Altijd in december sluit het wetenschappelijk tijdschrift Science het jaar af door de Breaktrough of the Year te kiezen. Lees hier de top tien.

“Deze technologieën creëren enkele van de meest buitengewone films die ooit zijn gemaakt.” Met deze uitspraak, gedaan door Science-nieuwsredacteur Tim Appenzeller, is dé wetenschappelijke doorbraak van dit jaar gekozen. Volgens duizenden wetenschappers verdient de techniek waarmee de ontwikkeling van een embryo cel voor cel kan worden gevolgd de felbegeerde prijs.

Cel voor cel

Het is werkelijk een wonder als je bedenkt hoe een enkele cel (een bevruchte eicel) uiteindelijk kan uitgroeien tot een volwaardig dier. De bevruchte eicel gaat zich delen in tweeën, in vieren, in achten enzovoorts. Na verloop van tijd gaan cellen zich niet alleen maar delen, maar ook differentiëren. Dat wil zeggen: ze worden specifieker, en bereiden zich als het ware voor op hun toekomstige taak. Zo worden sommige cellen longcellen, terwijl andere het stempel botcellen krijgen.

Dankzij een combinatie van technieken, die wetenschappers van de Harvard Medical School en het Broad Institute hebben ontwikkeld, kunnen deze cellen nu worden gemeten en gevolgd, terwijl ze zich ontwikkelen tot onder andere organen en ledematen. De cel-voor-celtechniek is al succesvol uitgevoerd op onder meer een platworm, kikker en zebravis.

Maar daar blijft het niet bij. “Groepen over de hele wereld passen de technieken toe om te bestuderen hoe menselijke cellen gedurende hun hele leven rijpen, hoe weefsels herstellen en hoe cellen veranderen bij ziekten zoals kanker,” zegt Elizabeth Pennisi, werkzaam bij vakblad Science.

Met de cel-voor-celtechniek kunnen wetenschappers in elke individuele cel zien welke genen er actief zijn wat op zijn beurt aangeeft wat de taak van die cel is. Even simpel gezegd: in longcellen staan de ‘longgenen’ aan, terwijl de ‘niergenen’ uitstaan. Zo kunnen wetenschappers heel goed zien hoe de cellen zich ontwikkelen, en wordt het ook duidelijk waar en wanneer het eventueel misgaat. Reden genoeg voor de Science-redactie en duizenden wetenschappers wereldwijd om de techniek tot de doorbraak van het jaar te bestempelen.

Een zebravisembryo in een vroeg stadium van ontwikkeling. Fluorescerende markers geven de cellen aan die genen tot expressie brengen die helpen bij het bepalen van het type cel dat ze zullen worden. © JEFFREY FARRELL, SCHIER LAB/HARVARD UNIVERSITY

Maar er zijn nog meer baanbrekende onderzoeken gedaan dit jaar, en dit waren – in willekeurige volgorde – de runners-ups.

IJsklontje

Op 22 september 2017 signaleerde het enorme experiment IceCube – dat zich in een kubieke kilometer Zuidpoolijs bevindt – een neutrino met hoge energie. Dit deeltje leidde IceCube naar een zogeheten blazar met de naam TXS 0506+056, ook wel Texas genoemd. Slechts 43 secondes later sloeg het experiment een automatisch alarm naar telescopen over de hele wereld die vervolgens hun lens op het specifieke gebiedje richtten. Een aantal telescopen merkte op dat de blazar op dat moment ook veel röntgenstraling produceerde.

Een blazar is een snel roterend, superzwaar zwart gat in het hart van een sterrenstelsel. De aanwezigheid van dit zwarte gat zet energie (opgewekt door zijn eigen rotatie of door botsende materie nabij het gat) om in krachtige stralen van radiogolven, licht en elementaire deeltjes. Deze stralen werken als superkrachtige deeltjesversneller: geladen deeltjes worden versneld, waardoor ze hoogenergetisch worden. Deze subatomaire-deeltjes kunnen vervolgens vervallen tot neutrino’s zoals het exemplaar dat is ontdekt. (Lees hier verder over de ontdekking.)

© ICECUBE/NSF

Inslagkrater

Wanneer een meteoriet op aarde knalt, kan dat desastreuze gevolgen hebben. Kijk maar naar het brokstuk dat 66 miljoen jaar geleden korte metten maakte met de dinosauriërs. Zelfs miljoenen jaren later waren de gevolgen van deze inslag nog merkbaar. Gelukkig komt dit niet zo vaak voor. In ieder geval hebben wij als mensheid zo’n inslag nog niet bewust meegemaakt. Of misschien toch wel?

Onderzoekers hebben onlangs met behulp van radars een groot, komvormig gat onder de Hiawatha-gletsjer in het noorden van Groenland gevonden. Deze structuur is de inslagkrater van een 1,5 kilometer grote meteoriet, die relatief kort geleden op de aarde zou zijn geknald. Toch wordt er ook een aantal kanttekeningen geplaatst bij het onderzoek. Meer daarover lees je hier.

Hybridemens

Hoewel wij, Homo sapiens, de enige mensachtigen zijn die nog op aarde rondlopen, was dat vroeger wel anders. Tot ongeveer 60.000 jaar geleden herbergde Eurazië onder meer nog de neanderthaler en de Denisovamens. De een leefde vooral in het westen, de ander in het oosten. Toch zochten deze twee mensachtigen elkaar op, blijkt uit een bijzondere vondst.

