Десять научных сенсаций года

Вода на Марсе, фотографии Плутона, самый древний предок человека, протезы и коптеры, управляемые силой мысли, теплокровные динозавры, вакцина против вируса Эбола, непобедимый суперантибиотик нового поколения… Десять самых сенсационных научных открытий 2015 года – в нашем обзоре.

Вода на Марсе
Уходящий год принес человечеству сразу несколько сенсационных открытий в области космоса. Самое громкое из них – находка воды на Марсе.

Марсоход Mars Reconnaissance Orbiter, запущенный 10 лет назад, прислал на Землю данные, которые позволили ученым сделать вывод: по стенам каньонов и кратеров на поверхности Красной планеты в летние месяцы, скорее всего, текут сезонные потоки соляных растворов. Овраги от них четко видны на снимках и данных спектрометра. То есть на Марсе действительно есть жидкая вода.

Ранее стало известно о полосах шириной 5 м и до 100 м длиной, которые появляются на поверхности планеты в относительно теплое время года и исчезают, когда температура снижается. Теперь стало ясно: их оставляет марсианская вода.

Ученые изучили узкие каналы в скалах экваториального региона Марса. В частности, удалось обнаружить следы гидратов, содержащих молекулы воды – хлорат и перхлорат магния, а также перхлорат натрия. При этом источник воды и ее химический состав пока остаются неизвестными.

Наличие жидкой воды — одно из важнейших требований к существованию жизни, подобной земной. На нашей планете вирусы и бактерии нередко выживают в очень экстремальных условиях. Почему бы таким же микроорганизмам внеземного происхождения не оказаться на Марсе?

Кроме того, марсианская вода дает основания надеяться, что земляне, которые рано или поздно долетят до Красной планеты, смогут выращивать там картофель, подобно герою из фильма «Марсианин», и другие овощи, фрукты, злаки. Наличие воды также позволит значительно снизить объем и массу грузов, необходимых для обеспечения жизнедеятельности марсианской экспедиции.

При удачном стечении обстоятельств человек окажется на Марсе в конце 2030-х годов – такой срок запланирован в программе космического агентства США «Путешествие на Марс». Тогда ситуация с марсианской водой и выяснится до конца.

Снимки Плутона
Вторая космическая сенсация – новые фото Плутона и его спутника Харона в высоком разрешении, которые передала на Землю автоматическая межпланетная станция New Horizons, запущенная в 2006 году. На снимках, например, в цвете и во всех подробностях видна коричневая поверхность 10-й по счету планеты Солнечной системы с огромным светлым пятном в виде сердца. Тем временем даже на самых четких фотографиях, сделанных телескопом Hubble в 2000 году, Плутон выглядел лишь как мутное пятно с неопределенными очертаниями.

В июле 2015 года станция приблизилась к Плутону на минимальное расстояние – 12,5 тыс. км. Миссия New Horizons – это не только сотни фотографий, от которых действительно захватывает дух. За время полета было открыто множество серьезных данных о Юпитере, его спутниках и других небесных телах.

Кульминация проекта пришлась именно на этот год: за последние месяцы выяснилось, что на Плутоне есть ледяные горы, утесы, ледовые «озера», «дюны» и движущийся азотный лед, перемещения которого напоминают миграцию ледников на Земле. Плутон обладает гладкими холодными равнинами и «слоеной» атмосферой. Эта карликовая планета намного старше, чем считалось.

Данные, переданные New Horizons, во многом изменили точку зрения астрономов на процессы, происходящие на Плутоне. Этот мир оказался не мертвым – там происходят явления, понемногу изменяющие поверхность планеты. Например, перемещаются льды, что можно считать подтверждением гипотезы о существовании жидкого океана под ледяным покровом. Это делает Плутон похожим на активные миры вроде Земли или Марса. К тому же, ученые получили доказательство существования на Плутоне сложных органических соединений – ацетилена, этилена и других.

Сейчас станция уже покинула границы орбиты карликовой планеты и направляется к одному из объектов в поясе Койпера (область Солнечной системы за орбитой Нептуна) – планетоиду 2014 MU69, где займется его изучением, пока не закончатся энергоресурсы, то есть предположительно до конца 2020 года.

