Dấu ấn khoa học nổi bật năm 2019

Thám hiểm không gian

Vào tháng 4, nhóm nghiên cứu quốc tế thuộc chương trình Kính thiên văn Chân trời sự kiện (EHT) công bố một trong những bức ảnh đáng nhớ nhất năm 2019: bức ảnh đầu tiên chụp lỗ đen và chân trời sự kiện của nó nằm ở trung tâm thiên hà Messier 87, cách Trái đất gần 54 triệu năm ánh sáng. Bức ảnh mang tính đột phá này được chụp bởi mạng lưới 8 kính viễn vọng vô tuyến trên khắp thế giới.

Bức ảnh đầu tiên chụp lỗ đen ở trung tâm thiên hà Messier 87. Ảnh: EHT.

Nhân dịp kỷ niệm 50 năm lần đầu tiên con người đặt chân lên Mặt trăng, nhiều chương trình thám hiểm vệ tinh tự nhiên của Trái đất đã diễn ra trong năm nay. Vào tháng một, tàu thăm dò Hằng Nga 4 của Trung Quốc trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh an toàn xuống nửa tối của Mặt trăng, khu vực không thể nhìn thấy trực tiếp từ Trái đất. Robot tự hành Thỏ Ngọc 2 của tàu vũ trụ Hằng Nga 4 phát hiện thành phần lớp phủ Mặt trăng chứa hai khoáng vật olivin và pyroxen sau khi sử dụng máy đo quang phổ để phân tích đất đá tại miệng hố Von Kármán. Tuy nhiên, các nỗ lực khám phá Mặt trăng khác không thành công như mong đợi. Trong tháng 4, Israel phóng tàu vũ trụ tư nhân đầu tiên lên Mặt trăng nhưng nỗ lực hạ cánh đã thất bại. Điều tương tự cũng xảy ra với tàu đổ bộ Vikram của Ấn Độ vào tháng 9.

Các nhiệm vụ thám hiểm sao Hỏa trong năm nay thu được nhiều kết quả thú vị. Máy đo địa chấn trên tàu đổ bộ InSight của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) ghi nhận những tín hiệu địa chấn có thể đến từ một vụ động đất trên sao Hỏa. Cách đó khoảng 600 km, xe tự hành Curiosity của NASA phát hiện nồng độ cao kỷ lục của khí methane (CH₄) trong bầu khí quyển sao Hỏa vào tháng sáu. Trước đó vào tháng hai, robot thăm dò sao Hỏa Opportunity của cơ quan này ngừng hoạt động do gặp phải bão bụi.

Trong phạm vi xa hơn của hệ Mặt trời, tàu thăm dò Hayabusa2 của Nhật Bản thu thập thành công mẫu vật đất đá từ bề mặt tiểu hành tinh Ryugu. Hiện nay, Hayabusa2 đang trên đường quay trở về Trái đất. Dự kiến nó sẽ hạ cánh xuống một sa mạc ở Australia vào năm 2020.

Thách thức về môi trường

Quay trở lại Trái đất, hiện nay có khoảng một triệu loài động vật, thực vật đang phải đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng do môi trường sống bị hủy hoại và biến đổi khí hậu, theo báo cáo toàn diện về tình trạng hệ sinh thái toàn cầu của Liên Hợp Quốc công bố ngày 6/5/2019. Trong một báo cáo đặc biệt khác, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) kêu gọi các quốc gia phải nỗ lực nhằm hạn chế nhu cầu đối với đất nông nghiệp, bao gồm việc người dân chuyển sang tiêu thụ ít thịt hơn [hoạt động chăn nuôi cũng là một nguồn phát thải khí nhà kính lớn]. Nếu không có những hành động như vậy, các Chính phủ sẽ không đạt được mục tiêu đề ra trong Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu năm 2015, đó là hạn chế sự nóng lên toàn cầu không quá 2°C so với mức tiền công nghiệp.

Nhiều khu vực rừng nhiệt đới Amazon của Brazil bị đốt cháy để chăn thả gia súc. Ảnh: Nature.

