Od „superludzi” do sekwencjonowania: jak nauka w ciągu najbliższych 50 lat może ukształtować nasz świat

Nasz świat zmienił się w ciągu ostatnich 50 lat dzięki odkryciom naukowym, które kiedyś uważano za niemożliwe.

Takie wydarzenia jak rozwój Internetu, odszyfrowanie ludzkiego genomu i szybki postęp w dziedzinie sztucznej inteligencji zmieniły sposób, w jaki rozumiemy wszechświat.

Ale co będzie dalej?

Aby uczcić 50. rocznicę programu naukowego Quirks & Quarks w radiu CBC, gospodarz Bob McDonald przemawiał do sześciu czołowych kanadyjskich naukowców przed publicznością w Instytucie Fizyki Teoretycznej Perimeter w Waterloo w Ontario.

Ich misją było wyobrażenie sobie, co może przynieść nauka w ciągu następnych 50 lat. Od nowych sposobów uprawy żywności po zgłębianie tajemnic kosmosu – oto, co według nich stanowi nowe granice.

Modernizacja rolnictwa

Jak powiedział Evan Fraser, dyrektor Arrell Food Institute na Uniwersytecie w Guelph, „jednym z największych wyzwań naszego pokolenia będzie zapewnienie pożywienia wszystkim ludziom bez doprowadzania planety do granic wytrzymałości”.

Obecnie na świecie żyje ponad 8 miliardów ludzi, a według prognoz ONZ do połowy lat 80. XXI wieku liczba ta wzrośnie do 10,3 miliarda.

Wyjaśnił, że systemy żywnościowe i rolnicze odpowiadają za około jedną trzecią globalnej emisji gazów cieplarnianych. Emisje te pochodzą z różnych etapów produkcji żywności, w tym hodowli zwierząt, uprawy roślin, przetwarzania odpadów i transportu.

Fraser stwierdził, że po 50 latach skupiania się niemal wyłącznie na „produkowaniu większej ilości żywności z akra” rolnictwo nowej ery musi przyjąć szerszą perspektywę — taką, która będzie kładła nacisk nie tylko na produkcję, ale także na zrównoważony rozwój, odżywianie i łagodzenie zmian klimatu.

Ta zmiana już trwa. W niektórych kanadyjskich gospodarstwach rolnych, jak powiedział Fraser, drony są używane do skanowania pól w poszukiwaniu chwastów zaledwie kilka godzin po ich wykiełkowaniu. Następnie pojawia się drugi dron, rozpylający „niewielką ilość herbicydu”, co ogranicza zużycie środków chemicznych i chroni uprawy.

Dodał, że innowacje zachodzą również w glebie. Niektóre nowe nawozy wykorzystują mikroorganizmy, aby pomóc roślinom wytwarzać własny azot, co pozwala obniżyć ogromne koszty energii związane z tradycyjnymi nawozami produkowanymi fabrycznie.

Tymczasem w laboratorium „fermentacja precyzyjna” zyskuje na popularności. Podobnie jak drożdże zamieniające cukier w alkohol, tak zmodyfikowane mikroby mogą wytwarzać białka, takie jak mleko, tłuszcz wieprzowy i serwatka, powiedział Fraser. Ta metoda wymaga mniej ziemi, wody i energii niż tradycyjne rolnictwo do wytworzenia tego samego produktu i przyczynia się do zwiększenia bezpieczeństwa żywnościowego.

Pokonywanie zmian klimatycznych

Laura Tozer, adiunkt w Katedrze Studiów Środowiskowych Uniwersytetu w Toronto Scarborough, powiedziała, że ​​w kontekście zmian klimatycznych łatwo jest „wyobrazić sobie apokalipsę”.

Ale rzeczywistość – dodała – jest bardziej optymistyczna, ponieważ wiele narzędzi niezbędnych do walki ze zmianami klimatu już istnieje.

Mówi, że droga naprzód prowadzi do porzucenia paliw kopalnych i przejścia na energię odnawialną. Energia wiatrowa i słoneczna oferują, jak to nazywa, darmowe paliwo, ale wykorzystanie ich pełnego potencjału oznacza modernizację sieci energetycznej, aby lepiej wspierać czystą energię elektryczną.

„Wiele z nich potrzebuje innowacji, aby stać się tańszymi, łatwiejszymi w użyciu, mniejszymi i bardziej dostępnymi” – powiedział Tozer.

Wyobraża sobie przyszłość, w której czysta energia będzie bezproblemowo wykorzystywana w domach wszystkich Kanadyjczyków, a zarówno wiejskie domy, jak i podmiejskie bloki mieszkalne będą zasilane energią słoneczną.

Kolejna rewolucja w genetyce

Yvonne Bombard, naukowiec i badaczka zajmująca się genomiką w Unity Health St. Michael's Hospital, stwierdziła, że ​​postęp w dziedzinie genetyki jest „obfity”.

Bombard twierdzi, że ten szybki postęp zapoczątkował nową erę medycyny spersonalizowanej, w której leczenie, zwłaszcza złożonych chorób, takich jak rak, może być dostosowane do indywidualnego kodu genetycznego danej osoby.

