10 важнейших историй из мира науки за 2023 год по версии учёных⁠⁠

Оригинал

Перевод

Перевод by SLY_G

Автор оригинала: The Guardian

Этот год стал годом научной драмы: от понимания происхождения человека и прорывов на Луне до расцвета искусственного интеллекта и новых пугающих изменений в климате.

1. Индийский луноход достиг обратной стороны Луны

В то время как западные миллиардеры занимались тем, что отправляли в космос ракеты, которые разбивались и сгорали, учёные из Индии спокойно делали то, чего никто до них не добился. Их лунный аппарат "Чандраян-3" стал первой миссией, достигшей южного полюса Луны - неизученного региона, где, как считается, существуют залежи замёрзшей воды. Я помню, как забилось моё сердце, когда по социальным сетям разлетелись снимки комнаты управления в Индии, на которых женщины-учёные старшего поколения празднуют своё невероятное достижение.

Успех "Чандраян-3", запущенного в июле 2023 года, показал всему миру, что Индия не только является крупным игроком в космосе, но и может успешно запустить лунный корабль за 75 миллионов долларов. Стоимость не маленькая, но она гораздо меньше бюджетов большинства других стран на лунную миссию.

Июль 2023 года стал чрезвычайно насыщенным месяцем для космических событий. Он начался с запуска спутника "Евклид", предназначенного для беспрецедентно детального изучения тёмной материи и тёмной энергии. Всего две недели спустя Китай успешно запустил первую в мире ракету на метановом топливе (Zhuque-2), продемонстрировав потенциально более экологичный способ космических путешествий, опять же при значительно меньших затратах. К тому же, метановый двигатель интересен не только тем, что он более экологичен, а тем, что
1) Он вырабатывает меньше сажи, а потому проще повторно использовать двигатель.
2) Метан потенциально можно добывать на Марсе.

Через две недели после посадки "Чандраян-3" был отправлен спать в очень холодную лунную ночь, но так и не проснулся; однако он сделал то, ради чего был отправлен: обнаружил серу на поверхности Луны и показал, что лунный грунт является хорошим изолятором. С увеличением разнообразия, снижением стоимости и экологичностью ракет, кажется, что человечество может оказаться на пороге новой, более доступной эры освоения космоса.

2. ИИ наконец-то начинает походить на настоящий ИИ

Зачастую определить переломные технологические моменты можно лишь спустя долгое время, но 2023 год - один из тех редких годов, когда мы можем с уверенностью сказать, что мир за этот год сильно изменился. Это был год, когда искусственный интеллект (ИИ) наконец-то стал мейнстримом. Я имею в виду, конечно же, ChatGPT и его собратьев - большие языковые модели. Выпущенный в конце 2022 года, ChatGPT стал вирусным в 2023 году, поражая пользователей своим беглым изложением и, казалось, энциклопедическими знаниями. Технологическая индустрия, возглавляемая компаниями с триллионными оборотами, была поставлена в тупик успехом продукта компании, в которой работает всего несколько сотен человек. Сейчас, когда я пишу эту статью, идёт отчаянная борьба за лидерство на новом рынке "генеративного ИИ", о котором возвестил ChatGPT.

Почему ChatGPT добился такого впечатляющего успеха? Во-первых, он очень доступен. Любой человек с веб-браузером может получить доступ к самому сложному ИИ на планете. А во-вторых, он наконец-то стал похож на тот ИИ, который нам обещали - он был бы неуместен в кино, и он гораздо более речистый, чем компьютер из "Звёздного пути". Мы долгое время использовали ИИ, не осознавая этого, но наконец-то у нас появилось нечто реальное. Это не конец пути для ИИ, далеко не конец, но это действительно начало чего-то значительного.

3. Девочки-подростка занимаются сложной математикой

В марте две девочки-подростка из Нового Орлеана, Калсиа Джонсон и Не'Кия Джексон, представили новое математическое доказательство теоремы Пифагора с помощью тригонометрии на региональной встрече Американского математического общества.

