Научные итоги 2020 года. Главное на QWERTY №154
[музыка] Всем привет! Уходит 2020 год, и вселенная свидетель. Он был тяжелым, с определенными медицинскими перекосами и научными 300-ми. Что будет впереди - неизвестно. Наука никогда не научится предсказывать будущее, но мы отследили практически все научные события уходящего года: не менее двух десятков значимых работ в неделю. И, как всегда, научно-популярный канал QWERTY стоял на страже ваших интересов, отбирая самые интересные события из важных и самые важные из всех интересных специально для вас.
Читаю каждый ваш комментарий и учитываю каждый ваш голос в опросах. Совсем недавно мы выложили запись прямого эфира, во время которого я высказал предположение, а почему вообще зрители смотрят новости науки. Сразу небольшой спойлер: я назвал три причины - это любопытство, образование на диване и надежда на светлое будущее. Но я был бы безмерно вам благодарен, если бы вы написали в комментариях, а почему именно вы смотрите новости науки.
В итогах года мы потратимся и воспользуемся подборкой одного из самых известных и влиятельных журналов - сайт 10 самых главных событий уходящего года. Интересно, узнаете ли вы, а сколько из этих новостей уже попадало в нашем выпуске. Кстати, параллельно мы упомянем о нескольких персонах года по версии еще одного значимого журнала.
Итак, первое открытие связано с источником быстрых радиовсплесков, или FAST RADIAL BURSTS. На протяжении 13 лет природа этих невероятно мощных, но коротких радиоимпульсов из далеких галактик оставалась неизвестной. Хотя во время активности источник мог извергать в космическое пространство столько энергии, сколько Солнце излучает за десятки тысяч лет. Теперь же стало ясно, что этим источником являются магнетары, то есть нейтронные звезды, обладающие самым мощным магнитным полем во всей Вселенной.
В апреле ФРБ был засечен внутри Млечного Пути, поэтому мощнейшие наземные и орбитальные телескопы тут же были направлены в сторону всплесков и могли лоцировать известный магнетар, поливающий все вокруг рентгеновским и гамма-излучением. Пазл сложился, хотя не совсем ясно, как магнетары производят быстрые радиовсплески. Возможно, источник находится рядом с поверхностью и зависит от хаотичных изменений линий магнитного поля, а возможно, всплески зарождаются в облаках заряженных частиц от воздействия ударных волн. Узнаем позже.
Второе достижение: с тех пор как на генетическую сцену ворвался в 2012 году метод генетического редактирования CRISPR/Cas9... Почему-то сейчас вспомнил один мюзикл годом на 4 постарше. Так вот, с тех пор произошел расцвет в редактировании растений и животных. Вспыхнул этически пожар с адаптированными детьми, и даже была вручена заслуженная Нобелевская премия. Но в этом году впервые были излечены пациенты с наследственными заболеваниями крови.
Это болезни, приводящие к низкому уровню гемоглобина и серповидно-клеточной анемии, изменяющие форму эритроцитов и провоцирующих закупорку сосудов и инфаркты. Медики при помощи CRISPR/Cas9 изменили стволовые клетки костного мозга, чтобы они продолжили производить фетальный гемоглобин, который обычно работает у человека только в утробе. Затем они уничтожили костный мозг пациентов при помощи химиотерапии и вернули отредактированные стволовые клетки, которые должны были начать производить нормальные клетки крови.
Мы рассказывали об этой процедуре в 2019 году, но тогда результат лечения был неясен. И вот в 2020, через 17 месяцев, стало ясно, что метод сработал. Сразу на нескольких пациентах им уже больше не нужно переливание крови, и болевые приступы исчезли. Вот только стоимость лечения на одного пациента составляет пока что один миллион долларов.
Третье достижение: мозг птиц по размерам редко превышает грецкий орех, и исследование этого года показали, что передний воск птиц весьма напоминает кору головного мозга млекопитающих, а точнее - неокортекс человека. А это, кстати, источник нашего недюжинного ума. Кто похвалит человечество, если не она сама себя? Наш неокортекс организован в 6 слоев и пронизан вертикальными волокнами, так что нейроны сообщаются как вертикально, так и горизонтально. Вот причина сложного мышления.
