2023: Những đột phá

1. Triển vọng cho người mắc bệnh béo phì

Béo phì là khi chỉ số khối lượng cơ thể (BMI) của một người thấp nhất là 30. Nó gây ra bệnh tiểu đường type 2, tim mạch, viêm khớp, gan nhiễm mỡ và một số bệnh ung thư.

Một nhóm liệu pháp mới hứa hẹn làm giảm tỷ lệ béo phì và những căn bệnh mãn tính liên quan. Các thuốc này bắt chước một hormone đường ruột tên glucagon-like peptide-1 (GLP-1). Ban đầu, chúng được phát triển để chữa bệnh tiểu đường. Nhưng GLP-1 lại giúp cân nặng giảm đáng kể, hầu hết phản ứng phụ đều kiểm soát được. Một số loại thuốc GLP-1 có thể giúp người dùng giảm 15% cân nặng trong hơn 16 tháng.

Trong năm nay, các thử nghiệm lâm sàng phát hiện chúng cũng có thể loại bỏ triệu chứng suy tim, nguy cơ đau tim lẫn đột quỵ. Không những thế, nó còn được thử nghiệm cho việc cai nghiện, vì nhiều người dùng thuốc cho biết họ không còn thấy thèm ăn cồn cào như trước nữa, bớt thèm rượu và thuốc lá hơn. Nó còn có tiềm năng trì hoãn quá trình suy thận ở bệnh nhân tiểu đường; điều trị bệnh Alzheimer và Parkinson, phần nào dựa trên bằng chứng là chúng nhắm tới chứng viêm não. Đây là những bằng chứng thuyết phục nhất cho thấy loại thuốc này còn có những lợi ích to lớn khác ngoài giảm cân.

Song, chúng cũng có phản ứng phụ và nhiều điều chưa rõ. Những biến chứng gồm buồn nôn và các vấn đề khác như tắc ruột và khả năng viêm tụy khiến nhiều người bỏ điều trị. Ngoài ra, người bệnh có thể phải dùng thuốc cả đời để duy trì cân nặng. Nhiều người dừng điều trị sau một năm tăng lại 2/3 số cân đã giảm. Chưa kể, cái giá vô cùng cao (hơn 1.000 USD/ tháng) và viễn cảnh sử dụng cả đời khiến nhiều người không kham được.

Trong bối cảnh như vậy, các liệu pháp mô phỏng nhiều loại hormone và còn giảm được nhiều cân hơn đã xuất hiện. Một loại thuốc là tirzepatide giúp giảm tới 21% cân nặng.

Các liệu pháp mới đang định hình lại không chỉ cách trị bệnh béo phì, mà còn cách ta hiểu về nó: một căn bệnh mãn tính bắt nguồn từ sinh học, chứ không đơn giản là ý chí bạc nhược. Chúng ta cần nhận ra béo phì đi cùng những phức tạp về mặt xã hội lẫn y tế, đồng thời nhiều người bị cho là thừa cân thực ra khỏe mạnh, họ không muốn cũng như không có nhu cầu cấp bách phải giảm cân. Hiểu được những điều này có tác động nhiều như bất kỳ loại thuốc nào.

2. Máy bơm carbon của Trái đất đang chậm lại

Ở ngoài khơi Nam Cực, nước mặn trên bề mặt chìm xuống đáy đại dương, kéo theo nhiệt, oxy, cacbonic trong khí quyển và cô lập chúng trong đáy sâu, nơi dòng nước chậm rãi tản về phương Bắc. Đây là một trong những yếu tố chính của hệ thống tuần hoàn đảo chiều toàn cầu, dòng chảy khổng lồ kết nối với mọi đại dương trên thế giới, giúp thu giữ 1/3 lượng khí carbon hằng năm của nhân loại. Nhiều nhà nghiên cứu tin rằng hoạt động mạnh - yếu của máy bơm carbon có thể tăng cường biến đổi khí hậu.