Климат на комете
Еще один космический аппарат – Rosetta – Европейского космического агентства обнаружил на поверхности кометы Чурюмова-Герасименко геологические структуры, напоминающие дюны. Внешне эта комета похожа на бугристую картофелину – она не круглая и не эллипсовидная, как планеты и их спутники. На ней нет атмосферы и гравитация ничтожно мала. Каким же образом при таких условиях там могут образовываться и удерживаться дюны? Не исключено, полагают ученые, что роль ветра играют выбросы газа и пыли, а скрепляет частицы межмолекулярное притяжение.

Как выяснилось, в отсутствие атмосферы на комете все же есть некое подобие климата, образованное ее суточным циклом: когда покрытый льдом участок кометы обращен к Солнцу, он переходит в парообразное состояние. А после того как эта сторона небесного тела погружается в темноту, площадь ледового покрытия снова увеличивается.

В отличие от водяного цикла на Земле, кометные «облака» не выпадают в виде дождя или снега, а улетают в открытый космос. Rosetta обнаружила в облаке пыли и газа, окружающем небесное тело, молекулярный кислород. По соотношению молекул кислорода и воды ученые установили, что источник у них один – вещество ядра кометы, испаряющееся под действием солнечного тепла. По мнению исследователей, это доказывает присутствие молекул кислорода в «первородном» веществе, из которого образовалась Солнечная система, и которое в кометах осталось с тех пор в неизменном виде. Ранее в подобных облаках вокруг комет находили угарный и углекислый газы, а также воду.

Новый предок человека
Останки еще одного нашего предка, названного Homo naledi (в честь пещерного комплекса Диналеди), обнаружил в ЮАР антрополог Ли Бергер. Находка была сделана в отдаленном тупике труднодоступной пещеры Райзинг-Стар, в 45 км от Йоханнесбурга.

По одной из версий, эта расщелина служила древним людям местом захоронения. Однако не исключено, что кости сбросили в далекую пещеру другие Homo, жившие на той же территории спустя тысячелетия. Предполагается, что возраст найденных 1550 останков от, как минимум, 15 особей может достигать 3 млн лет.

Любопытно, что открытию нового вида наших общих предков человечество в некотором роде обязано социальным сетям. Туннель, где спелеологи неожиданно обнаружили кости, настолько узок (его ширина всего 17,8 см), что исследователи не могли надлежащим образом организовать извлечение останков. Находчивый Ли Бергер выложил на своей странице в Facebook пост о поиске худощавых людей с высшим образованием, готовых трудиться в стесненных условиях пещеры. Из откликнувшихся волонтеров он выбрал шесть девушек, которых назвал «подземными астронавтами».

Homo naledi отличает уникальное смешение черт, характерное для различных видов из разных исторических эпох, разделенных сотнями тысяч лет эволюции. К примеру, форма рук и ступней у него похожа на конечности современного человека (при этом южноафриканский гоминид был прямоходящим), а кости таза и плеч по своему анатомическому устройству напоминают кости австралопитеков, появившихся 4 млн лет назад. Мозг у Homo naledi был в два раз меньше, чем у Homo sapiens.

Техника, управляемая силой мысли
В 2015 году ученые создали устройства, которыми можно управлять с помощью мысли. В их основе лежат технологии нейроинтерфейсов – в том числе, например, портативный электроэнцефалограф, настроенный на определенные волны мозга. Такой прибор не может полностью распознать мысли человека, но вполне способен зафиксировать, например, желание поднять руку, либо желание направить взгляд на источник света.

На базе технологии нейроинтерфейсов появилось множество удивительных разработок: к примеру, англичане продемонстрировали прибор в виде обруча, который надевается на голову и заменяет пульт для переключения каналов телевизора. Китайцы сконструировали устройство, способное переводить активность нейронов мозга на человеческий язык – то есть, с его помощью можно говорить, совсем не раскрывая рта.

А ученые из Португалии заявили, что могут управлять летательными аппаратами, используя силу мысли. Есть подобные разработки и в России: недавно ученые из компании Neurobotics создали квадрокоптер, который летает, послушный сигналам человеческого мозга, – вверх, вниз, вправо и влево, и даже к заданной точке. Генерацию команд или состояний коптера регистрируют датчики на голове демонстратора: человек в нужные моменты представляет те действия, которые система может распознать и идентифицировать.

