Die Wahrscheinlichkeit, dass der Asteroid „2024 YR4“ die Erde trifft, ist auf 0,28 % gesunken | Wissenschafts- und Technologiewoche

Zusammengestellt von Zhou Shuyi und Pingsheng

Microsoft behauptet Durchbruch im Quantencomputing, doch Physiker stellen ihn in Frage

Am 19. Februar kündigte die US-amerikanische Microsoft Corporation die Markteinführung von „Majorana 1“ an, dem weltweit ersten Quantenprozessor auf Basis topologischer Quantenbits, und behauptete, dieser stelle „einen transformativen Schritt hin zum praktischen Quantencomputing dar“. Einige Forscher äußerten sich jedoch skeptisch gegenüber den Behauptungen des Unternehmens und die Branche wartet gespannt darauf, ob Microsoft weitere technische Einzelheiten bekannt geben wird.

Majorana 1 | Microsoft

Der Majorana-Nullmodus (MZM) ist eine Art topologischer nicht-trivialer Quasiteilchenanregung in der Festkörperphysik. Da es nichtabelschen Statistiken gehorcht und der Vielteilchenzustand des Systems stark vom Austauschvorgang abhängt, wird erwartet, dass es als Grundeinheit für die Konstruktion topologischer Quantenbits dient. Laut Microsoft basiert Majorana 1 auf topologisch geschützten Quantenbits mit hoher Fehlertoleranz und verwendet eine Al/InAs-Nanodraht-Verbundstruktur. Bei einer Abkühlung nahe dem absoluten Nullpunkt und unter Steuerung durch ein Magnetfeld weist das kollektive Verhalten der Elektronen Merkmale des Majorana-Nullenergiemodus auf. Majorana 1 integriert 8 topologische Quantenbits auf einem Chip und das zukünftige Ziel ist die Erweiterung auf eine Million Quantenbits. Es wird berichtet, dass Majorana 1 sehr stabil ist und dass Änderungen des Quantenzustands durch Zerstörung externer Energie, wie etwa elektromagnetische Strahlung, im Durchschnitt nur einmal pro Millisekunde auftreten.

Microsoft veröffentlichte am selben Tag auch ein Papier zu Majorana 1 in Nature, dieses Papier war jedoch nur ein Zwischenergebnis und enthielt keine Folgeexperimente. Die Autoren des Papiers sagten, dass die Messergebnisse des Artikels nur die nichtlokalen Korrelationseigenschaften von Majorana-Nullenergiemodi veranschaulichen können und nicht die Existenz topologischer Quantenbits beweisen. Einige Forscher kritisierten Microsoft dafür, dass es keine weiteren technischen Details veröffentlicht habe. „Ohne weitere Daten aus den Qubit-Manipulationen zu sehen, gibt es keinen Kommentar“, sagt Georgios Katsaros, Physiker am Institute of Science and Technology Austria. Vincent Mourik, Physiker am Helmholtz-Zentrum in Deutschland, steht der gesamten Studie skeptisch gegenüber: „Grundsätzlich wird der Ansatz, den Microsoft verfolgt, einen Quantencomputer auf Basis topologischer Majorana-Qubits zu bauen, nicht funktionieren.“

Im Jahr 2018 behauptete das Forschungsteam von Microsoft im niederländischen Delft, den Majorana-Nullenergiemodus entdeckt zu haben, das entsprechende Papier wurde jedoch im Jahr 2021 zurückgezogen.

Das größte KI-Modell in der Biologie veröffentlicht, das auf Anfrage DNA schreiben kann

Am 19. Februar wurde das KI-Biologiemodell Evo 2, das gemeinsam von Forschern des Arc Institute, der Stanford University und anderen Institutionen sowie dem Chiphersteller Nvidia entwickelt wurde, offiziell veröffentlicht. Evo 2 wird mit 9,3 Billionen Nukleotiden aus mehr als 128.000 Genomdaten trainiert und ist damit das größte KI-Modell in der Biologie. Forscher sagen, dass Evo 2 in der Lage ist, „in der Sprache der Nukleotide zu lesen, zu schreiben und zu denken“ und Muster in den genetischen Sequenzen von Organismen zu erkennen, die für Menschen schwer zu erkennen sind.