Năm nay, một số nghiên cứu làm rõ máy bơm đang trong tình trạng nguy cấp. Tàu thăm dò robot Deep Argo phát hiện vùng nước dưới đáy Nam Cực đang ấm lên và thể tích giảm đi, cả hai điều này cho thấy dòng chảy đang chậm lại, để vùng nước ấm hơn ở trên xâm nhập. Một nghiên cứu của Mỹ cho thấy vòng tuần hoàn chậm đi 20% kể từ những năm 1970. Trong tháng 5, một nghiên cứu từ Úc cho thấy dòng nước dưới vực sâu chậm lại gần 30% từ năm 1992 – 2017.

Ta chưa biết vì sao tình trạng chậm lại này diễn ra, tác động từ con người là bao nhiêu, hay nó ảnh hưởng tới khí hậu thế nào. Nhiều khả năng nguyên nhân chính là lượng nước ngọt tăng lên từ những dải băng Nam Cực tan chảy, khiến vùng nước xung quanh ít mặn hơn và ít có thể chìm xuống. Khi Trái đất tiếp tục nóng lên, chắc chắn tình trạng tan chảy và hệ tuần hoàn chậm lại sẽ ngày càng trầm trọng.

3. Cơn sốt truy lùng khí hydro

Việc mở lỗ khoan từng niêm phong ở Mali vào năm 2012 đã châm ngòi cho cuộc săn tìm dấu hiệu của mỏ hydro trên mọi lục địa, trừ Nam Cực. Bởi vì hydro có thể làm nhiên liệu cung cấp điện với chất thải ra là nước. Chưa kể, sau một thập niên dùng hydro, áp suất khí trong lỗ khoan không giảm – cho thấy sâu dưới lòng đất có nguồn bổ sung hydro.

Một nghiên cứu chưa công bố của USGS cho thấy Trái đất có thể chứa 1 nghìn tấn hydro – con số đủ để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng là dùng hydro làm nhiên liệu và thành phần phân bón cho hàng ngàn năm. Một số nhà thăm dò cho biết việc khai thác nó rẻ hơn nhiều so với sản xuất “hydro xanh” bằng điện tái tạo, một phương pháp được chính phủ trợ cấp hàng tỷ đô la.

4. Dự báo thời tiết nhờ AI

Gần như từ khi máy tính hiện đại xuất hiện, các nhà khí tượng học đã sử dụng chúng để mô phỏng trạng thái khí quyển tương lai, tạo ra ngành dự báo thời tiết hiện đại số trị. Tuy ngành này ngày càng phức tạp và hiện nay đưa ra dự báo đáng tin cậy trước vài tuần, phương pháp của nó vẫn như thế: dùng lượng lớn sức mạnh tính toán để giải các phương trình động lực học chất lưu chi phối khí quyển.

Trong năm qua, trí tuệ nhân tạo (AI) đã bắt đầu thay đổi cục diện. Các công ty công nghệ đào tạo mô hình AI để dự đoán thời tiết trước tối đa 10 ngày, với độ chính xác sánh ngang, thậm chí vượt qua các mô hình truyền thống – với chi phí tính toán ít hơn nhiều. Thay vì chỉ giải các phương trình, mô hình “học sâu” dự đoán tương lai gần dựa trên các mô thức học được thông qua đào tạo về thời tiết 40 năm qua, theo các quan sát từ mô hình số trị của Trung tâm Dự báo Thời tiết Trung bình châu Âu (ECMWF) – cơ quan dự báo hàng đầu thế giới. Sau đào tạo, chúng có thể đưa ra dự báo trên máy tính trong 1 phút, thay vì 2 tiếng chạy trên siêu máy tính. Nhưng không ai biết các mô hình AI này đang học theo mô thức nào.

ECMWF bắt đầu đưa ra dự báo AI riêng, các cơ quan thời tiết khác đang cố bắt kịp. Các mô hình mới khó khăn dự đoán một số đặc điểm thiết yếu, như cường độ bão. Song, các nhà nghiên cứu cho rằng AI dự báo sẽ chỉ cải thiện khi chúng bắt đầu học từ các quan sát thời tiết trực tiếp thu được từ cảm biến, chứ không chỉ dữ liệu đi qua mô hình hiện hành. Và tốc độ của chúng nhiều khả năng cho phép các nhà dự báo chạy chúng nhiều lần, thu được toàn bộ sự bất định từ hiệu ứng cánh bướm trong khí quyển.

