Чем блеснула наука за уходящий год и за первые десять лет тысячелетия

Обложка журнала Science за 17 декабря 2010 года: «Открытия десятилетия и прорыв года». На этот раз редакция журнала выбрала не только важнейшее научное достижение («прорыв») уходящего года, но и подвела итоги первого десятилетия XXI века, выделив десяток важнейших естественнонаучных открытий, сделанных за этот период
Обложка журнала Science за 17 декабря 2010 года: «Открытия десятилетия и прорыв года». На этот раз редакция журнала выбрала не только важнейшее научное достижение («прорыв») уходящего года, но и подвела итоги первого десятилетия XXI века, выделив десяток важнейших естественнонаучных открытий, сделанных за этот период

Редакция журнала Science на этот раз подвела итоги не только года, но и десятилетия. Важнейшим научным прорывом года названа первая квантовая машина — механизм, работающий в соответствии с принципами квантовой, а не классической механики. Другие сделанные в 2010 году прорывы включают создание клетки с искусственно синтезированным геномом, расшифровку значительной части генома неандертальцев, а также новое достижение в борьбе со СПИДом — вагинальный гель, снижающий риск заражения ВИЧ у женщин. Десятью важнейшими научными открытиями десятилетия названы результаты исследований «темной материи» генома (обширных некодирующих последовательностей, участвующих в регуляции работы генов), новые методы космологии и палеонтологии, обнаружение воды на Марсе, изобретение методов перепрограммирования клеток, результаты исследований живущих в человеческом теле микроорганизмов, обнаружение сотен внесолнечных планет, выяснение роли воспалительных процессов в хронических заболеваниях, создание систем с отрицательным коэффициентом преломления (метаматериалов) и доказательство антропогенного потепления климата Земли.

Science, один из ведущих естественнонаучных журналов, в конце каждого года по традиции подводит его итоги, называя важнейший прорыв (breakthrough), сделанный в науке в течение уходящего года, а также другие достижения, которые могут претендовать на это почетное звание. В дополнение к этой традиции на этот раз редакция журнала подвела итоги не только года, но и десятилетия, перечислив десять важнейших открытий (insights), сделанных за первые десять лет третьего тысячелетия.

Прорывом 2010 года редакция журнала назвала создание первой квантовой машины — крошечного механизма, работающего не в соответствии с законами классической механики (как все устройства, изготовленные ранее), а согласно принципам квантовой механики, которым подчиняются молекулы, атомы и субатомные частицы. На основании этого устройства могут быть созданы датчики силы, во много раз превосходящие по чувствительности те, что используются сегодня. Такие датчики позволят регистрировать тончайшие механические колебания. Кроме того, подобные устройства найдут широкое применение в области экспериментальной проверки теоретических построений квантовой физики.

Помимо важнейшего прорыва года в предпраздничном номере журнала, как обычно, перечислены другие научные достижения, претендовавшие на это звание. Первым в этом списке идет создание сотрудниками Крейга Вентера (Craig Venter) первой живой клетки, геном которой был полностью искусственно синтезирован. Другие претенденты включают расшифровку значительной части генома наших ближайших родственников — неандертальцев (среди которых были, как выяснилось, не только наши родственники, но и наши предки, потому что древние люди современного типа скрещивались с неандертальцами, от которых мы унаследовали некоторые гены), а также разработку на основе препарата тенофовир (Tenofovir) вагинального геля, значительно снижающего риск заражения ВИЧ у женщин.

Первая квантовая машина представляет собой микроскопическую (сравнимую по размеру с толщиной человеческого волоса) вибрирующую пластинку из нитрида алюминия, покрытого алюминием. Механические колебания этой пластинки вызывают колебания электрического поля, которые можно регистрировать. Колебаниями пластинки можно управлять с помощью кубита, посылая на пластинку или снимая с нее отдельные кванты энергии. Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science
Первая квантовая машина представляет собой микроскопическую (сравнимую по размеру с толщиной человеческого волоса) вибрирующую пластинку из нитрида алюминия, покрытого алюминием. Механические колебания этой пластинки вызывают колебания электрического поля, которые можно регистрировать. Колебаниями пластинки можно управлять с помощью кубита, посылая на пластинку или снимая с нее отдельные кванты энергии. Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science
Создание первого живого организма с искусственно синтезированным геномом было одним из самых громких событий, случившихся в науке в 2010 году. О нём писали даже издания, напрямую не связанные с биологией. В частности, эта новость попала на обложку британского журнала The Economist (номер за 22 мая)
Создание первого живого организма с искусственно синтезированным геномом было одним из самых громких событий, случившихся в науке в 2010 году. О нём писали даже издания, напрямую не связанные с биологией. В частности, эта новость попала на обложку британского журнала The Economist (номер за 22 мая)

