lebih dari 100 negara, menurut Organisasi Kesehatan Dunia. Diperkirakan 390 juta orang di seluruh dunia mendapatkan infeksi dengue setiap tahun, dengan sekitar seperempat gejala berkembang, kata para peneliti dalam sebuah makalah 2013 di Nature.

Beberapa dari penyebaran itu dijelaskan oleh urbanisasi serta perjalanan dan perdagangan global. Tetapi penelitian menunjukkan bahwa suhu atmosfer adalah pendorong paling penting untuk distribusi dan risiko demam berdarah, diikuti oleh pola curah hujan, menurut makalah ulasan tahun 2016 dalam Environmental Research.

Dengan perubahan iklim, “suhu yang lebih panas dapat mempengaruhi nyamuk dan virus,” kata rekan penulis Kristie Ebi, seorang ahli kesehatan masyarakat di University of Washington di Seattle. Iklim yang lebih panas membantu larva nyamuk berkembang lebih cepat hingga dewasa, sambil juga meningkatkan kecepatan virus dengue bereplikasi di dalam nyamuk, katanya.

“Tampaknya ada wabah demam berdarah di seluruh dunia tahun ini,” kata Ebi. Pada bulan Agustus, misalnya, Filipina mengumumkan keadaan darurat nasional setelah demam berdarah menewaskan sekitar 300 orang dan diduga membuat 77.000 lainnya sakit dalam 20 minggu pertama tahun 2019 – hampir dua kali lipat jumlah kasus yang dilaporkan selama periode yang sama tahun sebelumnya di Tenggara. Negara pulau asia.

Dan di seluruh dunia, itu hanya akan menjadi lebih buruk, menurut sebuah penelitian yang diterbitkan 10 Juni di Nature Microbiology. Dalam pekerjaan itu, para peneliti membangun peta distribusi demam berdarah global pada tahun 2015, dan kemudian memperkirakan bagaimana perubahan iklim serta tren sosial ekonomi dan populasi akan membuat daerah-daerah baru cocok untuk transmisi demam berdarah. Pada tahun 2050, wilayah-wilayah itu akan mencakup kota-kota di pesisir Cina dan Jepang, Afrika selatan, dan Amerika Serikat bagian tenggara, menurut ahli epidemiologi Janey Messina di Universitas Oxford dan rekan-rekannya.

Tren serupa juga diperkirakan – jika belum terlihat – untuk penyakit virus yang digerakkan oleh serangga lainnya, termasuk virus West Nile (SN: 11/28/18), chikungunya (SN: 6/2/15) dan penyakit Lyme yang ditularkan melalui kutu ( SN: 8/9/17).

Para ilmuwan telah bekerja untuk mengembangkan vaksin melawan demam berdarah (SN: 6/15/16), tetapi masih belum ada obat yang terbukti. Dokter hanya dapat meredakan gejala yang meliputi sakit kepala, demam tinggi, nyeri otot parah, mual dan ruam kulit. Tanpa perawatan untuk gejalanya, penyakit ini bisa mematikan, menewaskan sekitar 20.000 orang per tahun, menurut WHO. Bahkan dengan perawatan, orang-orang biasanya sakit dan tidak dapat bekerja selama beberapa minggu jika tidak berbulan-bulan.

Burung yang bersarang membuat kantong-kantong kehidupan tanaman yang kaya di lanskap gurun

Priyanka Runwal

Di padang pasir pesisir yang haus hujan, bercak-bercak kecil yang secara mengejutkan kaya akan kehidupan tanaman memenuhi pemandangan. Burrowing birds mungkin bertanggung jawab, kata para ilmuwan.

Gundukan pasir disapu oleh burung hantu penggali sarang dan burung penambang menggali lebih banyak bibit dan varietas tanaman eksklusif dibandingkan dengan tanah yang tidak terganggu di sekitarnya, para peneliti dari Universitas Nasional San Marcos di Lima, Peru melaporkan dalam Journal of Arid Environments, Oktober. Meskipun gundukan memiliki lebih sedikit biji, struktur tersebut dapat menyediakan lingkungan perkecambahan yang terlindung dan lembab pada awal musim tanam – tidak seperti tanah berkerak yang berdekatan yang dilapisi oleh cyanobacteria, lumut, lumut, dan alga.

“Kemampuan benih untuk berkecambah di padang pasir adalah tugas yang menakutkan,” kata Jayne Belnap, seorang ahli ekologi Survei Geologi AS yang berbasis di Moab, Utah, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, “terutama jika Anda memiliki kerak.”

