10 научных прорывов года

Этот список порой бывает неточен. В научную топ-десятку иногда попадают спорные пункты, но это касается только конца списка — в начале он безупречен, даже когда одно из первых достижений по версии Science оказывается неожиданным.

Так получилось и в этом году.

ДНК-редактирование

Труднопроизносимая аббревиатура CRISPR относится не к методу редактирования, а к молекулярному образованию в двойной спирали ДНК, защищающему её от чужеродных инфекций. Фото — openwetware.org

Главным научным прорывом года журнал Science назвал создание методики под названием CRISPR. С её помощью можно редактировать ДНК, вставляя в любое её место любой ген.

Следует уточнить: труднопроизносимая аббревиатура CRISPR относится не к методу редактирования, а к молекулярному образованию в двойной спирали ДНК, защищающему её от чужеродных инфекций. Расшифровывается она как Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, что означает «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами». Распознав чужую ДНК, это образование тут же строгает её на мелкие кусочки, а часть их вставляет себе между своими повторами, пополняя собственный банк данных на чужаков.

До конца механизм работы CRISPR ещё не выяснен. Однако с 2012 года учёные придумали, как использовать эти палиндромные (одинаково читающиеся в обе стороны) повторы для редактирования самой ДНК, лишив систему способности разрезать на кусочки и модифицировав её способность вставлять гены.

В разных университетах разработали целую серию методик, которые в этом году достигли такого уровня совершенства, что их стали называть «молекулярным чудом». От остальных методик ДНК-редактирования их отличает простота, потрясающая дешевизна и не менее потрясающая эффективность. Например, в одном из экспериментов учёные с помощью CRISPR научились менять пигментацию мух-дрозофил с точностью 97%. Практическое применение методики находится в самом начале и обещает так много в смысле новых методов лечения болезней, что невольно начинаешь подозревать подвох. Пока, похоже, обходится без подвоха. Два крупнейших вуза США — Калифорнийский университет и Институт Броуда в Кембридже — ведут отчаянную патентную войну вокруг CRISPR, и призом для победителя будут миллиардные выплаты.

Встречи с карликовыми планетами

Церера, небесное тело с тёмной поверхностью асфальтового цвета, оказалась испещрена громадными ударными кратерами. Фото — news.sciencemag.org

Вторую строчку списка Science заняли неоднократно описанные в СМИ встречи аппаратов НАСА с карликовыми планетами Плутоном и Церерой. Журнал не без оснований предложил назвать этот год годом карликовых планет. Правда, точнее было бы окрестить его годом развенчанных планет: и Церера, и Плутон какое-то время числились полноценными планетами, после чего были лишены этого статуса.

Напомним, в марте зонд Dawn добрался до Цереры и принялся её изучать. Это небесное тело с тёмной поверхностью асфальтового цвета оказалось испещрено громадными ударными кратерами. Судя по газовой дымке над ними, оно является «немножко» кометой — то ли потерявшей свой хвост, то ли не сумевшей его вырастить.

А к Плутону слетал зонд под названием New Horizons. В июле он встретился с этой ещё недавно планетой, но до сих пор крупнейшим объектом Пояса Койпера (область Солнечной системы от орбиты Нептуна до расстояния около 55 астрономических единиц от Солнца). Когда же зонд пригляделся к пейзажам небесного тела, оказалось, что, несмотря на малые размеры, Плутон вполне мог бы и дальше числиться в списке полноценных планет. У него есть гигантская, пусть и разреженная атмосфера, у поверхности дуют ветры скоростью 1-2 метра в секунду, его пейзажи нетривиальны — ребристые плато, каналы, высоченные ледяные горы, которые с равным успехом могли образоваться и миллионы, и сто лет назад. И похоже, там до сих пор активно происходят геологические процессы.

В 2019-м году New Horizons распрощается с Плутоном и отправится к следующему жителю Пояса Койпера под названием 2014 MU69, а Dawn так и будет крутиться вокруг Цереры ещё несколько столетий.

Самый старый индеец

Предположительно так выглядел Кенневикский человек. Фото — news.nationalgeographic.com

На третью позицию важнейших научных прорывов года журнал Science поставил продолжение (или окончание) эпопеи с Кенневикским человеком. Его останки, напомним, в 1996-м году случайно обнаружили два подростка у реки Колумбия. Когда выяснилось, что скелету не 100-200, а как минимум 15 тысяч лет, на сцене появились представители пяти индейских племён, с доколумбовых времён живших на этой территории. Они через суд потребовали отдать им останки Древнего (так они его называли), чтобы захоронить предка согласно обычаям. Антропологам удалось тогда выиграть суд, доказав, что Древний генетически не имеет с индейцами ничего общего.

