Десять главных достижений науки

 

Достижения безусловно полезные — победа над лихорадкой, безобидные — найдены пентакварки, занятные — психология все-таки не совсем наука, и такие, что заставляют крепко призадуматься

 

Завершается еще один год на нашем пути в будущее, пугающее и манящее. Главный мотор этого движения – наука, но куда именно ведет она цивилизацию? Ответ становится яснее, если подвести итоги, выделить самые главные научные прорывы уходящего года, перспективы их развития и их авторов — «прогрессоров» в нашей терминологии.

 

 

1. Победили лихорадку Эбола

 

 

Прорыв: Вакцина от Эболы оказалась работающей, а прививочная кампания — эффективной.

 

 

Прогрессоры: Агентство общественного здоровья Канады и фармацевтическая компания Merck.РЕКЛАМА

 

 

Подробности: Куда пропала Эбола? Этим вопросом российские (а возможно, и не только российские) телезрители начали задаваться примерно в середине 2015 года, когда главная «страшилка» последних нескольких месяцев перестала появляться в новостных сюжетах. Кое-кто даже высказывался в духе теорий заговора: мол, информацией об эпидемии нас пугали, чтобы отвлечь от чего-то более важного и страшного, а когда отвлекли — пугать перестали. На самом деле все проще: именно к середине лета вспышки болезни пошли на спад — начала действовать вакцина, разработанная Агентством общественного здоровья Канады и усовершенствованная фармацевтической компанией Merck.

 

 

Эпидемия, начавшая в марте 2014 года в Гвинее и ставшая крупнейшей с момента открытия вируса Эбола, подстегнула исследователей и работа, которая в иных обстоятельствах могла растянуться на десятилетие, была проделана за 10 месяцев. Вакцина была создана. В апреле 2015 года медики сделали первые прививки людям. В течение трех месяцев для эксперимента отобрали 100 человек, заразившихся Эболой, и подвергли вакцинации более 2 тысяч родственников и соплеменников инфицированных. В дальнейшем выяснилось, что из числа людей, получивших прививку, заболели всего 16 человек. Вакцинацию начали проводить на системной основе: как только выявляется человек, подхвативший Эболу, все его ближайшее окружение тут же отправляется «на укол».

 

 

До начала прививочной кампании медики постоянно фиксировали новые случаи заболевания. После появления вакцины эпидемия Эболы стала постепенно затихать.

 

 

Перспективы: Всемирная организация здравоохранения считает, что эффективность новой вакцины окажется в диапазоне от 75 до 100 процентов. Если бы препарат разработали хотя бы на полтора года раньше, тысячи людей были бы спасены: эпидемия 2014–2015 годов убила 11 315 человек, еще более 28 тысяч переболели, но смогли выжить. За первые две недели декабря 2015 года Эбола не проявила себя ни разу. Сколько жизней вакцина поможет сохранить в будущем, сосчитать невозможно, но представители ВОЗ уже говорят, что впервые за 40 лет правила игры меняются: сейчас преимущество на стороне человека, а не вируса.

 

 

 

 

2. Слетали к Плутону

 

 

Прорыв: Зонд  «New Horizons» достиг Плутона и собрал множество данных о карликовой планете и ее спутнике Хароне.

 

 

Прогрессоры: НАСА, хотя не меньше мы обязаны Персивалю Лоуэллу, предсказавшему существование Плутона, и Клауду Томбо, открывшему его.

 

 

Подробности: Миссия «Новые горизонты» стартовала в далеком 2006 году, когда Плутон ещё считался полноценной планетой, а о facebook к примеру еще никто и не слышал. В течение долгих девяти лет космический аппарат упорно приближался к  Плутону, по большей части пребывая в режиме гибернации и только время от времени просыпаясь, чтобы скорректировать курс и сфотографировать подвернувшиеся под руку космические объекты. Объекты, надо сказать, попадались что надо: одни облака Юпитера чего стоят. А пролетая мимо Ио, «Новые горизонты» сделал серию снимков, выявивших вулканические всплески на её поверхности, которые потом даже склеили в полноценное видео (первое видео извергающегося за пределами Земли вулкана!). Но всё это было лишь подготовкой к грандиозному успеху, ждавшему зонд в 2015 году. Были получены цветные снимки Плутона и его верного спутника Харона. Про фотографии с «сердцем Плутона» (азотным морем) заговорили даже далекие от астрономии люди.