Kerak itu menghambat pertumbuhan benih dengan dua cara. Biji yang terdampar di bagian atas terpapar pada lingkungan yang keras, dan mungkin tidak dapat tumbuh sama sekali. Dan kerak itu sendiri dapat bertindak sebagai penghalang bagi air untuk mencapai benih yang terkubur, dan agar bibit muncul.

Tetapi ketika burung-burung yang menggali memecahkan kerak dan menggali pasir, biji-bijian dapat bercampur ke dalam pasir, dan air mungkin menggenang di antara pasir dan kerak yang dilemparkan, kata para peneliti. Itu memungkinkan benih terkubur dan menumpuk uap air yang dibutuhkan untuk berkecambah.

Meskipun diketahui bahwa mamalia penggali dapat memecah tanah yang dipadatkan dan menciptakan hot spot kaya nutrisi yang ideal untuk pembentukan tanaman, penelitian ini adalah yang pertama untuk mendokumentasikan rekayasa ekosistem serupa yang dilakukan oleh burung lahan kering.

Pada 2016, Maria Cristina Rengifo-Faiffer, seorang ahli ekologi di Universitas Arizona Utara di Flagstaff, mengumpulkan tanah di Cagar Nasional Lachay di Peru. Daerah ini terletak di bagian Gurun Atacama (SN: 2/27/18) di mana loma, atau oasis kabut, ada. Jarang hujan di sana dan sebagian besar tanaman mengandalkan kabut musim dingin selama tiga bulan untuk menyelesaikan siklus hidupnya.

Sampel berasal dari 61 gundukan yang digali oleh tiga spesies burung – burung hantu bersarang (Athene cunicularia), penambang pantai (Geositta peruviana) dan penambang keabu-abuan (G. maritima) – serta dari daerah yang tidak terganggu yang berdekatan. Dia menyirami tanah dan membiarkan benih tumbuh di rumah kaca, menggunakannya sebagai proksi untuk berapa banyak benih yang hidup di tanah.

Gundukan burung, rata-rata, menampung 1.015 biji per meter persegi, sementara daerah kerak tanah berukuran sama menampung 2.740 biji, Rengifo-Faiffer dan ahli ekologi Cesar Arana menemukan.

Tetapi katalog perkecambahan alami di gurun menemukan bahwa tanah yang dilemparkan burung jauh lebih subur daripada kerak: Rata-rata, 213 bibit tumbuh dari gundukan burung dibandingkan dengan 176 yang muncul dari tanah berkerak yang berdekatan.

Tim juga menemukan bahwa lima spesies tanaman muncul secara eksklusif di daerah yang terganggu burung, termasuk spesies Amaranthaceae dan Malvaceae. “Mikrohabitat” yang diciptakan oleh burung-burung yang menggali ini penting untuk menjaga keanekaragaman tanaman, kata Rengifo-Faiffer.

“Bagi saya, itu bagian paling keren dari penelitian ini,” kata Belnap. “Anda memfasilitasi keberadaan spesies lain dengan membuat lubang ini terjadi.”

Fisika Nobel diberikan untuk penemuan tentang evolusi dan planet ekstrasurya

Emily Conover and Lisa Grossman

Dua set penemuan kosmik telah mengumpulkan Hadiah Nobel 2019 dalam fisika.

Setengah dari 9 juta hadiah kronor Swedia (sekitar $ 900.000) jatuh ke James Peebles dari Universitas Princeton, yang menemukan alat teoretis baru untuk mempelajari alam semesta. Penelitiannya meliputi studi tentang latar belakang gelombang mikro kosmik, atau CMB, cahaya yang dipancarkan awal di alam semesta. Karya itu akhirnya membantu mengungkap komponen misterius kosmos – materi gelap dan energi gelap.

Paruh kedua hadiah diberikan kepada Michel Mayor dari University of Geneva dan Didier Queloz dari University of Geneva dan University of Cambridge, untuk penemuan pertama sebuah planet ekstrasurya yang mengorbit bintang bertipe surya (SN: 11/25 / 95). Temuan itu telah membentuk kembali pemahaman ilmuwan tentang lingkungan kosmik kita.

Kedua penemuan ini mengungkap komponen fundamental dari alam semesta yang tidak terlihat oleh mata manusia. Karya Peebles membantu membuktikan bahwa hanya 5 persen dari isi alam semesta adalah hal biasa yang membentuk planet dan manusia (SN: 7/24/18). Sisanya adalah materi gelap (sekitar 27 persen), yang hampir tidak menyentuh materi biasa kecuali melalui gravitasi, dan energi gelap (sekitar 68 persen), yang memaksa alam semesta untuk berekspansi lebih cepat.

