Влиятельный американский журнал Science в своем последнем выпуске-2010 решил не только традиционно назвать десятку научных прорывов уходящего года, но и подвести итог под открытиями всего первого десятилетия XXI века.
Самым важным открытием года редакция журнала назвала создание первой рукотворной "квантовой машины". "До этого года все рукотворные объекты двигались согласно законам классической механики. Однако в марте коллектив ученых под руководством Эндрю Клеланда и Джона Мартиниса из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре создали цифровое устройство, движение которого может быть описано только законами квантовой механики - сводом правил, который используется для описания поведения мельчайших частиц - молекул, атомов и элементарных частиц", - цитирует журнал "Газета.ru".
Квантовая машина - это набор маленьких полупроводников, видимых невооруженным глазом. Чтобы перевести его в "квантовое состояние", физики сначала охладили его настолько, что система достигла основного состояния - самого нижнего энергетического уровня, разрешенного законами квантовой механики, а затем сообщили системе квант энергии.
Следующим в списке стоит создание бактерии с полностью синтетическим геномом - научное достижение коллектива ученого Крейга Вентера. Им удалось полностью заменить ДНК бактерии новым синтетическим геномом, который успешно включился в управление синтезом белков. Исследователи полагают, что в будущем синтетический геном принесет пользу при создании новых видов биотоплива, лекарств и других химических веществ.
Генетики достигли значительного успеха в расшифровке генома неандертальца. Подробному изучению подверглись три самки неандертальца, жившие на территории современной Хорватии в период 38-44 тысячи лет назад. Новые методы исследования позволили ученым провести прямое сравнение генетики неандертальцев и современных людей.
Достигли в этом году успехов и специалисты по профилактике ВИЧ. Вагинальный гель, содержащий противовирусный препарат тенофовир, позволил сократить заражаемость тестовой группы женщин в Африке на 39%, а превентивное пероральное применение препарата профилаксис привело к снижению заражаемости ВИЧ на 43,8% в группе мужчин.
Генетика помогает не только смотреть в далекое прошлое, но и лечить болезни. Разработанный метод секвенирования (определения последовательности генов) в так называемом экзоне, небольшом участке генома, который кодирует белки, исследователям удалось определить генетические мутации, ответственные за возникновение ряда редких наследственных заболеваний.
Редакция журнала также отметила важность ряда теоретических исследований. В этом году были значительно усовершенствованы расчетные методы молекулярной динамики, которые необходимы для моделирования движения белков.
Кроме того, был создан "квантовый симулятор", который позволяет визуализировать квантовые эксперименты. Симулятор представляет собой особый кристалл, где "точки" лазера играют роль ионов, а атомы - электронов. Устройство позволяет разобраться в сложных проблемах физики конденсированных сред, а также точнее описать явление сверхпроводимости.
"Геномика нового поколения" также активно развивалась. Усовершенствование технологий секвенирования позволило проводить масштабные исследования ДНК ископаемых и современных организмов. Так, проект "тысячи геномов" уже помог полностью определить вариации генов, которые в прямом смысле этого слова делают нас людьми.
Исследования в области стволовых клеток ознаменовались достижениями в репрограммировании клеток (то есть фактическом превращении обычных клеток в стволовые). В этом году биологи научились делать это с помощью синтетической РНК. По сравнению с ранее разработанными эта технология вдвое быстрее, в сто раз эффективнее и теоретически заметно безопаснее при терапевтическом использовании.
Кроме того, в этом году биологи объявили о "возвращении к крысам" - по их признанию, "вошедшие в моду" исследования на мышах несовершенны, а пресловутая лабораторная крыса представляет собой куда более подходящую модель для испытания действия препаратов на человеческий организм.
Крупнейшие научные достижения первого десятилетия XXI века
Что касается важнейших научных открытий уходящего десятилетия, то в рейтинг журнала Science попали исследования о крупнейших и мельчайших обитателях планеты разных эпох - динозаврах и бактериях. Весьма поэтический обзор предлагает читателям итальянская La Repubblica.
