Итоги года: 7 научных открытий, которые вас удивят
Декабрь — время подводить итоги. Мы собрали научные результаты последних 12 месяцев, выбрав наиболее впечатляющие новости: про самые большие, самые яркие, самые древние, самые «инопланетные» и самые полезные научные открытия 2017 года.
Самый яркий: взрыв, который «видно» за сто миллионов световых лет
Главное событие года в науке — это фиксация гравитационной волны от слияния двух нейтронных звезд. Его поставили на первое место своих списков с итогами года авторитетные журналы Nature и Science.
Волну зафиксировали приборы научных коллабораций LIGO в США и Virgo в Италии 17 августа. Столкновение случилось на расстоянии около 130 миллионов световых лет от Земли в созвездии Гидры. Масса первой звезды составляла от 1,36 до 2,26 массы Солнца, второй — от 0,86 до 1,36 солнечной массы.
За столкновением звезд наблюдали тысячи человек — событие фиксировалось не только в гравитационных, но и в электромагнитных волнах. В общей сложности в открытии участвовали более 3500 человек из 900 научных коллективов.
Это событие назвали новой эрой в астрономии. Теперь ученые могут наблюдать за космическими событиями не только через излучение, но и с помощью гравитационных волн. До этого получалось зафиксировать гравитационные волны только от столкновений черных дыр.
«Черные дыры при столкновении не испускали ничего, кроме гравитационной энергии. Вспышка же нейтронных звезд устроила световое шоу, которое изучалось более чем 70 обсерваториями», — пишет обозреватель Science.
Самый надежный: «интернет», который невозможно взломать
В июне этого года произошла первая в истории сверхдальняя квантовая телепортация. Китайские ученые передали поляризацию фотона с Земли на спутник, а после повторили это несколько сотен раз.
Квантовая телепортация — это передача квантового состояния частицы на расстояние. Для этого используют пару сцепленных частиц (их еще называют запутанными). Даже при удалении друг от друга такие частицы сохраняют информацию о состоянии своего партнера. Изменение параметра одной частицы вызывает мгновенную реакцию другой.
Китайские ученые создавали пары квантово запутанных фотонов на Земле. Один фотон из каждой пары отправляли лучом лазера на спутник в момент его прохождения над станцией. За 32 дня исследователи отправили миллионы фотонов и продемонстрировали телепортацию их поляризации. Результат был положительным в 911 случаях, а максимальное расстояние передачи составило 1400 километров.
Скорость квантовой телепортации крайне высока. В будущем это явление, возможно, получится использовать для построения масштабных сетей или даже «квантового интернета».
В сентябре китайские ученые использовали этот спутник для связи. Они «позвонили» в Австрийскую академию наук, применив сцепленные фотоны для передачи ключа шифрования. Система получилась очень надежная: любая попытка «подслушать» эти ключи привела бы к разрыву сцепленности фотонов и была бы обнаружена. Расстояние между участниками звонка составило 7400 километров — это был новый мировой рекорд для квантовой связи.
Самый массивный: айсберг размером с город
В июле этого года от антарктического шельфового ледника Ларсен С откололась гигантская глыба льда. Айсберг А-68А, который оказался в океане, вошел в десятку крупнейших за всю историю спутниковых наблюдений.
В океан попала глыба льда площадью 6000 квадратных километров. Для сравнения, площадь Минска — 348 квадратных километров, в 17 раз меньше. Площадь ледника, от которого он откололся, после этого сократилась на 12%.
Средняя толщина айсберга — 190 метров, в некоторых точках она достигает 210 метров. Высота над поверхностью воды составляет 30 метров, это сравнимо с высотой 10-этажного дома. Объем глыбы — 1155 кубических километров, ее масса — около триллиона тонн.
Причиной этого события ученые считают не глобальное потепление, а естественный процесс роста и уменьшения шельфовых ледников. Скорее всего, этот айсберг не повлияет на уровень Мирового океана, но может быть опасен для судоходства, так как глыба льда отправилась дрейфовать в океане.
Самый древний: человек, который на 300 тысяч лет старше вас
Раньше считалось, что первые люди появились в Африке около 200 тысяч лет назад. В этом году выяснилось, что мы серьезно ошибались. Старейшим останкам Homo sapiens около 300 тысяч лет, и нашли их в Марокко.
Череп обнаружили еще в 1961 году и приняли за останки неандертальца. Правда, у него были некоторые черты современного человека, поэтому ученые начали раскопки в пещере, где его обнаружили. Там же нашлись окаменелости черепов, челюстей, зубов и костей как минимум пяти особей.
По оценкам, возраст этих находок — от 280 до 350 тысяч лет. Эти люди были очень похожи на современных Homo sapiens — у них было плоское лицо и тонкие надбровные дуги. Отличались от нас они более крупной челюстью и зубами, а также удлиненной черепной коробкой.