Что в этом особенного? В 1940 году в классической книге Элиши Лумиса "Пифагорейское предложение" был раздел "Почему невозможно найти доказательство с помощью тригонометрии, аналитической геометрии и алгебры". То есть, a^2 + b^2 = c^2 нельзя доказать с помощью sin^2(θ)+cos^2(θ)=1.

Это оттого, что у этих уравнений существует циклическая зависимость. Например: Если A верно, если верно B, и B верно, если верно A, то откуда нам знать, что A и B истинны?

Джонсон и Джексон не первые, кто вывел тригонометрическое доказательство теоремы Пифагора. Однако их доказательство с помощью "вафельного конуса" с использованием правила синуса и бесконечного геометрического ряда продемонстрировало большую креативность и математическую ловкость. В их подходе есть ограничения - например, он не работает, когда ∅=π/4 (45°). Но это поправимо.

В прошлом году Кэтрин Бирбалсинг, бывший советник по социальной мобильности при правительстве Великобритании, подверглась критике за то, что сказала, что девочки реже выбирают физику уровня A, потому что она включает "трудную математику". Достижения Джонсон и Джексон красноречиво говорят об обратном.

4. О нашей ранней миграции из Африки

Наш вид происходит из Африки. В широком смысле это означает, что Homo sapiens появился на земле, которая сейчас называется Африкой, и большая часть нашей эволюции произошла там за последние полмиллиона лет. Остальной мир был заселён, когда несколько человек покинули эту панафриканскую колыбель в течение последних 100 000 лет. До недавнего времени об этом было известно в основном по костям давно умерших людей. Но восстановление ДНК из этих старых костей дало свои плоды. В октябре исследование, проведённое под руководством Сары Тишкофф из Университета Пенсильвании, показало, что небольшое количество ДНК неандертальцев в ныне живущих африканцах вошло в линию Homo sapiens ещё 250 000 лет назад где-то в Евразии, что означает, что мы покидали Африку несколько раз, и гораздо раньше, чем считалось.

Как были сделаны эти открытия? С помощью того, что парадоксальным образом упускалось из виду при изучении нашего африканского происхождения: на самом деле мы изучили геномы африканских людей.

Это может показаться незначительным и постепенным, но чем больше мы будем искать - особенно среди людей и областей, которые до сих пор были крайне мало представлены, - тем больше мы узнаем о нашей собственной истории.

5. Самый жаркий год в истории

Согласно известной присказке, лягушка, брошенная в горячую воду, спасётся, но если лягушку держать в воде, медленно поднимая её температуру, то она не заметит опасности до самого конца. 2023 год станет самым жарким за всю историю наблюдений. Ранее этот рекорд был установлен семь лет назад, в 2016 году. Как сказал король Чарльз III на 28-й конференции по изменению климата, мы становимся невосприимчивыми к тому, что говорят нам рекорды.

Последствия жары нарастают. Более тёплые моря и более тёплая атмосфера способствовали событиям, которые принесли смерть и разрушения с ужасающей скоростью. В Ливии погибло более 10 000 человек, когда наводнение смыло город в море. Пожары охватили греческие острова и канадские леса. Тропический циклон "Фредди" обрушился на населённые пункты в восточной Африке, и без того страдающие от нищеты. Засуха и жара сделали некоторые регионы непригодными для жизни.

Хорошая новость заключается в том, что решения этой проблемы уже существуют. В прошлом году Великобритания произвела больше "зелёной" энергии, чем когда-либо прежде. Прогнозы искусственного интеллекта начали выполнять работу, с которой не могли справиться миллионы человеческих синоптиков, анализируя погодные и климатические данные с беспрецедентной скоростью. Спутник Nasa Swot начал измерять, где находится вся вода на Земле, помогая предотвратить будущие катастрофы.

Люди думают, что они умнее лягушек, но мы спасём себя, только если поймём, что мы сами и лягушки, и источник тепла, и психопаты-экспериментаторы.

