Гравитационная волна и хвост динозавра

Проанализировав около двух десятков рейтингов и обзоров научно-технических достижений человечества за 2016 год в мировых СМИ, мы решили составить из них свой шорт-лист
Гравитационная волна и хвост динозавра
Рукав одной из многокилометровых труб детектора LIGO, по которым проходят лазерные пучки
Фотография: gettyimages.com

По итогам очередного года ведущие мировые СМИ традиционно составляют рейтинги наиболее значимых научных открытий и технологических прорывов, сделанных за прошедшие 12 месяцев. Мы решили посмотреть, каким из них журналисты и эксперты отдали пальму первенства за 2016 год.

Никакой общепринятой системы рейтингования в этом специфическом жанре, разумеется, не существует. Более того, скорее превалирует стиль «кто во что горазд». Различные печатные и электронные издания перечисляют достижения лучших умов и рук человечества в весьма произвольном порядке, зачастую руководствуясь субъективными предпочтениями.

Как мы составляли шорт-лист

Многие СМИ предпочитают ограничиваться подборкой из пяти-семи самых громких успехов. К этой категории можно, в частности, отнести британскую Daily Telegraph, которая углядела в 2016 году лишь пять достижений, заслуживающих внимания.

Журнал National Geographic выделил «шесть научных открытий, стоящих того, чтобы их отпраздновать»; столько же позиций обозначено и популярным интернет-ресурсом Digital Trends.

По семь открытий-номинантов 2016 года присутствуют, например, в списках Russia Today (RT), американского The Christian Science Monitor и ведущего австралийского интернет-портала news.com.au.

magnifier.png Различные печатные и электронные издания перечисляют достижения лучших умов и рук человечества в весьма произвольном порядке, зачастую руководствуясь субъективными предпочтениями

Два довольно редких в 2016 году примера классического подхода к рейтингованию, основанного на определении «лучшей десятки» (Top 10), — ведущий научно-популярный журнал Science и интернет-ресурс «о всякой всячине» Paste Magazine.

Заметно выделяется на общем фоне интересная и нестандартная подборка от известного сетевого издания Wired, который сумел распознать целых 16 научно-технологических прорывов года.

В то же время целый ряд СМИ вообще отказался от стандартного составления рейтингов. К числу таковых относится, скажем, британская The Guardian, научный колумнист которой Иэн Семпл (Ian Sample) предпочел «свободный стиль» повествования, волюнтаристски перескакивая от одной темы к другой.

Оригинальную тематическую подборку научно-технологических достижений — 2016 представил другой британский журнал, International Business Times (IBTimes UK), выделивший пять самых горячих направлений: искусственный интеллект, квантовые вычисления, создание летательных дронов, прогресс в области беспроводной передачи данных и разработка роботизированных экзоскелетов.

Наконец, использовался и незамысловатый хронологический вариант, то есть простой перечень значимых событий, сгруппированных по месяцам прошлого года: типичный образчик этой схемы — ведущее малайзийское издание на английском языке New Straits Times.

Впрочем, несмотря на многоголосие и разноплановость подборок научно-технологических достижений 2016 года, представленных в избирательно отслеженных нами СМИ, выявить явных фаворитов оказалось нетрудно (всего было проанализировано около двух десятков рейтингов и обзоров).

Гравитация и обитаемые планеты

В сфере чистой науки безусловным лидером как по общему числу упоминаний, так и по формальным рейтинговым критериям, следует признать долгожданное экспериментальное обнаружение существования в природе гравитационных волн. Тем самым наконец была подтверждена знаменитая гипотеза Альберта Эйнштейна, почти сто лет назад постулировавшего существование в природе особых энергетических колебаний (гравитационных волн), которые возникают при изменении скорости движения любого массивного объекта.

Вид с высоты птичьего полета на установку по обнаружению гравитационных волн (LIGO) в Ливингстоне (штат Луизиана, США). Аналогичная установка находится в Ричланде, штат Вашингтон
Вид с высоты птичьего полета на установку по обнаружению гравитационных волн (LIGO) в Ливингстоне (штат Луизиана, США). Аналогичная установка находится в Ричланде, штат Вашингтон
Фотография: ligo.org

Специальная пресс-конференция руководителей международной обсерватории LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory), на которой ими было впервые сделано официальное заявление об открытии этих волн, состоялась 11 февраля 2016 года. Но фактически два детектора LIGO, расположенные на расстоянии трех тысяч километров друг от друга (в американских штатах Луизиана и Вашингтон), зафиксировали кратковременный сигнал из далекого космоса еще 14 сентября 2015 года. Иными словами, на кропотливую обработку и анализ полученных данных учеными в итоге ушло почти пять месяцев.

