สุดยอดความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์แห่งปี 2021: ความลับใต้โลก ความหวังต่างดาว และอัศจรรย์สมองมนุษย์

ค.ศ. 2021 หรือ พ.ศ. 2564 ที่กำลังจะผ่านพ้นไปนี้ นับเป็นอีกหนึ่งปีที่โลกต้องเผชิญกับการระบาดใหญ่ของโรคโควิด-19 ระลอกแล้วระลอกเล่า จนดูเหมือนว่าวิทยาการปัจจุบันของมนุษย์ยังไม่สามารถจะเอาชนะวิกฤตทางการแพทย์และสาธารณสุขนี้ไปได้เสียที อย่างไรก็ตาม อุปสรรคเหล่านี้ไม่อาจขัดขวางความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในแขนงอื่น ๆ โดยยังมีการค้นพบมากมายเกี่ยวกับดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา พลังงานนิวเคลียร์ และประสาทวิทยาศาสตร์ในปีนี้

โลกมีโครงสร้างชั้นที่ 5 ซ่อนอยู่ใต้แก่นชั้นใน

แม้จะสันนิษฐานกันมานานแล้วว่า โลกของเรามีโครงสร้างที่ลึกลงไปภายในมากกว่า 4 ชั้น ซึ่งต่างจากสิ่งที่ตำราเรียนได้เคยระบุเอาไว้ แต่ปีนี้นักวิทยาศาสตร์เพิ่งจะพบหลักฐานที่ยืนยันได้ว่า ภายใต้แก่นโลกชั้นใน (inner core) ยังมีชั้นของแร่ธาตุที่มีโครงสร้างต่างออกไปซ่อนอยู่อีกเป็นชั้นที่ 5 ด้วย

มีการวิเคราะห์ความเร็วและการหักเหเบี่ยงเบนทิศทางของคลื่นแผ่นดินไหว ขณะที่มันเคลื่อนผ่านโครงสร้างของโลกในชั้นต่าง ๆ ผลปรากฏว่าพบคลื่นแผ่นดินไหวจำนวนมากเคลื่อนที่ได้ช้าลง และพบการเบี่ยงเบนราว 54 องศา ขณะเคลื่อนผ่านด้านในสุดของโลก ซึ่งชี้ชัดว่ายังมีแก่นชั้นในซ้อนอยู่อีกชั้นหนึ่ง และอาจเป็นเหล็กที่มีการจัดเรียงตัวของผลึกโลหะแตกต่างจากโครงสร้างชั้นอื่น ๆ

หลักฐานใหม่ยืนยัน โลกมีโครงสร้างชั้นที่ 5 ซ่อนอยู่ใต้แก่นชั้นใน

สำรวจโลกใหม่บนดาวอังคารและดาวศุกร์

ปีนี้ถือเป็นปีแห่งความก้าวหน้าในการสำรวจดาวอังคารอย่างแท้จริง เพราะทั้งองค์การนาซาของสหรัฐฯและทางการจีนได้ส่งหุ่นยนต์ลงไปยังพื้นผิวของดาวอังคารได้สำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหุ่นยนต์ที่เป็นรถตระเวนสำรวจตัวใหม่ของนาซา "เพอร์เซเวียแรนซ์" (Perseverance) ได้ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์มากมาย เพื่อเตรียมปูทางสู่การตั้งถิ่นฐานของมนุษย์บนดาวอังคารในอนาคต ไม่ว่าจะเป็นการทดสอบบินเฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็ก ซึ่งเป็นอากาศยานที่บินบนดาวดวงอื่นลำแรกของมนุษยชาติ รวมทั้งใช้อุปกรณ์เปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวอังคารให้กลายเป็นออกซิเจนได้สำเร็จ