По мнению специалистов, этот нейроинтерфейс будет перспективен в разработках систем вооружений и может использоваться военными на поле боя. А также подходит и для управления «умным домом», в котором живут люди с ограниченными физическими возможностями.

Не менее эффективны для облегчения жизни инвалидов и бионические протезы, управляемые силой мысли. Первые из них появились в 2010 году, однако принцип действия этих устройств был основан на электрических импульсах, которые генерируют мышцы – бицепсы и трицепсы, поэтому диапазон движений искусственных рук и ног оказался существенно ограничен.

В 2015 году американские инженеры продемонстрировали желающим бионическую руку с 26 суставами, обладающую почти всеми возможностями обычной человеческой конечности – можно, например, набирать текст безо всяких физических усилий. Грузоподъемность механической руки составила 20 кг.

Умельцы в Исландии сделали чудо-ступню, которая устанавливается на ампутированную конечность пациента всего за четверть часа. Чтобы вживить датчик, реагирующий на электрические сигналы из головного мозга, надо сделать разрез лишь в 1 см.

Компьютеры-творцы
В свою очередь разработчики компьютерных систем выпустили на рынок искусственные нейронные сети и сервисы, которые по сути являются реальным шагом к обретению компьютерами способности мыслить самостоятельно и даже заниматься творчеством.

Наглядный пример – сервисы Project Oxford, распознающие лица и определяющие возраст человека, его эмоции и сходство с другими людьми. Ради этого для сети процессоров был выделен ряд ключевых признаков, по которым систему начали обучать и тренировать на множестве изображений. Результаты налицо: программа NeuralTalk, к примеру, научилась описывать словами то, что видит на фотографии. А ее усовершенствованная версия работает и с видеоматериалами.

Тем временем, инженеры Google вывели целое нейронное направление в искусстве, названное инцепционизмом. Систему Inception, предназначенную для распознавания изображений, они направили как бы задом наперед. В результате получился инструмент, который способен превратить фотографию в полотно импрессиониста или дорисовать недостающие предметы.

Динозавры были теплокровными
В 2015 году британские палеонтологи нашли в останках древних ящеров красные кровяные тельца (эритроциты) и коллагеновые волокна. В частности, в ископаемых костях гадрозавра, жившего в конце мелового периода около 80 млн лет назад, обнаружили кровеносные сосуды и следы мягких тканей, не подвергшиеся окаменению.

Эти исследования стали первым непосредственным анализом кровеносных сосудов вымершего организма. Ученые надеются, что со временем удастся воссоздать и структуру ДНК динозавров.

Ранее считалось, что белковые молекулы могут сохраняться не более 4 млн лет, а затем распадаются. Однако английские исследователи разработали методику анализа фотоснимков костей рептилий, сделанных электронным и ионным микроскопами (при этом изучались не свежие, а музейные останки восьми ящеров, выкопанных в Канаде более века назад). В частности, ученые отыскали клетки эритроцитов и соединительной ткани. Кровяные тельца оказались больше всего похожи на образцы крови страуса эму. Из этого следуют, по крайней мере, два сенсационных вывода: во-первых, динозавры были теплокровными, а во-вторых, они не исчезли бесследно, а превратились в птиц.

По другой версии, динозавры не были ни хладнокровными существами, как ящерицы, ни теплокровными, как млекопитающие. Доисторические ящеры, как и современный тунец, кожистые черепахи, австралийские ехидны и большие белые акулы, относились к мезотермам − организмам, предпочитающим умеренные температурные условия. Такие существа могут контролировать тепло своего тела: мезотермы сжигают энергию, но не имеют постоянной температуры, характерной для птиц и млекопитающих.

«Экстремальные» бактерии в Антарктиде
Российские полярники обнаружили под 4-километровым льдом озера Восток незнакомую науке форму жизни – бактерии, ДНК которых не совпадают ни с одним из известных видов в мире. А в образцах льда, поднятых из озера, нашли бактерии-термофилы, в течение тысячелетий эволюционировавшие без контакта с земной атмосферой.

Такие же микроорганизмы обнаруживают в горячих источниках Йеллоустонского национального парка и на севере Японии, а также в «черных курильщиках» – гидротермальных источниках Срединно-Атлантического хребта. Как правило, термофильные бактерии живут при температуре плюс 60 градусов Цельсия и выше. Это значит, что на дне озера Восток существует геотермальные источники.