Evo 2 wird anhand von 9,3 Billionen Nukleotiden aus über 128.000 Genomen trainiert, einem Maßstab, der den leistungsstärksten großen Sprachmodellen der generativen KI ähnelt. | Arc-Institut

DNA und RNA kodieren biologische genetische Informationen und die darin enthaltenen Muster können von KI erkannt und gelesen werden. „Diese Muster haben sich über Millionen von Jahren entwickelt und enthalten Hinweise darauf, wie Moleküle funktionieren und miteinander interagieren“, sagte Brian Hie, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen in Stanford und Autor des Artikels. Im Gegensatz zu gängigen KI-Modellen, die Proteinstrukturen vorhersagen, umfassen die Trainingsdaten von Evo 2 sowohl die codierenden als auch die nichtcodierenden Regionen von Genen.

Das Vorgängermodell von Evo 2, Evo 1, wurde 2024 veröffentlicht. Es wurde anhand der Genome von etwa 80.000 Bakterien, Archaeen und Bakteriophagen trainiert. Es ermöglicht eine Zero-Shot-Funktionsvorhersage im DNA-, RNA- und Proteinmodus und kann außerdem DNA-Sequenzen mit einer angemessenen Genomstruktur von mehr als einer Million Basenpaaren Länge erzeugen. Basierend auf 128.000 Genomdaten erweitert Evo 2 den Trainingsumfang auf Pflanzen, eukaryotische Organismen einschließlich Tieren und Menschen und verfügt über einen Trainingsparameter von bis zu 40 Milliarden (es gibt auch eine Version mit 7 Milliarden Parametern).

Es wird berichtet, dass Evo 2 für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet werden kann. Damit können genetische Veränderungen identifiziert werden, die die Proteinfunktion und die Anpassungsfähigkeit von Organismen beeinträchtigen. Beispielsweise erreichte Evo 2 bei einem Test von BRCA1-Genvarianten, die mit Brustkrebs in Zusammenhang stehen, eine Genauigkeit von über 90 % bei der Vorhersage, welche Mutationen gutartig und welche potenziell pathogen waren. Die Entwicklung neuer Medikamente durch die Entdeckung der genetischen Ursachen menschlicher Krankheiten zu beschleunigen, könnte viel Zeit und Forschungsgelder sparen, die sonst für Zell- oder Tierversuche aufgewendet würden. Darüber hinaus kann Evo 2 auch zur Entwicklung neuer biologischer Werkzeuge oder Behandlungen verwendet werden.

Das Forschungsteam überprüfte auch die Generierungsfähigkeiten von Evo 2, das mitochondriale Genomsequenzen, prokaryotische (bakterielle) Genomsequenzen und ganze Chromosomensequenzen eukaryotischer (Hefe-)Sequenzen von Grund auf neu generieren kann. Die Natürlichkeit und Konsistenz der generierten Sequenzen sind besser als bei früheren Methoden. Darüber hinaus kann Evo 2 auch durch Inferenzzeitsuche kontrolliert epigenetische Strukturen generieren (dynamische Anpassung der Suchstrategien während der Inferenzphase des KI-Modells zur Optimierung der Ausgabeergebnisse).

Angesichts der potenziellen ethischen und sicherheitsrelevanten Risiken schlossen die Forscher Krankheitserreger, die Menschen und andere komplexe Organismen infizieren, aus dem Basisdatensatz von Evo 2 aus und stellten sicher, dass das Modell auf Abfragen im Zusammenhang mit diesen Krankheitserregern keine gültigen Antworten zurückgibt. Derzeit steht Evo 2 Forschern auf der ganzen Welt offen, die das Modell über die Website verwenden oder den Quellcode, die Trainingsdaten und die Modellgewichte des Modells kostenlos herunterladen können. Das zugehörige Preprint-Papier wurde am 19. Februar auf BioRxiv veröffentlicht.

CAR-T-Therapie ermöglicht Patienten mit bösartigen Tumoren ein Überleben von 18 Jahren

Bei einem Patienten mit Neuroblastom, der eine Therapie mit chimären Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR-T-Zellen) erhalten hatte, ist die Krankheit seit mehr als 18 Jahren in Remission, ohne dass eine weitere Behandlung erforderlich war. Den Forschern zufolge könnte es sich dabei um die längste Überlebenszeit handeln, die jemals bei einem Krebspatienten unter CAR-T-Therapie verzeichnet wurde. Der zugehörige Artikel wurde am 18. Februar in Nature Medicine veröffentlicht.