Dự báo thời tiết số trị truyền thống sẽ không biến mất; chẳng hạn các mô hình khí hậu dựa đều dựa vào cùng mô hình giải phương trình. AI có thể khó khăn tiếp quản những dự báo này, vì các mô hình của nó mô phỏng những thay đổi trong tương lai có thể không giống với dữ liệu đào tạo trong quá khứ.

5. Hy vọng mới chống lại bệnh sốt rét

Nỗ lực đẩy lùi bệnh sốt rét bằng vaccine đã hiệu quả gấp đôi trong năm nay. Vaccine sốt rét đầu tiên trên thế giới là Mosquirix giảm đáng kể tỷ lệ tử vong ở trẻ nhỏ, nhóm bệnh ảnh hưởng nặng nề nhất, giết chết gần 470.000 trẻ/ năm chỉ riêng ở châu Phi cận Sahara. Giờ đây, loại vaccine thứ hai là R21/MatrixM đã sẵn sàng tham gia cuộc chiến, do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) phê duyệt.

Mosquirix (RTS,S) chỉ có hiệu quả khiêm tốn và khả năng bảo vệ của nó sẽ sớm yếu đi. Đó là lý do WHO quyết định tung ra loại vaccine này dưới sự nghiên cứu kỹ lưỡng. Nhân viên WHO đã so sánh giữa các khu vực tiêm vaccine trong giai đoạn thử nghiệm với các khu vực kiểm soát không tiêm vaccine. Kết quả, nó giảm tỷ lệ mắc bệnh sốt rét nghiêm trọng xuống 22%. Đáng chú ý hơn nữa, tỷ lệ tử vong do mọi nguyên nhân (trừ tai nạn) ở trẻ em trong độ tuổi đủ điều kiện tiêm vaccine ở khu vực được tiêm thấp hơn 13% so với khu vực không tiêm, chứng tỏ loại vaccine không hoàn hảo này cũng hiệu quả. Nhưng GSK, công ty sản xuất Mosquirix, chỉ có thể sản xuất 18 triệu liều từ nay đến năm 2025, đủ để tiêm chủng đầy đủ cho 4,5 triệu trẻ em trong số 40 triệu trẻ em sinh ra ở các vùng bệnh sốt rét hoành hành mỗi năm.

R21 có thể lấp đầy khoảng trống đó. Đại học Oxford đã phát triển nó và cấp phép cho Viện Huyết thanh Ấn Độ – nhà sản xuất vaccine lớn. Công ty này có thể sản xuất 100 triệu liều mỗi năm với giá từ 2-4 USD/liều, rẻ hơn một nửa so với Mosquirix. Kết quả thử nghiệm R21 giai đoạn 3 trên 4.800 trẻ ở bốn quốc gia cho thấy trong 18 tháng đầu tiên, ít nhất nó có hiệu quả bằng RTS,S và có lẽ hiệu quả hơn một chút. WHO cho biết R21 sẽ được sử dụng vào giữa năm 2024.

6. Bước tiến nhỏ chống lại bệnh Alzheimer

Bộ não của người mắc bệnh Alzheimer chứa các khối protein lộn xộn là beta amyloid, nhiều năm nay các nhà khoa học đã tranh cãi rằng loại bỏ chúng có giúp bệnh nhân phục hồi hay không. Nhiều cách điều trị theo hướng này đã thất bại. Nhưng một cách mới dùng kháng thể đơn dòng kháng amyloid là lecanemab đã làm chậm quá trình mất nhận thức tới 27% so với giả dược, trong một thử nghiệm quan trọng kéo dài 18 tháng. Kết quả này đủ để thuyết phục cơ quan quản lý Mỹ và sau đó là Nhật phê duyệt. Trong các kết quả thử nghiệm mùa hè này, một phương pháp điều trị kháng thể khác cũng nhắm tới amyloid, gọi là donanemab, đã làm chậm suy giảm nhận thức lên tới 35% so với giả dược trong nhóm quần thể bệnh nhân hơi khác biệt. Cả hai liệu pháp đều tiêm tĩnh mạch.

