Термоядерний синтез та оживлення мертвих: 10 найяскравіших наукових проривів 2022 року
Минулого року вчені здивували світ медичними мікророботами, зомбі-свинями та мінісонцем
У 2022 році з'явився і взявся до наукових відкриттів мегателескоп імені Джеймса Вебба, відновив роботу та виявив нові частки Великий адронний колайдер, виробила термоядерну енергію найбільша лазерна установка. Також було оголошено про великі прориви в розробці антибіотиків, трансплантації органів, вивченні ДНК та боротьбі з облисінням.
Mind пропонує дізнатися про 10 найяскравіших наукових відкриттів, які вразили людство минулого року.
Лютий-2022: штучний інтелект знайшов нові антибіотики
Вченим Массачусетського технологічного інституту (MIT) вперше вдалося використати нейромережу для знаходження нових антибактеріальних препаратів. В опублікованій 20 лютого в журналі Cell науковій статті стверджується, що штучний інтелект виявив молекулу халіцин (halicin), здатну знищувати туберкульоз, псевдомембранозний коліт та дюжину інших смертельно небезпечних інфекцій, що погано піддаються лікуванню та є стійкими до всіх існуючих лікарських препаратів.
Нейромережа MIT навчилася на базі даних з 2335 молекул, що мають лікарські властивості. Після цього вона просканувала кілька бібліотек зі 107 млн хімічних сполук, серед яких виявила 23 потенційні антибіотики. З них вчені відібрали дев'ять, зокрема халіцин.
Лабораторні випробування показали, що мазь з халіцином всього за добу повністю зцілила мишей, заражених акінетобактерією Баумана, стійкою до всіх відомих антибіотиків. Це дало надію, що виробники антибактеріальних препаратів знову почнуть вигравати в перегонах з хвороботворними патогенами, що постійно мутують. Відкриття пеніциліну (першого антибіотика) напочатку минулого століття запустило процес перетворення смертельних хвороб на виліковні, проте в останні кілька десятиліть цей процес буксував: нові препарати лише злегка відрізнялися від тих ліків, що вже були.
Березень-2022: повністю розшифрований геном людини
Міжнародна група вчених оголосила у журналі Science про те, що ДНК людини секвеновано на 100%. Консорціум презентував T2T-CHM13 – повну послідовність із 3,055 млрд пар азотистих основ.
Хоча про розшифрування людського геному було тріумфально оголошено ще в 2000 році, тоді вдалося прочитати лише його еухроматинову частину, а 8% гетерохроматинових ділянок, розкиданих по всьому геному ДНК, до 2022 року залишалися непрочитаними. Нещодавній технологічний стрибок нарешті дозволив секвенувати відсутні 8% і «очистити» від помилок основну еухроматинову частину геному.
Послідовність T2T-CHM13 – це еталонний зразок, який можна використовувати в медико-генетичних лабораторіях. Порівнюючи з ним зразки ДНК, можна шукати мутації в генах, що викликають різні захворювання або, навпаки, підвищують пристосованість організмів.
Травень-2022: створено технологію прискореного виробництва мікророботів
Південнокорейські вчені з Інституту науки і техніки Тегу Кенбук повідомили в журналі Small про створення мікрофлюїдної технології, що дозволяє виготовляти більше ніж 100 медичних мікророботів впродовж хвилини. Ці мініатюрні механічні помічники можуть доставляти ліки кровоносними судинами під дією магнітного поля. Після прибуття в потрібну частину тіла мікророботи здійснюють кероване саморуйнування, скидаючи прикріплену до них речовину.
У новому складальному конвеєрі суміш магнітних наночастинок і біорозкладного метакрилату желатину пропускається через мікрофлюїдний чип, що обробляється лазерними променями. Цей підхід прискорив виробництво мікророботів у 10 000 разів, якщо порівнювати з основною технологією. Він має здешевити лікування хвороб, таких як рак.