 

 

Перспективы: В целом аппарат проводил наблюдения Плутона 9 дней, за которые собрал около 50 гигабит информации. Сейчас он потихоньку передаёт на Землю собранные данные. Как говорят в НАСА, передача будет продолжаться до конца 2016 года, ведь её скорость не превышает 2000 бит в секунду. Полученная информация позволит проверить некоторые гипотезы, например, о наличии воды под толщей льда океана, или о составе атмосферы карликовой планеты. Но на этом миссия не закончится: на 1 января 2019 года планируется пролёт мимо астероида 2014 MU69, типичного представителя пояса Койпера. Возможно, удастся найти ещё какие-то достойные цели, к которым направится зонд. Но «Новые горизонты» и так уже достигли многого. В последний раз человечество получило снимки неизведанной планеты в 1989 году — тогда это был Нептун. А больше неизведанных планет в Солнечной системе не осталось.

 

 

 

 

3. Отредактировали человеческие гены

 

 

Прорыв: Метод редактирования генома CRISPR/Cas9 испытали на генах человека и усовершенствовали.

 

 

Прогрессоры: Генные инженеры из Китая и США.

 

 

Подробности: В прошедшем году продолжились прорывные эксперименты с революционным в своей простоте методом редактирования генов CRISPR/Cas9, дающего нам возможность с помощью особых ферментов находить нужный участок ДНК и менять его, вырезая или добавляя строки генетического программного кода. Самым скандальным стал эксперимент китайских биоинженеров, испытавших метод на изначально нежизнеспособных человеческих эмбрионах. Результат разочаровал даже самих ученых: из 86 эмбрионов только в 28 замещающему комплексу удалось связаться с нужным участком ДНК. Эксперимент подвергся критике, в том числе со стороны журнала Nature. В критической статье ученых призывали не использовать метод на людях из-за большого количества нежелательных мутаций и непредсказуемых последствий и обращали внимание на то, что неудачи в экспериментах бросают тень на успешные попытки лечения отдельных органов с помощью этой системы. Впрочем, очень скоро американским ученым удалось на порядок увеличить эффективность метода CRISPR/Cas9, снизив количество ошибок практически до нуля. Мы вплотную приблизились к технической возможности редактирования генома человека.

 

 

Перспективы: На саммите, посвященном редактированию генома человека, ученые решили, что еще не настало время для редактирования до рождения ребенка его генов, передающихся по наследству. Этот временный запрет не распространяется на лечение, результаты которого по наследству не передадутся. Окончательно запрещать «исправлять» геном человека  не стали, рассудив, что всегда найдутся те, кто решится нарушить запрет. Генной инженерии необходимо будет довести методы до совершенства, чтобы получить ключ к редактированию передающихся по наследству генов. На первом этапе это позволит вылечить некоторые болезни, которые вызываются изменениями в отдельных генах, а в дальней перспективе, возможно — к появлению разных вариантов «постлюдей», экспериментирующих со своим геномом.

 

 

 

 

4. Откопали «переходное звено»

 

 

Прорыв: проанализированы останки древнейших людей, названных  Homo naledi — судя по анатомическому строению это самые ранние представители рода людей, жившие 2-3 миллиона лет назад и претендующие на роль «переходного звена» между обезьянами-австралопитеками и людьми.

 

 

Прогрессоры: Ли Бергер и работающие с ним палеоантропологии.