Tuy nhiên, chúng có nguy cơ gây sưng não và xuất huyết não, trong trường hợp hiếm hoi có thể gây chết người. Những người có biến thể gene dễ mắc bệnh Alzheimer là APOE4 cực kỳ có khả năng gặp tác dụng phụ này; cùng chung nguy cơ là những người mắc Alzheimer dùng thuốc để ngăn ngừa hoặc làm tan cục máu đông, gồm cả người bị đột quỵ và điều trị khẩn cấp bằng thuốc làm tan cục máu đông.

7. Phát hiện vết tích của những cư dân đầu tiên tới châu Mỹ

Trong hình dung phổ biến, những người đầu tiên tới vùng đất này từ châu Á, qua dải đất từng nối eo biển Bering, sau đó đi xuống bờ biển Thái Bình Dương khoảng 16.000 năm trước. Song năm nay, các nhà nghiên cứu đã tiến gần hơn tới việc có thể đẩy niên đại đó lùi lại ít nhất 5.000 năm.

Năm 2021, các nhà nghiên cứu tại Công viên Quốc gia White Sands ở New Mexico đã công bố một khám phá quan trọng: dấu chân không thể nhầm lẫn của người in trên phần bờ bùn lầy của một hồ nước cổ vào khoảng 21.000 - 23.000 năm trước. Nhóm nghiên cứu tìm ra niên đại dựa vào hạt của cây thủy sinh thân cỏ tìm thấy trong các lớp xung quanh vết chân và xác định niên đại bằng carbon phóng xạ. Nhưng như thế chưa thể xua tan hoài nghi vì các hạt này có thể đã hấp thụ carbon cổ đại từ các trầm tích tan rã trong nước hồ nên đẩy niên đại đo được của chúng lên. Vì thế, nhóm White Sands xác định lại niên đại của vết chân bằng phấn của các loại cây trên cạn và hạt thạch anh có trong trầm tích ở giữa và dưới dấu chân. Niên đại mới hoàn toàn ủng hộ bài báo gốc.

Nếu các niên đại này chính xác, những dấu chân này in lại từ cao điểm của kỷ băng hà cuối cùng, khi sông băng bao phủ Canada, cho thấy những người này chắc hẳn đã đi tới châu Mỹ trước khi sông băng hình thành.

8. Nghe thấy âm thanh các lỗ đen khổng lồ dung hợp

Các hố đen siêu trọng có khối lượng gấp hàng triệu hay hàng tỷ lần Mặt trời. Khi các thiên hà hợp lại, các hố đen trung tâm của chúng có thể bị trói buộc vào một quỹ đạo ngày càng thu hẹp. Khi chúng đến gần nhau trong phạm vi vài năm ánh sáng, thì chuyển động tròn của chúng phát ra những bước sóng hấp dẫn tuy chậm nhưng mạnh mẽ.

Tuy nhiên, các nhà thiên văn không thể thu được những bước sóng này, nên họ chuyển sang đo sao xung – những ngôi sao tàn lụi quay với tốc độ hàng trăm lần/ giây trong khi bắn ra một dòng hạt phát ra sóng vô tuyến. Tia đó quét qua Trái đất và các kính viễn vọng vô tuyến thu được những nhịp đều đặn như đồng hồ nguyên tử.

Vào tháng 6, năm nhóm trên toàn cầu, mỗi nhóm giám sát một tập hợp sao xung khác nhau, cùng tuyên bố rằng sau 15 năm quan sát, họ đã vượt qua tình trạng nhiễu trong dữ liệu, đủ để nói rằng những thứ còn lại là tiếng ồn từ các cặp đôi lỗ đen siêu lớn trong khắp vũ trụ kết hợp lại, có thể là hàng triệu cặp hố. Các nhóm hiện đang truy tìm thêm nhiều sao xung hơn để lập bản đồ âm thanh và tập trung vào các thiên hà, nơi các hố đen khổng lồ đang dần dung hợp.