В результате их теоретической реконструкции астрофизики пришли к выводу, что предполагаемым виновником мощного выброса гравитационных волн было столкновение и последующее слияние двух сверхмассивных черных дыр, случившееся на расстоянии порядка 1,3 млрд световых лет от Земли.

Причем чуть позже исследователи обсерватории LIGO смогли выследить и вторую гравитационную волну: повторное событие было зафиксировано в самом конце 2015 года (26 декабря), а сообщение об этом новом успехе было сделано уже в июне прошлого года.

magnifier.png В августе 2016 г. у звезды — красного карлика Проксима Центавра, входящей в тройную звездную систему Альфа Центавра обнаружена землеподобная планета Proxima b

Другим достижением астрофизиков, тоже привлекшим повышенное внимание большинства СМИ, стало обнаружение в августе 2016 года у звезды — красного карлика Проксима Центавра, входящей в тройную звездную систему Альфа Центавра, землеподобной планеты, которая получила обозначение Proxima b.

Это самая близкая к Земле экзопланета из всех известных сейчас ученым (расстояние до нее составляет чуть более четырех световых лет). И, что внушало на первых порах особые надежды, по оценкам открывших ее исследователей Европейской Южной обсерватории (ESO), расположенной в чилийской пустыне Атакама, орбита этой планеты лежит в пределах так называемой зоны обитаемости, то есть на поверхности Proxima b потенциально может присутствовать вода в жидкой форме.

Планета Proxima b тройной звездной системы Альфа Центавра в представлении художника
Планета Proxima b тройной звездной системы Альфа Центавра в представлении художника
Фотография: gettyimages.com

Правда, уже в начале февраля 2017-го в журнале The Astrophysical Journal Letters появилась статья группы специалистов Центра космических полетов им. Р. Годдарда NASA, в которой вероятность того, что Proxima b является планетой, пригодной для жизни (в нашем человеческом понимании), была признана весьма небольшой.

Разработанная авторами этой статьи математическая модель показала, что, по всей видимости, Proxima b подвергается очень жесткому рентгеновскому и ультрафиолетовому облучению из-за регулярно возникающих на поверхности ее материнской звезды сверхвспышек (такие звездные эксцессы повторяются примерно каждые два часа). Соответственно, по прикидкам ученых, весь кислород, который изначально мог образоваться в атмосфере экзопланеты, теоретически должен был улетучиться из нее не более чем за 10 млн лет.

И, быть может, для того, чтобы поскорее подсластить эту горькую пилюлю, 22 февраля 2017 года NASA объявило о новом важном открытии: у очередного красного карлика в созвездии Водолея, звезды Trappist-1, находящейся на расстоянии порядка 40 световых лет от Земли, были найдены сразу три землеподобные экзопланеты в зоне обитаемости, на поверхности которых, согласно модельным расчетам, могут существовать водяные океаны.

Но вернемся к событиям прошлого года и, продолжая космическую тему, которая традиционно является основным поставщиком новостей для заполнения СМИ рубрики «научпоп», добавим еще, что некоторые издания в очередной раз отметили «похвальной грамотой» заслуженного работника астрофизической индустрии — космический телескоп NASA Kepler. Только по итогам прошлого года при помощи Kepler было обнаружено около 1300 новых экзопланет, хотя лишь девять из них получили промежуточный статус потенциально обитаемых.

Наконец, в различных годовых обзорах неоднократно встречалось и упоминание об успешном выходе в начале июля 2016 года автоматической межпланетной станции NASA Juno на орбиту Юпитера. Космическая миссия Juno — один из самых дорогостоящих проектов NASA последних лет, обошедшихся американскому бюджету более чем в 1 млрд долларов. Juno стал вторым после Galileo космическим аппаратом NASA, добравшимся до крупнейшего газового гиганта Солнечной системы. Одна из его изюминок — использование для выработки электроэнергии мощных солнечных батарей, что нетипично для межпланетных аппаратов дальнего радиуса действия.

