Термоядерный синтез и оживление мертвых: топ-10 научных прорывов 2022 года
В минувшем году ученые удивили мир медицинскими микророботами, зомби-свиньями и мини-солнцем
В 2022 году появился и приступил к научным открытиям мега-телескоп имени Джеймса Уэбба, возобновил работу и обнаружил новые частицы Большой адронный коллайдер, произвела термоядерную энергию крупнейшая лазерная установка. Также были объявлены крупные прорывы в разработке антибиотиков, трансплантации органов, изучении ДНК и борьбе с облысением.
Mind предлагает узнать о десяти самых ярких научных открытиях, которые потрясли человечество в прошлом году.
Февраль-2022: искусственный интеллект нашел новые антибиотики
Ученым Массачусетского технологического института (MIT) впервые удалось использовать нейросеть для нахождения новых антибактериальных препаратов. В опубликованной 20 февраля в журнале Cell научной статье утверждается, что искусственный интеллект обнаружил молекулу халицин (halicin), способную уничтожать туберкулез, псевдомембранозный колит и дюжину других смертельно опасных инфекций, плохо поддающихся лечению и устойчивых ко всем существующим лекарственным препаратам.
Нейросеть MIT обучилась на базе данных из 2335 молекул, имеющих лекарственные свойства. После этого она просканировала несколько библиотек со 107 млн химических соединений, среди которых обнаружила 23 потенциальных антибиотиков. Из них ученые отобрали девять, в том числе халицин.
Лабораторные испытания показали, что мазь с халицином всего за сутки полностью исцелила мышей, зараженных акинетобактерией Баумана, устойчивой ко всем известным антибиотикам. Это вселило надежду, что производители антибактериальных препаратов снова начнут выигрывать в гонке с постоянно мутирующими болезнетворными патогенами. Открытие пенициллина (первого антибиотика) в начале прошлого века запустило процесс превращения смертельных болезней в излечимые, однако в последние несколько десятилетий этот процесс буксовал: новые препараты были лишь слегка отличающимися копиями существующих лекарств.
Март-2022: полностью расшифрован геном человека
Международная группа ученых объявила в журнале Science о том, что ДНК человека секвенирована на 100%. Консорциум презентовал T2T-CHM13 – полную последовательность из 3,055 млрд пар азотистых оснований.
Хотя о расшифровке человеческого генома было триумфально объявлено еще в 2000 году, тогда удалось прочесть только его эухроматиновую часть, а 8% гетерохроматиновых областей, разбросанных по всему геному ДНК, до 2022 года оставались непрочитанными. Недавний технологический скачок, наконец, позволил секвенировать недостающие 8% и «очистить» от ошибок основную эухроматиновую часть генома.
Последовательность T2T-CHM13 – это эталонный образец, который может быть использован в медико-генетических лабораториях. Сравнивая с ним образцы ДНК, можно искать мутации в генах, вызывающие различные заболевания или, напротив, повышающие приспособляемость организмов.
Май-2022: создана технология ускоренного производства микророботов
Южнокорейские ученые из Институт науки и техники Тэгу Кенбук сообщили в журнале Small о создании микрофлюидной технологии, позволяющей изготавливать более 100 медицинских микророботов в минуту. Эти миниатюрные механические помощники могут доставлять лекарства по кровеносным сосудам под действием магнитного поля. По прибытию в нужную часть тела микророботы совершают управляемое саморазрушение, сбрасывая прикрепленное к ним вещество.
В новом сборочном конвейере смесь магнитных наночастиц и биоразлагаемого метакрилата желатина пропускается через микрофлюидный чип, обрабатываемый лазерными лучами. Этот подход ускорил производство микророботов в 10 000 раз в сравнении с основной технологией. Он должен удешевить лечение болезней, таких как рак.
Июль-2022: заработал телескоп имени Джеймса Уэбба
11 июля начал передавать на Землю изображения космоса мощнейший инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб», который разрабатывали 17 стран в течение 25 лет, потратив около $10 млрд. Этот телескоп был запущен в декабре 2021-го и разместился в точке Лагранжа L2 в 1,5 млн км от Земли – почти в четыре раза дальше Луны.
В августе команда астрономов, анализирующая собранные «Джеймсом Уэббом» данные, объявила о первом обнаружении углекислого газа за пределами Солнечной системы. Телескоп отыскал явное свидетельство СО2 на расстоянии 702 световых лет от Земли в атмосфере газового гиганта WASP-39b, названного «горячим Юпитером». Использование «Джеймса Уэбба» для поиска углекислого газа на далеких планетах приблизило ученых к нахождению жизни во Вселенной.
В ноябре мощнейший телескоп позволил заглянуть дальше в глубины Вселенной и увидеть четыре древнейшие галактики, одна из которых – JADES-GS-z13-0 сформировалась примерно 13,4 млрд лет назад, спустя всего 325 млн лет после Большого Взрыва. Наблюдение за этими объектами должно улучшить понимание того, как формировалась и развивалась наша Вселенная.
Июль-2022: найдены три новые элементарные частицы
22 апреля был запущен Большой адронный коллайдер (БАК) после трехлетней остановки на модернизацию. Этот гигантский ускоритель сталкивает частицы, предварительно разгоняя их по 27-километровому кольцу из сверхпроводящих магнитов.
В июле работающая на БАК международная группа ученых объявила об обнаружении нового вида пентакварка (адрона, состоящего из пяти кварков), а также двух неизвестных ранее тетракварков.
Открытие этих частиц и изучение их свойств поможет физикам лучше понять сильное взаимодействие, которое удерживает вместе ядра атомов и является мощнейшим из четырех фундаментальных сил природы во Вселенной. Другие три: слабое взаимодействие, электромагнетизм и гравитация.