หุ่นยนต์ "เพอร์เซเวียแรนซ์" ลงจอดบนดาวอังคารได้สำเร็จแล้ว

ส่วนความหวังเรื่องการพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตบนดาวศุกร์ ซึ่งยังคงเป็นที่ถกเถียงกันต่อเนื่องมาจากปีที่แล้วนั้น มีความคืบหน้าในการตรวจสอบสารฟอสฟีน (phosphine) ที่บ่งชี้ถึงการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตในชั้นบรรยากาศ โดยมีแนวโน้มว่าฟอสฟีนที่ตรวจพบนั้นมีอยู่น้อยเกินไป และน่าจะมาจากภูเขาไฟบนดาวศุกร์มากกว่าจะเป็นผลผลิตของจุลชีพ นอกจากนี้ บรรยากาศของดาวศุกร์นั้นแทบจะไม่มีน้ำเลย ทำให้สภาพแวดล้อมแห้งเกินกว่าที่สิ่งมีชีวิตใดจะอาศัยอยู่ได้

อย่างไรก็ดียังคงมีงานวิจัยล่าสุดที่ชี้ว่า ระดับของแสงอาทิตย์ รวมทั้งความเป็นกรดเป็นด่าง และความเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงของน้ำในกลุ่มเมฆของดาวศุกร์ เอื้ออำนวยต่อการจับพลังงานแสงอาทิตย์มาเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในสิ่งมีชีวิตได้ เหมือนกับที่พบในการสังเคราะห์ด้วยแสง

วัคซีนป้องกันไข้มาลาเรียที่รอมานานเกือบ 30 ปี

สำหรับความก้าวหน้าทางการแพทย์ในปีนี้ นอกจากการพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคโควิด-19 แบบใหม่ ๆ และยาต้านไวรัส "แพ็กซ์โลวิด" (Paxlovid) ของไฟเซอร์ ที่ลดความเสี่ยงป่วยหนักหรือเสียชีวิตจากโควิดได้สูงสุดถึง 89% แล้ว นักวิจัยยังประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัคซีนป้องกันไข้มาลาเรีย ที่ใช้เวลาคิดค้นและทดสอบกันมานานถึงเกือบ 30 ปีอีกด้วย

มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดซึ่งเป็นผู้พัฒนาวัคซีนดังกล่าวบอกว่า นี่เป็นครั้งแรกที่วัคซีนใช้ได้ผลโดยมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ 77% ผ่านเกณฑ์กำหนดขององค์การอนามัยโลก (WHO) หลังจากที่ก่อนหน้านี้การทดลองวัคซีนล้มเหลวบ่อยครั้ง เนื่องจากมียีนก่อโรคหลายพันตัวในเชื้อปรสิตที่เป็นสาเหตุของไข้มาลาเรีย

วัคซีนสำคัญชนิดนี้จะช่วยหยุดยั้งการระบาดของไข้มาลาเรีย ที่คร่าชีวิตผู้คนทั่วโลกกว่า 4 แสนคนต่อปี ซึ่งในจำนวนนี้ส่วนใหญ่เป็นเด็กในทวีปแอฟริกา

อ็อกซ์ฟอร์ดทดลองวัคซีนมาลาเรียสำเร็จ มีประสิทธิภาพสูงถึง 77 %

การแพทย์ล้ำสมัยไปกับหมูน้อยธรรมดา

ท่ามกลางสถานการณ์การระบาดของโรคโควิด-19 ที่ยังทรงตัว การคิดค้นวิธีใหม่ ๆ เพื่อช่วยชีวิตผู้ป่วยที่ระบบทางเดินหายใจล้มเหลวมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในปีนี้ทีมนักวิจัยญี่ปุ่นพบว่า การนำออกซิเจนเข้าสู่กระแสเลือดผ่านช่องทางพิสดารอย่างรูทวารหนัก สามารถช่วยชีวิตสัตว์บางชนิดเช่นหมูและหนูทดลอง ซึ่งมีโครงสร้างร่างกายคล้ายคลึงกับมนุษย์ได้

วิธีหายใจทางก้นแบบนี้ทำได้โดยนำของเหลว "เพอร์ฟลูออโรคาร์บอน" (PFC) ซึ่งอิ่มตัวด้วยออกซิเจนมาสวนทวาร เพื่อให้ออกซิเจนซึมผ่านผนังลำไส้ ถือว่าเป็นทางเลือกหนึ่งในการช่วยชีวิตผู้มีภาวะขาดออกซิเจน แต่ไม่สามารถใช้เครื่องช่วยหายใจหรือปอดเทียมได้