Фотография: NASA // Автоматическая межпланетная станция NASA Juno достигла орбиты Юпитера
Автоматическая межпланетная станция NASA Juno достигла орбиты Юпитера
Фотография: NASA

В то же время прошедший год для космических исследований был далеко не безоблачным. И особенно неприятным он стал для беспилотных миссий ESA: в конце сентября была окончательно потеряна связь с двумя уникальными аппаратами, исследовавшими комету Чурюмова—Герасименко (#67P) — зондом Rosetta и спускаемым космическим модулем Philae, а еще через месяц на Марсе разбился посадочный модуль ESA Schiaparelli.

Лекарство против гриппа и мыши-долгожители

Помимо сводок с астрофизического и, шире, космического фронта повышенным вниманием СМИ, разумеется, пользуется биомедицинская тематика.

И безусловным фаворитом в этой номинации по итогам прошлого года стала ноябрьская новость о первом случае применения в человеческой клинической практике перспективной технологии искусственной модификации генома CRISPR-Cas9.

Комплекс генного редактирования CRISPR-CAS9 бактерии пиогенногострептококка (Streptococcus pyogenes). Белок-нуклеаза Cas9 (голубой цвет) использует последовательность гидовой РНК (пурпурный цвет) для вырезания ДНК (зеленый цвет) в комплементарном центре. Атомы показаны как цветные сферы/шарики
Комплекс генного редактирования CRISPR-CAS9 бактерии пиогенного стрептококка (Streptococcus pyogenes). Белок-нуклеаза Cas9 (голубой цвет) использует последовательность гидовой РНК (пурпурный цвет) для вырезания ДНК (зеленый цвет) в комплементарном центре. Атомы показаны как цветные сферы/шарики
Фотография: gettyimages.com

Впрочем, открытой информации о том, насколько успешным оказался этот смелый эксперимент, осуществленный в одной из клиник Китая, до сих пор опубликовано не было. Точнее говоря, пока ничего не известно о текущем состоянии здоровья пациентов, которым были сделаны инъекции иммунных клеток с отредактированной ДНК (согласно первоначально обнародованной информации, на начальном этапе тестирования предполагалось участие десяти китайских добровольцев, страдающих различными формами онкологических заболеваний).

Новая технология CRISPR-Cas9, о возможности практической разработки которой впервые в научном сообществе заговорили всего несколько лет назад, в идеале представляет собой достаточно точный инструмент искусственного редактирования генома. Эта технология базируется на воспроизведении механизма работы иммунной системы CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, то есть «короткие палиндромные повторы, регулярно распределенные по группам/кластерам»), открытой еще в 80-е годы прошлого века у ряда простейших микроорганизмов (изначально — в легендарной бактерии кишечной палочки Escherichia coli). В особых молекулах РНК этих микроорганизмов хранится наследственная информация о генетической структуре различных вирусов (в виде уникальных участков-спейсеров), позволяющая своевременно обнаруживать таких нежелательных пришельцев и производить их обезвреживание при помощи специальных белков Cas.

magnifier.png Бейкер и его коллеги продемонстрировали, что среднюю продолжительность жизни грызунов можно заметно увеличить, производя искусственное очищение от так называемых дряхлых клеток — генетического «клеточного мусора», который с возрастом накапливается в организме

В 2012–2013 годах были заложены теоретические основы искусственной имитации системы CRISPR-Cas9 (белок Cas9 — одна из нескольких ее разновидностей, выполняющая основную функцию универсальных «молекулярных ножниц», вырезающих целевые фрагменты). Сейчас в десятках научных лабораторий мира отлаживают эту технологию, причем спектр ее возможного применения пока представляется весьма широким, — от создания различных генно-модифицированных организмов до борьбы с ретровирусными инфекциями и злокачественными мутациями клеток, то есть с онкологическими заболеваниями. И, оставляя за скобками вездесущих китайцев, в 2016 году было наконец получено официальное разрешение на клинические испытания этой технологии на людях в Соединенных Штатах (в Университете Пенсильвании).

