Sam matematyk to ekscentryk i oryginał. Odmówił przyjęcia przyznanego mu w tym roku Medalu Fieldsa - wyróżnienia uważanego za matematycznego Nobla

Dla zwykłego zjadacza chleba hipoteza, a w zasadzie pytanie Poincare, brzmi niezrozumiale: Czy każda jednospójna, zwarta, osobliwość trójwymiarowa, w której dowolną krzywą zamkniętą można w ciągły sposób przekształcić do punktu jest homeomorficzna ze sferą trójwymiarową? To tyle. Pytanie - na pozór zupełnie bez sensu - ma wiele wspólnego z inną hipotezą, postawioną wieki temu, która brzmiała: Czy ziemia jest okrągła? Jak wiemy, z pytaniem zmagało się wielu śmiałków, a ostatecznego dowodu dostarczył portugalski żeglarz Ferdynand Magellan, który w XVI w zorganizował wyprawę dookoła świata.

Podobieństw miedzy tymi dwoma zagadkami jest jeszcze więcej. Wyprawa Portugalczyka trwała 3 lata. Dowód hipotezy Poincare Perelman opublikował w 2002 roku i od tego czasu jego 1000-stronicowa praca poddawana była badaniom przez innych matematyków. W połowie tego roku ogłoszono, że dowód nie ma luk i rzeczywiście Poincare miał racje.

Kwestię tej hipotezy najlepiej przedstawić na przykładach. Dla matematyka zwartą rozmaitością jednospójną jest między innymi powierzchnia ziemi. Od czasów Magellana wiemy, że niezależnie od kierunku, w którym będziemy podróżować, nie spadniemy za horyzont, bo Ziemia jest okrągła. O to, z grubsza rzecz biorąc, chodzi w pojęciu zwartości - powierzchnia Ziemi nie ma brzegu, można po niej jeździć w nieskończoność, a każde dwa punkty na kuli ziemskiej możemy połączyć przy pomocy ścieżki czy drogi. Pojęcie homeomorfizmu, czyli podobieństwa, pozwala matematykom uprościć badanie różnych tworów geometrycznych. Sprawdzają, czy dany obiekt jest podobny do czegoś prostego. I tak ziemia jest homeomorficzna ze sferą, czyli można każdy punkt na jej powierzchni odwzorować na globusie. Wszelkie inne sposoby odwzorowania muszą skończyć się źle - dlatego nie istnieją płaskie mapy pokazujące prawidłowo jednocześnie dystans i powierzchnię, a także nikt nie robi globusów w kształcie opony.

Hipoteza Poincare ma w sobie jeszcze jeden element łączący ją z Magellanem. Powstała jako próba odpowiedzi na pytanie, czy stwory żyjące na jakiejś powierzchni (na przykład na Ziemi, czy na istniejącym tylko w naszej wyobraźni świecie w kształcie dysku) są w stanie dowiedzieć się czegoś więcej o jej kształcie - czy jest ona piłką, czy może oponą - bez wyściubiania poza nią nosa. Poincare wysnuł podejrzenie, że wystarczy sprawdzić, czy każdą krzywą można w sposób ciągły zredukować do punktu. Czyli inaczej mówiąc, czy dowolny sznurek opasany na powierzchni (na przykład Ziemi) można tak długo zaciskać, aż zostanie tylko maleńka pętelka, w którą nic już nie wejdzie.

Perelman udowodnił, że Poincare miał rację i test, który wymyślił francuski matematyk, rzeczywiście pozwala udowodnić, że żyjemy (bądź nie) na powierzchni wielkiej piłki.

Skoro jednak od dawna wiemy, że Ziemia jest kulista, po co test Poincare? Jeden drobiazg sprawia, że cała hipoteza wymyka się wyobraźni śmiertelników. Poincare mówił o rozmaitościach trójwymiarowych. Powierzchnia piłki, czy Ziemi, jest dwuwymiarowa. Sfera trójwymiarowa jest tworem, którego nie jesteśmy w stanie zobaczyć, bowiem istnieje jedynie w przestrzeni... czterowymiarowej. Pytanie Poicare jest więc pytaniem nie o kształt ziemi, a o kształt Wszechświata. Świat, który postrzegamy dookoła, ma trzy wymiary geometryczne. Jednak w skali kosmicznej zagadnienie zaczyna się komplikować: w prostej, trójwymiarowej przestrzeni grawitacja ściągnęłaby całą materię do jednego punktu.

Jedna z roboczych hipotez głoszonych przez współczesnych astronomów mówi, że żyjemy właśnie na powierzchni trójwymiarowej powierzchni w czterowymiarowym świecie i nie widzimy tego tak samo, jak mrówki pełzające po powierzchni gigantycznego balonu widziałyby tylko płaszczyznę.