Июль-2022: обнаружена молекула, стимулирующая рост волос
Исследователи Калифорнийского университета в Ирвайне сделали фундаментальное открытие в области борьбы с облысением у людей. Изучая особенности развития клеток в волосяных фолликулах, они обнаружили ранее неизвестную роль сигнальной молекулы, названной SCUBE3. Эта молекула оказалась мессенджером, «приказывающим» соседним волосяным стволовым клеткам начать деление.
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что SCUBE3 может быть использована в качестве терапевтического средства при выпадении волос. Исследователи вводили SCUBE3 микроинъекцией в кожу мыши, в которую были пересажены фолликулы человеческой кожи. Это привело к мощной стимуляции роста волос как в спящих человеческих фолликулах, так и в окружающих их фолликулах мыши.
Август-2022: оживлены органы мертвых свиней
Американским биологам из Йельского университета удалось вмешаться в процесс перехода жизни в смерть. Они восстановили биологические функции сердца, печени и почек у свиньи спустя час после ее клинической смерти от недостатка кислорода.
В своем эксперименте, описанном в журнале Nature, ученые вызывали у свиньи остановку сердца, а по прошествии часа аппаратом OrganEx в течение 6 часов прокачивали по ее сосудистой системе «восстанавливающую» жидкость, похожую по свойствам на кровь. Обследования показали, что во многих жизненно важных органах животного, включая сердце, печень и почки, сохранились как отдельные молекулярные и клеточные процессы, так и функции.
Ученые пришли к выводу, что организм млекопитающих может восстанавливаться после перебоев в кровоснабжении гораздо успешней, чем считалось ранее. Усовершенствования методики OrganEx обещает спасти множество человеческих жизней. С ее помощью медики получат больше органов для трансплантации нуждающимся пациентам и разработают новые методы реабилитации после инфарктов и инсультов.
Ноябрь-2022: успешно протестирован многолетний рис
Селекционеры из китайского Юньнаньского университета вывели вариант многолетнего риса PR23, способныйого давать восемь обильных урожаев в течение четырех лет подряд после единственной посевной. Благодаря сильной корневой системе стебли растения быстро вырастали после каждой жатвы.
Исследование, информация о котором была опубликована в журнале Nature, показало, что рис PR23 в течение четырех лет давал в среднем 6,8 тонн зерна с гектара – примерно столько же, что и ежегодно высаживаемая культура. При этом фермеры тратили на 58% меньше времени на обработку полей и расходовали на 49% меньше денег на удобрения, семена и другие материалы.
Возделывание риса – утомительный процесс, который в азиатских странах часто выполняется руками женщин и детей. Переход на многолетние сорта не только позволит сэкономить временные и трудозатраты фермерам, но и благотворно отразится на климате. В земле, которую реже вспахивают будет размножаться меньше микробов, производящих метан, что снизит выброс этого парникового газа в атмосферу.
Декабрь-2022: реконструирована экосистема возрастом 2 млн лет на основе древней ДНК
В отложениях вечной мерзлоты, сформировавшихся около 2 млн лет назад на севере Гренландии, были найдены микроскопические фрагменты ДНК окружающей среды. Они позволили генным инженерам реконструировать экосистему того времени. О соответствующем исследовании было рассказано в журнале Nature.
Сопоставляя фрагменты ДНК древних организмов с геномами современных животных, растений и микроорганизмов, ученые идентифицировали северных оленей, леммингов, гусей, зайцев и мастодонтов. В древней Гренландии нашлись также муравьи, блохи, рифообразующие кораллы, березы и тополя.
Изучение ДНК древних обитателей Гренландии должно помочь в борьбе с драматическими последствиями нынешнего глобального потепления. В геномах организмов, адаптировавшихся к повышению температуры Земли 2 млн лет назад, ученые надеются найти ключи к повышению выживаемости современных видов животных и растений, вымирающих из-за изменения климата.
Декабрь-2022: запущена реакция термоядерного синтеза
Управляемый термоядерные синтез – это попытка воссоздать в земных условиях маленькое Солнце. Запускать эту реакцию физики научились еще полвека назад. Но только в декабре 2022-го в Ливерморской национальной лаборатория имени Лоуренса в Калифорнии впервые удалось получить от термоядерного синтеза положительный КПД.
Эксперимент проходил в Национальной установке зажигания (NIF), строительство которой обошлось в $3,5 млрд. Крошечную порцию водородной плазмы облучили самым большим в мире лазером. Возникшая реакция синтеза позволила сгенерировать 2,5 мегаджоулей энергии, что почти на 20% больше затраченного лазером 2,1 мегаджоуля.
Термоядерный синтез называют «святым граалем чистой энергетики», и, по утверждению Министерства энергетики США, удачный эксперимент в NIF – «один из самых впечатляющих научных прорывов ХХІ века». Термоядерный синтез в отличие от применяемого в традиционных АЭС ядерного распада позволяет генерировать энергию без выделения парниковых газов и ядерных отходов, а также без риска вызвать цепную реакцию и радиоактивный взрыв.
Если вы дочитали этот материал до конца, мы надеемся, это значит, что он был полезным для вас.
Мы работаем над тем, чтобы наша журналистская и аналитическая работа была качественной, и стремимся выполнять ее максимально компетентно. Это требует финансовой независимости.
Станьте подписчиком Mind всего за 196 грн в месяц и поддержите развитие независимой деловой журналистики!
Вы можете отменить подписку в любой момент в собственном кабинете LIQPAY, или написав нам по адресу: [email protected].