 

 

Подробности: В 2013 году два спелеолога обнаружили в узком туннеле системы пещер «Восходящая звезда» проход в небольшую камеру, на дне которой покоились сенсационные кости. Палеонтолог Ли Бергер организовал масштабную экспедицию в пещеру, которая теперь зовется Диналеди. Только самым стройным исследователям довелось узреть невиданное для палеонтолога богатство: в пещере обнаружили один практически целый скелет, отлично сохранившиеся кисть и стопу, а в целом более полутора тысяч фрагментов скелетов 15 людей разного пола и возраста. Сенсационности этой находке добавил и налет загадочности. В пещеру вел только один туннель, длинный и крайне узкий, а геологи утверждали, что другого пути никогда и не было. Ученые не обнаружили никаких следов человеческой деятельности: переноса воды, изготовления орудий, огня, который мог бы позволить древним людям ориентироваться в пещере. Но как и, главное, зачем они пробрались сквозь «шкуродер» в эту камеру? Они протискивались наощупь в поисках убежища или места для спокойной смерти, или их соплеменники организовали в пещере нечто вроде первобытного кладбища, перетаскивая туда тела? Помочь с ответом на этот вопрос могла бы датировка окаменелостей. Для этого ученым нужно было исследовать осадок на костях, состав флоры и фауны, вулканический туф или песок. Но ничего этого в замкнутой пещере не было, кроме каменной пыли со стен и потолка, покрывшей слоем толщиной в 15 сантиметров обнаруженные кости. А главной новостью оказалось то, что исследователи обнаружили не уже известных науке предков вроде австралопитеков, останки которых часто находили в этой области.

 

 

По итогу исследований группа антропологов описала новый вид наших предков — Homo naledi, или «звездного человека» («naledi» переводится как «звезда» с южноафриканского языка сесото). В двух опубликованных пока статьях подробно описываются особенности кистей и стоп древнего человека. Строение кисти указывает на то, что Homo naledi изготавливали орудия, были искусными древолазами и по пока неизвестной причине имели очень развитые большие пальцы. Ноги «звездного человека» как оказалось были длинными, а стопы мало чем отличались от современных, так что он был приспособлен к долгим пробежкам.

 

 

Перспективы: Точное место на генеалогическом древе для Homo naledi пока не найдено, как не установлен и возраст окаменелостей. Для этого ученым потребуется радиоуглеродная датировка костей и дальнейшее изучение системы пещер «Восходящая звезда».

 

 

 

 

5. Поймали пентакварк

 

 

Прорыв: В июле физики объявили об открытии нового класса частиц, существование которых ученые предсказывали полвека назад, но никак не могли доказать — пентакварков.

 

 

Прогрессоры: У статьи, рассказывающей об обнаружении пентакварка, около 700 авторов, а вообще честь открытий, сделанных на Большом адронном коллайдере, делят между собой тысячи людей, создававших его и работающих там сейчас.

 

 

Подробности: Кварки — это фундаментальные частицы, из которых формируются два класса составных частиц: барионы (это протоны и нейтроны, составляющие ядро атома) и мезоны. Барионы состоят из трех кварков, а мезоны из двух: кварка и антикварка. Обычно кварки не формируют сложные структуры — если собрать несколько кварков вместе, они не объединяются, а сразу распадаются на мезоны и барионы. Объяснить, почему так происходит, современная физика пока не в силах, поскольку теоретически ничто не препятствует объединению кварков в группы по 4 или 5 частиц: в тетра- или пентакварки.

 

 

Возможность таких объединений была обоснована в 1964 году, и с тех пор физики провели десятки экспериментов в попытках найти частицы, состоящие из двух кварков и двух антикварков (тетракварки) и из четырех кварков и одного антикварка (пентакварки). К концу первого десятилетия 2000-х о положительных результатах в поиске пентакварков заявили более 10 команд ученых из разных стран. Но ни один из этих результатов не подтвердился в более масштабных экспериментах. Поиски пентакварка стали считаться делом неблагодарным и обреченным на неудачу.