Das Neuroblastom ist ein extrakranieller solider Tumor, der vom Nervensystem ausgeht. Es kommt häufig bei Säuglingen und Kleinkindern vor und macht 8 bis 10 % aller bösartigen Tumoren bei Kindern aus. Die Behandlung ist schwierig und die Rückfallrate ist hoch. Bei der CAR-T-Zelltherapie wird mithilfe von Genmodifikationstechnologien genetisches Material mit spezifischen Antigen-Erkennungsdomänen und T-Zell-Aktivierungssignalen in T-Zellen übertragen, wodurch T-Zellen eine gezielte Rolle bei der Abtötung von Tumorzellen spielen können. Diese Therapieklasse ist bereits zur Behandlung einiger Blutkrebsarten wie Leukämien und Lymphome zugelassen, hat sich bei Patienten mit soliden Tumoren jedoch als weniger wirksam erwiesen.

Zwischen 2004 und 2009 rekrutierten die Forscher 19 Kinder mit Neuroblastom für eine klinische Studie der Phase 1, um CAR-T-Zellen zu testen, die auf das Neuroblastom-Protein GD2 abzielen. Als erste Generation der CAR-T-Therapie verfügt sie jedoch noch nicht über die co-stimulierende Signaldomäne, die später üblicherweise verwendet wurde. Elf dieser Kinder befanden sich zum Zeitpunkt der Infusion im aktiven Stadium der Krankheit, bei dreien kam es nach der Behandlung zu einer vollständigen Remission, bei einem von ihnen erlitt die Krankheit anschließend einen Rückfall. bei einer kam es zu einer vollständigen Remission, die acht Jahre anhielt, bis sie nicht mehr weiterverfolgt werden konnte; Bei einer von ihnen war die Krankheit seit mehr als 18 Jahren in Remission, ohne dass sie eine andere Krebsbehandlung erhalten hatte. Außerdem brachte sie zwei gesunde Babys zur Welt.

Die übrigen acht Patienten waren zum Zeitpunkt der Infusion krebsfrei und fünf zeigten bei der letzten Nachuntersuchung 10 bis 15 Jahre nach der Behandlung keine Anzeichen eines Rückfalls. Die Studie erreichte ihr Hauptziel, die Sicherheit von CAR-T-Zellen zu testen, allerdings starben 12 der 19 Patienten zwischen zwei Monaten und sieben Jahren nach der Infusion. Darüber hinaus entdeckten die Forscher das GD2-CAR-Gen in den Blutproben von fünf Patienten, darunter dem Patienten mit 18 Jahren Remission, was bedeuten könnte, dass die CAR-T-Zellen mindestens 5 Jahre lang persistierten.

Karin Straathof, außerordentliche Professorin für Tumorimmunologie am University College London Cancer Institute, kommentierte: „Dies ist in der Tat ein starker Beweis dafür, dass bei soliden Tumoren eine vollständige Remission (durch CAR-T) erreicht werden kann.“ Sie glaubt, dass weitere Forschung nötig ist. „Wir arbeiten daran, herauszufinden, warum es bei manchen Patienten funktioniert und bei anderen nicht, um chimäre Antigenrezeptoren besser entwickeln zu können.“

Die Wahrscheinlichkeit, dass der Asteroid 2024 YR4 die Erde trifft, ist auf 0,28 % gesunken

Die jüngste Einschätzung der National Aeronautics and Space Administration (NASA) vom 20. Februar ergab, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Asteroid mit der Nummer „2024 YR4“ am 22. Dezember 2032 die Erde trifft, auf 0,28 % gesunken ist. Das Forschungsteam der NASA zur Planetenverteidigung wird diesen Asteroiden weiterhin verfolgen und beobachten und das Risiko eines Einschlags auf der Erde einschätzen.

In jüngster Zeit hat das Thema des möglichen Einschlags des Asteroiden „2024 YR4“ auf der Erde die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich gezogen. Der Asteroid wurde laut NASA erstmals am 27. Dezember 2024 vom Asteroid Earth-Impact Last Alert System in Chile entdeckt und hat einen geschätzten Durchmesser zwischen 40 und 90 Metern.

Seit Ende letzten Jahres verfolgen und beobachten Astronomen den Asteroiden weiter und passen die Analysedaten an. Am 18. dieses Monats aktualisierte das Center for Near-Earth Object Studies am Jet Propulsion Laboratory der NASA die geschätzte Wahrscheinlichkeit, dass dieser Asteroid die Erde trifft, auf 3,1 %. Dies ist die höchste Wahrscheinlichkeit, dass ein Objekt dieser Größe die Erde trifft, die die Agentur jemals ermittelt hat. Doch in den vergangenen beiden Tagen hat die NASA die Einschlagswahrscheinlichkeit kontinuierlich gesenkt und liegt nun bei 0,28 Prozent.

