Учитывая быстрые изменения в технологиях и науке, можно легко забыть, что еще несколько лет назад мы многого не знали. В последнее десятилетие произошли серьезные прорывы в физике, биологии и астрономии. Какие из этих открытий окажутся наиболее важными, вероятно, можно будет судить позже, но некоторые из последствий открытий завершившегося десятилетия начинают сказываться уже сейчас. Вот подборка для самых крупных научных достижений десятилетия и удивительных открытий.
2010: первая синтетическая «жизнь»
Ученые размыли грань между естественным и искусственным в 2010 году, создав первый в мире организм с синтетическим геномом. Исследователи из Института Дж. Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute) собрали геном бактерии Mycoplasma mycoides из более чем миллиона пар оснований ДНК. Затем они вставили этот искусственный геном, созданный человеком, в другую бактерию, Mycoplasma capricolum, которая была очищена от ДНК. Механизм M. capricolum вскоре начал приводить инструкции этого синтетического генома в действие, запустив воспроизводство точно так же, как и M. mycoides.
Начиная с этого прорыва, ученые продолжили делать успехи в синтетической биологии. В 2016 году ученые создали самый маленький синтетический микроб из всего 473 генов. В 2017 году они объявили о создании пяти синтетических дрожжевых хромосом. План ученых состоит в том, чтобы заменить все 16 хромосом в дрожжах синтетическими хромосомами, которые можно настроить для выполнения определенных задач, таких как массовое производство антибиотиков или даже создание выращенного в лаборатории мяса.
2011: профилактическое лечение ВИЧ
Сегодня многие люди с высоким риском заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающим СПИД, ежедневно принимают таблетки для снижения риска заболевания. В 2012 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (U.S. Food and Drug Administration) утвердило для этой цели лекарство под названием Truvada. Но подготовило почву для этого серьезного изменения в профилактике ВИЧ большое исследование, которое было завершено в 2011 году.
Это исследование, которое журнал Science назвал «прорывом года», впервые с 1994 года продемонстрировало новый способ предотвращения передачи ВИЧ от одного человека другому. (В 1994 году исследователи сообщили, что они нашли фармацевтический вариант, помогающий предотвратить передачу ВИЧ от беременной женщины ее плоду). Исследование началось в 2005 году, и результаты 2011 года были промежуточными. Исследователи обнаружили снижение передачи ВИЧ на 96% в этих данных. Окончательные данные, охватывающие все 10-летнее исследование, опубликованные в Медицинском журнале Новой Англии (New England Journal of Medicine) в 2016 году, показали снижение передачи ВИЧ на 93%.
2012: бозон Хиггса
В июле 2012 года ученые, работающие на крупнейшем в мире ускорителе частиц, объявили, что они добились грандиозного открытия. Эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC), наконец, обнаружили свидетельство существования последней неоткрытой частицы, предсказанной Стандартной моделью физики.
Бозон Хиггса был, наконец, найден. Это частица, связанная с полем Хиггса. Ее энергетическое поле лежит в основе того, почему частицы имеют массу. Частицы набирают массу, проникая через это трехмерное поле, создавая крошечные возмущения в нем. (Чем сильнее их взаимодействие с полем, тем больше масса у них.) Когда поле испытывает значительный всплек энергии в определенном месте, оно испускает бозон Хиггса. В 2013 году физики подтвердили, что их наблюдения 2012 года действительно были той самой неуловимой частицей, которую иногда называют «частицей Бога» из-за ее роли в придании всем другим частицам массы.
Открытие Хиггса поставило перед физиками новые вопросы. Частица была немного легче, чем предсказывали некоторые ее взаимодействия с другими элементарными частицами, что означает, что либо кто-то обманул математику, либо существует более одного типа бозона Хиггса - возможно, включая более тяжелый Хиггс, который пока не был обнаружен. Физики сейчас используют LHC для поиска этих возможных тяжелых бозонов Хиггса.
2013: Voyager 1 выходит в межзвездное пространство
После почти 35 лет полетов над планетами и лунами зонд НАСА Voyager 1 вошел в историю в 2013 году, когда ученые объявили, что космический аппарат официально покинул Солнечную систему (если говорить точнее, то только гелиосферу, за которой начинается межзвездное пространство) в августе 2012 года.
Зонд был запущен с Земли в 1977 году и провел следующее десятилетие, исследуя Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и их спутники. В 2013 году данные, отправленные с зонда, показали изменения в плотности электронов вокруг Voyager 1 - главный признак того, что космический аппарат вышел за пределы Солнечной системы. Voyager 1 будет продолжать отправлять информацию обратно на Землю о межзвездном пространстве примерно до 2025 года. После этого он настроен на длительный «отпуск» в глубоком космосе, с единственной возможностью того, что когда-нибудь какая-то инопланетная форма жизни заметит небольшой зонд и его послание, представляющее собой капсулу времени, в которой хранятся изображения людей, карты нашей солнечной системы и другие подсказки о существовании цивилизации на Земле.
2014: гравитационные волны
До 2014 года ученые имели только косвенные доказательства Большого взрыва, теории, которая описывает ошеломляющее расширение космоса, произошедшее 13,8 миллиардов лет назад и породившее нашу вселенную. Но в 2014 году ученые впервые обнаружили прямые доказательства этого космического расширения, которое некоторые называли «дымящим ружьем» после начала Вселенной.
