Saint-PetersburgNeige légère-8°C
$ЦБ:73,55ЦБ:89,25OPEC:55,19

Успехи науки за 2020 год: далеко не только коронавирус

вакцина
Фото © sputnikvaccine.com/

Один из самых авторитетных общенаучных журналов в мире – американский Science – подвел итоги года и подготовил традиционную подборку наиболее значимых научных открытий за прошедшие 12 месяцев. Российские СМИ, ученые и простые жители предложили альтернативную версию этого чарта. Какие в них различия?

Лейтмотивом уходящего года стал вирус, последствия которого принесли хаос практически во все уголки планеты. 22 декабря его обнаружили даже у чилийских ученых, которые проводят изыскания на Антарктиде. Теперь в мире не осталось континентов, не затронутых коронавирусом.

Именно COVID-19, а точнее вакцины против него, «разработанные и испытанные с рекордной скоростью», Science объявил главным прорывом 2020 года. Издание рассказывает, как все начиналось, какие фармацевтические и беотехнологические компании занимаются исследованиями, к каким успехами пришли. Как и следовало ожидать, надеждой человечества журнал называет вакцины Pfizer и Moderna американского производства, заявляя, что они «по-видимому, примерно на 95% эффективны в предотвращении COVID-19». При этом сама редакция тут же удивляется революционному масштабу открытия, уточняя, что «это даже выше, чем классические вакцины против гриппа, которые в удачный год достигают 60% эффективности». На этом фоне про других кандидатов говорится куда более прохладно: «эффективность AstraZeneca и Oxford остается неопределенной, а варианты, разработанные в России («Спутник V») и Китае, уже были одобрены, но еще до завершения финального этапа тестирования на людях».

Помимо борьбы с пандемией в мире науки произошло много других важных событий, которые могут определить не только ближайшие годы, но и десятилетия.

генная инженерия
Фото © Ciencias Españolas/ Генная инженерия, Схема удаления фрагмента ДНК пинцетом

Клинические успехи генной инженерии

Еще в 2012 году появился революционный инструмент для редактирования генома, известный как CRISPR. Он позволил исследователям говорить о его перспективности в современной генной инженерии, дал новые возможности для создания сельскохозяйственных культур и животных, вызвал этические дебаты и получил Нобелевскую премию.

В 2016 году учёные озвучили надежду, что когда-нибудь CRISPR будет применяться в медицине для лечения наследственных заболеваний. Но будущее оказалось не за горами – в 2020 году метод внесения изменений в ДНК добился своего первого успеха в клинических исследованиях. С его помощью удалось вылечить два наследственных заболевания крови - бета-талассемию и серповидноклеточную анемию.

Например, у пациентов с серповидноклетками ученые собрали незрелые клетки крови, затем с помощью CRISPR воздействовали на них таким образом, чтобы остановить серповидную мутацию. Когда пациенты прошли курс химиотерапии, «исправленные» CRISPR-клетки были возвращены обратно в их тела.

потепление
Фото © pixabay.com

Новые подробности о глобальном потеплении

Около 40 лет назад ведущие климатологи мира собрались в Вудс-Холе, штат Массачусетс, чтобы ответить на вопрос: насколько горячей станет Земля, если человек в процессе своей жизнедеятельности продолжит с прежней интенсивностью выделять парниковые газы? Их ответ был основан на примитивных климатических моделях: если CO 2 удвоится по сравнению с доиндустриальными уровнями, планета нагреется между 1,5 ° C и 4,5 ° C.

Десятки лет наблюдений и исследований, в том числе создание и анализ моделей облаков и их сравнение с данными со спутников, позволили конкретизировать прогнозы. Ученые исключили самые мягкие и самые ужасные сценарии, сузив диапазон - от 2,6 до 3,9 °C.

Разница в один градус может не ощущаться человеком, но имеет колоссальное значение, например, для количества плавучего льда в Арктике. Снимки из космоса регистрируют его стремительное уменьшение.

наскальный рисунок
Фото © Ratno Sardi

Старейшее в мире изображение охоты

В 2017 году на стене пещеры индонезийского острова Сулавеси случайно были обнаружены наскальные рисунки. На них были изображены вооруженные копьями или веревками мужчины, загоняющие бородавчатых свиней Сулавеси и карликовых буйволов, которые все еще живут на острове.

Охотники представлены в виде мифических гибридов животных и человека: их отличают длинные морды, хвосты и птичьи клювы. Подобные образы часто встречаются в древних произведениях искусства, и археологи надеялись, что перед ними нечто поистине исключительное. Наконец, менее года назад определили возраст рисунков. Исследование отложений минералов, которыми покрыты части картин, показало, что они сделаны 44 000 лет назад. Это делает пещерную сцену самим ранним из известных изобразительных произведений современного человека - она на 4000 лет старше предыдущего «самого старого» примера наскального творчества.

Находка изменила представление о том, где зарождалось изобразительное искусство. До этого момента его родиной считалась Европа.

фолдинг белка
© Общественное достояние

ИИ решил проблему фолдинга белка

В биохимии и молекулярной биологии под фолдингом белка понимают процесс сворачивания полипептидной цепи в уникальную третичную структуру. Для корректной работы белков она весьма важна. Ошибки сворачивания приводят к образованию неактивного белка. Считается, что его накопление в клетках приводит к целому ряду заболеваний.

В течение 50 лет ученые пытались решить одну из самых сложных задач биологии: предсказать трехмерную «рабочую» структуру белка, моделируя аминокислотные взаимодействия. Но учитывая тот факт, что аминокислоты могут взаимодействовать множеством способов, и сегодня известны около 200 млн белков, количество возможных структур представляется астрономическим.