Десятью важнейшими открытиями десятилетия были названы следующие достижения:

1) «Темная материя» генома: расшифровка геномов человека, мыши и многих других организмов показала, что некодирующие последовательности занимают в геномах намного больше места, чем можно было ожидать. Основная функция этой «темной материи» состоит, судя по всему, в регуляции работы генов. Эта регуляция осуществляется с помощью белков и РНК, роль которой в работе клеток оказалась далеко не ограничена обеспечением механизмов синтеза белка. При этом на РНК, как выяснилось, считывается информация не только с генов, но и с большинства некодирующих последовательностей нуклеотидов в ДНК. Функции значительной части такой РНК ученым еще предстоит выяснить.

2) Новые методы космологии, позволившие как никогда точно рассчитать соотношение обычной материи, темной энергии и темной материи во Вселенной. Это удалось сделать во многом благодаря регистрации микроволнового фонового излучения, оставшегося от Большого взрыва и по-прежнему долетающего до Земли из отдаленных краев нашей стремительно расширяющейся Вселенной. Благодаря новым методам и новым теоретическим построениям, основанным на полученных с их помощью результатах, космология превратилась из области гипотез и догадок в довольно точную науку.

3) Новые методы палеонтологии, такие как рентгеноскопия пород, содержащих ископаемые остатки, в сочетании с компьютерным моделированием трехмерной структуры этих остатков, а также, и в особенности, анализ сохранившихся молекул ДНК и белков ископаемых организмов. Одним из самых громких достижений, сделанных с помощью анализа ДНК ископаемых остатков, стало открытие нового вида (или расы) древних людей, останки представителей которого сохранились в Денисовой пещере на Алтае.

4) Вода на Марсе: исследования последних лет показали, что на Марсе имеется вода в виде льда, которая сравнительно недавно (по геологическим меркам) могла находиться в жидком состоянии. Там, где есть жидкая вода, возможна и жизнь, поэтому, хотя науке по-прежнему неизвестно, есть ли (и была ли) жизнь на Марсе, теперь принципиальную возможность ее существования можно считать доказанной. Не исключено, что живые организмы могли некогда попасть с Марса на Землю с метеоритами, образовавшимися в результате столкновений с Марсом ряда астероидов.

5) Перепрограммирование клеток: методы молекулярной генетики позволили превращать дифференцированные клетки, извлеченные из многоклеточного организма, в плюрипотентные (из которых могут развиться клетки разных типов). Эти искусственные аналоги эмбриональных стволовых клеток уже широко используются в биологических и медицинских исследованиях. На их основе могут быть разработаны новые способы лечения множества болезней, в том числе таких, в борьбе с которыми медицина пока бессильна.

6) Микробиом человека: совокупность микроорганизмов (преимущественно бактерий), населяющих человеческое тело: пищеварительный тракт, кожу, половую систему. О существовании этих организмов было известно давно, но лишь в последние годы их совокупность стала предметом пристального изучения. Исследования показывают, что влияние микробиома на жизнь и здоровье организма намного больше, чем считалось ранее. То же относится к вирому — совокупности присутствующих в организме вирусов.

Соотношение различных групп микроорганизмов (перечисленных внизу) в сообществах, населяющих человеческое тело: толстую кишку (colon), ротовую полость (mouth), пищевод (esophagus), кожу (skin), желудок (somach) и влагалище (vagina). Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science
Соотношение различных групп микроорганизмов (перечисленных внизу) в сообществах, населяющих человеческое тело: толстую кишку (colon), ротовую полость (mouth), пищевод (esophagus), кожу (skin), желудок (stomach) и влагалище (vagina). Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science

7) Экзопланеты (внесолнечные планеты, то есть планеты, вращающиеся не вокруг Солнца, а вокруг других звезд) были впервые открыты в конце XX века, хотя их существование предполагал еще Джордано Бруно. Новые методы, разработанные в начале XXI века, позволили поставить поиск таких планет на поток. Теперь их известно уже более пятисот, и их изучение дает богатый материал для выводов об устройстве планетных систем, а также об их происхождении и развитии.

8) Роль воспалений в хронических болезнях: до недавнего времени в воспалениях видели, прежде всего, защитную реакцию организма на заражение или повреждение. За последнее десятилетие открылась другая, темная сторона воспалений: их участие в развитии рака, сахарного диабета, болезни Альцгеймера и ряда других хронических заболеваний.

