Главные научные открытия 2020 года по версии журналов Science и Nature
Каким бы ни был безумным 2020 год - он уже подошел к концу. Казалось, что весь год ученые были заняты только коронавирусом, но это не так. На самом деле в науке произошло много важных событий, о которых по традиции вспомнили два самых авторитетных журнала мира - Science и Nature.
Астрономы ловили загадочные сигналы из космоса и пробы лунного грунта, а биологи проникали в сознание ворон. Поэтому Информатор Tech, ссылаясь на Meduza, решил рассказать о главных научных открытиях 2020 года.
Список Science
Рекордно быстрая разработка вакцин от COVID-19, или «инъекция надежды»
Эпидемия новой коронавирусной инфекции затронула весь мир. И чтобы справиться с ней, научное сообщество еще никогда не работало так быстро и сообща. По состоянию на середину декабря, 162 вакцины-кандидата находились в стадии разработки, а 52 уже проходили клинические испытания. Такого результата удалось добиться меньше чем за год. Вакцины не могут остановить передачу заболевания, но если хотя бы часть из них окажется эффективной, это уже может стать переломным моментом в борьбе с заболеванием. Можно посмотреть таймлайн на английском языке в журнале Science, чтобы узнать о разработке вакцины подробнее.
Лечение наследственных заболеваний крови с помощью отредактированных клеток
Открытие источника быстрых радиовсплесков
Быстрые радиовсплески долгое время оставались загадкой. Они длятся всего доли секунд и за это время выделяют столько же энергии в радиодиапазоне, сколько суммарно энергии Солнце производит за год. Уже более десяти лет астрономы пытались найти ответ на вопрос, откуда же к нам приходят эти сигналы. Теории были самые разные: от «позывных» инопланетных цивилизаций до белых дыр. Самыми надежными кандидатами считались магнитары и радиопульсары, но чтобы сказать с уверенностью, что всплески приходят от того или иного объекта, нужно поймать его на «месте преступления». В этом году ученым повезло: международная команда исследователей не только впервые зарегистрировала вспышку FRB 200428 прямо в нашей галактике, но и смогла сопоставить ее с источником. Им оказался магнитар в созвездии Лисички.
Уточнение климатических моделей
Если мы продолжим и дальше выбрасывать в атмосферу парниковые газы, это приведет к серьезным последствиям для планеты, но к каким именно - сказать трудно. Раньше климатические эксперты говорили о том, что если содержание углекислого газа в воздухе вдвое превысит доиндустриальный уровень, температура Земли вырастет от 1,5 до 4,5 градуса Цельсия. Такой разброс слишком велик: он допускает как и просто тревожные, так и катастрофические сценарии. Теперь же климатологи уточнили модели и сузили диапазон до 2,6-3,9 градуса Цельсия. Детальнее об этом можно почитать в журнале Science.
Самое древнее наскальное изображение охоты
Более 40?000 лет назад на индонезийском острове Сулавеси доисторический Пабло Пикассо на стене в глубине пещеры запечатлел вооруженных копьями и веревками охотников, загоняющих в угол свиней и буйволов. Возраст наскального рисунка делает его самым старым фигуративным изображением в мире. Кроме того, он также может быть и древнейшем свидетельством творчества, отражающим проявление человеческой фантазии. Некоторые человекоподобные фигуры, вооруженные копьями и веревками, имеют звериные головы - это означает, что сцена хотя бы отчасти могла быть выдумана художником. Впрочем, возможно, автор пытался изобразить маски или камуфляж.
Искусственный интеллект предсказал форму белка
Вот уже пять десятилетий ученые пытались предсказать трехмерную структуру, в которую сложится цепочка аминокислот, когда станет рабочим белком. В этом году им удалось добиться этой цели благодаря алгоритму на основе машинного обучения, который оказался настолько точным, что в некоторых случаях почти идеально угадывал, какой результат получится в эксперименте. Поскольку именно трехмерная форма белка определяет его биохимические функции, новая компьютерная программа может помочь исследователям раскрыть механизмы заболевания, разработать новые лекарства и даже создать устойчивые к засухе растения.