Bombard powiedział, że przyszłość leży we wprowadzeniu tego typu testów do codziennej opieki zdrowotnej. Lekarze będą mogli w przyszłości wykorzystywać profil genetyczny pacjenta do precyzyjnego dobierania dawek leków lub zalecania konkretnych zmian w stylu życia, pomagając wykryć, a nawet zapobiec chorobie, zanim się rozwinie.

Zauważyła jednak, że większość istniejących danych genetycznych pochodzi od osób pochodzenia europejskiego, co oznacza, że ​​wyniki w przypadku innych populacji są często mniej dokładne.

„Musimy zapewnić pełne zaangażowanie społeczeństwa, aby [wszystkie] społeczeństwa mogły skorzystać z osiągnięć medycyny genomicznej” – powiedział Bombard, który pełni również funkcję kierownika Katedry Badań nad Genomiką w Dziedzinie Usług Zdrowotnych i Polityki.

Bioniczne istoty ludzkie

Ana Luisa Trejos uważa, że ​​robotyka przyszłości może uczynić ludzi „nadludźmi”.

Trejos pracuje nad przenośnymi egzoszkieletami, czyli systemami robotycznymi zaprojektowanymi w celu wspomagania lub usprawniania ludzkiego ciała i dostosowanymi do indywidualnych potrzeb.

Według Trejos, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Western University, niektóre z tych egzoszkieletów będą wykorzystywać implanty mózgowe do wykrywania intencji ruchu danej osoby, dzięki czemu protezy będą przypominać naturalne kończyny. Dodaje również, że w przyszłości urządzenia mogłyby zastąpić dowolną część naszego ciała.

Kolejnym krokiem, jak mówi, będzie zasilanie tych systemów energią własną użytkownika. Wyobraża sobie miękkie, wypełnione czujnikami ubrania, które nie tylko wspomagają ruch, ale wręcz go wzmacniają.

„Może to nawet poprawić nasze wyniki, [aby] wykroczyć poza nasze naturalne zdolności i stworzyć nadczłowieka, który pozwoli nam działać o wiele lepiej” – powiedział Trejos.

Początki wszechświata

Według Europejskiej Agencji Kosmicznej nadal nie wiemy, z czego składa się 95 procent wszechświata.

Ta zagadka stanowi podstawę pracy Katie Mack, astrofizyczki teoretycznej w Instytucie Fizyki Teoretycznej Perimeter w Waterloo w Ontario.

W centrum nieznanego, jak powiedziała, znajdują się dwie tajemnicze siły: ciemna materia i ciemna energia.

„[Ciemna materia] wydaje się utrzymywać galaktykę w całości” – powiedział Mack. „Wydaje się, że to fundament, na którym zbudowana jest cała obserwowana przez nas materia”.

Według Macka ciemna materia stanowi około 85 procent masy Wszechświata. Choć jest niewidoczna, jej obecność ujawnia się poprzez sposób, w jaki wpływa na ruch gwiazd i zakrzywia światło.

Naukowcy wciąż nie odkryli, z czego tak naprawdę jest zrobiony.

Istnieje też ciemna energia, powiedział Mack, siła, która prawdopodobnie odpowiada za przyspieszenie rozszerzania się wszechświata.

Jak powiedział Mack, który piastuje również stanowisko profesora Hawking Chair w dziedzinie kosmologii i komunikacji naukowej, naukowcy z całego świata ścigają się ze sobą, by rozwiązać tę zagadkę, wykorzystując do tego celu głęboko pod ziemią laboratoria oraz ogromne akceleratory cząstek.

„Naprawdę myślę, że znajdziemy coś niesamowitego” – powiedziała.

A co ze sztuczną inteligencją?

Sztuczna inteligencja jest teraz „bardzo w modzie” – od integracji z samochodami i telefonami, po lodówki i gadatliwe chatboty, takie jak ChatGPT – powiedział Luke Stark, adiunkt na Wydziale Studiów Informacyjnych i Mediów na Western University.

Mimo to wątpi, że w ciągu najbliższych 50 lat pojawią się maszyny zdolne do rozumowania i rozwiązywania problemów na poziomie ludzkim.

Choć narzędzia takie jak ChatGPT mogą wydawać się ludzkie, to nie przypadek. Stark wyjaśnia, że ​​firmy takie jak OpenAI celowo projektują te systemy tak, aby mówiły w pierwszej osobie i naśladowały naturalną konwersację.

Twierdzi, że w ciągu najbliższych 50 lat odbędzie się wiele dyskusji na temat tego, kto ma prawo rozwijać i kontrolować sztuczną inteligencję oraz kto może decydować o roli, jaką te narzędzia będą odgrywać w naszym społeczeństwie.

„Ludzie, którzy to tworzą, często chcą, żebyśmy myśleli, że to coś w rodzaju science fiction, prawda?” powiedział Stark.

„Myślę, że pytanie brzmi: »Czy możemy zwracać uwagę na to, w jaki sposób te narzędzia zmieniają rzeczywistość, i czy możemy upewnić się, że zmieniają ją w sposób korzystny dla wszystkich?«”