Het gaat om een bot van 3 centimeter dat Russische onderzoekers in 2012 in de Siberische Denisovagrot aantroffen. Nadat ze het DNA ervan hadden uitgeplozen, concludeerden ze dat het botje afkomstig was van een individu waarvan de vader Denisovamens was en de moeder neanderthaler.

Nog nooit van deze Denisovamens gehoord? Dat kan. De soort is vrij recent geïdentificeerd als een aparte mensachtige. Pas in 2008 werd – ook in de Denisovagrot – een vingerbotje gevonden waarvan het DNA uitwees dat het om een tot dan toe onbekende en uitgestorven mensachtige ging. De onderzoekers vernoemden die naar de grot.

Eerder was al wel bekend dat Denisovamensen en neanderthalers – en Homo sapiens – samen nageslacht hebben voortgebracht, maar nog nooit werd een directe nakomeling van deze intersoortelijke seks gevonden. Uit de analyse van het in 2012 gevonden bot kwam verder naar voren dat het om een meisje ging dat ongeveer dertien jaar oud moet zijn geweest toen ze stierf. De onderzoekers hebben het overleden grietje Denny genoemd.

© BROWN, S. ET AL/CC BY 4.0

Dickinsonia

De oudste fossielen van bacteriën zijn gedateerd op 3,8 miljard jaar geleden. Dieren kwamen pas miljarden jaren later, vooral tijdens de zogenaamde Cambrische explosie van 520 miljoen jaar terug. Maar welk dier was nu werkelijk het eerste? Een Russisch-Duits-Australisch onderzoeksteam denkt dat de over de zeebodem schuifelende derrie Dickinsonia een vroege kandidaat is. Er is althans geen ouder fossiel tot nu toe bekend.

De onderzoekers toonden aan dat tien Dickinsonia-fossielen – aangetroffen in een klif boven de Witte Zee in Rusland – sporen van cholesterol, een typisch dierlijk vetmolecuul, bevatten. Omdat de fossielen gedateerd zijn op 558 miljoen jaar geleden, was het vreemde schepsel waarschijnlijk ook een van de eerste dieren op aarde, schreven de onderzoekers eerder dit jaar in Science. Meer over dit onderzoek, en de kanttekening die paleontoloog Dennis Voeten erbij plaatst, lees je hier.

© Ilya Bobrovskiy/The Australian National University

Deze doorbraken vielen ook niet in de prijzen

1. Een andere wetenschappelijke doorbraak die misgreep naar de prijs, is het werk van verschillende onderzoekers naar het bepalen van de moleculaire structuur van organische stoffen. In oktober publiceerden twee onderzoeksteams gelijktijdig artikelen waarin een nieuwe manier werd onthuld om de moleculaire structuren van kleine organische stoffen in slechts enkele minuten te bepalen, in plaats van de dagen, weken of zelfs maanden die traditionele methoden vereisen.
2. Een medicijn dat is gebaseerd op een gen-silencing-mechanisme – waarbij genexpressie wordt gereguleerd, zodat sommige ziektegenen niet tot uiting kunnen komen – is dit jaar, na twintig jaar wachten, officieel goedgekeurd door de FDA. De langverwachte stap zou de voorbode kunnen zijn van een nieuwe klasse geneesmiddelen gericht op ziekteverwekkende genen.
3. Seksuele intimidatie in de wetenschap is te weinig gerapporteerd en tot voor kort grotendeels genegeerd. Maar dit jaar ondernamen verschillende instellingen eindelijk actie. Zo zijn er wetenschappers, schuldig bevonden aan seksuele intimidatie, ontslagen en zijn er beleidswijzigingen aangekondigd.
4. Eerder dit jaar in april onthulden onderzoekers verschillende maatregelen voor het oplossen van toxische eiwitophopingen (verkeerd gevouwen eiwitten die samenklonteren). Deze worden onder andere gezien in patiënten met de neurologische ziekte ALS. Verschillende laboratoria proberen nu deze kennis te gebruiken om geneesmiddelen te ontdekken voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten.
5. In april dit jaar is na een zoektocht van veertig jaar de Golden State Killer opgepakt. Met behulp van openbare DNA-gegevens, geplaatst op een amateursite voor familiestambomen, kwamen forensisch wetenschappers de seriemoordenaar op het spoor. Sindsdien is deze strategie gebruikt om nog ongeveer twintig andere cold cases te kraken, waarmee een nieuw wetenschapsveld is ontstaan: forensische genealogie.

Science Breakdown of the Year

Naast dé doorbraak van het jaar kondigde de Science-redactie ook een misser van het jaar aan. Dit jaar gaat deze beruchte award naar het falende klimaatbeleid. En dat terwijl dit jaar de gevolgen van klimaatverandering merkbaarder waren dan ooit met de vele bosbranden die in de VS en delen van Europa woedden en de hittegolven waarmee veel landen kampten. “Hoewel het bewijsmateriaal – opgesomd in een reeks alarmerende wetenschappelijke rapporten deze herfst – is gestegen, lijkt de kloof tussen wat de wereld moet doen en wat het werkelijk doet groter en groter dan ooit.”

Bron: Science

Openingsbeeld: JEFFREY FARRELL, SCHIER LAB/HARVARD

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!