 

 

Открытие на Большом адронном коллайдере было сделано почти случайно: физики изучали распад лямбда-бариона и неожиданно увидели пентакварк. Учитывая дурную репутацию пентакварка, к изучению обнаруженной частицы физики подошли очень серьезно, долгое время измеряя массу, параметры и квантовые числа, и перепроверяя результаты. В конце концов, были получены данные очень высокой статистической значимости — существование нового класса частиц было официально доказано.

 

 

Перспективы: Пентакварк — это не просто новая частица, а способ объединения кварков в многокомпонентную упорядоченную структуру, о свойствах которой мы пока знаем не много. В Большом адронном коллайдере зафиксировали сразу два пентакварка, близких по массе, и теперь физики будут пытаться объяснить, как это возможно. Вероятно, удастся обнаружить и различные типы пентакварков.

 

 

 

 

6. Показали ненадежность большинства психологических исследований

 

 

Прорыв: Выяснилось, что из 100 психологических экспериментов удаётся воспроизвести только 39. Полученные результаты должны привести к изменению процесса получения научного знания.

 

 

Прогрессоры: «Коллаборация за открытую науку» во главе с Брайаном Нозеком.

 

 

Подробности: Воспроизводимость результатов — одно из главных свойств науки. Какой смысл говорить, что вам удалось осуществить управляемую термоядерную реакцию, в которой произведённая энергия превысила затраченную, если никто не сможет потом повторить ваш успех? Ведь это фактически будет означать, что человечество не получило ничего нового, даже если вы и правы. Результаты же психологических исследований зачастую обещают довольно много и достаточно громко звучат. Всем интересно, отличается ли, например, реакция страха у детей и взрослых. Однако оказалось, что подтвердить результаты подобных экспериментов не так-то просто. Психологи из «Коллаборации за открытую науку» в течение четырёх лет занимались воспроизведением экспериментов, опубликованных в ведущих психологических журналах, и итоги этого исследования оказались неутешительными. По мнению учёных, им удалось воспроизвести лишь 39 работ из 100, и это при том, что 97% первоначальных публикаций заявляло о статистической значимости своего результата. Ну… Могло быть и хуже, не так ли?

 

 

Перспективы: Конечно, на первый взгляд этот результат совсем не похож на прорыв в науке. Ведь он означает, что психологические эксперименты чаще всего проводятся неверно, либо неверно оценивается надежность их результатов. Но ведь гораздо лучше, если проблема осознана и исправлена, чем когда все старательно делают вид, что её не существует. И здесь исследование «Коллаборации за открытую науку» приходится как нельзя кстати. Учёные, поняв, что статистическая значимость результатов не всегда позволяет судить о важности открытия, постараются сделать исследовательский процесс прозрачнее, а результаты – достовернее. Возможно, нас скоро ждёт целая научная революция, которая в корне изменит способы получения знания в психологии.  А заодно, глядишь, и психологическим экспериментам доверять больше станут.

 

 

 

 

7. Выделили антибиотик нового типа

 

 

Прорыв: В июле в журнале Nature была опубликована статья об открытии впервые за 30 лет нового класса антибиотиков — теиксобактина.

 

 

Прогрессоры: Антибиотик «вырастила» команда биологов из США, Германии и Великобритании.

 

 

Подробности: Большинство используемых сейчас антибиотиков были созданы в 60-х годах 20-го века, и с тех пор многие бактерии выработали к ним устойчивость. Некоторые возбудители опасных болезней, таких как туберкулез, когда-то подавлялись обычным пенициллином. Но сейчас туберкулез и другие полузабытые инфекции могут снова стать массовыми убийцами.

 

 

Парадокс в том, что отчасти именно из-за стремительности, с которой любые новые антибиотики теряют свою эффективность, фармацевтические компании перестали вкладывать деньги в модификацию существующих препаратов и поиск новых форм. Опустили руки, можно сказать. Проблему устойчивости бактерий к антибиотикам называют одной из главных угроз человечеству в ближайшем будущем.