В этом году биологи достигли цели - программа искусственного интеллекта AlphaFold, созданная британской компанией DeepMind, позволила предсказывать большинство белковых структур с такой точностью, с какой их картируют лабораторные эксперименты. Это может помочь исследователям раскрыть механизмы заболевания, разработать новые лекарства, создать устойчивые к засухе растения и более дешевое биотопливо.

вич
Фото © JANET IWASCC BY NC SA/ ВИЧ (темно-синий) внедряется в ДНК хозяина

Как «элитные контролеры» сдерживают распространение ВИЧ

Важное исследование «элитных контролеров» может позволить ВИЧ-инфицированным людям жить десятилетиями без лекарств. К такому выводу пришли ученые в ходе исследования 64 людей, которые, несмотря на наличие смертельного вируса в организме, годами остаются здоровыми без приема антиретровирусных препаратов. Пациенты, называемые «элитными контролерами», составляют 0,5% от 38 млн людей, живущих с ВИЧ.

Оказалось, причина их особенности кроется в том, где именно вирус «прячется» в геномах. Он лучше всего проявляет себя, когда встраивается в гены. Интегрированный ВИЧ, или «провирус», может инфицировать другие клетки. Если он размещается в «генных пустынях», участках хромосом, которые редко транскрибируют ДНК, «провирус» будет сидеть там, как автомобиль, застрявший в месте, где не продается бензин.

Исследование показало, что у «элитных контролеров» 45% «провирусов» находятся в «генных пустынях», по сравнению с 17,8% у людей, проходящих лечение. Иммунные реакции у «элитных контролеров» убрали «провирусы» с более опасных мест. Задача в том, чтобы научить иммунную систему остальных ВИЧ-инфицированных вести себя аналогично.

Сверхпроводимость при комнатной температуре

Впервые с 1911 года, когда физик Хайке Камерлинг-Оннес достиг сверхпроводимости при температуре в 4,2 К (-269 С), ученые обнаружили материал, который без сопротивления проводит электричество при комнатной температуре. Исследователи из США использовали для этой цели соединение водорода, углерода и серы. Сверхпроводники при комнатной температуре, работающие при типичных значениях поверхностного давления, могли бы преобразовать технологии и сэкономить огромное количество энергии, теряемой при прохождении электричества по проводам. Однако пока приемлемой температуры удается достичь лишь при показателях давления в 267 ГПа, близкого к тому, что предположительно достигается в центре Земли. В настоящее время при сбросе давления новые сверхпроводники разваливаются.

Конечно, подобные рейтинги составляются и у нас. Так, телеканал «Наука» совместно с Российской академией наук (РАН) уже не первый год опрашивают отечественных ученых и простых жителей страны на предмет ключевых научных событий и их значимости для человечества. В итоги они получают чарт, в котором учтены не только достижения, но и вызванный ими отклик среди населения.

потепление
Фото © Псевдоцветное изображение загрязнения воздуха дымом и озоном в результате пожаров в Индонезии

Первое место заняли новости, связанные с глобальным потеплением. Почти 2/3 россиян искали информацию о соответствующих исследованиях, считая ее наиболее значимой из всего информационного потока.

Большой резонанс вызвала китайская миссия «Чанъэ-5»: запущенный модуль вернулся на Землю с образцами лунного грунта. Однако, несмотря на широкую известность события, россияне не сочли ее достаточно важной.

Второе место по значимости заняло открытие, о котором мы уже писали выше. Разработка компанией DeepMind системы искусственного интеллекта AlphaFold. Той самой, которая предсказывает трехмерную структуру белка и в будущем поможет производить новые лекарства. Хотя об этом слышали всего 1/5 наших соотечественников, большинство из них поставили событию наивысшую оценку по важности.

На третьем месте расположилось создание китайцами мощнейшего квантового компьютера «Цзючжан» (Jiuzhang). По словам разработчиков, он обладает немыслимыми характеристиками - в 10 млрд раз быстрее, чем презентованный в 2019 году самый мощный квантовый компьютер от Google, и в 100 трлн раз быстрее, чем обычные суперкомпьютеры.

Не менее высоко респонденты оценили успехи российской космической обсерватории «Спектр-РГ». Астрофизикам с рекордной четкостью удалось осмотреть все небо в рентгеновском диапазоне, по итогам чего была создана первая полная рентгеновская карта звездного неба. Она содержит почти в 10 раз больше источников и в 4 раза более чувствительная, чем карта немецкой орбитальной обсерватории ROSAT, которая была получена в 1990 году и считалась лучшей в мире до этого.

Телескопы орбитальной астрофизической обсерватории Спектр-РГ
Фото © Телескопы орбитальной астрофизической обсерватории Спектр-РГ

Среди других событий науки жители страны отметили новости о составе атмосферы Венеры, очередных исследованиях причин вымирания динозавров и обнаружении нового геоглифа в пустыне Наска. Кстати, в рейтинге умышленно не учитывались открытия, связанные с COVID-19, которые по понятным причинам вызывали наибольший отклик у респондентов.

«Вызов эпидемии, с которым столкнулась цивилизация, очень четко, убедительно показал колоссальную значимость тех сфер, которые определяют безопасность, качество жизни человека», - подчеркнул президент страны Владимир Путин, отметив, что речь идет о здравоохранении, образовании, экологии, а также о науке и технологиях.

В этом контексте он объявил, что будущий, 2021 год, в России станет Годом науки и технологий.