9) Метаматериалы — разработанные в течение последнего десятилетия оптические системы, обладающие отрицательным коэффициентом преломления и позволившие преодолеть пределы разрешения оптических линз, а также исследовать ряд ранее недоступных оптических эффектов.

Метаматериалы, возможность создания которых предсказал российский физик Виктор Георгиевич Веселаго в 1968 году, направляют свет (или микроволновое излучение) таким образом, что он может огибать небольшие объекты, как бы делая их невидимыми. Эта технология позволяет делать особые плоские линзы, превосходящие по разрешающей способности обычные линзы с изогнутой поверхностью. Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science
Метаматериалы, возможность создания которых предсказал российский физик Виктор Георгиевич Веселаго в 1968 году, направляют свет (или микроволновое излучение) таким образом, что он может огибать небольшие объекты, как бы делая их невидимыми. Эта технология позволяет делать особые плоские линзы, превосходящие по разрешающей способности обычные линзы с изогнутой поверхностью. Иллюстрация из обсуждаемого номера журнала Science

10) Антропогенное потепление климата: за последнее десятилетие климатологи получили убедительные свидетельства того, что на нашей планете происходит глобальное потепление климата, а также того, что на этот раз оно вызвано хозяйственной деятельностью человечества. Последствия этого процесса могут быть катастрофическими, поэтому борьба с ним — одна из важнейших практических задач, стоящих как перед политиками, так и перед учеными. К сожалению, прогресс в этом направлении пока невелик.

Этот список из десяти открытий, разумеется, отражает далеко не все выдающиеся достижения науки последних лет. Но среди перечисленных достижений есть такие, которым место в десятке главных научных успехов десятилетия в обеспечено несомненно.

Обсуждая эти достижения, главный редактор Science Брюс Альбертс (Bruce Alberts) задается вопросом о том, всегда ли науке будут открываться новые горизонты или рано или поздно все важнейшие открытия будут уже сделаны и ничего принципиально нового уже нельзя будет открыть. Как бы там ни было, в настоящее время ученые очень далеки от того, чтобы считать свое дело сделанным. Кроме того, можно надеяться на то, что такой момент никогда не настанет и, разгадывая одни тайны, наука всегда будет находить другие, более глубокие. Такой вариант выглядит привлекательнее для ученого, чем возможность прийти к окончательному финишу и почить на лаврах.

Источники:
1) Bruce Alberts. Is the frontier really endless? // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1587.
2) Adrian Cho. Breakthrough of the year: The first quantum machine // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1604.
3) Stepping away from the trees for a look at the forest // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1612–1613.
4) Elisabeth Pennisi. Shining a light on the genome’s "dark matter’ // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1614.
5 Adrian Cho. A recipe for the cosmos // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1615.
6) Ann Gibbons. Tiny time machine revisits ancient life // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1616.
7) Richard A. Kerr. A roller-coaster plunge into Martian water—and life? // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1617.
8) Gretchen Vogel. Cells rewrite their own destiny // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1618.
9) Elisabeth Pennisi. Body's hardworking microbes get some overdue respect // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1619.
10) Yudhijit Bhattacharjee. Alien planets hit the commodities market // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1620.
11) Jennifer Couzin-Frankel. Inflammation bares a dark side // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1621.
12) Robert F. Service, Adrian Cho. Strange new tricks with light // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1622.
13) Richard A. Kerr, Eli Kintisch. Climatologists feel the heat as science meets politics // Science. 17 December 2010. V. 330. P. 1623.

(Все статьи доступны бесплатно после регистрации на сайте журнала, где открытиям десятилетия и прорыву года посвящена отдельная страница, внизу которой приведены ссылки на оригинальные публикации лауреатов и номинантов.)

Cм. также:
1) Adam Mann. 2010: The year in which... // Nature. 23/30 December 2010. V. 468. P. 1014–1016 (вся заметка в открытом доступе).
2) Михаил Гельфанд. Химеры Крейга Вентера // «Троицкий вариант. Наука». 25 мая 2010 года. №54. С. 12.
3) Александр Марков. Создано первое живое существо с синтетическим геномом, «Элементы», 25.05.2010.
4) Елена Наймарк. Геном неандертальцев прочтен: неандертальцы оставили след в генах современных людей, «Элементы», 10.05.2010.
5) Александра Борисова. СПИД увяз в геле, «Газета.ru», 20.07.2010.

Петр Петров


10
Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

  • hrust  | 30.12.2010 | 23:04 Ответить
    Отличная статья. Кстати. не понял - какие открытия были сделаны по микробиому и вириому? Дайте ссылки на русскоязычные статьи, пожалуйста.