А у птиц не предполагали чего-то более сложного, чем обычные комочки нервных клеток. Но благодаря 3D изображениям мозга в поляризованном свете выяснилось, что в их мозге нервы соединены как горизонтально, так и вертикально, напоминая вертикальные волокна человеческого мозга. Это позволяет птицам проявлять выдающиеся умственные способности.
А еще одна работа показала, что вороны используют свой собственный опыт при принятии решений. Они осознают то, что они видят и делают. Это признак сенсорного сознания. Возможно, это означает, что подобие самосознания присутствовало и у нашего последнего общего предка 320 миллионов лет назад, когда сам обладаешь полным сознанием.
Очень сложно понять, а каково это - не обладать сознанием вообще, хотя иногда и там можно даже воспринять как дар свыше. Вообще на эту тему даже слишком много теорий, и самые актуальные из них сверх Исследования искусственного интеллекта.
Четвертая находка: более 40000 лет назад на индонезийском острове Сулавеси доисторический Пабло Пикассо забрался в пещеру и нарисовал целую серию изображений фантастических охотников с головами животных, загоняющих диких кабанов и буйволов. Нашли этот шедевр в 2017, но всего год назад смогли оценить возраст этих рисунков.
Они оказались самыми древними образными изображениями, сделанными современными людьми. Особенность рисунков именно в охотниках, в их животных чертах. Хотя они держат копья или веревки, у них вместо лиц морды и даже есть хвост и клюв. И в общем, это могли быть люди, носящие ритуальные маски, а могли бы даже быть мифическими существами, такие как фигурки человека-льва, 35 тысячелетней давности, найденные в германских Альпах.
Покрасить или урановым методом смогли определить возраст этой находки - 44 тысячи лет. Абстрактное изображение находили и более древние - 65 тысяч лет, но это изображение фигуративное, образное, изображающее фигуры людей и животных. До этого еще нужно было додуматься, использовать фанк, еще тысячи лет беречь от коммунальщиков.
Пятое достижение в 2020 кроется во внимании к равным правам чернокожих ученых и борьбе против расовой дискриминации. Это проявляется в дискуссиях об этих проблемах, запуске соответствующих хэштегов в соцсетях, создании коммьюнити вокруг чернокожих и вообще цветных ученых.
Одна из персон года по версии Чи Чан До и Пресс Код Вайнштейн выделена не только за успехи в работах по темной материи, но и из-за противостояния расизма в науке. Напомню, что в позапрошлом году подобным образом выделялась проблема harassment женщин в академической науке. Тоже хэштеги запускали. В уходящем году эта история неразрывно связана с движением Black Lives Matter.
Найти какую-то статистику по доле негров ученых в России мне не удалось, но мне кажется, что проблема нашей науки лежит совсем не в этой плоскости. Насчет 6 пункта: ведущие климатологи собирались еще 40 лет назад в Массачусетсе, и они пытались ответить на очень простой вопрос: "А насколько горячей станет земля, если люди не прекратят выбрасывать парниковые газы?" Точности тогда они не достигли: если концентрация атмосферного CO2 удвоится по сравнению с доиндустриальной эпохой, the planet нагреется от полутора до четырех с половиной градусов.
И вот уточнение этих границ заняло десятилетия. Например, вклад внесли модели облаков высокого разрешения, составленные при помощи спутников, показывающие, как облака в зависимости от толщины, местоположения и состава могут усилить потепление или снизить его. Неприятным оказался эффект, при котором потепление истончает низкие облака, блокирующие солнечное излучение.
