Vetenskapens önskelista inför 2020-talet

James Webb-teleskopet hittar liv på jorden 2.0

TESS-satelliten jagar just nu beboeliga stenplaneter intill närliggande, solliknande stjärnor, och från 2021 ska James Webb-rymdteleskopet leta efter liv på de mest hoppingivande planeterna.

Rymdteleskopet kan hitta tecken på liv genom att granska stenplaneternas atmosfär.

När ljus från stjärnan och värmestrålningen från planeten passerar genom atmosfären absorberar olika molekyler ljusets våglängder på olika sätt och avslöjar på så vis att de finns.

Om atmosfären exempelvis innehåller mycket syre kan det vara ett tecken på att planeten har växter med fotosyntes.

Ett annat tecken på liv är metan, som på jorden produceras av bakterier och idisslande djur.

Gåtan om mörk energi blir löst

I1998 upptäckte astronomer att fjärran supernovor lyste oväntat svagt jämfört med närmare belägna super-novor.

Orsaken var att de fjärran super-novorna befann sig längre bort än väntat eftersom universums utvidgning har accelererat de senaste fem miljarder åren.

Detta kan bero på en mörk, repellerande energi som rymdteleskopet WFIRST ska leta efter.

WFIRST:s 2,4 meter breda huvudspegel har ett synfält som är 100 gånger större än rymdteleskopet Hubbles.

Därför kan WFIRST observera betydligt fler supernovor från den tiden då universums utvidgning började accelerera.

Jätteaccelerator bekräftar viktig teori

Universums samtliga galaxer roterar så snabbt att de yttersta stjärnorna skulle slungas iväg om de inte hölls fast i sina banor av en stor, osynlig massa – så kallad mörk materia.

Så kallade tvilling­partiklar är fysikernas bästa förslag på den mörka materian och därför hoppas de kunna producera dem experimentellt i en ny, gigantisk accelerator.

Future Circular Collider (FCC) ska enligt planerna ha en omkrets på 100 kilometer och byggas i en underjordisk tunnel vid CERN i Genève.

Här ska protoner kollideras med en energi som är sju gånger högre än i nuvarande Large Hadron Collider, LHC.

Målet är att antingen hitta tvillingpartiklarna eller utesluta deras existens.

Tvillingarna är grunden i fysikernas supersträngteori som förenar de två grunderna i dagens fysik och astronomi: Standardmodellen som beskriver atomernas värld, och relativitetsteorin som beskriver gravitationen, tiden och rymden.

Hittar man tvillingpartiklarna ger det stöd för fysikernas teori om allt.

Genredigerad mygga utrotar malaria

Varje år dör över en miljon människor i världen av malaria. Forskare har nu genredigerat myggor så att de blir immuna mot malariaparasiten och inte kan sprida den fruktade sjukdomen till människor.

Egenskapen är dominant så om de genredigerade malariamyggorna släpps ut i naturen och parar sig med vilda myggor kommer samtliga avkommor att vara immuna mot malariaparasiten.

I princip kan de genredigerade myggorna på några årtionden sprida immuniteten mot parasiten till alla vilda malariamyggor och utrota den fruktade tropiska sjukdomen.

Metoden har bara testats i laboratoriet och strategin är därför inte helt riskfri.

Om något skulle gå snett och genen börjar uppföra sig på ett oförutsett sätt kan biologerna inte begränsa spridningen när de genredigerade myggorna väl har släppts ut i naturen.

Alla får sitt genom kartlagt

På flera platser i världen kartlägger forskarna i dag befolkningens individuella genom. En av dessa platser är Island, där 2 636 personer har fått hela sitt genom kartlagt.

Projekten ska avslöja de genetiska orsakerna bakom folksjukdomar som cancer, demens samt hjärt- och kärlsjukdomar.

Under 2020-talet kan nyfödda få sitt genom kartlagt strax efter födelsen, vilket avslöjar vilka sjukdomar barnet riskerar att drabbas av under livet.

Hos vuxna kan ett personligt genom avgöra hur snabbt en viss medicin omsätts så att dosen kan skräddarsys för patienten.

Konstgjorda delar räddar liv

Om du förlorar en kroppsdel kan du redan nu få ett 3D-printat artificiellt öra eller en näsa av dina egna celler. Reservdelarna kommer att bli fler och bättre på 2020-talet.

Om du måste amputera din arm kan du få en artificiell protes som styrs med tankens kraft via en elektronisk koppling till nervsystemet.