A oto kolejne wydarzenia, które wstrząsneły światem w 2006 r.

DNA sprzed setek tysięcy lat
W przypadającą na ten rok 150. rocznicę odkrycia pierwszych szczątków neandertalczyków genetykom udało się zsekwencjonować pierwszy fragment genomu naszych prehistorycznych kuzynów. Mimo że użyte w badaniach próbki liczyły sobie kilkadziesiąt tysięcy lat, dzięki zastosowaniu najnowszych technik genetycznych naukowcy byli w stanie wyizolować fragmenty pradawnych nici DNA i dokładnie je przeanalizować.
W efekcie prac dwóch niezależnych zespołów badawczych z Niemiec i USA poznaliśmy 1 065 000 par zasad, czyli pojedynczych cegiełek budujących neandertalski genom. Przeprowadzone analizy DNA wykazały, że do wyodrębnienia się obu gatunków doszło ok. 500 tys. lat temu, co potwierdziło wcześniejsze przypuszczenia paleontologów. Co więcej, jeden z zespołów badawczych stwierdził, że w niedalekiej przeszłości dochodziło do krzyżowania się obu gatunków. Neandertalczyk nie był jedynym prehistorycznym obiektem, jakim w minionym roku zainteresowali się genetycy na ich warsztacie znalazły się próbki DNA mamutów, grzybów i bakterii.

Topnieją lodowce na całym świecie
Wielu naukowcom mogło zrobić się gorąco, gdy obejrzeli tegoroczne zdjęcia satelitarne lodowców w okolicach obydwu ziemskich biegunów - lodowe czapy okazały się być mizerniejsze niż do tej pory. Samo topnienie lodów nie jest niczym niezwyczajnym, to część naturalnego cyklu: latem tracą na wadze tylko po to, by zimą na powrót się odbudować.
Natomiast zaskakujące jest tempo samego procesu: na przykład tylko w tym roku Arktyka zmalała o obszar wielkości Wielkiej Brytanii. Przy tym tempie topnienia lodowce nie będą w stanie zregenerować się zimą. Rozpuszcza się też pokrywa lodowa na Grenlandii. Jeżeli tendencja się utrzyma, dożyjemy czasów, kiedy północna droga morska dookoła kontynentu eurazjatyckiego będzie dostępna dla żeglugi.

Ryba, której wyrosły nogi

W ubiegłym roku amerykańskim paleontologom udało się wypełnić lukę w naszej wiedzy dotyczącej historii ziemskiego życia. Wszystko za sprawą odkrycia szczątków tiktaalika, prehistorycznego zwierzęcia będącego w połowie rybą, a w połowie - lądowym płazem. Trzy szkielety wodno-lądowych stworów odnaleziono podczas wyprawy w rejon Nunavut, na północy Kanady. Tiktaalik rosea (tiktaliik oznacza w języku Inuitów dużą rybę) zamieszkiwał Ziemię 375 mln lat temu, a z wyglądu przypominał 3-metrową kijankę. Mimo że ciało zwierzęcia pokrywały łuski, a z jego boków wyrastały płetwy, to przednie kończyny tiktaalika były zbudowane tak, jak kończyny pierwszych płazów (miały nadgarstek, a tworzące je kości były grube i mocne). Zdaniem odkrywców zamieszkujący płytkie strumienie i mokradła tiktaalik mógł swobodnie wynurzać głowę ponad lustro wody i oddychać powietrzem atmosferycznym.

Czapka niewidka coraz bliżej
Do niedawna niewidzialność była domeną świata baśni. W październiku tego roku w laboratoriach amerykańskiego Duke University przeprowadzono praktyczny eksperyment dowodzący, że niewidzialność jest możliwa do osiągnięcia metodami naukowymi. Kluczem do sukcesu były tzw. metamateriały: materiały, których właściwości wynikały nie z ich składu chemicznego, ale ze struktury fizycznej. Zbudowana z takiego materiału bdquo;puszka niewidka” oddziaływała na mikrofale w zadziwiający sposób: fale nie były ani odbijane, ani pochłaniane, ani też przepuszczane, po prostu omijay ukryty wewnątrz przedmiot, poruszając się wzdłuż zakrzywionego toru.
Do prawdziwej niewidzialności (czyli takiej, w której ukryty przedmiot dosłownie znika z naszych oczu) jeszcze daleko: podstawowe elementy konstrukcyjne takiej puszki muszą mieć rozmiar mniejszy od długości fali elektromagnetycznej. Dla mikrofal są to milimetry, dla światła widzialnego - milionowe części milimetra.