Изучение же поля температуры и уровня CO2 по ледовым и океаническим кернам показало, что парниковые газы могли провоцировать и предыдущие эпизоды потеплений. В сочетании с данными, что Земля нагрелась на одну целую десятую градуса с доиндустриальной эпохи, это дает вилку при ответе на тот самый вопрос, что Земля нагреется от 2,6 до 3,9 градуса. Достаточно для того, чтобы затопить множество прибрежных регионов и переселить миллионы людей.
Посчитайте сами: удвоение концентрации CO2 в атмосфере с доиндустриальной эпохи - это 560 частей на миллион. Сейчас же мы имеем 420 частей на миллион. Прогноз может сбыться уже к 2060.
Седьмой пункт наших итогов: 50 лет ученые не могли разгадать одну из самых сложных загадок - как предсказать точную 3D форму, которую будет принимать цепочка аминокислот, складываясь в белок. Искусственный интеллект пришел на выручку, предсказывая структуры белков так же аккуратно, как если бы их анализировали во время лабораторных работ и экспериментов при помощи криоэлектронной микроскопии или рентгеноструктурной кристаллографии в лабораториях.
Так за картографирование 170000 белков. Но их-то 200 миллионов, а некоторые белки содержат тысячи аминокислотных остатков. Вручную очень дорого и долго, кстати, так как форма белка определяет его биохимические свойства, то и это может раскрывать механизм заболеваний, разрабатывать лекарства или даже создавать растения, устойчивые к жаре. Программа называется AlphaFold и разработала ее известная компания DeepMind.
AlphaGo, например, оттуда же. Точность предсказаний просто неимоверна, и некоторые уже говорят, что эта проблема предсказания структуры белка уже решена.
Восьмой пункт: у ВИЧ, как у любого ретровируса, есть механизм и свойства, помогающим уклоняться от атак. Он интегрирует свой генетический материал в хромосомы человека, создавая "тишки", в которых он может переждать нападение антиретровирусных аппаратов или иммунной системы. Клетка использует геном для создания белков.
В процессе транскрипции клеточной ДНК производится копии вируса, который до этого интегрировался в ДНК клетки. Но дьявол кроется в деталях: в этом году исследование 64 ВИЧ-положительных людей, которые годами жили без антиретровирусной терапии, выявило интересную связь между тем, где именно в ДНК вирус хоронился и их состоянием.
Сразу скажем, пока что это не приведет к открытию лекарства, но может подсказать, как жить без лечения. Таких людей называют "мол прогрессорам" или элитными контролерами. Их примерно полпроцента. У них ВИЧ не развивается в СПИД годами. Дело в том, что у них ВИЧ в сорока пяти процентах случаев интегрирует свою ДНК в геномную "пустыню" - участки ДНК, с которых редко считывается информация для транскрипции.
У остальных людей в пустыню попадает примерно 18 процентов вирусного генома. Случайности не случайны. Ученые считают, что иммунная система "мол прогрессоров" каким-то образом вычищает ретровирусы из популярных участков ДНК или даже уничтожает зараженные клетки. Узнать бы, как натренировать иммунную систему других людей.
Кстати, одна женщина полностью сама излечилась от ВИЧ. В ее теле не обнаружено ни одной зараженной клетки. Десятилетиями ученые искали материалы, способные проводить электричество без сопротивления при комнатной температуре, и первый такой найден в этом году. Это особое соединение углерода и водорода с примесями серы. Правда, давление для этого требуется примерно как в центре Земли, поэтому поиск сверхпроводников, работающих в нормальных условиях, продолжается.
И когда завершится, технологии изменятся кардинально. Некий золотой рассвет сверхпроводников наблюдался в 80-й, когда обнаружили, что кубрат и соединения меди становятся сверхпроводящими при температуре жидкого азота. Это позволило создать такие вещи, как МРТ и магниты для суперускорителей элементарных частиц. Новый виток развития сейчас инициируются физиками высоких давлений. Небольшие порции материалов сжимаются между гранями алмазов, так называемой "алмазной наковальней", до давлений, в миллионы раз превышающих атмосферные.