6. Новая Crispr-терапия для лечения серповидно-клеточной болезни и бета-талассемии

В последние годы расовое неравенство в здравоохранении получило широкую огласку. Для некоторых это стало причиной снижения доверия к медицинским наукам и услугам, включая профилактические меры, такие как вакцинация. Поэтому есть повод для радости в связи с тем, что Великобритания стала первопроходцем в биотехнологической терапии серповидно-клеточной болезни и бета-талассемии. Эти изнурительные, а иногда и смертельные заболевания, соответственно, чаще поражают чернокожее население и тех, кто имеет корни в южном Средиземноморье, на Ближнем Востоке, в Южной Азии и Африке. Впервые в мире британский регулятор лекарственных средств одобрил инструмент для редактирования генома Crispr-Cas9 под названием Casgevy для лечения заболеваний. Было показано, что эта терапия снимает изнурительные приступы боли при серповидно-клеточной болезни и устраняет или уменьшает потребность в переливании красных кровяных телец при талассемии по крайней мере на год.

Это радует, но ещё предстоит выяснить, как проявят себя потенциальные риски. Сохранятся ли положительные результаты в долгосрочной перспективе? Каковы последствия для безопасности? Например, существует вероятность того, что Crispr-Cas9 может иногда вносить непреднамеренные генетические изменения с неизвестным эффектом. Кроме того, стоимость такой терапии может достигать 2 млн долларов на человека. Будут ли эти заболевания и дальше оставаться в центре внимания при формировании бюджетов?

Тем не менее одобрение даёт повод для осторожного оптимизма - не в последнюю очередь потому, что включение групп, которые часто не учитываются, может ознаменовать небольшой, но важный сдвиг в сторону обеспечения более справедливого медицинского обслуживания.

7. Едим пирожные, заедаем Wegovy

В мире существует проблема с едой: 650 миллионов взрослых страдают ожирением, то есть имеют индекс массы тела (ИМТ) более 30 кг/м2 и потребляют больше калорий, чем может использовать их организм. С другой стороны, 735 миллионов человек во всём мире голодают. Однако от ожирения умирает больше людей, чем от недоедания. Поэтому открытие группы препаратов, известных как стимуляторы рецепторов глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1), можно только приветствовать. Изначально эти препараты GLP-1 были разрешены для борьбы с диабетом, а затем их стали использовать в качестве лекарств для снижения веса.

Wegovy, идеальный пример этих лекарств, работает, снижая уровень глюкозы в крови и заставляя людей быстрее чувствовать себя сытыми во время еды. В ходе двухлетнего клинического исследования, в котором приняли участие 304 человека, испытуемые, принимавшие Wegovy, потеряли 15 % массы тела, в то время как контрольные испытуемые потеряли только 3 %. Захватывающе, но в этом году мы также узнали из большого трёхлетнего исследования с участием пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, что Wegovy также снижает риск инсультов, инфарктов и смерти от сердечно-сосудистых заболеваний.

Может показаться, что теперь мы можем есть сколько угодно и получать за это инъекции, но у приёма Wegovy есть побочные эффекты, такие как тошнота, рвота, головные боли, усталость и возможный риск развития некоторых видов рака щитовидной железы. Кроме того, нам всё ещё нужно найти способ накормить голодающих.

8. Заявление о получении высокотемпературного сверхпроводника было встречено в штыки

Уже несколько десятилетий учёные находятся в поисках "святого Грааля" - сверхпроводника комнатной температуры. Сверхпроводник - это материал, который проводит электрический ток без сопротивления, но это замечательное свойство наблюдается только при температуре более чем на 100 градусов ниже комнатной.

В июле южнокорейская команда под руководством Сукбэ Ли и Джи-Хун Кима заявила о создании первого сверхпроводника комнатной температуры при нормальном давлении из соединения на основе свинца под названием LK-99. Такой прорыв мог бы позволить создать силовые кабели, проводящие ток без потерь мощности и уменьшить размеры МРТ-сканеров.

Ли, Ким и их коллеги разместили две работы на сайте arXiv, где исследования иногда публикуются до рецензирования. Это вызвало бурю восторга и скептицизма: лаборатории по всему миру бросились пытаться воспроизвести результаты исследований, а LK-99 даже стал трендом в Twitter (теперь он известен как X).