Die NASA erklärte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Asteroid „2024 YR4“ am 22. Dezember 2032 die Erde trifft, derzeit sehr gering sei. Wenn mehr Beobachtungsdaten gesammelt und in die Umlaufbahnberechnungen einbezogen werden, wird diese Wahrscheinlichkeit wahrscheinlich auf Null sinken. Aufgrund der zunehmenden Entfernung zwischen dem Asteroiden und der Erde können ihn die Teleskope der Erde ab April dieses Jahres nicht mehr beobachten. Weitere Beobachtungen und Analysen werden erst im Jahr 2028 möglich sein, wenn sich der Asteroid der Erde erneut nähert und hell genug ist. (Nachrichtenagentur Xinhua)

Chinesische Wissenschaftler entdecken neuen Typ von Normaldruck-Hochtemperatur-Supraleiter

Ein gemeinsam von der Southern University of Science and Technology, dem Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Quantum Science Center und der Tsinghua University gebildetes Forschungsteam veröffentlichte seine Forschungsergebnisse am 18. Februar online in Nature. Sie erreichten Hochtemperatur-Supraleitung in Nickeloxid-Materialien unter Normaldruck. Die anfängliche Übergangstemperatur zur Supraleitung lag über 40 Kelvin (K), was minus 233 Grad Celsius entspricht, und es wurden die dualen Eigenschaften „Nullwiderstand“ und „Antimagnetismus“ beobachtet. Diese Entdeckung macht nickelbasierte Materialien nach kupfer- und eisenbasierten Materialien zum dritten Hochtemperatur-Supraleiter-Materialsystem, das die 40K-„McMillan-Grenze“ bei Normaldruck durchbricht, und stellt einen neuen Durchbruch bei der Lösung der wissenschaftlichen Probleme der Hochtemperatur-Supraleitungsmechanismen dar.

Die höchste supraleitende Übergangstemperatur herkömmlicher Supraleiter beträgt 40 K, was der „McMillan-Grenze“ entspricht. Zuvor überschritt die supraleitende Übergangstemperatur von Materialien auf Kupfer- und Eisenbasis die „McMillan-Grenze“ und man sprach von Hochtemperatur-Supraleitern. In den letzten Jahren haben sich supraleitende Materialien auf Nickelbasis als neue Kraft herausgestellt. Die Frage, wie man sich von den Hochdruckbeschränkungen lösen und Normaldruck- und Hochtemperatur-Supraleitung erreichen kann, ist zu einer wichtigen Forschungsrichtung in der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft geworden.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte das Forschungsteam unter der Leitung von Akademiemitglied Xue Qikun und außerordentlichem Professor Chen Zhuoyu unabhängig voneinander die Technologie der „starken Oxidations-Atomschicht-Epitaxie“. Mit dieser Technologie ist ein schichtweises Wachstum von Atomen möglich und die chemische Zusammensetzung kann präzise gesteuert werden, und zwar unter Bedingungen, bei denen die Oxidationsfähigkeit zehntausendmal stärker ist als bei herkömmlichen Methoden. Es ist wie das „Bauen atomarer Bausteine“ im Nanomaßstab, einen Oxidfilm mit komplexer Struktur, thermodynamisch metastabil, aber perfekter Kristallqualität zu konstruieren.

Mithilfe dieser Technologie ordnete das Forschungsteam Atome wie Nickel und Sauerstoff präzise auf einem atomar glatten Substrat an, um einen ultradünnen Film mit einer Dicke von nur wenigen Nanometern zu erzeugen. Darüber hinaus wurde in einer extrem stark oxidierenden Umgebung die Atomstruktur, die ursprünglich eine Umgebung mit extrem hohem Druck benötigte, um stabil zu bleiben, durch Grenzflächentechnik fixiert. Schließlich gelang es, Hochtemperatur-Supraleitung von Nickeloxidmaterialien unter Normaldruck zu erreichen.