Липень-2022: запрацював телескоп імені Джеймса Вебба
11 липня почав передавати на Землю зображення космосу найпотужніший інфрачервоний телескоп «Джеймс Вебб», який розробляли 17 країн протягом 25 років, витративши близько $10 млрд. Цей телескоп був запущений у грудні 2021-го і розмістився в точці Лагранжа L2 в 1,5 млн км від Землі – майже вчетверо далі, ніж Місяць.
У серпні команда астрономів, яка аналізує зібрані «Джеймсом Веббом» дані, оголосила про перше виявлення вуглекислого газу за межами Сонячної системи. Телескоп знайшов безперечну наявність СО2 на відстані 702 світлових років від Землі у атмосфері газового гіганта WASP-39b, названого «гарячим Юпітером». Використання «Джеймса Вебба» для пошуку вуглекислого газу на далеких планетах наблизило вчених до знаходження життя у Всесвіті.
У листопаді найпотужніший телескоп дозволив зазирнути далі в глибини Всесвіту і побачити чотири найдавніші галактики, одна з яких – JADES-GS-z13-0 сформувалася приблизно 13,4 млрд років тому, лише через 325 млн років після Великого Вибуху. Спостереження за цими об'єктами має покращити розуміння того, як формувався і розвивався наш Всесвіт.
Липень-2022: знайдено три нові елементарні частинки
22 квітня було запущено Великий адронний колайдер (ВАК) після трирічної зупинки на модернізацію. Цей гігантський прискорювач зіштовхує частинки, попередньо розганяючи їх по 27-кілометровому кільцю із надпровідних магнітів.
У липні міжнародна група вчених, що працює на ВАК, оголосила про виявлення нового виду пентакварка (адрону, що складається з п'яти кварків), а також двох невідомих раніше тетракварків.
Відкриття цих частинок та вивчення їхных властивостей допоможе фізикам краще зрозуміти сильну взаємодію, яка утримує разом ядра атомів і є найпотужнішою із чотирьох фундаментальних сил природи у Всесвіті. Інші три: слабка взаємодія, електромагнетизм та гравітація.
Липень-2022: виявлено молекулу, що стимулює ріст волосся
Дослідники Каліфорнійського університету в Ірвайні зробили фундаментальне відкриття у сфері боротьби з облисінням у людей. Вивчаючи особливості розвитку клітин у волосяних фолікулах, вони виявили раніше невідому роль сигнальної молекули, названої SCUBE3. Ця молекула виявилася месенджером, що «наказує» сусіднім волосяним стовбуровим клітинам почати поділ.
Подальші експерименти підтвердили, що SCUBE3 може бути використана як терапевтичний засіб при випаданні волосся. Дослідники вводили SCUBE3 мікроін'єкцією в шкіру миші, в яку було пересаджено фолікули людської шкіри. Це призвело до потужної стимуляції росту волосся як у сплячих людських фолікулах, так і в фолікулах миші поруч.
Серпень-2022: оживлені органи мертвих свиней
Американським біологам із Єльського університету вдалося втрутитися у процес переходу життя у смерть. Вони відновили біологічні функції серця, печінки та нирок у свині через годину після її клінічної смерті від нестачі кисню.
У своєму експерименті, описаному в журналі Nature, вчені викликали у свині зупинку серця, а через годину апаратом OrganEx протягом 6 годин прокачували її судинноюї системою «відновлювальну» рідину, за властивостями подібну до крові. Обстеження показали, що в багатьох життєво важливих органах тварини, включаючи серце, печінку та нирки, збереглися як окремі молекулярні та клітинні процеси, так і функції.
Вчені дійшли висновку, що організм ссавців може відновлюватися після перебоїв у кровопостачанні набагато успішніше, ніж вважалося раніше. Удосконалення методики OrganEx обіцяє врятувати безліч людських життів. За її допомоги медики отримають більше органів для трансплантації пацієнтам, що її потребують, та розроблять нові методи реабілітації після інфарктів та інсультів.