Tuy nhiên, nhiều quốc gia dường như đang hành động theo chiều hướng ngược lại. Tại Brazil, Tổng thống Jair Bolsonaro lên cầm quyền vào tháng một. Không chỉ là người theo chủ nghĩa dân túy chống môi trường, ông còn cắt giảm ngân sách liên bang dành cho nghiên cứu khoa học, khuyến khích người dân định cư ở khu vực rừng Amazon, sa thải người đứng đầu cơ quan Chính phủ phụ trách giám sát nạn phá rừng từ vệ tinh. Tại Mỹ, Tổng thống Donald Trump tiếp tục dỡ bỏ các quy định về môi trường. Trong tháng sáu, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) công bố quy định mới nhằm nới lỏng giới hạn khí thải đối với các nhà máy điện chạy bằng than, làm thay đổi phần lớn những chính sách khí hậu hàng đầu dưới thời cựu Tổng thống Barack Obama. Vào tháng 11, Chính quyền Trump bắt đầu tiến trình rút khỏi Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu. Tại Hội nghị về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (COP 25) diễn ra ở Madrid (Tây Ban Nha) vào tháng 12/2019, các nhà lãnh đạo thế giới không đạt được thỏa thuận mang tính đột phá nào.

Hưởng ứng lời kêu gọi của Greta Thunberg (nhà hoạt động môi trường 16 tuổi người Thụy Điển), hàng triệu người ở 150 quốc gia trên thế giới xuống đường biểu tình trong tháng chín. Họ yêu cầu các Chính phủ phải hành động hiệu quả hơn để chống biến đổi khí hậu. Thunberg được tạp chí Time bình chọn là nhân vật của năm 2019.

 Những người biểu tình chống biến đổi khí hậu ở Cape Town, Nam Phi. Ảnh: Rodger Bosch.

Ngày 25/10, một nhóm gồm 15 thanh thiếu niên Canada trong độ tuổi từ 10 đến 19 đã đệ đơn kiện lên tòa án liên bang, cáo buộc Chính phủ Canada vi phạm quyền công dân của họ bằng việc thúc đẩy và cho phép phát triển nhiên liệu hóa thạch, góp phần khiến Trái đất ngày càng nóng lên. Một vụ kiện tương tự khác cũng đang chờ được xử lý ở Hà Lan.

Đẩy lùi ranh giới sinh học

Năm 2019, các nhà khoa học đã vượt qua một số giới hạn sinh học và đạo đức trong phòng thí nghiệm. Một nhóm nghiên cứu người Mỹ hồi sinh bộ não của lợn đã chết (sau khi đầu của con vật bị cắt đứt khoảng bốn giờ), bằng cách bơm vào não một chất lỏng giàu dinh dưỡng và oxy để bắt chước máu. Họ phát hiện hầu hết các phần của bộ não khôi phục chức năng trao đổi chất. Cụ thể, tế bào não lợn đã lấy oxy và glucose, chuyển chúng thành các chất chuyển hóa như carbon dioxide. Đây là những biểu hiện thông thường ở các tế bào não còn sống. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu không cố gắng khôi phục ý thức của con vật – họ thêm các hợp chất ngăn chặn tín hiệu thần kinh vào máu nhân tạo trước khi thí nghiệm bắt đầu.

Trong một thí nghiệm bên ngoài cơ thể khác, các nhà khoa học Trung Quốc nuôi thành công phôi khỉ trong một đĩa thí nghiệm gần ba tuần – lâu hơn phôi linh trưởng từng được phát triển trong phòng thí nghiệm trước đây. Thành công này đặt ra câu hỏi liệu phôi người nuôi trong phòng thí nghiệm có được phép phát triển sau 14 ngày hay không. Hiện nay, hầu hết các quốc gia quy định phôi người nuôi cấy trong phòng thí nghiệm phải bị phá hủy trước 14 ngày để nó không đủ thời gian phát triển hệ thần kinh trung ương.