Не исключено, что, как заявляют исследователи, там же могут обитать и опасные для человечества вирусы. А руководитель Российской Антарктической экспедиции Валерий Лукин, например, допускает, что на дне озера могут быть найдены даже останки каких-то вымерших существ.

По одной из гипотез, озеро Восток возникло еще до оледенения Антарктиды, наступившего 30-40 млн лет назад. Согласно геологической гипотезе существования суперматерика Гондвана, Шестой материк находился тогда в более умеренных широтах, там были флора и фауна, кипела жизнь. Вряд ли, конечно, до нашего времени дожили какие-то ее представители. А вот микроорганизмы вполне могли уцелеть. И самое интересное, что эволюционировали они без контакта с земной атмосферой.

А если в озере есть бактерии, значит, есть и вирусы. Могут ли они эволюционировать? Опасны ли они для человека? Сами по себе, может быть, и да. Но микроорганизмы озера Восток живут в горячей, соленой, сильно минерализованной воде. Если поднять их через скважину на поверхность материка, они моментально окажутся в совершенно иной, чужеродной, враждебной среде, при температуре минус 55 градусов. И после этого вряд ли уцелеют.

Вакцина против Эболы
Летом 2015 года Всемирная организация здравоохранения сообщила, что биологам Национальной лаборатории микробиологии Канады удалось создать вакцину против лихорадки Эбола. Первые клинические испытания препарата продемонстрировали невиданные прежде результаты: во время медицинского эксперимента в Гвинее новая вакцина показала 100-процентную эффективность против зловещего недуга.

Медики проверили действие вакцины на 4 тысячах добровольцев, контактировавших с зараженными. Никто из участников тестовой группы не заболел. А из 3500 людей, вакцинированных спустя три недели, заразились всего 16 человек. Кроме того, поскольку вакцина показала себя безопасной, решено делать прививки не только взрослым, но и детям.

Между тем, проведены такие же работы и России. Как сообщается, отечественная вакцина против вируса Эбола полностью готова и ее можно будет скоро применять. В арсенале российских ученых есть и средства пассивной иммунологической защиты для тех, кто находится в зоне риска или работает с этим вирусом. В России уже готовы прививать в тестовом режиме граждан, отправляющихся в такие места – в том числе и туристов.

Непобедимый суперантибиотик
Впервые за 25 лет ученые создали принципиально новый антибиотик, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы, которые мутировали и в силу этого выработали устойчивость к другим антибиотикам. В отличие от уже существующих лекарств, новый антибиотик поражает не белки болезнетворных микробов, а воздействует на вещества клеточных оболочек вредных бактерий.

Новое средство, которое может изменить картину смертности от многих страшных болезней, ученые достали, можно сказать, фактически из грязи: в ходе изучения бактерий на травяных полях Новой Англии, штата Мэн.

Некогда антибиотики спасли человечество от множества опасных эпидемий и недугов, в том числе от туберкулеза, который до начала XX века был неизлечим, и являлся для наших предков напастью более ужасной, нежели для нас СПИД. В последние годы мы пользовались антибиотиками крайне активно. К чему это ведет? Из-за слишком частого применения этих лекарств, в том числе вместе с пищей – мясом и рыбой, болезнетворные микробы мутируют, приспосабливаются и становятся резистентными, то есть устойчивыми к антибиотикам. Со временем эта ситуация может привести к катастрофе – антибиотики просто перестанут работать.

Однако исследователям удалось совершить научный прорыв: они разработали метод выращивания бактерий, обладающих принципиально иным антимикробным действием. Новый препарат под названием теиксобактин может убивать, в том числе – опаснейший золотистый стафилококк, который часто обнаруживается в госпиталях, серьезно осложняя при этом состояние пациентов после операций.

Сейчас чудо-препарат проходит клинические испытания. При удачном стечении обстоятельств суперантибиотик в ампулах появится в продаже уже к 2019 году.

Подготовил Владимир Воскресенский

Материал опубликован в рамках проекта "Нобелевское измерение", посвященного проблемам модернизации страны и роли в этом процессе науки и научного сообщества. Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга.

Присоединяйтесь к "Стилю жизни" ВКонтакте и Facebook