ญี่ปุ่นทดลองให้หมู "หายใจทางก้น" สำเร็จ เล็งประยุกต์ใช้ช่วยชีวิตมนุษย์

ส่วนทีมศัลยแพทย์สหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการปลูกถ่ายไตหมูให้กับมนุษย์ โดยภูมิคุ้มกันร่างกายของผู้รับบริจาคไม่ปฏิเสธอวัยวะสัตว์ดังกล่าว เนื่องจากไตหมูนี้ได้ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อไม่ให้เกิดปฏิกิริยาต่อต้านมาแล้ว

การใช้อวัยวะสัตว์ปลูกถ่ายให้กับมนุษย์โดยตรงเช่นนี้ ถือเป็นการแก้ปัญหาเรื่องอวัยวะทดแทนจากมนุษย์ด้วยกัน ซึ่งมักจะหาได้ยากและอาจต้องรอการบริจาคนานจนไม่ทันการณ์ อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนมองว่าจะต้องมีการศึกษาเรื่องจริยธรรมที่เกี่ยวข้องให้มากกว่านี้

คณะศัลยแพทย์สหรัฐฯ ทดลองการปลูกถ่ายไตหมูในมนุษย์ได้สำเร็จ

อัศจรรย์แห่งสมองมนุษย์

ความก้าวหน้าของวิทยาการด้านประสาทวิทยาศาสตร์ (Neuroscience) ถือว่าโดดเด่นไม่น้อยเช่นกันในปีนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคนิคเชื่อมต่อการทำงานของสมองกับโลกภายนอก ซึ่งจะช่วยให้เราสั่งการหรือใช้งานอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ด้วยความคิด รวมทั้งสื่อสารทำความเข้าใจกับคนที่เป็นอัมพาตได้ดียิ่งขึ้น

เริ่มจากโครงการนิวรัลลิงก์ (Neuralink) ของอีลอน มัสก์ ที่สาธิตการเล่นเกมตีปิงปองในคอมพิวเตอร์ของลิงตัวหนึ่ง ซึ่งมันใช้เพียงความคิดบังคับไม้ตีลูกปิงปองบนจอได้ โดยไม่ต้องกดปุ่มหรือใช้จอยสติ๊กเลย เหตุที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะมีการฝังชิปไว้ที่เปลือกสมองทั้งซีกซ้ายและขวา รวมทั้งขั้วไฟฟ้ากว่า 2,000 ขั้ว ทำให้ถอดรหัสสัญญาณประสาทในสมองและส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ได้แบบไร้สาย ด้วยความเร็วถึง 48 เมกะบิตต่อวินาที

นอกจากนี้ยังมีผลงานใหม่ของนักวิทยาศาสตร์อีกหลายทีม ที่ต่างก็แข่งกันพัฒนาระบบสื่อสารกับผู้ป่วยอัมพาตโดยใช้สัญญาณประสาทในสมอง เช่นการเขียนหนังสือในจินตนาการของทีมวิจัยเบรนเกต (BrainGate) ซึ่งสามารถถ่ายทอดความคิดออกมาเป็นลายมือบนหน้าจอ แล้วใช้เอไอช่วยแปลความหมายที่ต้องการสื่อจากลายมือให้แม่นยำยิ่งขึ้น ล่าสุดเมื่อเดือนที่แล้วมีการผ่าตัดฝังอุปกรณ์อ่านสัญญาณในสมองคนไข้ชายวัย 65 ปี ซึ่งพบว่าสามารถถอดรหัสการเขียนในจินตนาการของเขาได้ถูกต้องถึง 94% เลยทีเดียว

พลังงานจากนิวเคลียร์ฟิวชันใกล้ความจริงไปอีกขั้น

ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ (LLNL) ของสหรัฐฯ ทำลายสถิติในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์แบบฟิวชันครั้งประวัติศาสตร์ โดยสามารถใช้เครื่องยิงเลเซอร์สร้างพลาสมาความร้อนมหาศาล จนเกือบถึงระดับที่จุดชนวนปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันแบบยั่งยืน หรือเรียกว่าเกือบจะผลิตพลังงานออกมาได้มากกว่าที่ใช้ไปในตอนแรกนั่นเอง