Vào tháng chín, một nhóm nghiên cứu của Mỹ tìm ra cách phát triển phôi người từ tế bào gốc. Phôi nhân tạo dường như bắt chước sự phát triển ban đầu của phôi người thật. Việc có nên cho phép phát triển phôi nhân tạo đến các giai đoạn sau hay không là một cuộc tranh luận về mặt đạo đức đang diễn ra và chưa có hồi kết.

Nhật Bản tiếp tục là quốc gia đi đầu trong việc thử nghiệm lâm sàng các tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPS). Trong tháng chín, các nhà khoa học tại Đại học Osaka sử dụng loại tế bào gốc này tạo ra giác mạc có thể dùng để cấy ghép cho một người phụ nữ bị suy giảm thị lực. Một nhóm nghiên cứu khác tại Đại học Keio được Bộ Y tế Nhật Bản chấp thuận sử dụng tế bào gốc iPS như một liệu pháp điều trị chấn thương cột sống.

Cú sốc văn hóa

Năm 2019, các cuộc điều tra về vấn đề quấy rối tình dục, đạo đức và văn hóa tại nơi làm việc được thực hiện tại nhiều tổ chức trên khắp thế giới. Trong một cuộc khảo sát quy mô lớn, các nhân viên tại Hiệp hội Max Planck (Đức) báo cáo tình trạng phân biệt đối xử theo giới tính và bắt nạt vẫn thường xuyên xảy ra trong tổ chức.

Tại Australia, 50% các nhà khoa học nữ cho biết họ từng phải đối mặt với sự quấy rối tại nơi làm việc. Vào tháng 8, Đại học Adelaide đình chỉ công tác Alan Cooper – người đứng đầu Trung tâm DNA Cổ đại của Australia – sau một cuộc điều tra về văn hóa làm việc ở trung tâm này. Các đồng nghiệp cáo buộc Cooper thường xuyên bắt nạt họ.

Tại Mỹ, Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH) lần đầu tiên tuyên bố có bao nhiêu người bị kỷ luật do liên quan đến các vụ quấy rối tình dục trong năm trước. Vào tháng hai, cơ quan này thông báo họ đã thay thế 14 điều tra viên chính và cấm 14 người vi phạm tham gia vào hội đồng bình duyệt. Trong khi đó, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ phê duyệt chính sách trục xuất các thành viên bị kết tội quấy rối tình dục.

Công nghệ lượng tử và AI

Năm nay, các nhà vật lý đạt được một bước tiến đột phá trong điện toán lượng tử. Vào tháng mười, Google tuyên bố chế tạo thành công máy tính lượng tử Sycamore có tốc độ tính toán siêu nhanh, chỉ cần 200 giây (3 phút 20 giây) để giải xong một bài toán phức tạp mà IBM Summit, siêu máy tính mạnh nhất thế giới hiện nay, ước tính phải mất 10.000 năm mới giải xong. Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature, Google cho biết tốc độ xử lý siêu nhanh của chiếc máy tính này đại diện cho một bước nhảy vọt gọi là Lượng tử tối cao, hay Uy quyền lượng tử (Quantum Supremacy).

Bộ xử lý lượng tử Sycamore của Google. Ảnh: Reuters.

Sự khác biệt chính giữa máy tính thường và máy tính lượng tử là khả năng xử lý dữ liệu. Đối với với máy tính thường, dữ liệu chỉ tồn tại trong một trạng thái ở một thời điểm: bit 1 hoặc 0. Nếu máy tính cổ điển chỉ xử lý tuần tự các bit này, máy tính lượng tử có thể sử dụng bit lượng tử (gọi là qubit) để làm việc đồng thời cả 1 và 0. Trạng thái kép này giúp quá trình xử lý dữ liệu tăng theo cấp số nhân.

Công ty DeepMind, một đơn vị khác của Google có trụ sở tại London (Anh), tạo ra một trí thông minh nhân tạo (AI) có khả năng đánh bại những game thủ giỏi nhất chơi StarCraft II. Tháng bảy, một AI tên là Libratus do Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) phát triển đánh bại cả bốn cao thủ poker hàng đầu thế giới. Những bước tiến vượt bậc trong công nghệ AI hứa hẹn sẽ giúp giải quyết thêm nhiều vấn đề trong cuộc sống hằng ngày, chẳng hạn như phát hiện hành vi lừa đảo qua mạng hoặc điều khiển xe ôtô tự lái.