 

 

Исследователи компании NovoBiotics Pharmaceuticals использовали совершенно новый способ получения антибиотиков. Они не стали обращаться к известным штаммам, которые можно вырастить в лаборатории, а решили искать новый антибиотик в главном источнике бактерий — в почве. Ученые разработали устройство, которое можно опустить в землю и позволить бактериям развиваться в естественной для них среде. Вещества, которые выделили эти бактерии в процессе жизнедеятельности, затем протестировали на мышах, зараженных опасными заболеваниями. Одно из таких веществ обладало выраженными антибиотическими свойствами и оказалось очень эффективно против большинства граммположительных бактерий, устойчивых ко всем другим антибиотикам. Это антибиотик нового типа.

 

 

Обычно антибиотики «портят» белки бактерий, а те в ответ приспосабливаются к его атакам, так меняя структуру белка, что он делается нечувствительным к антибиотику. Но найденное вещество повреждает столь важные ферменты, отвечающие за строительство клеточной стенки бактерии, что любое их изменение смертельно для бактерии. При условии, что новый антибиотик будет применяться с большой осторожностью — только в тех случаях, когда другие лекарства бессильны, устойчивость к нему бактерии смогут выработать не раньше, чем через 30-40 лет.

 

 

Перспективы: Компания планирует вывести новое лекарство на рынок в течение пяти лет, и оно станет спасением для тех, кого сейчас нельзя излечить. Однако главное достижение ученых не в этом: способ поиска новых антибиотиков, который они открыли, возможно, откроет новую эру в создании антибиотиков и нам будет что противопоставить угрозе глобальных эпидемий, вызванных мутировавшими бактериями.

 

 

 

 

8. Решили охладить планету

 

 

Прорыв: Строго говоря, это не научное достижение, а дипломатическое и общественное, но на научной основе и весьма важное. В декабре страны ООН приняли новое климатическое соглашение — Парижское. Согласно ему до конца века планета не должна потеплеть больше, чем на два градуса Цельсия. Страны обязуются сделать все возможное, чтобы снизить этот порог даже до полутора градусов.

 

 

Прогрессоры: Представители всего человечества — Парижское соглашение приняли 195 стран мира.

 

 

Перспективы: За последние 5000 лет Земля нагрелась всего на 4-5°C, но с 1980-го года по 2020-ый температура на поверхности планеты увеличивается на 0,25°C каждое десятилетие. В пессимистичном сценарии ООН, в 21-ом веке планета нагреется на 2.6–4.8°C, такое потепление скажется на жизни миллиардов людей. Таяние ледников, которое приведет в повышению уровня моря и затоплению островов и побережий континентов, засухи и глобальные катаклизмы, такова лишь часть прогнозируемых последствий.

 

 

Промышленность и энергетика большинства стран мира зависят от сжигания ископаемого топлива. Именно этот процесс в наибольшей степени ответственен за выбросы парниковых газов, которые по мнению большинства ученых провоцируют глобальное потепление. Отказаться от ископаемого топлива сейчас невозможно, но в рамках соглашения страны ООН договорились работать над постепенным переходом к безуглеродной экономике. Энергия будет расходоваться более эффективно, страны будут внедрять новые, экологически безопасные технологии, использовать возобновляемые источники энергии и диверсифицировать экономику в тех случаях, когда она слишком сильно зависит от добычи и потребления углеводородного топлива. Каждая страна самостоятельно определяет, насколько ей удастся снизить количество выбросов.

 

 

Участники конференции в Париже отдавали себе отчет в том, что такие серьезные преобразования могут вызвать трудности в экономике многих стран, как поставщиков, так и активных потребителей углеводородного топлива. Самые уязвимые страны будут ежегодно получать финансовую поддержку от других государств, различных международных организаций и коммерческого сектора. Государства создадут рынок выбросов, введут новый налог и будут стимулировать инвестиции в новую энергетику и промышленность.

 

 

Перспективы: Парижское соглашение является юридически обязывающим, однако оно еще не подписано. Чтобы оно вступило в силу, его должны ратифицировать по крайней мере 55 стран. Этот процесс начнется в апреле 2016 года и будет продолжаться весь год. Если соглашение будет подписано, и страны будут придерживаться зафиксированных в нем обязательств, у человечества увеличится шанс сохранить планету такой, какой она была последние 5000 лет.

