Наука-2020 лучшее: журнал Science назвал десятку важнейших научных прорывов

Журнал Science выбрал десять самых ярких достижений науки 2020 года. Со многими из них Вести.Ru уже знакомили своих читателей. По ссылкам можно найти подробные материалы, рассказывающие об этих прорывах.

Остановить вирус

Самым заметным событием уходящего года, бесспорно, стала пандемия COVID-19. Человечество бросило на борьбу с новой угрозой свои лучшие умы, очень много сил и ресурсов. Никогда ещё ни одна инфекция не была предметом стольких исследований, выполненных в столь короткий срок.

Например, на 10 декабря 2020 года в стадии разработки находились 162 варианта вакцины от SARS-CoV-2, а 52 уже проходили клинические испытания.

В нашей стране созданы три варианта вакцины. Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи разработал препарат "Спутник V", который уже используется для широкомасштабной вакцинации населения. Также стартовали пострегистрационные испытания вакцины "ЭпиВакКорона", созданной специалистами Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор". Наконец, уже в феврале 2021 года планируется зарегистрировать препарат, созданный в Федеральном научном центре исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени М. П. Чумакова РАН.

В США и некоторых других странах была одобрена к применению вакцина Pfizer-BioNTech. За ним практически по пятам следует препарат компании Moderna. Многообещающе выглядят результаты испытаний вакцины AstraZeneca-Oxford и препарата от китайской компании Sinopharm.

Кроме того, учёные упорно работают над созданием лекарств, помогающих лечить больных с COVID-19 и мешающих передаче нового для человечества вируса.

Вопросы крови

Ещё одним крупным прорывом стал экспериментальный метод лечения двух ранее неизлечимых заболеваний крови с помощью технологии редактирования генома CRISPR.

Мы подробно рассказывали об этом исследовании ещё в 2019 году, до его завершения. В 2020 же году эксперимент был завершён и показал впечатляющие результаты.

Биологи помогли пациентам, страдающим бета-талассемией и серповидно-клеточной анемией. Оба заболевания связаны с дефектами эритроцитов – клеток крови, переносящих кислород.

Учёные выделили из крови пациентов стволовые клетки, являющиеся ранними предшественниками клеток крови. Исследователи отредактировали ДНК этих клеток, исправив мутации, ведущие к бета-талассемии и серповидно-клеточной анемии. Одновременно врачи с помощью химиотерапии уничтожили в организме пациентов дефектные клетки-предшественники.

После этого в кровь добровольцев были возвращены исправленные стволовые клетки. Они заняли освободившееся место, размножились и стали производить нормальные эритроциты. Таким путём обе болезни были излечены.

Равенство для учёных

Сотрудники Science посчитали прорывом в науке событие, не имеющее отношения к открытиям и разработкам, но важное для многих учёных. Это объединение чернокожих научных работников в борьбе с расизмом.

Эта история началась в мае 2020 года в Нью-Йорке. Орнитолог Кристиан Купер (Christian Cooper), изучавший там птиц, встретил белую незнакомку с собакой. Учёный вежливо попросил женщину привязать животное. В ответ та позвонила в полицию и сообщила, что ей угрожает чернокожий мужчина.

Видеозапись этого инцидента приобрела вирусную популярность в Сети. Ролик породил бурю дискуссий о предвзятости, с которой люди сталкиваются из-за своего цвета кожи. Стоит ли добавлять, что для учёных, работающих в полевых условиях, подобная агрессия со стороны случайных встречных может быть попросту опасна?

Этот случай привёл к появлению в социальных сетях хэштега #BlackBirdersWeek ("Неделя чернокожих орнитологов"). За ним последовали аналогичные хэштеги, посвящённые учёным из разных областей, от физики до нейробиологии. Чернокожие исследователи стали объединяться в виртуальные сообщества, чтобы вместе противостоять расизму.

Будет жарко

Подавляющее большинство климатологов давным-давно согласилось с тем, что прямо сейчас происходит глобальное потепление климата, а его причина – промышленные выбросы углекислого газа. Но насколько потеплеет Земля, если уровень CO₂ удвоится по сравнению с доиндустриальной эпохой?

Ещё несколько десятилетий назад высказывались самые разные прогнозы: от 1,5 °C до 4,5 °C. Для такой чувствительной системы, как климат, эта разница огромна. Первый сценарий приведёт к достаточно мягким последствиям, а второй – к просто катастрофическим.

В 2020 году учёные значительно уточнили прогноз. Теперь они уверены, что на Земле потеплеет как минимум на 2,6 °C , а как максимум – на 3,9 °C. Сузить диапазон помогли многочисленные исследования, проведённые за последние десятилетия, и накопившиеся данные об изменении средней температуры планеты.

Исследователи подчёркивают, что даже самый мягкий из оставшихся сценариев ведёт к затоплению прибрежных городов и вынужденному переселению миллионов людей.

Всё это случится, когда уровень углекислого газа удвоится по сравнению с доиндустриальной эпохой. И если человечество не предпримет решительных мер, эта отметка будет пройдена уже к 2060 году.

С любовью, Галактика

В 2020 году астрономы разгадали интригующую загадку. Они выяснили, откуда берутся быстрые радиовсплески. Так называются короткие всплески радиоволн, приходящие из космоса, природа которых долго оставалась неизвестной.

В уходящем году наблюдатели впервые зафиксировали такую вспышку, произошедшую в Млечном Пути. Что самое приятное, они определили источник сигнала. Им оказался магнетар – нейтронная звезда с аномально сильным магнитным полем. Между прочим, подобные объекты являются самыми мощными магнитами во Вселенной.

Особенности донациональной охоты

В самом конце 2019 года археологи отчитались об удивительном открытии. Они обнаружили древнейшую в мире сцену охоты. Эксперты Science решили не быть формалистами и включили это яркое достижение в список прорывов 2020 года.