Листопад-2022: успішно протестовано багаторічний рис
Селекціонери з китайського Юньнаньського університету вивели варіант багаторічного рису PR23, здатного давати вісім великих урожаїв протягом чотирьох років поспіль після єдиної посівної. Завдяки сильній кореневій системі стебла рослини швидко виростали після кожного зі жнив.
Дослідження, інформацію про яке було опубліковано в журналі Nature, показало, що рис PR23 протягом чотирьох років давав у середньому 6,8 тонни зерна з гектара – приблизно стільки ж, що й культура, яка щорічно висаджується. При цьому фермери витрачали на 58% менше часу на обробку полів і на 49% менше грошей на добрива, насіння та інші матеріали.
Вирощування рису – клопіткий процес, до якомуго в азійських країнах часто залучені жінки та діти. Перехід на багаторічні сорти не тільки дозволить заощадити часові та трудовитрати фермерів, а й благотворно позначиться на кліматі. У землі, яку рідше орють, розмножуватиметься менше мікробів, що виробляють метан, а це знизить викид цього парникового газу в атмосферу.
Грудень-2022: реконструйовано екосистему віком 2 млн років на основі давньої ДНК
У покладах вічної мерзлоти, що сформувалися близько 2 млн років тому на півночі Гренландії, було знайдено мікроскопічні фрагменти ДНК навколишнього середовища. Вони дозволили генним інженерам реконструювати тогочасну екосистему. Про відповідне дослідження йдеться в журналі Nature.
Зіставляючи фрагменти ДНК древніх організмів із геномами сучасних тварин, рослин і мікроорганізмів, вчені ідентифікували північних оленів, лемінгів, гусей, зайців та мастодонтів. У стародавній Гренландії знайшлися також мурахи, блохи, рифоутворювальні корали, берези та тополі.
Вивчення ДНК давніх мешканців Гренландії має допомогти у боротьбі з драматичними наслідками нинішнього глобального потепління. У геномах організмів, що адаптувалися до підвищення температури Землі 2 млн років тому, вчені сподіваються знайти ключі до підвищення виживання сучасних видів тварин і рослин, що вимирають через зміну клімату.
Грудень-2022: запущено реакцію термоядерного синтезу
Керований термоядерний синтез – це спроба відтворити в земних умовах невелике Сонце. Запускати цю реакцію фізики навчилися ще півстоліття тому. Але лише у грудні 2022-го в Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса в Каліфорнії вперше вдалося отримати від термоядерного синтезу позитивний ККД.
Експеримент проходив у Національній установці запалювання (NIF), будівництво якої коштувало $3,5 млрд. Крихітну порцію водневої плазми опромінили найбільшим у світі лазером. Реакція синтезу, що виникла, дозволила згенерувати 2,5 мегаджоулів енергії, що майже на 20% більше витраченого лазером 2,1 мегаджоуля.
Термоядерний синтез називають «святим граалем чистої енергетики», і, за твердженням Міністерства енергетики США, вдалий експеримент у NIF – «один із найбільш вражаючих наукових проривів ХХІ століття». Термоядерний синтез на відміну від застосовуваного в традиційних АЕС ядерного розпаду дозволяє генерувати енергію без виділення парникових газів та ядерних відходів, а також без ризику викликати ланцюгову реакцію та радіоактивний вибух.
Якщо ви дочитали цей матеріал до кінця, ми сподіваємось, що це значить, що він був корисним для вас.
Ми працюємо над тим, аби наша журналістська та аналітична робота була якісною, і прагнемо виконувати її максимально компетентно. Це вимагає і фінансової незалежності.
Станьте підписником Mind всього за 196 грн на місяць та підтримайте розвиток незалежної ділової журналістики!
Ви можете скасувати підписку у будь-який момент у власному кабінеті LIQPAY, або написавши нам на адресу: [email protected].