Cudowny lek przywraca wzrok
Najważniejsze ubiegłoroczne medyczne odkrycie z dziedziny medycyny zasługuje na miano prawdziwego cudu. Amerykańskim naukowcom udało się stworzyć lek, który przywraca wzrok ociemniałym ludziom. Preparat, który jesienią zyskał akceptację amerykańskiego Urzędu ds. Leków i Żywności (Food and Drug Administration) nazywa się Ranibizumab i jest przeznaczony dla osób cierpiących na zwyrodnienie plamki żółtej (tzw. AMD). Choroba ta dotyka zwykle starsze osoby, powodując postępującą i jak dotychczas nieodwracalną utratę wzroku. Nowy lek skutecznie powstrzymuje rozwój choroby, a nawet powoduje cofnięcie się jej objawów. Mimo swego sukcesu farmakolodzy z firmy Genetech, która stworzyła rewolucyjny lek, nie testują jeszcze nowszego tańszego preparatu o tym samym przeznaczeniu - Bevicizumab.

Ewolucja wciąż trwa
Naukowcom udało się podpatrzeć ewolucję przy pracy i to czterokrotnie. O pierwszym z serii ewolucyjnych odkryć poinformowano w czerwcu, a tyczyło się ono myszy zamieszkujących wybrzeże Florydy. Mimo że należały one do jednego gatunku, to dosłownie z pokolenia na pokolenie się zmieniały. Zwierzaki mieszkające na plaży coraz bardziej różniły się kolorem od swych pobratymców żyjących w głębi lądu. Rwnie szybko postępujące zmiany ewolucyjne udało się także zaobserwować u zięb kaktusowych, którym - w ramach lepszej adaptacji do środowiska -wyrastają coraz dłuższe dzioby.
Innemu zespołowi udało się z kolei uchwycić moment, kiedy jeden gatunek muszek owocowych przeistacza się w dwa zupełnie odrębne. Ostatnie z odkryć tyczyło się także owadów, a dokładnie amerykańskich motyli. W tym przypadku naukowcy stali się świadkami powstania zupełnie nowego gatunku będącego połączeniem dwóch wcześniej istniejących.


Optyczne superwynalazki
Mikroskopy optyczne w tym roku poczyniły duży postęp, znacznie zwiększając swoją zdolność rozdzielczą. Zawdzięczają to tzw. mikroskopii STED, w której badany preparat oświetlany jest nie jednym, ale dwoma promieniami lasera. Pierwszy laser pobudza aparat do świecenia; drugi, o promieniu w kształcie obrączki (z małym otworem), działa w sposób dokładnie przeciwny. Dzięki temu rozmiar świecącej plamki zmniejsza się mniej więcej trzykrotnie, z ok. 200 nanometrów do ok. 66 milionowych części milimetra.
Wysoka rozdzielczość umożliwia dostrzeżenie pojedynczych cząsteczek chemicznych, z pomocą których przesyłane są impulsy w naszym układzie nerwowym. Nowa technologia nie tylko pozwoli nam na zgłębienie mechanizmów pracy naszego mózgu, ale również schorzeń, których przyczyną są zaburzenia przesyłu informacji pomiędzy neuronami.


Niezapomniane odkrycia dotyczące pamięci
Udało się zaobserwować, jak krok po kroku w naszym mózgu dochodzi do powstawania wspomnień. Dzięki zastosowaniu różnych technik neuroobrazowania (metody te umożliwiają podpatrywanie mózgu przy pracy) badaczom udało się wytropić chemiczne i strukturalne zmiany w hipokampie, które towarzyszą zapamiętywaniu. Jak odkryto, u podstaw utrwalania nowych informacji leży proces tzw. długoterminowej potencjacji, który wzmacnia połączenia pomiędzy neuronami. Dzięki szczegółowym zdjęciom mikroskopowym hipokampów szczurów neurolodzy mogli wskazać, które to połączenia powstały w wyniku słuchania nowych dźwięków, a które stanowią wspomnienie po niemiłym urazie. Kolejne zadanie, jakie czeka badaczy, to rozpracowanie chemicznych mechanizmów umożliwiających zapamiętywanie.

Małe wielkie cząsteczki RNA
Przy okazji odkryć genetycznych zwykle możemy słyszeć o DNA, genach lub ich mutacjach. W tym jednak roku największym hitem w dziedzinie biologii molekularnej okazały się być nieznane wcześniej cząsteczki RNA (kwasu rybonukleinowego), które mimo niepozornych rozmiarów (ok. 30 nukleotydów) pełnią niezwykle ważne funkcje w naszym organizmie. Wszystko zaczęło się latem tego roku, gdy cztery niezależne zespoły naukowców poinformowały o odkryciu zupełnie nowej klasy cząsteczek, które nazwano Piwi-RNA lub w skrócie pi-RNA. Jak się okazało, te proste w budowie molekuły mają niewyobrażalną moc i potrafią wyłączać (na stałe lub tylko na jakiś czas) poszczególne geny.