หอยิงเลเซอร์ NIF ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ใช้เลเซอร์พลังงานสูงให้ความร้อนและบีบอัดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งผลการทดลองเมื่อวันที่ 8 ส.ค.ที่ผ่านมา สามารถผลิตพลังงานนิวเคลียร์ได้ 1.35 เมกะจูล (MJ) คิดเป็น 70% ของพลังงานที่ใช้ตั้งต้นระบบในตอนแรก อย่างไรก็ตามนักวิจัยของ NIF อ้างว่า ล่าสุดสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าที่เชื้อเพลิงไฮโดรเจนดูดกลืนเข้าไปแล้ว

สหรัฐฯ สร้างสถิติพลังนิวเคลียร์ เกือบแตะระดับจุดชนวนฟิวชันแบบยั่งยืน

หุ่นยนต์นิ่มที่ออกลูกออกหลานได้

ภาพที่เห็นอยู่นี้ไม่ได้จำลองมาจากเกมแพ็กแมน (Pac-Man) แต่คือโฉมหน้าของหุ่นยนต์นิ่ม "ซีโนบอต" (Xenobot) ที่สร้างมาจากสเต็มเซลล์หรือเซลล์ต้นกำเนิดของกบ ในปีนี้เจ้าหุ่นยนต์ชีวภาพตัวจิ๋วกลับมาโด่งดังอีกครั้ง เพราะมันกลายเป็นหุ่นยนต์ชนิดแรกที่สามารถขยายพันธุ์ ออกลูกออกหลานเพิ่มจำนวนได้ด้วยตนเอง

ทีมวิจัยผู้คิดค้นซีโนบอต ได้ใช้ปัญญาประดิษฐ์หรือเอไอออกแบบมันเสียใหม่ เพื่อให้รู้จักเคลื่อนไหวรวบรวมเซลล์เดี่ยวที่มีอยู่โดยรอบมาบีบอัดรวมกัน แล้วเลี้ยงไว้สักระยะจนกลายเป็นซีโนบอตตัวใหม่ ซึ่งก็จะมีพฤติกรรมเหมือนตัวแม่ทุกประการ สร้างความหวังว่านอกจากจะใช้มันลำเลียงยาไปส่งให้ตรงจุดที่ต้องการรักษาในร่างกายแล้ว ยังสามารถเพิ่มจำนวนได้หลายรุ่นเพื่อคงการรักษาไม่ให้หมดฤทธิ์ลงง่าย ๆ

เผยโฉมหน้า "มนุษย์มังกร"

ปิดท้ายกันที่การค้นพบมนุษย์โบราณสายพันธุ์ใหม่ ซึ่งเคยดำรงชีวิตอยู่ทางตะวันออกเฉียงเหนือของจีน เมื่อราว 146,000 ปีก่อน มีการตั้งชื่อให้ว่า "มนุษย์มังกร" (Homo Longi) โดยสันนิษฐานว่าอาจเป็นมนุษย์โบราณที่มีสายสัมพันธ์ใกล้ชิดทางวิวัฒนาการกับมนุษย์ยุคปัจจุบันมากที่สุด พูดง่าย ๆ ว่าอาจเป็นญาติสนิทกับเรายิ่งกว่านีแอนเดอร์ทัลเสียอีก

กะโหลกศีรษะของมนุษย์มังกรนั้นใหญ่มาก ทำให้สันนิษฐานได้ว่าอาจมีขนาดสมองเทียบเท่ากับมนุษย์ยุคใหม่ได้เลยทีเดียว ถือเป็นการค้นพบทางบรรพมานุษยวิทยาครั้งสำคัญที่สุดในรอบ 50 ปี เนื่องจากสามารถเปลี่ยนแปลงประวัติความเป็นมาของวิวัฒนาการมนุษย์ในตำราได้

พบกะโหลก "มนุษย์มังกร" ชี้เป็นญาติใกล้ชิดที่สุดกับโฮโมเซเปียนส์