Chỉnh sửa gene phôi thai người

Cuối năm 2018, giới khoa học bị sốc với thông báo nhà nghiên cứu Trung Quốc Hạ Kiến Khuê tạo ra hai bé gái song sinh chỉnh sửa gene đầu tiên trên thế giới có khả năng miễn dịch với virus HIV. Nhóm của ông sử dụng công nghệ CRISPR-Cas9 để vô hiệu hóa gene CCR5 có chức năng mã hóa một loại protein cho phép virus HIV xâm nhập vào tế bào. Tháng 1/2019, Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam, thành phố Thâm Quyến sa thải Hạ Kiến Khuê, sau khi Bộ Y tế Trung Quốc kết luận ông đã vi phạm các quy định quốc gia, nghiêm cấm sử dụng chỉnh sửa gene cho mục đích sinh sản. Đến tháng ba, Bộ Y tế Trung Quốc ban hành thêm các quy định dự thảo, trong đó bao gồm hình phạt nghiêm khắc đối với những người vi phạm các quy tắc liên quan đến chỉnh sửa gene ở người.

Cũng trong tháng ba, một ủy ban tư vấn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) kêu gọi thành lập một cơ quan đăng ký toàn cầu về nghiên cứu chỉnh sửa gene người.

Trong khi tranh luận về chỉnh sửa gene vẫn đang diễn ra quyết liệt thì các nhà nghiên cứu đã tiếp tục cải thiện công nghệ này. Vào tháng mười, David Liu và cộng sự tại Viện Broad thuộc Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Harvard tiết lộ một công cụ chỉnh sửa gene mới gọi là “prime editing”. Kết quả ban đầu cho thấy nó hoạt động chính xác hơn so với công cụ CRISPRIP Cas9 tiêu chuẩn, làm giảm bớt một số lo ngại về sự an toàn của việc chỉnh sửa gene ở người.

Dịch bệnh nguy hiểm

Dịch bệnh Ebola bùng phát trong năm qua tại khu vực phía Đông của Cộng hòa Dân chủ Congo (DRC) khiến 2.200 người tử vong. Vào tháng bảy, Tổ chức Y tế Thế giới tuyên bố tình trạng khẩn cấp về sức khỏe cộng đồng tại đây – mức cảnh báo cao nhất của cơ quan này. Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm bốn loại thuốc để chữa Ebola. Trong số đó, họ phát hiện có hai liệu pháp dựa trên kháng thể chữa khỏi 90% số bệnh nhân đang ở giai đoạn đầu của bệnh.

Các nhân viên y tế làm việc tại nơi bùng phát dịch Ebola ở Congo. Ảnh: Redux.

Các nhân viên y tế cũng đã cung cấp cho hơn 256.000 người dân ở phía Đông DRC một loại vaccine Ebola mới do công ty dược Merck sản xuất mang tên Ervebo. Vào tháng 11, Ervebo trở thành vaccine phòng ngừa Ebola đầu tiên trên thế giới được Cơ quan Dược phẩm châu Âu (EMA) cấp phép lưu hành.

Tại Mỹ, sự gia tăng đột biến của các ca tổn thương phổi ở những người hút thuốc lá điện tử đã khiến hơn 50 người chết và khoảng 2.000 người nhập viện trong năm 2019. Điều này buộc các nhà khoa học và cơ quan y tế phải vào cuộc để tìm ra nguyên nhân.

Trong tháng ba, một người nhiễm HIV giấu tên ở London (Anh) được chẩn đoán là không còn virus HIV sau khi cấy ghép tế bào gốc – thay thế các tế bào bạch cầu của bệnh nhân bằng tế bạch cầu của người hiến tặng sở hữu đột biến gene CCR5 delta 32 có khả năng chống lại virus HIV. Trước đó, bệnh nhân Timothy Ray Brown người Đức cũng được chữa khỏi “căn bệnh thế kỷ” nhờ phương pháp điều trị tương tự vào năm 2009.