9. Các khoa học gia mới vào nghề quật khởi

Trong nhiều thập niên, các nghiên cứu sinh (NCS) trước và sau tiến sĩ đã phàn nàn về mức lương thấp và điều kiện làm việc tồi tệ. Các khoa học gia mới vào nghề đã đoàn kết lại để yêu cầu thay đổi trong hệ thống.

Mùa đông năm ngoái, 48.000 nhân viên học thuật trong hệ thống Đại học California tiến hành cuộc đình công học thuật lớn nhất trong lịch sử Mỹ, giành được mức tăng lương đáng kể cho NCS trước và sau tiến sĩ. Ngoài ra, việc tổ chức công đoàn và hoạt động biểu tình đã buộc nhiều đại học đồng ý tăng lương và các lợi ích khác, bao gồm trợ cấp chăm con và cải thiện chính sách về hành động quấy rối công sở. Ở Canada, hàng ngàn nhân viên học thuật trên khắp nước tham gia vào cuộc biểu tình lớn trong một ngày vào tháng 5 để yêu cầu liên bang tăng tiền tài trợ cho NCS trước và sau tiến sĩ. Ở Đức, các nhà nghiên cứu mới vào nghề đã vận động thay đổi hợp đồng của NCS sau tiến sĩ.

Một cách khác để gây áp lực cho các đại học là các nhà khoa học mới vào nghề rời bỏ tổ chức hoặc rời bỏ hoàn toàn giới học thuật. Ngày càng nhiều người hướng tới các công việc hậu hĩnh trong ngành công nghiệp sau khi tốt nghiệp, khiến nhiều giáo sư trong những năm gần đây khó tuyển được NCS sau tiến sĩ.

10. Sự ra đời của điện toán exascale (exascale computing)

Hơn một thập niên hình thành, cuối cùng thì thời kỳ khoa học exascale đã tới trong năm nay. Frontier tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge là máy tính exascale đầu tiên mở ra cho các nhà khoa học sử dụng. Nó có thể xử lý số liệu phức tạp trong các lĩnh vực từ khí hậu cho tới vật liệu ở tốc độ exaflops-1 triệu tỷ (1018) phép toán trên giây. Dự kiến khoảng 60 nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng Frontiervào năm tới. Nhưng các kết quả ban đầu đã bắt đầu xuất hiện:

• Frontiercho phép các nhà khoa học vật liệu từ Đại học Michigan hợp nhất hai khung lý thuyết để dự đoán hoạt động của tới 600.000 electron trong một vật liệu với độ chính xác gần như tuyệt đối, trước đây máy tính chỉ tính được khoảng 1000 electron. Điều đó cho phép nhóm này mô phỏng các khiếm khuyết trong hợp kim magie hình thành, phát triển và chuyển động thế nào, một bước tiến sẽ thúc đẩy phát triển các vật liệu siêu nhẹ để sản xuất xe hơi và máy bay tiết kiệm nhiên liệu.

• Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore và Sandia sử dụng Frontierđể nâng cao độ phân giải của mô hình khí hậu toàn cầu đầu tiên của Bộ Năng lượng Mỹ. Lần đầu tiên, nó giúp cho việc tích hợp các hiện tượng vật lý tạo ra mây trên toàn bộ hành tinh có thể xảy ra, một bước tiến dự tính sẽ cải thiện cực kỳ lớn các dự báo thay đổi khí hậu.

Một máy tính exascaletại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonnehiện đang tiến hành sửa lỗi lần cuối trước khi mở ra cho người sử dụng. Năm sau, các siêu máy tính exascalemới dự kiến sẽ đi vào hoạt động ở California và Đức,và các cỗ máy khác ở Pháp và Nhật bắt đầu nối bước – đem lại cơ hội cho khoa học ở quy mô chưa từng đạt được trước đây.

Khoahocphattrien