"За 10 лет мы научились лучше видеть. Наши глаза увидели отдельные нейроны, которые "включаются" в мозге, наблюдали за внутренней жизнью клетки и следили в прямом эфире за развитием эмбриона. Они разглядели планеты, похожие на Землю, увидели воду на Марсе и "сфотографировали" первые мгновения жизни Вселенной после Большого взрыва. Журнал Science рассказывает о многочисленных открытиях, сделанных в последнее десятилетие", - пишет издание.
"Теперь мы знаем, как выглядели некоторые динозавры Юрского периода, благодаря открытиям в области ДНК, которая на протяжении десятков тысяч лет может сохранять информацию. Теперь мы знаем о том, как выглядел человек, живший 40 тысяч лет назад, или о том, что в крови мамонтов находился "антифриз" для выживания в зимние периоды", - продолжает автор статьи, на которую ссылается InoPressa.
"Если десятилетие назад мы говорили о потеплении климата с большим сомнением", то теперь, пишет американский журнал, "потепление стало фактом, и все дело в том, что, вероятнее всего, оно стало следствием человеческой деятельности, при этом маловероятно, что природа способна самостоятельно восстановить утраченное равновесие".
"Открытием последних 10 лет стало и то, что в человеческом теле лишь одна клетка из 10 принадлежит человеку. Разнообразные и многочисленные бактерии мирно живут в нашем организме. И еще: теперь, благодаря работе сотен ученых и такого же количества компьютеров, одна-единственная вычислительная машина способна за неделю расшифровать ДНК трех человек", - рассказывает La Repubblica.
Рейтинг "прорывов десятилетия" по версии журнала Science выглядит так.
1. "Темная материя" генома. Ученые выяснили, что собственно гены составляют всего 1,5% генома. Остальное, ранее неведомое, осуществляет важнейшие функции и проливает свет на многие процессы. Исследования позволили, к примеру, определить, какая часть генома отвечает за кодирование белков.
2. Становление космологии как науки. Человечество значительно расширило знания о Вселенной, получило новые представления о составляющих мира материи, темной материи и темной энергии. Так или иначе, космологи обзавелись теоретической базой.
3. "Древняя ДНК". Ученые открыли, что так называемые "биомолекулы" вроде ДНК и коллагена сохраняют жизнеспособность в течение десятков тысяч лет - они присутствуют в частицах древних растений, останках людей и животных. Это позволяет по-новому взглянуть на доисторический мир.
4. Вода на Марсе. За последнее десятилетие было проведено не менее полудюжины исследований Красной планеты, в результате которых удалось выяснить, что Марс когда-то был достаточно богат водой, чтобы на нем могла зародиться жизнь.
5. "Репрограммирование клеток" - превращение обычных клеток в стволовые, о чем было сказано выше.
6. "Микробиом" - так ученые определили совокупность бактерий и вирусов, которые живут в тесном симбиозе с человеком, а фактически - и есть мы. Как оказалось, 9 из 10 клеток человеческого тела являются бактериальными. Только в кишечнике живут свыше тысячи разновидностей микробов. В основном они дружественны организму, который считается их "домом", и лишь немногие приводят к болезням. Кроме того, некоторые вирусы создают в нашем теле свой "микробиом" - правильнее говоря, "виром", влияние которого на здоровье только начинают изучать.
7. Экзопланеты. Впечатляющими темпами развиваются поиски планет за пределами Солнечной системы. Если в 2000 году было известно было всего 26 таких небесных тел, то на сегодня уже более 500.
8. Воспалительные процессы в организме. Лишь недавно считалось, что воспаления "запускают" нашу иммунную систему, помогая вылечить организм или восстановить участки тела, поврежденные в результате инфекции или травмы. Однако теперь ученые полагают, что воспаления могут развивать такие тяжелые болезни, как рак, болезнь Альцгеймера, атеросклероз, диабет и ожирение.
9. Метаматериалы. Физики и инженеры за последнее десятилетие выявили новые способы управления светом, создав специальные линзы. Это позволило сделать реальностью даже столь сказочную материю, как "плащ-невидимка".
10. Изменения климата Земли. Ученые наконец ответили на вопросы, над которыми бились 40 лет: климат на планете действительно теплеет, виновата в этом человеческая деятельность, и природа не справится с данной проблемой собственными силами.