Это свидетельство пришло в виде гравитационных волн, буквальных пульсаций в пространстве-времени, оставшихся с первой доли секунды после Большого взрыва. Эти волны вызвали изменения в поляризации космического микроволнового фона, который является излучением, сохранившемся от ранней Вселенной. Изменения поляризации называются B-модами. Именно эти B-моды были обнаружены учеными с помощью фоновой съемки космического Внегалактического поляризационного телескопа (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2, BICEP2) в Антарктике.
С тех пор гравитационные волны продолжают раскрывать загадки Вселенной, такие как динамика столкновений черных дыр и столкновений между нейтронными звездами.
Гравитационные волны могут даже помочь окончательно определить, насколько быстро расширяется Вселенная.
2015: первое редактирование CRISPR человеческих эмбрионов
Возможно, самая большая биомедицинская история десятилетия - появление технологии редактирования генов CRISPR. Эта технология возникает из естественных защитных механизмов некоторых бактерий; это серия повторяющихся последовательностей генов, связанных с ферментом Cas9, который действует как пара молекулярных ножниц.
Последовательности генов могут быть отредактированы, помещая нужный фрагмент в определенный сегмент ДНК и направляя фермент Cas9, для дальнейших манипуляций.
Используя эту систему, ученые могут легко стирать и вставлять кусочки ДНК в живые организмы, что имеет очевидные последствия для лечения генетических заболеваний и, возможно, приводит к возможности появления потомства на заказ. Первый шаг на этом пути был сделан в 2015 году, когда ученые из Университета Сунь Ятсена в Китае объявили, что они сделали первые в мире генетические модификации человеческих эмбрионов с использованием CRISPR. Эмбрионы не были жизнеспособными, и процедура была только частично успешной - но эксперимент был первым, что обозначило этическую проблему, которую научное сообщество обсуждает по сей день.
2016: Экзопланета обнаружена в обитаемой зоне
Ближайший сосед Земли - экзопланета, обнаруженная в 2016 году, находится не только на расстоянии 4,2 световых года - она обладает потенциалом для жизни.
Это не означает, что планета, получившая название Проксима b, безусловно, пригодна для обитания, но она находится в обитаемой зоне своей звезды, то есть она вращается вокруг своей звезды на расстоянии, которое позволит жидкой воде существовать на поверхности планеты.
Планета вращается в Проксиме Центавра; колебания в движениях этой звезды, когда планета проходила мимо, намекали на существование Проксима b.
С момента открытия ученые наблюдали сверхвсплески высокой радиации от Проксима Центавра, которые облучали экзопланету, резко снижая шансы на выживание на Проксиме b. Тем не менее, они также обнаружили, что может быть больше планет, вращающихся вокруг Проксимы b.
2017: Самые старые окаменелости Homo Sapiens отодвинувшие вид назад на 100 000 лет
Как долго Homo Sapiens бродит по планете? Открытие, объявленное в 2017 году, отодвинуло время назад на 300 000 лет.
Это на 100 000 лет больше, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили кости в возрасте 300 000 лет в пещере в Марокко, где, по крайней мере, пять человек могли укрыться во время охоты. Место обнаружения - в северной части Африки, а не в восточной части Африки, где были обнаружены прежние самые старые окаменелости Homo Sapiens, - намекает на то, что наш вид, возможно, не эволюционировал сначала в восточной части Африки, а затем распространился в другие места. Вместо этого Homo Sapiens мог равномерно развиваться по всему континенту.
2018: первые дети с CRISPR
Спустя всего три года после первого редактирования нежизнеспособных человеческих эмбрионов с помощью CRISPR, была пересечена следующая черта в редактировании генов. На этот раз китайский ученый по имени Чанькуй Хе объявил, что он отредактировал геномы двух эмбрионов, которые затем были имплантированы с помощью ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) в утробу матери, после чего родились девочки-близнецы, которые стали первыми в мире младенцами CRISPR.
Его редактирование задействовало ген CCR5, который теоретически должен сделать детей менее уязвимыми к заражению ВИЧ. Многие ученые были потрясены тем, что Хе предпринимает такие шаги в редактировании генов в этом контексте, особенно учитывая доступные и менее технологически интенсивные методы предотвращения ВИЧ (такие как профилактическое антиретровирусное лечение). Позже, из данных, опубликованных исследователями, возникло предположение, что была фактически вызвана ранее неизвестная мутация у девочек.
Потенциальные побочные эффекты для девочек до сих пор неизвестны, как и судьба ученого, который занимался редактированием. В январе 2019 года газета The New York Times сообщила, что ему, вероятно, будут предъявлены уголовные обвинения в Китае, хотя неясно, по каким законам он может быть обвинен.
2019: первое изображение черной дыры
Черные дыры всегда были астрономическим хитом: мы знаем, что они есть, но поскольку свет не может выйти за пределы их горизонтов событий, они при этом как бы невидимы.
До прошлого года: впервые ученые запечатлели изображение черной дыры. Объектом на этом портрете была черная дыра в центре галактики Мессье 87, которая столь же обширна, как и вся наша солнечная система. Картина выглядит как светящийся пончик, окружающий бездну черноты; это пыль и газ, вращающиеся вокруг точки невозврата черной дыры.
Это открытие принесло исследователям премию Прорыв 2020 года, одну из самых престижных научных премий. Сейчас они работают, чтобы захватывать не только изображения, но и фильмы с черными дырами.