К концу августа ведущие лаборатории не смогли воспроизвести результаты. В настоящее время все сходятся во мнении, что существованию важнейших признаков сверхпроводимости при комнатной температуре найдено недостаточно доказательств.

Чему учит нас эта история? Она показывает, что прежде чем делать поспешные выводы, необходимо тщательно изучить характеристики материалов, и что научное рецензирование может быть конструктивным и захватывающим. Даже если LK-99 не является святым Граалем, это не должно сдерживать поиски настоящего сверхпроводника при комнатной температуре и может открыть неожиданные пути для новых захватывающих исследований.

9. Уменьшение численности птиц связано с гербицидами и пестицидами

Белохвост (Saxicola rubetra) на поле масличного рапса. С 1980 года численность диких птиц в Европе сократилась на четверть (550 миллионов). Наиболее резкое сокращение наблюдается среди сельскохозяйственных птиц, и новое исследование предполагает, что причиной этого является использование пестицидов и удобрений.

Этот год стал рекордным - и не в лучшую сторону, если говорить об окружающей среде. Наряду с глобальным потеплением разворачивается ещё одна экологическая катастрофа: стремительная гибель дикой природы.

Несмотря на свою актуальность, кризис биоразнообразия освещается в восемь раз меньше, чем климатическая катастрофа. Поэтому, несмотря на то, что я обычно люблю позитивные исследования (такие как повторное обнаружение длинноклювой ехидны Аттенборо или изучение того, почему приматы любят двигаться по кругу), для своей подборки года я выбрал исследование, посвящённое сокращению численности европейских птиц.

За последние четыре десятилетия количество птиц в Европе сократилось на ошеломляющие 550 миллионов. До сих пор считалось, что основными причинами этого являются потеря среды обитания и загрязнение окружающей среды. Но команда исследователей под руководством Станисласа Ригала изучила данные о 170 видах птиц на 20 000 объектов в 28 странах, включая записи, собранные учёными-любителями, и пришла к выводу, что главным убийцей птиц является интенсификация сельского хозяйства. Точнее, это повышенное использование пестицидов и удобрений, которые не только лишают птиц пищи, но и напрямую влияют на их здоровье.

Такие масштабные исследования имеют решающее значение для влияния на принятие решений и приоритеты политики. Будем надеяться, что 2024 год принесёт положительные изменения в этой области.

10. Надежда на модели эмбрионов на основе стволовых клеток

В июне на нас обрушился шквал статей и препринтов, описывающих, как можно начать с культур плюрипотентных стволовых клеток и, поместив их в пробирки, получить структуры, напоминающие ранние постимплантационные человеческие эмбрионы. Эту тему широко освещали в СМИ, в том числе на первых полосах некоторых газет. Наука, безусловно, заслуживает внимания - эксперименты показывают поразительную способность стволовых клеток дифференцироваться в соответствующие ткани, которые самоорганизуются в нужный паттерн. Однако, возможно, интерес СМИ вызвала и довольно жёсткая конкуренция между несколькими группами, участвовавшими в проекте.

Есть надежда, что модели эмбрионов на основе стволовых клеток станут практичной и "более этичной" альтернативой работе с обычными эмбрионами. Учёные смогут многое узнать о том, как мы развиваемся, и что идёт не так при врождённых заболеваниях, выкидышах и нередко неудачном искусственном оплодотворении (ЭКО), и, возможно, найти решения этих проблем.

Однако на данный момент ясно, что даже самые лучшие модели не эквивалентны нормальным человеческим эмбрионам, и самый строгий тест - спросить, можно ли их имплантировать в матку, - это то, что, по общему мнению, не следует пытаться делать. В настоящее время подавляющее большинство, возможно 99%, агрегатов, которые помещаются в культуру, не дают ничего, напоминающего человеческий эмбрион. Для того чтобы эти модели нашли применение, необходимо повысить их эффективность.