Шесть значимых научных открытий, сделанных в 2010-х

Источник материала:

Хотя следующее десятилетие наступит лишь в 2021-м, портал Phys.org уже составил список из шести значимых научных открытий, сделанных в 2010-х. Публикуем перевод с некоторыми сокращениями и изменениями.

Марс может быть пригоден для обитания

Мы пока не знаем, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, но ученые убеждены, что Красная планета вполне пригодна для обитания.

Вскоре после приземления 6 августа 2012 года марсоход Curiosity обнаружил округлую гальку — свидетельство того, что здесь миллиарды лет назад текли реки. С тех пор было найдено множество новых свидетельств, доказывающих, что когда-то поверхность Марса была покрыта горячими источниками, озерами или даже океанами. А в 2014-м были обнаружены сложные органические молекулы.

В 2020 году на Марс отправятся два новых ровера — «Марс-2020» и «Розалинд Франклин», их целью будет поиск древних микробов. Так что фокус исследований Марса сместился с вопроса «был ли Марс пригоден для жилья?» на «поддерживал ли (или поддерживает) Марс жизнь?».

Эйнштейн оказался прав (снова)

За последние 10 лет было много достойных открытий. Так, запущенная в 2009 году миссия «Кеплер» помогла выявить более 2600 планет за пределами нашей Солнечной системы, также известных как экзопланеты, причем астрономы считают, что у каждой звезды есть своя планета.

Преемник «Кеплера», космический телескоп TESS, был запущен НАСА в 2018 году. Так что в 2020-м ожидается более подробный анализ химического состава атмосферы этих самых планет.

Кроме того, большим достижением является первое фото черной дыры, полученное в 2019-м с помощью проекта Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий»). Возможно, к концу следующего десятилетия мы будем снимать уже высококачественные фильмы о черных дырах в реальном времени, которые показывают не только то, как они выглядят, но и как функционируют.

Но одно открытие способно затмить все остальные: 14 сентября 2015 года были обнаружены гравитационные волны. Считается, что причиной их образования могло послужить столкновение чрезвычайно массивных космических объектов, например двух черных дыр, 1,3 миллиарда лет назад. В итоге возникли изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Они искривляют пространство и путешествуют по космосу со скоростью света. В тот день они наконец достигли Земли.

Существование гравитационных волн впервые было предсказано в 1916 году Альбертом Эйнштейном на основании общей теории относительности. И около пяти лет назад оказалось, что он был прав. За этот проект три американца получили Нобелевскую премию по физике в 2017 году, и с тех пор было обнаружено гораздо больше гравитационных волн.

Тем временем космологи продолжают спорить о происхождении и составе Вселенной. Темная материя, которая составляет ее подавляющее большинство, остается одной из величайших загадок, которые все еще нужно решить.

Начало эры CRISPR

CRISPR (от английского clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) — особые локусы бактерий и архей, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые разделены уникальными последовательностями (спейсерами). Спейсеры заимствуются из чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка. РНК, транскрибирующиеся с локусов CRISPR, совместно с ассоциированными белками Cas обеспечивают адаптивный иммунитет за счет комплементарного связывания РНК с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов и последующего разрушения их белками Cas.

Грубо говоря, это своеобразная база данных бактерии о контактах с вирусами. Впрочем, к настоящему моменту имеется немало свидетельств участия CRISPR в процессах, не связанных с иммунитетом.

Использование методик CRISPR-Cas для направленного редактирования геномов является перспективным направлением в современной генной инженерии. Можно сказать, что биомедицина сейчас делится на до и после CRISPR-Cas9 — новой технологии редактирования генов высших организмов, базирующейся на иммунной системе бактерий.

В 2012 году ученые Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна в совместной статье, посвященной днк-р и иммунитету бактерий, предположили, что механизм CRISPR/Cas9 может быть использован для запрограммированного редактирования генов. Это намного проще, чем предыдущие технологии, дешевле и удобнее в небольших лабораториях.

Хотя нынешняя техника все так же далека от совершенства и может приводить к непреднамеренным мутациям (как могло случиться с китайскими близнецами Лулу и Нана, у которых целенаправленно изменили геном, чтобы сделать их невосприимчивыми к заражению ВИЧ; этот эксперимент неоднократно критиковали за игнорирование научных и этических норм), тем не менее CRISPR остается одной из самых значительных научных историй последних лет.

Иммунотерапия вышла на передний план

На протяжении десятилетий у врачей было три основных средства борьбы с раком: хирургия, химиотерапевтические препараты и радиация.

Но в 2010-х годах появился четвертый — иммунотерапия или использование собственной иммунной системы организма для нацеливания на опухолевые клетки.