Почетного третьего места в журнале Science удостоился эксперимент на лабораторных мышах, осуществленный группой Даррена Бейкера в ведущей американской клинике Мейо (Mayo Clinic College of Medicine, Rochester, Minnesota), хотя, справедливости ради, об этом достижении упоминают уже далеко не все СМИ, составившие рейтинги научных прорывов 2016 года. Бейкер и его коллеги наглядно продемонстрировали, что среднюю продолжительность жизни грызунов можно заметно увеличить, производя искусственное очищение от так называемых дряхлых клеток (senescent cells) — генетического «клеточного мусора», который с возрастом накапливается в организме. Эти клетки просто перестают делиться и, предположительно, оказывают плохое влияние на здоровых соседей. Документально зафиксированная учеными «прибавка к мышиной пенсии» варьировалась от 17 до 35%. Кроме того, авторы исследования утверждают, что использованный ими препарат также содействовал уменьшению числа случаев образования злокачественных опухолей и прочих возрастных недугов у подопытных животных. Полученные ими результаты заметно воодушевили медицинскую общественность, и в скором времени можно ожидать первых клинических опытов по массовому очищению от клеточного шлака на человеческом материале.

Эти маленькие белые грызуны — главные поставщики открытий в биологии и медицине
Эти маленькие белые грызуны — главные поставщики открытий в биологии и медицине
Фотография: gettyimages.com

Прошлогодним достижением номер шесть, по версии все того же Science, стал другой успешный эксперимент с мышами, осуществленный в октябре 2016 года профессором Кацухико Хаяси из Университета Кюсю и его японскими коллегами. Группе Хаяси удалось последовательно перепрограммировать хвостовые клетки мышей в стволовые, затем — в половые, искусственно оплодотворить их в чашке Петри, имплантировать развившиеся эмбрионы в организм мышиных самок и в итоге получить от них здоровое потомство общим количеством 11 особей. Разумеется, говорить о том, насколько воспроизводим на homo sapiens подобный многоступенчатый метод, пока еще очень рано (учитывая хотя бы тот факт, что у людей нет хвостов), но сама эта технология не может не вызывать благоговейного трепета (или ужаса — в зависимости от религиозных убеждений).

В свою очередь Daily Telegraph была одним из немногих медиа, посчитавших достойным включения в топ-5 достижений 2016 года создание новой вакцины против геморрагической лихорадки Денге. Несмотря на ее кажущуюся экзотичность, лихорадкой Денге, основными переносчиками которой являются комары, ежегодно заболевает около 100 млн человек, причем за последние полвека число заразившихся выросло в 30 с лишним раз. Первая эффективная вакцина против этой лихорадки, разработанная в Мексике, была официально одобрена ВОЗ, и в течение ближайших нескольких лет планируется наладить ее массовый выпуск.

Еще одной перспективной медицинской разработкой прошлого года, упомянутой рядом СМИ (например, популярным интернет-ресурсом WIRED), стала так называемая универсальная вакцина против гриппа, дизайн которой был предложен британцем Дереком Гезерером из Ланкастерского университета и его коллегами из США и Испании. Согласно официальной информации, д-р Гезерер сотоварищи смоделировал сразу два ее прототипа: один якобы способен защитить от 95% известных на сегодня штаммов вируса гриппа, имеющих хождение в США, а другой — от 88% штаммов в глобальном масштабе.

Технология митохондриального замещения использует генетический материал из трех источников для предотвращения серьезных наследственных заболеваний
Технология митохондриального замещения использует генетический материал из трех источников для предотвращения серьезных наследственных заболеваний

Наконец, завершая биомедицинский блок, нельзя не вспомнить и о рождении в апреле 2016 года первого человеческого ребенка, наследовавшего генетический материал сразу от трех родителей. Точнее говоря, речь идет о практическом применении уже достаточно хорошо известной терапевтической технологии митохондриального замещения (mitochondrial replacement). Она заключается в замене пораженных фрагментов митохондриальной ДНК на здоровые, переносе основного ядерного ДНК с обновленной митохондриальной ДНК в организм женщины-донора с ее последующим искусственным оплодотворением и возвращение эмбриона в организм матери номер один.

Достаточно любопытна и конкретика этой истории: все процедуры проводились в одной из мексиканских клиник, непосредственный контроль осуществлялся группой американских медиков, а родителями ребенка были иорданские арабы (мать страдала редким генетическим заболеванием — синдромом Лея, передающимся через митохондриальную ДНК потомству) плюс неназванная местная женщина-донор. Причем уже в декабре 2016-го в Великобритании эта терапевтическая технология была официально узаконена для последующего применения в местных клиниках.