Как «элитные контроллеры» справляются с ВИЧ
У ВИЧ, как и у всех ретровирусов, есть неприятная особенность, позволяющая вирусу уклоняться от атак иммунной системы хозяина: он интегрирует свой генетический материал в хромосомы человека, создавая «резервуары», в которых он может на время спрятаться. Избавиться от инфекции самостоятельно еще никому не удавалось (хотя недавно появилось предположение, что одна женщина все же смогла излечиться от ВИЧ естественным путем), однако есть люди, способные обходиться без противовирусных лекарств, которые обычно вынуждены принимать пациенты - их называют «элитными контроллерами» (иногда - «нонпрогрессорами»). Ученым удалось установить связь между таким везением и тем, в какие участки генома встраивается вирус. Выяснилось, что у «элитных контроллеров» вставки ВИЧ находятся в так называемых «генных пустынях» - некодирующих участках ДНК. И это не случайное совпадение: по всей видимости, иммунная система этой группы людей оставляет только те клетки, в которых провирус незаметен, то есть встроился в неактивную часть генома. Более детально можно почиать на сайте благотворительной организации NAM.
Сверхпроводимость при комнатной температуре
Традиционно считалось, что сверхпроводимость - способность материалов проводить электрический ток без сопротивления - достигается только при очень низких температурах. Первые «сверхпроводники» теряли свои свойства нагревшись всего до?240 градусов Цельсия. Чтобы найти соединение, которое позволяло бы проводить ток без сопротивления при комнатной температуре, физикам понадобилось не одно десятилетие. Тем не менее, это удалось: новый кристалл, содержащий водород и углерод, сохраняет свои свойства до 15 градусов Цельсия. У потенциально очень важного материала есть один, но очень существенный недостаток: для достижения сверхпроводимости ему требуется колоссальное давление - приближающееся к тому, что существует в центре Земли. Вот первоисточник.
Очень умные птицы
Некоторые пернатые отличаются удивительным умом и сообразительностью - да-да, прямо как птица-говорун. Они умеют использовать орудия труда, запоминать человеческую речь, открывать задвижки, работать в паре. Причем с некоторыми задачами порой они справляются даже лучше человекообразных обезьян. Такие выдающиеся способности могут объясняться тем, что часть птичьего мозга напоминает неокортекс (кору больших полушарий) человека, источник наших продвинутых когнитивных навыков и осознанного мышления. Более того, оказалось, что вороны-падальщики могут быть способны к некоторому сознательному мышлению тоже.
Список Nature
Британский журнал, в отличие от своего американского конкурента, традиционно подошел к составлению «научных рейтингов» иначе - рейтингов оказалось несколько, причем посвящены они не столько самим открытиям, сколько важным для науки людям и событиям. В список людей года журнала Nature вошли, в основном, борцы с эпидемией COVID-19. Кроме того, редакция посвятила новой коронавирусной инфекции отдельную статью, которая рассказывает, как заболевание распространялось в течение года и как менялась ситуация в мире. Впрочем, редакция Nature, конечно отметила и события, не связанные с COVID-19. В их число вошли следующие:
Освоение космоса
В июле одна за одной стартовали сразу несколько миссий на Марс. Объединенные Арабские Эмираты отправили к Красной планете зонд «Надежда», который будет изучать ее атмосферу и взаимодействие с солнечным ветром. Китай запустил космический аппарат «Тяньвэнь-1», состоящий из орбитальной станции и марсохода - первого для страны. И, наконец, к Марсу начал путь американский ровер Perseverance: он поможет оценить, насколько пригодна для жизни была планета в прошлом. Также успеха удалось добиться и в добыче внеземного материала. В октябре миссия OSIRIS-Rex успешно собрала образцы грунта астероида Бенну, которые она привезет обратно на нашу планету в 2023 году. Однако в этом деле аппарат не станет первопроходцем. В начале декабря капсула с грунтом астероида Рюгу японской миссии «Хаябуса-2» успешно приземлилась в Австралии. Еще одним большим событием стал новый виток «лунной гонки». Китай сделал амбициозный шаг в исследовании Луны, запустив свой первый в истории космический корабль, предназначенный для возвращения материала с ее поверхности на Землю. 1 декабря аппарат совершил успешную посадку на поверхность Луны, после чего собрал образцы грунта. 16 декабря автоматическая станция сбросила 300-килограммовую капсулу с веществом на территорию Внутренней Монголии.