Произведение доисторического искусства было обнаружено в пещере индонезийского острова Сулавеси. Оно было выполнено 44 тысячи лет назад. Для сравнения: самым ранним образцам пещерной живописи в Европе не более 21 тысячи лет.

Картина изображает восьмерых охотников. Они представляют собой полулюдей-полуживотных. Эти монстры вооружены копьями и верёвками и преследуют двух бородавчатых свиней и четырёх карликовых буйволов.

Сложить головоломку

Уходящий год ознаменовался крупным прорывом и в биологии. Искусственный интеллект решил задачу, которая не давалась учёным полвека. Речь идёт о прогнозировании трёхмерной структуры молекулы белка.

Почему это так важно для человечества? Потому что белки являются основой всего живого. Это не только строительный материал наших тел, но и регуляторы, управляющие практически всеми процессами в живой клетке. Неудивительно, что эти вещества – предмет пристального интереса биологов.

При этом молекула белка может быть очень сложной, ведь она представляет собой длинную цепочку из звеньев-аминокислот. У каждого белка индивидуальная последовательность этих звеньев. В ней закодированы все свойства молекулы, в том числе и её трёхмерная форма. Последняя очень важна: от неё зависит, какую работу белок сможет выполнять в клетке.

Биологи около 50 лет пытались научиться предсказывать пространственную структуру молекулы белка по его аминокислотной последовательности. Но только в 2020 году эту задачу решила искусственная нейронная сеть AlphaFold, созданная компанией DeepMind. Искусственный интеллект предсказал структуру молекулы с точностью, сравнимой с размером атома.

Сейчас структуру белков определяют долгим и дорогостоящим способом, а подчас это и вовсе невозможно. Любая помощь в этом деле открывает для науки и человечества весьма приятные перспективы.

Где спрятать ВИЧ

В 2020 году биологи разобрались, как некоторым людям удаётся противостоять ВИЧ-инфекции.

Напомним, что этот патоген хранит наследственную информацию в РНК. Но он умеет переписывать её на ДНК и встраивать эту нить ДНК в человеческие хромосомы. Такие чужеродные фрагменты ДНК называются провирусами.

Когда человеческая клетка считывает команды, зашифрованные в её собственном геноме, она может случайно считать и ДНК провируса. А последняя даёт клетке команду синтезировать вирус.

Из-за провирусов от ВИЧ почти невозможно вылечиться до конца. Антивирусные препараты уничтожают патоген в крови, но клетки, считывая команды "чужаков", синтезируют всё новые копии вируса. В итоге пациент вынужден принимать лекарства всю жизнь.

Однако примерно 0,5% из 38 миллионов человек, живущих с ВИЧ, являются исключением из этого правила. Они не принимают антивирусных средств и при этом годами остаются здоровыми.

Авторы нового исследования разобрались, откуда берётся такая суперспособность. Оказалось, что у "повелителей ВИЧ" 45% провирусов находится в "мусорных" участках ДНК, которые лишены работающих генов и потому обычно не считываются. У обычных ВИЧ-инфицированных в такой "тихой гавани" находится только 17% провирусов.

Учёные надеются понять механизмы, вытесняющие провирусы в "мусорные" участки генома, и использовать их для лечения ВИЧ-инфекции.

Не оказывая сопротивления

В 2020 году сбылась ещё одна давняя мечта, на сей раз у физиков. Экспериментаторы получили сверхпроводящее состояние вещества при комнатной температуре.

Поясним, что в этом состоянии электрическое сопротивление материала строго равно нулю. Это значит, что энергия тока не теряется в проводах. Такое свойство проводника могло бы обеспечить заметную экономию энергии.

Классический способ погрузить вещество в сверхпроводящее состояние – это охладить его почти до абсолютного нуля. Но идея залить линии электропередач жидким гелием не выглядит разумным предложением по экономии средств. Поэтому физики около ста лет упорно ищут способы минимизировать охлаждение.

В 2020 году учёные наконец достигли знаковой черты: они получили сверхпроводящее состояние при комнатной температуре. Правда, для этого потребовалось давление в 2,6 миллиона атмосфер, так что переворота в энергетике в ближайшем будущем ждать не стоит. Однако исследователи надеются, что дальнейшие улучшения и новые открытия откроют дорогу и по-настоящему практичным "комнатным" сверхпроводникам.

О чём думают птицы

В 2020 году сразу две научные группы выяснили, что птицы умнее, чем кажутся.

Основа человеческого интеллекта – новая кора (неокортекс). Она состоит из нескольких горизонтальных слоёв, расположенных друг над другом. При этом вышележащие клетки связаны своими отростками с нижележащими нейронами и образуют вертикальные колонки.

Ещё недавно считалось, что у птиц нет ничего подобного. Однако в уходящем году нейробиологи обнаружили похожую структуру в переднем мозге голубей и сипух. Таким образом, птицы оказались более похожи на человека по строению мозга, чем казалось надменному человечеству.

Вторая статья была посвящена работе мозга чёрных ворон, известных своим выдающимся интеллектом. Экспериментаторы научили птиц поворачивать голову при виде определенной последовательности мигающих огней на мониторе. В это время электроды, вживлённые в мозг ворон, регистрировали активность нейронов.

Учёные зафиксировали любопытные особенности работы мозга ворон. Они могут означать, что животное не просто отвечает реакцией на стимул, как автомат. Оно в некотором смысле осознаёт то, что видит. Получается, что вороны обладают зачатками сознания.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о самых ярких астрономических открытиях 2020 года и о самых странных научных новостях за прошедший год. Писали мы и о том, чем нас в уходящем году порадовала российская наука.