Покерный софт и ящер-детеныш

Самой популярной темой в категории «прочие научно-технологические достижения», пожалуй, следует признать очередную победу искусственного интеллекта над человеческим, произошедшую на игровом фронте.

9 марта 2016 г. Сеул, Южная Корея. Ли Седоль (справа на фото) напряженно ожидает первого хода компьютерной программы AlphaGo
9 марта 2016 г. Сеул, Южная Корея. Ли Седоль (справа на фото) напряженно ожидает первого хода компьютерной программы AlphaGo
Фотография: gettyimages.com

В марте 2016 года питомец научно-исследовательского подразделения Google DeepMind программа AlphaGo в пух и прах разгромила 18-кратного чемпиона мира по го корейца Ли Седоля (в качестве мини-утешения обладателям обычных мозгов можно разве что уточнить, что в текущем мировом рейтинге Ли занимает вторую строчку, а также напомнить, что одну из шести партий этого матча ему все-таки удалось выиграть).

Как известно, в шахматах, считавшихся долгое время одной из самых сложных интеллектуальных игр, человеческий интеллект (в лице тогдашнего чемпиона мира Гарри Каспарова) был посрамлен программой IBM Deep Blue еще в конце прошлого века, и вот теперь пришла очередь признать свое поражение и лучшим представителям древнейшей китайской игры (ранее, в октябре 2015-го, AlphaGo был всухую повержен и трехкратный чемпион Европы по го). Оснащенная оценочной нейронной сетью для глубокого анализа возникающих позиций, а также для их сопоставления с базой данных ранее сыгранных партий, программа AlphaGo смогла при помощи засекреченных разработчиками новейших алгоритмов машинного обучения наглядно продемонстрировать, что даже в такой сложнейшей стратегической игре, как го, требующей, помимо далекого расчета, еще и глубокой интуиции, возможности искусственного интеллекта уже сегодня достигли запредельного уровня.

А уже в январе 2017 года другой компьютерной программой — Libratus, разработанной в американском Университете Карнеги—Меллона, — был безоговорочно выигран многодневный турнир по покеру (точнее, одной из его популярных разновидностей — техасскому холдему с нелимитированными ставками). По итогам 120 тысяч карточных раздач Libratus намного опередил четырех высококлассных человеческих оппонентов, выиграв в общей сложности условные 1,7 млн долларов.

В этом крошечном кусочке янтаря 100 миллионов лет назад застыл хвост пернатого детеныша динозавра
В этом крошечном кусочке янтаря 100 миллионов лет назад застыл хвост пернатого детеныша динозавра
Фотография: tassphoto.com

Казалось бы, особых шансов в такой специфической игре на интуицию, как покер, у машинного интеллекта не должно было быть по определению, но и здесь наши привычные представления оказались, мягко говоря, ошибочными. В случае с триумфом программы Libratus, правда, для человечества еще не все так безнадежно: пока ей удалось доказать свое превосходство лишь только в игре «один на один», где элемент неопределенности намного меньше, чем в поединке с несколькими соперниками за карточным столом.

Наконец, завершая наш краткий обзор, отметим, что на удивление сильный резонанс в ряде СМИ вызвала декабрьская находка в Мьянме (бывшей Бирме) отлично сохранившегося фрагмента оперенного хвоста динозавра, хотя, на наш взгляд, относить эту занимательную историю к большим научным достижениям было бы неправильно. Хвостатый фрагмент был замурован в отполированном куске янтаря диаметром менее четырех сантиметров и, как показали последующие анализы, он принадлежал крошечному пернатому ящеру-детенышу, недолго жившему на Земле около 100 миллионов лет назад. По всей видимости, этот динозавр по своему общему размеру едва ли превосходил современного воробья или попугайчика, но, конечно, сам факт обнаружения практически неповрежденных временем позвонков, мягких тканей и даже перьев вполне заслуживает отдельного почетного упоминания. Увы, генетического материала в этом фрагменте, пригодного для последующего возможного репродуцирования, ученым обнаружить не удалось.

Еще по теме
Основоположник почвоведения Василий Докучаев называл почву естественно-историческим телом, всеми своими трудами показывая,...