Доказательство существования энионов
После десятилетий поисков физики наконец получили убедительные доказательства существования энионов. Предсказанные теоретиками еще в начале 1980-х годов, эти квазичастицы не подчиняются правилам квантовой статистики и могут существовать только в двухмерных системах и то только при определенных обстоятельствах - например, при температурах, близких к абсолютному нулю, и в присутствии сильного магнитного поля. Но открытие важно не только потому, что подтверждает предположения ученых: энионы могут пригодиться при создании квантовых компьютеров. Подробнее об этом написано в материале Nature.
Конденсат Бозе-Эйнштейна получили на МКС
Наверняка, многим из вас ничего не скажет словосочетание «конденсат Бозе-Эйнштейна» - и это не удивительно. Меж тем, эта специфическая форма вещества, крайне интересна, которую порой приравнивают к его пятому состоянию - наряду с газообразным, твердым, жидким и плазмой. Когда материя находится в этом состоянии, она больше всего похожа на газ, который ведет себя как единый атом. Получив конденсат Бозе-Эйнштейна из атомов рубидия-87 в условиях микрогравитации, физики смогли достичь рекордных характеристик, которых на Земле добиться не получалось.
Публикация доказательства abc-гипотезы
Всем нам со школьной скамьи знакомо уравнение a + b = c. Именно с него начинается abc-гипотеза - одно из главных утверждений теории чисел, которое может стать важнейшим математическим открытием столетия. В 2012 году Синъити Мотидзуки, которого иногда называют «японским Перельманом», заявил, что нашел ее доказательство, и выложил в интернет серию статей общим объемом более полтысячи страниц, что вызвало немало дискуссий в научном сообществе. Теперь же, после восьмилетней проверки, они должны появиться в журнале Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences Об этой теории можно почитать материал на английском в Nature.
Рекордное разрешение криоэлектронных микроскопов
Сегодня криоэлектронная микроскопия набирает большую популярность благодаря тому, что позволяет исследовать биологические образцы в «родной» среде - то есть не подкрашивая их и не фиксируя. Кроме того, сейчас этот метод используется для определения трехмерной структуры белков, когда невозможно получить их кристаллы для рентгенографии. Зная, как устроены белки, можно понять происходящие в них молекулярные процессы и, что более важно, упростить поиск лекарств от многих болезней. Теперь, когда криоэлектронные микроскопы научились различать в белках отдельные атомы, исследователи получат возможность исследовать макромолекулы на новом уровне.
Некоторые события нельзя причислить к открытиям, но они так или иначе повлияли на мир науки, и главные научные журналы мира не обошли их своим вниманием.
Природные катаклизмы
2020 год начался с разрушительных лесных пожаров в Австралии, которые привели к опустошению экосистем. Несмотря на срыв полевых исследований, биологи смогли задокументировать воздействие стихийного бедствия на биоразнообразие, а археологи оценили ущерб, нанесенный тысячам древних поселений коренных народов. Среди других природных катаклизмов - пожары в Сибири, в Южной Америке, Чернобыльской зоне и на Западе США. Сезон ураганов в Атлантике также побил рекорды: их общее число за год достигло 30. Кроме того, в 2020 году годовой минимум арктического морского льда стал вторым рекордно низким за всю историю наблюдений, а данные роботизированной подводной станции, работавшей в Антарктике, показали, что быстро тающий ледник Туэйтса, который прозвали «ледником Судного дня», движется к обрушению.