Один из наиболее продвинутых методов известен как CAR-T-клеточная терапия (Chimeric Antigen Receptor T-Cell, или T-клетки с химерным антигенным рецептором), при которой из организма пациента извлекаются T-лимфоциты (клетки, относящиеся к иммунной системе) посредством афереза — технологии, которая позволяет разделить кровь на компоненты и получить определенное количество лимфоцитов. Затем проводится их модификация, чтобы они могли распознавать и атаковать опухолевые клетки, после чего клетки вводятся обратно в организм пациента.

С середины 2010-х годов на рынке появилось множество средств для лечения все новых видов рака, включая меланомы, лимфомы, лейкемии и рак легких, что предвещает, как надеются некоторые онкологи, «золотую эру» борьбы с раком.

Новые родственники человека

Десятилетие началось с нового существенного дополнения к генеалогическому древу человека: денисовцев, названных так в честь Денисовой пещеры в Алтайском крае в Сибири.

В 2010 году российские и европейские археологи под руководством немецкого ученого Сванте Паабо (Svante Paabo) обнаружили там останки нового вида людей, которые некогда населяли Южную Сибирь и Среднюю Азию. Оказалось, что этот вид отличается генетически от современных людей и неандертальцев, наших самых известных древних «кузенов», которые жили рядом с нами примерно 40 000 лет назад.

Мы также узнали, что хотя раньше считалось, будто наши предки были «простаками», на самом деле они создавали произведения искусства, а также носили украшения и хоронили своих мертвецов с цветами.

Затем были найдены останки Homo naledi — это ископаемый вид людей трибы гоминини. Впервые они были обнаружены в 2013 году в ЮАР в пещере под названием «Восходящая звезда». Однако изъять из пещеры все останки на тот момент было невозможно: вход в пещеру очень узкий, всего 20 см шириной, а кости находились на глубине 12 метров. Поэтому ученые в течение двух лет осторожно извлекали кости.

А последним был описан вид Homo luzonensis. В 2007-м на Филиппинах была найдена плюсневая кость, причем останки лишь в 2010-м классифицировали как человека разумного. В 2011 и 2015 годах были откопаны набор верхних заклыковых зубов, еще два зуба других особей, две фаланги кисти, кусок бедренной кости ребенка и две фаланги стопы. К этому моменту также был проведен ряд генетических исследований, который не дал результатов.

10 апреля 2019 года группа ученых во главе с Армандом Михаресом из Университета Филиппин Дилиман опубликовала свои исследования в научном журнале Nature, назвав недавно идентифицированный человеческий вид Homo luzonensis: он жил на острове Лусон по крайней мере от 50 000 до 67 000 лет назад.

Достижения в тестировании ДНК привели к революции в нашей способности упорядочивать генетический материал за десятки тысяч лет, помогая распутывать древние миграции, такие как были у скотоводов бронзового века, которые покинули степи 5000 лет назад, распространяя индоевропейские языки в Европе и Азии.

Одним из захватывающих новых направлений следующего десятилетия является палеопротеомика, занимающаяся изучением древних белков, которая позволяет ученым анализировать останки возрастом в миллионы лет. Возможно, эта технология поможет нам разобраться в природе многих окаменелостей, эволюционное положение которых пока неясно.

Искусственный интеллект развивается

Машинное обучение — то, что мы обычно имеем в виду, когда говорим об «искусственном интеллекте», — вступило в свои права в 2010-х годах. Используя статистику для определения паттернов в обширных наборах данных, машинное обучение сегодня обеспечивает практически все — от голосовых помощников до рекомендаций в Netflix и Facebook.

Так называемое «глубокое обучение» продвигает этот процесс еще дальше и начинает имитировать некоторые особенности человеческого мозга.

Эта технология стоит за некоторыми из самых ярких достижений десятилетия: от программы AlphaGo от Google, победившей чемпиона мира в невероятно сложной игре го, до появления голосовых переводов в реальном времени и расширенного распознавания лиц в Facebook. Тот же Google Translate за десятилетие научился делать переводы более естественными и точными.

Генри Каутц, руководитель кафедры информатики в Рочестерском университете, считает, что одним из самых крупных прорывов 2010-х годов является именно глубокое обучение — открытие, что искусственные нейронные сети могут масштабироваться для решения многих реальных задач. По его мнению, в прикладных исследованиях ИИ обладает потенциалом для разработки новых методов научного открытия — от повышения прочности материалов до открытия новых лекарств и даже научных прорывов в физике.

А по мнению Макса Джадерберга, ученого-исследователя из компании DeepMind, принадлежащей Google Alphabet, следующим большим шагом станет использование «алгоритмов, которые могут научиться находить информацию, быстро адаптировать, усваивать и использовать эти новые знания» без участия людей.

Это может в конечном итоге проложить путь к «ИИ общего назначения» (AGI), или машине, способной выполнять любые задачи, которые сейчас выполняют люди.