В этом году ситуация изменилась. Использовав новейшие методы секвенирования ядерного генома, ученые выяснили, что Кенневикский человек находится в родстве, по крайней мере, с одним из племён, и его останки придётся отдать потомкам.

Научная ценность этого открытия тоже немалая. Получено свидетельство, что индейцы попали в Северную Америку не одно-два тысячелетия назад, как считалось до сих пор, а значительно раньше.

270 разгневанных психологов

Только 39% статей, опубликованных в ведущих журналах по психологии, прошли проверку экспертов. Фото — jurblog.com.ua

Четвёртое место отдано наукам по психологии, хотя к самой психологии достижение относится косвенно. Связано оно с серией скандалов, разразившихся начиная с 2011-го года. Тогда выяснилось, что многие психологические исследования, опубликованные в престижных журналах мира, страдают «плохой» статистикой. Выводы делались на статистически недостоверном количестве участников, а в ряде работ учёные «подгоняли» статистику под желаемый результат, выбрасывая не соответствующие ему данные. Последовала серия повторных исследований, но они только подтвердили гигантский масштаб работ с ложными результатами.

В этом году количество перешло в качество. 270 разгневанных психологов повторили эксперименты ста статей, опубликованных в трёх главных научных журналах. Когда выяснилось, что только 39% статей прошло проверку, они разгневались ещё больше и предложили в дальнейшем использовать методику "предварительной регистрации". В этом случае учёный, задумавший исследование, публикует свои намерения и методы до проведения эксперимента, а затем лишь сообщает результаты и выводы статистического анализа.

Звёздные люди

Звёздные люди были прямоходящими особями высокого роста, их мозг был мал по объёму, а пальцы рук у них были скрючены. Фото — iloveuselessknowledge.com

На пятом месте — звёздные люди (homo naledi). Это новый вид человека, обнаруженный южно-африканскими спелеологами в пещере Восходящей звезды неподалёку от Иоханнесбурга. Пещера представляла собой огромный склад человеческих костей — самый большой за всю историю африканских находок. Ученые впоследствии описали более полутора тысяч образцов, принадлежавших как минимум пятнадцати разным людям. Исследование только начато: пока неизвестен даже возраст останков. Ясно только, что это представители вида homo, совершенно отдельного от нас и до сих пор не встречавшегося учёным. Это были прямоходящие особи высокого роста, их мозг был мал по объёму, а пальцы рук у них были скрючены, что говорит о неизжитой привычке проводить много времени на деревьях.

Споры вокруг магмы

В этом году учёные обнаружили 28 струй магмы, пронизывающих всю толщу мантии и берущих начало у поверхности земного ядра. Фото — nnm.me

Шестое место журнал Science отдал геофизике. В этом году получил разрешение горячий спор вокруг того, с какой глубины просачиваются к поверхности струи расплавленной магмы — с самого дна мантии или из резервуаров, расположенных ближе к поверхности.

Единственным на сегодня способом проверить это обстоятельство остаётся анализ сейсмограмм, полученных во время землетрясений. При встрече с препятствиями сейсмические волны меняют скорость и направление, что должно отразиться на сейсмограммах. Однако информация о процессах, происходящих на глубине, оказывается очень расплывчатой. Долгое время исследователям практически ничего не было известно о глубинных процессах. Однако в этом году учёные воспользовались новой методикой с интенсивной компьютерной поддержкой и смогли извлечь из сейсмограмм намного больше информации, чем прежде. Они обнаружили 28 струй магмы, пронизывающих всю толщу мантии и берущих начало у поверхности земного ядра. Струи, кстати, оказались в три раза толще, чем предсказывала теория (их размер — до 800 км). Все модели того, как охлаждается земное ядро, придётся пересматривать заново.

Вакцина от вируса Эбола

Канадская вакцина против вируса Эбола, проверенная на свиньях, оказалась способной защищать их от болезни с надежностью от 75 до 100 процентов. Фото — prodprofileblob.blob.core.windows.net

Седьмым по счету научным прорывом года Science считает создание первой действенной вакцины против вируса Эбола. Эту вакцину создали канадские учёные в содружестве с корпорацией Merck. В ходе своих исследований они работали с безобидным вирусом домашнего скота, куда был вшит белок, живущий на поверхности вируса Эбола. До сих пор беспрецедентные усилия по созданию вакцины против этого смертельного вируса кончались постоянными неудачами. Канадская вакцина, проверенная на свиньях, оказалась способной защищать их от Эболы с надежностью от 75 до 100 процентов.