Ах да, сверхпроводимость пропадает, когда сверхдавление исчезает. Но и это, наверное, можно как-то скорректировать, ведь алмазы, рожденные в глубинах Земли, не теряют своих свойств, когда их поднимают на поверхность.
Пусть и сейчас мы подходим к прорыву года, и это достаточно противоречивый пункт в нашем выпуске. Потому что если переходить к нюансам, то будет, как у юристов, а мы, как известно, два юриста - три мнения. Но в общем и целом консолидироваться вполне можно. Пока значительная часть нашей жизни в 2020 была поставлена на паузу, прогресс в биомедицине скакал, как горный козел.
Ни одна, не две, а множество вакцин от коронавируса успешно выступили в клинических испытаниях на людях всего через 11 месяцев с момента секвенирования генома вируса. Вакцинация стартовала в Эмиратах, Великобритании, Штатах и России. Две вакцины на основе мРНК от Moderna и Pfizer/BioNTech, а также аденовирусная от Центра Гамалеи, несущие на себе генотип вируса, показали эффективность примерно в 95 процентов.
Но и другие подходы, например, использование инактивированного коронавируса или другие аденовирусные вакцины, тоже обладают потенциалом. Уже 8 вакцин одобрены в различной степени. Никогда ранее столько конкурентов не работали в таком тесном сотрудничестве. И никогда ранее государства, бизнес и научные учреждения не вливали столько денег и человеческих сил в разработку вакцин.
Но, несмотря на выдающиеся результаты с вакцинами, пандемия нанесла и ощутимый урон и коммуникациям, и доверию в общество, из-за дезинформации, провокаций. Да и жизнь унесла более 1,6 миллиона людей. Вакцина — это не панацея. Путь в будущее определяется еще одной не менее важной переменной - нашим поведением.
Неудивительно, что и журнал Ничего назвал людьми года 7 из 10 персон, связанных с борьбой против коронавируса. Среди них Тедрос Аданом Гебрейесус, генеральный директор Всемирной организации здравоохранения, Ганс Клауг, лаборатория вирусологии, разработавшая тест, и национальную программу в Уругвае, благодаря которой там всего лишь 87 жертв.
Кatherine Jansen, глава разработки Pfizer, завершившая за двести десять дней производственный цикл вплоть до подтверждения безопасности и эффективности вакцины. Zhang Yongzhe, ученый, оказавшийся первым, кто запостил РНК вируса в интернет 11 января, несмотря на запреты властей Китая. Li Lan Huan, эпидемиолог, которая постановила закрыть 11-миллионный Ухань 23 января. Jacinda Ardern, премьер Новой Зеландии, внедрившая такой лук, что в 5-миллионном государстве до сих пор не более 2000 заболевших и 25 смертей.
Энтони Фаучи признан народным доктором в Штатах. В России также главное научное достижение года вращается вокруг наших вакцин: Центр Гамалеи, "Спутник V", Центр "Вектор" и "ЭпиВАККорона". Правда, добровольцам, испытывающим Спутник, не прекращают вводить плацебо, из-за того, что надо останавливать пандемию, и люди самостоятельно приходят за вакцинами. Некоторые эксперты заявляют, что из-за этого мы рискуем так никогда и не получить достоверных результатов 3 фазы исследования, но время покажет.
Кстати, на подходе вакцина от Центра имени Чумакова, и в интернете уже шутят, что ее нужно назвать "Чувак". А почему бы и нет? Ах да, лучшей новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, как парализованный Роберт Милевский управлял одновременно двумя руками-роботами. Но рассказать об этом подробнее, чем Алексей поезди, я не возьмусь. Поэтому пусть лучше в новом году будет больше таких новостей.
Чтобы еще раз вернуться к этой теме, но а в новом году канал QWERTY желает вам здорового любопытства, тяги к исследованиям и желания создавать и творить. А уж если отдыхать, то узнавая что-то новое и заряжаясь правильными новостями. Ну а лучшим подарком для нас станет ваш лайк, подписка и звонок ваших колокольчиков! С Новым Годом, кавертерианцы! [музыка] [музыка]