Die Forschung an nickelbasierten Supraleitern ist derzeit ein heißes Thema an der Spitze der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft und der globale Wettbewerb ist äußerst hart. Fast zeitgleich berichteten ein Forscherteam der Stanford University in den USA und seine Mitarbeiter über Normaldruck-Supraleitung in einem ähnlichen Materialsystem. Die chinesischen und amerikanischen Teams verfolgen unabhängige Forschungsansätze und ihre Experimente bestätigen sich gegenseitig. Die elektronischen Strukturen der drei Arten von Hochtemperatur-Supraleitern auf Nickelbasis, Kupferbasis und Eisenbasis sind unterschiedlich. Durch vergleichende Studien der drei können wir den Kernmechanismus der Elektronenpaarung bei Hochtemperatur-Supraleitung gründlich verstehen und einen Schlüssel zur Lösung des jahrhundertealten wissenschaftlichen Problems des Mechanismus der Hochtemperatur-Supraleitung finden.

Lust auf ein Dessert nach einem großen Essen? Wie ist der Begriff „Dessertmagen“ entstanden?

Nach dem Essen ist Ihr Magen voll, aber wenn der Nachtisch serviert wird, haben Sie das Gefühl, dass Ihr Magen immer noch voll ist von Kuchen, Eis oder Klebreisbällchen mit fermentiertem Reiswein? Ein internationales Team hat kürzlich herausgefunden, dass dieser Appetit auf Desserts durch eine bestimmte Gruppe von Neuronen im Gehirn verursacht wird. Durch die Hemmung der entsprechenden Nervenbahnen kann die Zuckeraufnahme im Sättigungszustand verringert werden, was zur Bekämpfung von Fettleibigkeit und Stoffwechselerkrankungen beiträgt.

Durch Experimente an Mäusen entdeckten die Forscher, dass es im Gehirn eine Gruppe von Neuronen namens POMC gibt, die sich im Nucleus arcuatus des Gehirns befindet und eine Schlüsselrolle beim Phänomen des „Dessert-Magens“ spielt. Als die Mäuse satt waren und dann zusätzlichen Zucker aßen, setzten diese Neuronen nicht nur Signalmoleküle frei, die das Sättigungsgefühl stimulieren, sondern auch Beta-Endorphin. Diese Substanz kann das „Belohnungssystem“ im Gehirn aktivieren und ein Glücksgefühl hervorrufen, sodass Mäuse auch dann noch Zucker zu sich nehmen, wenn sie satt sind.

Die Studie ergab außerdem, dass dieser Mechanismus der „Zuckersucht“ nur durch den Konsum von Zucker aktiviert wird und auf normale oder fettreiche Nahrungsmittel nicht reagiert. Als die Wissenschaftler diesen Nervenweg experimentell blockierten, zeigten die Mäuse kein Interesse mehr an dem zusätzlichen Zucker. Interessanterweise wurde dieser Mechanismus aktiviert, bevor die Tiere den Zucker überhaupt zu sich nahmen. Mit anderen Worten: Schon die bloße Wahrnehmung von Zucker löst im Gehirn Heißhunger auf Süßes aus, woraufhin der „Dessertmagen“ Beta-Endorphine freisetzt. Durch den Konsum von zusätzlichem Zucker wird diese Freisetzung noch verstärkt.

Um zu überprüfen, ob dieser Befund auf den Menschen zutrifft, führten Wissenschaftler Gehirnscan-Experimente an Freiwilligen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass bei der Einnahme der Zuckerlösung durch einen Strohhalm durch die Freiwilligen derselbe Bereich des Gehirns aktiviert wurde wie bei den Mäusen. Dieser Bereich wird nicht nur mit Sättigung in Verbindung gebracht, sondern ist auch reich an Beta-Endorphinen.

Forscher sagen, dass Zucker schnell vom Körper aufgenommen und zur Speicherung in Glykogen und Fett umgewandelt werden kann. Zucker ist in der Natur knapp und der Appetit auf zusätzlichen Zucker kann Tieren helfen, ihre Überlebensrate zu verbessern und einen evolutionären Vorteil zu erlangen. Doch in einer Industriegesellschaft, in der Nahrungsmittel im Überfluss vorhanden und Zucker überall verfügbar ist, kann dieser neuronale Pfad leicht zu einer übermäßigen Zuckeraufnahme führen, was wiederum zu gesundheitlichen Problemen führt. Auf Grundlage dieser neuen Erkenntnisse können Forscher möglicherweise wirksamere Kombinationstherapien entwickeln, die Menschen bei der Bewältigung gesundheitlicher Probleme wie Fettleibigkeit helfen. (Tageszeitung für Wissenschaft und Technologie)