Дрожжевой анестетик

Выведенные учёными дрожжи способны превращать сахар в тебаин, из которого можно получать обезболивающее оксикодон (на иллюстрации). Фото — lessentiel.lu

Восьмую позицию списка Science занял научный прорыв насколько интересный, настолько и этически сомнительный. Пытаясь создать эффективное обезболивающее, американские учёные США вывели генно-модифицированные дрожжи. Благодаря 21 дополнительному гену (среди них присутствуют гены трёх видов мака, редкого растения под названием «золотая нить» и даже крысы) оказались способны превращать сахар в тебаин — алкалоид, встречающийся в морфии. Одновременно тебаин — основа для получения таких синтетических обезболивающих, как оксикодон и гидрокодон. Ученые утверждают, что при добавлении ещё двух генов их дрожжи смогут превращать сахар непосредственно в гидрокодон.

Опасность дрожжей в том, что с их помощью в домашних условиях теоретически можно приготовить морфий и героин. Правда, сегодняшние дрожжи вряд ли привлекут внимание наркобаронов: на изготовление одной дозы обезболивающего потребуются многие сотни литров дрожжей. Ещё не вечер — исследователи работают над повышением выхода обезболивающих, одновременно стараясь обеспечить негодность своего метода для приготовления наркотиков… Но ведь могут найтись другие ученые, которые попытаются использовать новые дрожжи совсем по-другому!

Мозг «чистит» лимфа!

Оказалось, что лимфатическая система сосудов, избавляющая организм от «шлаков» и доставляющая иммунные Т-клетки в проблемные места, распространяется и на мозг

Предпоследний, девятый по счёту прорыв по версии Science оказался большим сюрпризом для многих анатомистов. Оказалось, что лимфатическая система сосудов, избавляющая организм от «шлаков» и доставляющая иммунные Т-клетки в проблемные места, распространяется и на мозг.

Веками считалось, что эта система заканчивает свою работу в районе шеи, а мозг располагает отдельной «сантехникой». И только в этом году выяснилось обратное. Группа исследователей США, изучая роль иммунных клеток в мозгу мышей, обнаружила таинственные каналы, по которым лимфатическая система мозга связывается с лимфатической системой остального тела. Ученые предполагают, что в будущем эта связь поможет найти новые способы лечения таких недугов, как болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и менингиты. Но сегодня их главной целью является изучение новой сети, её структуры и функций.

Переспорили Эйнштейна

Эффект «квантовой телепортации» сводится он к тому, что если состояние одной из двух частиц, рождённых в ходе одного процесса, изменится, это мгновенно отразится на другой частице, как бы далеко друг от друга они ни находились. Фото — thumbs.mic.com

Завершает список десятый научный прорыв, из области чистой физики. Последнее место в десятке совершенно закономерно: никаких неожиданностей открытие в себе не несёт, а лишь ставит окончательную точку в дискуссии, которая давным-давно не ведётся.

Речь идёт о диковатом квантовом эффекте, который называют «запутыванием» или «квантовой телепортацией». Сводится он к тому, что если две частицы были рождены в ходе одного процесса, то их общее квантовое состояние будет неизменным. А если состояние одной из них изменится, это мгновенно отразится на другой частице, как бы далеко друг от друга они ни находились. Мгновенно, а не со скоростью света!

Альберт Эйнштейн, который первым придумал этот эффект, был очень смущён мгновенным изменением и пытался найти какой-нибудь обходной манёвр, позволяющий скорости света оставаться максимально достижимой скоростью. Вместе с другими теоретиками он ввёл систему «локальных скрытых переменных», которые избавляли частицу от необходимости менять своё состояние в зависимости от состояния другой «запутанной» с ней частицы.

В 1964 году британский теоретик Джон Белл предложил способ статистически доказать или опровергнуть наличие этих самых «скрытых переменных», но технически такое доказательство оставалось за пределами имеющихся возможностей. Уже без малого два десятилетия физики в разных лабораториях мира изучают найденную Эйнштейном запутанность и каждый раз находят её. Однако теоретическая возможность существования «скрытых переменных» до сих пор оставалась, хотя мало кто продолжал в них верить.

И только в этом году, в эксперименте с запутанными электронами, разнесёнными на 1,3 км, методику Джона Белла удалось реализовать. Ко всеобщему облегчению, исследователи доказали, что никаких «скрытых переменных» вовсе не существует.

Как же тогда со скоростью света? А никак! Запутанные частицы, уверяют учёные, меняют своё состояние мгновенно. Однако использовать это обстоятельство для передачи сигналов со скоростью большей, чем скорость света, невозможно.

Фото на слайдере — j-cul.com