Самый далекий: «пришелец» не из Солнечной системы
Астрономы давно предсказывали, что Солнечную систему может посетить тело из-за ее пределов. Однако впервые люди смогли это наблюдать только в октябре 2017 года: в Солнечную систему попал астероид из межзвездного пространства. Его обнаружили при помощи телескопов сети Pan-STARRS на Гавайях. «Гостю» дали название Оумуамуа — по-гавайски это значит «разведчик» или «посланец издалека».
Это было вращающееся тело темно-красного цвета очень необычной формы: «разведчик» напоминал сигару длиной около 400 метров. Примерная плотность — 6000 килограммов на кубометр, в шесть раз плотнее воды. Никаких признаков пыли вокруг него не было.
Астероид двигался со скоростью около 26 километров в секунду относительно Солнца по незамкнутой гиперболической траектории. Ученые очень заинтересовались «разведчиком» и даже предлагали догнать его, чтобы лучше изучить. Позже стало известно, что астероид состоит из льда и покрыт ледяной коркой, богатой органическими веществами.
Кстати, форма сигары или веретена может быть выгодна для межзвездных космических кораблей — она сводит к минимуму повреждения от частиц межзвездной пыли и газа. К проекту подключились ученые из проекта Breakthrough Listen, чтобы проверить объект на признаки инопланетной жизни. По предварительным результатам, ученые ничего не нашли — тело не передает никаких подозрительных сигналов. Но если вы сомневаетесь, можно самостоятельно попробовать что-то найти в массиве данных, полученных от «прослушки» объекта.
Самые полезные: «ножницы» для ДНК
Система CRISPR-Cas9 позволяет вносить изменения в ДНК — направленно, без ошибок и с высокой точностью. Ее создателям уже не первый год прочат Нобелевскую премию по химии. В этом году «генетические ножницы» несколько раз показали свою эффективность.
В сентябре ученым удалось с помощью этого инструмента вырезать ген с мутацией у жизнеспособных человеческих эмбрионов. Они нацелились на мутацию, которая вызывает гипертрофическую кардиомиопатию — заболевание сердца, которое встречается у одного из 500 человек и может стать причиной внезапной смерти. Эксперимент удался в 42 случаях из 58. Исследователи продемонстрировали, что техника безопасна — никаких нежелательных мутаций у эмбрионов не обнаружили.
В ноябре в США впервые опробовали методику генного редактирования непосредственно в организме живого взрослого человека, страдающего неизлечимой генетической болезнью. Он страдает синдромом Хантера — редким заболеванием, связанным с X-хромосомой. Впервые в истории редактирование генов проводили непосредственно в теле пациента. В этом случае ученые применили технологию «цинковых пальцев» — альтернативу CRISPR-Cas9. Об успехе лечения можно будет судить примерно через два месяца, когда станет ясно, удалось ли «починить» генетическую поломку хотя бы в части клеток.
А еще в этом году в США впервые разрешили генную терапию для лечения трех разных болезней. Лейкемию и лимфому теперь будут лечить с помощью технологии CAR-T. Она перепрограммирует собственные иммунные клетки человека и позволяет «настроить» иммунитет для борьбы с клетками опухоли. Также этот способ показал свою эффективность в борьбе с миеломой и ВИЧ, правда, у него крайне тяжелые побочные эффекты.
Врожденную слепоту, вызванную мутацией в конкретном гене, в США разрешили лечить с помощью препарата Luxterna. Он содержит безвредные для человека вирусы с «начинкой» из ДНК с «правильным» геном. Препарат вводят в глазные яблоки больного, здоровая ДНК заменяет мутантный вариант, и зрение улучшается.
Самые аккуратные: метаморфозы ДНК
У революционной системы CRISPR-Cas9 есть минусы. Например, она работает далеко не во всех клетках и подходит не для каждого изменения. К тому же она разрезает ДНК, ученым приходится полагаться на собственную систему восстановления клеток. Из-за этого процесс редактирования ДНК может оказаться непредсказуемым.
Биолог Дэвид Лю и его коллеги представили технику, которая позволяет заменять «ошибочные» основания в ДНК, не разрезая ее. Вместо этого искусственные ферменты заменяют основания на химическом уровне.
Напомним, в ДНК четыре азотистых основания: аденин (A), гуанин (G), цитозин © и тимин (T). Двойная спираль обычной ДНК состоит из двух взаимно перевитых полинуклеотидных цепей, азотистые основания которых попарно соединены водородными связями. Точечные «ошибки» — когда всего одно основание заменено другим — связаны со множеством болезней.
Ученые под руководством Дэвида Лю создали фермент, который в ДНК превращает цитозин в тимин, а гуанин — в аденин. Позже они представили белки, меняющие аденин на тимин и гуанин на цитозин.
Уже в этом сентябре китайские ученые применили редактор оснований Лю на живых эмбрионах человека. Специалисты «отменили» мутацию, приводящую к развитию бета-талассемии — тяжелого генетического заболевания, при котором нарушается синтез гемоглобина.