 

 

 

 

9. Соединили мозги животных в работающую сеть

 

 

Прорыв: Нейрофизиологи из университета Дьюка объединили мозги нескольких крыс в сеть и заставили эту сеть решать задачи.

 

 

Прогрессоры: Мигель Николесис и сотрудники его лаборатории.

 

 

Подробности: Ученые подошли к проблеме взаимопонимания радикально. Нейрофизиологи из университета Дьюка объединили мозги четырёх взрослых крыс, причём получившийся «брейнет» («brainet» — мозговая сеть) решал вполне жизненные задачи, такие как обработка изображений, хранение и поиск информации и даже предсказание (предощущение) погоды. В некотором роде, был получен своеобразный органический компьютер, производительность которого превышала производительность отдельного мозга. Что по этому поводу думали испытуемые крысы, к сожалению, не сообщается. А ведь интересно было бы узнать, каково это — иметь общий мозг на четверых…

 

 

Перспективы: Исследования Николесиса способствуют развитию нейрокомпьютерных интерфейсов и методов реабилитации людей с нарушенными двигательными функциями, но главное тут скорее в том, что создан прецедент практической реализации «брейнета». Более того, четыре несчастных связанных электродами крысы переводят из разряда фантастики в разряд перспективных технологических проектов  «нейронет» — будущий аналог интернета, в котором взаимодействие людей, животных и машин осуществляется с помощью нейрокоммуникаций.  Трудно даже представить, какую жизнь это принесет людям. Быть может у человека, связанного нервной сетью с миром, вообще не будет отдельного «Я», останется лишь «Мы», примерно как в известной антиутопии Евгения Замятина.

 

 

 

 

10. Обратили вспять процесс старения

 

 

Прорыв: Разработан метод, позволяющий удлинять на целую тысячу нуклеотидов человеческие теломеры — концевые участки хромосом, от длины которых во многом зависит процесс старения нашего организма.

 

 

Прогрессоры: Группа исследователей из Стендфордского университета под руководством Хелен Блау.

 

 

Подробности: Воспроизводство здоровых клеток в организме происходит путем их деления. В ходе каждого деления концы теломер уменьшаются. У молодых людей теломеры имеют длину, эквивалентную 8-10 тысячам нуклеотидов. По мере взросления и старения эти «колпачки» уменьшаются и в какой-то момент достигают точки «невозврата» — клетка прекращает делиться и окончательно умирает. А постепенное умирание клеток, несущее в себе «замусоривание» организма и есть, как считают многие ученые, главная причина старения.

 

 

Зависимость процессов старения организма от состояния теломер была известна и раньше, как и то, что здоровый образ жизни замедляет их укорачивание, но сотрудники Стендфорда предложили принципиально иной способ: они доказали, что можно использовать медицинское вмешательство извне для непосредственного увеличения концевых участков хромосом.

 

 

Основным инструментом новой технологии стала модифицированная РНК, несущая ген теломеразной обратной транскриптазы. После введения такой РНК клетки начинают вести себя как молодые и активно делится. Правда, удлиненные концы теломер снова начинают укорачиваться с каждым новым делением.

 

 

Перспективы: Люди всегда искали ответ на вопрос «Как жить долго и счастливо». И если со счастьем не все так просто, то благодаря результатам завершившихся исследований, мы имеем неплохие шансы значительно продлить свои дни. Продолжение исследований сулит успех в создании препаратов, регулярный прием которых позволит увеличить срок активной жизни клеток, из которых состоит наше тело, а это значит, что мы получим несколько нелишних лет для поиска ответа на вторую часть вопроса — о счастье.

 

 

Авторы: 
Альфия Максутова, Дмитрий Трунин, Арина Гнилицкая, Павел Захаров, Ольга Шалаева Андрей Константинов