Handproteserna kan till och med ge en naturlig känsla av vad brukaren greppar runt och därigenom göra proteserna mindre klumpiga.

Dessutom har kinesiska och amerikanska forskare redan skrivit ut minikopior av mänsklig njure och lever.

Njurarna hölls vid liv i en näringsvätska i fyra månader, där det bevisades att de kunde rena blodet.

De kommande tio åren kommer läkarna också att kunna skriva ut detaljerade nätverk av blodådror och celler så att njure och lever kan tillverkas i naturlig storlek och transplanteras till patienter.

Våra gener ger oss ett botemedel mot cancer

En ny form av immunterapi kan revolutionera behandlingen av cancer. Terapin uppgraderar patientens egna immunceller som har blivit blinda för cancertumörerna.

Först tar läkare ut immunförsvarets mördarceller från patienten. De använder gensaxen CRISPR i i laboratoriet för att föra in en gen i dem, vilket gör tumörerna synliga för immunförsvaret.

De genredigerade cellerna förs sedan tillbaka in i patientens blod där de hittar och eliminerar samtliga tumörer. Hittills har metoden bara testats på några få patienter, men flera av dem har mirakulöst tillfrisknat.

Nästa steg för forskarna är att grundligt testa säkerheten eftersom metoden utgör en risk för att de uppgraderade immun-cellerna ska angripa kroppens friska celler, vilket kan döda patienten.

Därför testar forskarna i dagsläget bara immunterapin på dödssjuka patienter som accepterar risken.

Senare ska behandlingen testas på stora grupper av cancerpatienter innan man på allvar kan föra ut botemedlet till sjukhusens canceravdelningar.

Gas omvandlas till solbensin

Växthusgasen koldioxid kan sugas ut ur atmosfären eller renas ur röken från kraftverk och omvandlas till klimatneutral bensin.

Tekniken är fortfarande bara på forskningsstadiet, men kan få ett industriellt genombrott på 2020-talet: När koldioxiden har sugits ut ur atmosfären skickas den in i en ny typ av elektrolyscell tillsammans med vatten.

Därefter skickas ström in genom cellen så att koldioxiden reagerar med vattnet och bildar flytande bränsle, som bensin.

Om strömmen till elektrolysen kommer från sol-, vind- eller vattenkraft är bensinen som produceras klimatneutral eftersom koldioxiden som bilen släpper ut har hämtats från atmosfären.

Solbensin kan användas i den befintliga bilparken tills elbilar eller vätgasbilar tar över.

Toriumkraft säkerställer ett rent och stabilt elsystem

2030 kommer världen att konsumera 40–50 procent mer el än i dag på grund av miljontals nya elbilar och enorma strömslukande datacenter.

Oavsett hur bra vi blir på att lagra ström från hållbara energikällor kommer vi att behöva kraftverk som kör dygnet runt.

Kärnkraft baserad på torium är klimat-neutral energi som kan få sitt genombrott i slutet av 2020-talet.

Den mest hoppingivande tekniken är smält salt-reaktorer och 2017 startades en försöksreaktor i Nederländerna.

I en smält salt-reaktor omvandlas torium till klyvbart uran i en flytande saltblandning. Saltet kan varken brinna eller explodera och om det blir för varmt utvidgar sig saltet så att avståndet mellan uranatomerna ökar.

Det betyder färre kärnklyvningar och minskad värmeproduktion, och därför kan reaktorn inte koka över.

Bränslet kan inte heller orsaka någon härdsmälta eftersom det redan är smält under vanlig drift.

Överskottsenergi lagras effektivt

El är den renaste energibäraren som finns. Klimatproblemet uppstår för att vi producerar elen med kol, olja och gas.

På 2020-talet blir el från sol och vind billigare än kolkraft och tillsammans med klimat-medvetenhet kommer det att få användningen av rena energikällor att explodera.

Det innebär en ny utmaning för ingenjörerna eftersom solceller producerar som bäst under soliga dagar på sommaren samtidigt som vindkraftverk-en levererar el när det blåser.

Därför måste vi kunna lagra elen, och flow­batterier har visat sig vara den bästa lösningen när miljonstäder ska förses med ström.

I batteriet lagras elektrisk energi i kemisk energi med hjälp av ammoniumjoner tills strömmen ska användas.

Världens största flowbatteri med en kapacitet på 800 megawattimmar kommer att tas i drift i Kina 2020.