Penemuan energi gelap memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 2011.

Menggunakan secangkir kopi sebagai metafora untuk alam semesta awal, anggota komite Nobel dan fisikawan Ulf Danielsson menggambarkan materi biasa sebagai sedikit gula yang ditaburkan ke dalam cairan yang berputar-putar, mewakili materi gelap dan energi gelap. “Inilah yang telah menjadi ilmu pengetahuan selama ribuan tahun – sampai sekarang,” katanya.

Melalui karya Peebles, “kosmologi berkembang menjadi ilmu presisi,” kata Danielsson.

Fisikawan memuji Peebles setelah pengumuman penghargaan. “Jim adalah salah satu bapak kosmologi fisik yang meletakkan dasar bagi teori standar yang sekarang sangat berhasil tentang struktur dan sejarah alam semesta,” kata fisikawan David Gross, presiden American Physical Society, dalam email.

Ahli kosmologi Michael Turner mencatat bahwa, dalam beberapa dekade terakhir, pemahaman para ilmuwan tentang alam semesta dan isinya telah berkembang pesat, menghasilkan model alam semesta yang tepat yang dikenal sebagai lambda-CDM. Peebles “memiliki sidik jarinya,” kata Turner, dari University of Chicago. “Dia terlibat dalam setiap perkembangan besar dalam kosmologi selama 50 tahun terakhir.”

Planet ekstrasurya pertama yang ditemukan di sekitar bintang mirip matahari juga tidak terlihat secara langsung. Pada 1995, Walikota dan Queloz menemukan planet bermassa Jupiter yang mengorbit bintang 51 Pegasi dengan menyaksikan cara planet menarik bintang itu. Gravitasi planet ini membuat bintang itu sedikit goyang, membuat cahaya bintang bergeser dari sedikit lebih biru menjadi sedikit lebih merah ketika bintang bergerak ke arah dan menjauh dari Bumi.

Planet pertama itu, 51 Pegasi b, tidak seperti apa pun yang ada di tata surya kita. Itu terletak lebih dekat dengan bintangnya daripada Merkurius lakukan ke matahari. Para ilmuwan berpikir bahwa mustahil bagi planet untuk membentuk begitu dekat dengan bintang-bintang mereka, sampai mereka menemukannya.

“Sangat menarik bagi saya untuk berpikir … bahwa kami memiliki teori yang cukup bagus tentang bagaimana planet terbentuk sebelum planet ekstrasurya pertama ditemukan,” kata Peebles saat konferensi pers. “Itu ilustrasi yang bagus tentang sifat ilmu pengetahuan, bukan?”

Sejak penemuan 51 Pegasi b, lebih dari 4.000 exoplanet telah ditemukan mengorbit bintang yang jauh. Astronom sekarang dapat mempelajari sistem planet individu dan populasi planet secara keseluruhan untuk memahami bagaimana dunia alien terbentuk dan berevolusi. Para ilmuwan juga merencanakan bagaimana mencari tanda-tanda kehidupan di atmosfer planet ekstrasurya (SN: 10/4/19).

“Ada alasan [51 Pegasi b] ditemukan pertama kali – ini adalah jenis planet yang paling mudah ditemukan,” kata ilmuwan exoplanet David Charbonneau dari Universitas Harvard. Planet-planet besar yang mengorbit dekat memiliki pengaruh terbesar pada bintang-bintang mereka.

Sejak 51 Pegasi b, “para astronom telah bergerak menuju planet yang lebih kecil dan planet yang lebih dingin” yang lebih mirip Bumi, kata Charbonneau. “Ada banyak antusiasme di lapangan bahwa, dengan teleskop yang tepat, kita benar-benar bisa … mencari tahu apakah ada kehidupan di planet lain atau tidak.”

Charbonneau mengatakan “sudah waktunya” bagi ilmu eksoplanet untuk diakui dengan Hadiah Nobel. “Masyarakat benar-benar setuju bahwa penemuan 51 Peg adalah penemuan yang benar-benar memicu ladang,” katanya.

Ilmuwan planet ekstrasurya lainnya lebih terkejut. Sara Seager dari MIT tidak berharap bidangnya memenangkan penghargaan tertinggi. “Aku sangat berlantai,” katanya.

Hadiah itu merupakan dorongan besar bagi sains planet ekstrasurya, yang oleh sebagian orang masih dipandang sebagai “upaya pengumpulan sembrono, hampir tak terkendali,” katanya. Hanya dalam 25 tahun, “kami berubah dari batas yang tidak jelas dan menggelikan menjadi ilmu arus utama yang layak menerima Nobel.”