    Советую также посмотреть:
    Мозг. Достижения 2010 года. 1 часть.
    http://rutube.ru/tracks/3895029.html?v=134b7ce2ce598420441856d233c6191a

    Мозг. Достижения 2010 года. 2 часть.
    http://rutube.ru/tracks/3902324.html?v=3aa5d0ffabc785da63048e7983694c27

    И послушать:
    Передача "Они". Главные события в науке за 2010 год.
    http://echo.msk.ru/programs/they/736577-echo/comments.html#comment-2774874
    Ответить
  • PavelS  | 31.12.2010 | 15:43 Ответить
    Что-то квантовую машинку назвали прорывом года, а тут даже статьи не было. Или была, да проглядел?
    Ответить
    • Vortex > PavelS | 10.01.2011 | 14:56 Ответить
      Нет, не было. Речь идёт вот об этой статье, опубликованной в марте в Nature http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7289/abs/nature08967.html
      Учёные наблюдали квантовое поведение макроскопического объекта, механического резонатора, как обозвали его авторы "квантовый барабан". Причём его размеры были таковы, что его можно было увидеть невооружённым глазом (его длина приблизительно такая как толищна человеческого волоса). Вот изображение этого резонатора http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7289/fig_tab/nature08967_F1.html
      Ответить
  • feb7  | 31.12.2010 | 18:19 Ответить
    А я, пользуясь случаем, хочу поздравить всех авторов и завсегдатаев сайта с наступающим НГ! Пусть в новом году все будут счастливы!
    Ответить
    • DSol > feb7 | 04.01.2011 | 12:33 Ответить
      Присоединяюсь к поздравлениям. Отличный сайт. Желаю творческих успехов!
      Ответить
  • pta.sistem  | 19.01.2011 | 00:10 Ответить
    Среди десяти важнейших открытий отмечено следующее:

    "...Собранный из химически синтезированных фрагментов ДНК геном взял под контроль живые бактериальные клетки, в которые его внедрили, после чего все их свойства стали соответствовать содержащимся в нём «инструкциям». На это достижение было потрачено 40 млн долларов и 15 лет работы."

    1.Вам мало СПИДа?
    2.Осмелюсь высказать суждение, приемлемое очевидно не для всех: живой организм, в том числе и человеческий, не нуждается в Лечении - он нуждается в Понимании. В нем есть все, необходимое для деятельности. Природа создала совершеннейшую систему - Человека (Интеллект) на основе своей несравнимой ни с чем Генетикой. Но оказывается, есть люди - огромное количество, имеющие претензию переплюнуть Природу. Оказывается, они больше понимают, чем она. Ну-ну. Им бы разобраться, откуда ноги растут, а не вставлять в Природу свои "инструкции". Поэтому оправдательное, на потребность лечения, отношение к такого рода исследованиям не правомочно!
    3.Генетика, как область Творчества Интеллекта, как ни одна другая его область, являет собой самый убойный инструмент уничтожения Живого. С этих позиций - это инструмент антиприродный настолько, насколько он подчинен Интеллекту.
    4.Генетика природных Объектов связывает воедино весь массив Вещества Мироздания, не разделяя его, по признаку наследования, радикально на Живое и Неживое. Природная связь эта непрерывна и не рассекаема. Только Интеллект, в силу своей неосведомленности, начинает рассекать эту цепь, не разумея на что он посягает.
    5.Одно дело - исследования для "понимания" процесса и совсем другое - "конструирование" нового процесса, доселе в Природе не существовавшего.
    6.Все Творчество Интеллекта есть такое, прежде не бывшее в Природе, творение. Генетика не исключение. Но если в любой другой области, худо-бедно, есть некая определимость последствий его творений. То касательно генетики такой определимости Нет! Ее результат - всегда за горизонтом событий. Когда уже Никто не может повлиять на Причину.
    7.И здесь уже рассматриваемый предмет выходит за рамки чисто генетические. Далее проблема касается фундамента Науки. Фундаментальная Наука до сих пор не может разрешить проблемы причин и следствий. То и дело возникают "открыватели" очередного теоретического "феномена", где Следствие ставится впереди Причины. Именно в таком виде эти настроения влияют и на состояние генетиков. Для которых результат их деяний, уже как бы и не столь критичен. Ага - поставим телегу впереди кобылы - авось вывезет. Не вывезет! Даже на кладбище.
    8.Состояние умов культивирует всеобщую эйфорию в теперешнем обществе по поводу "успехов" генетики. Но всякий раз, в статьях, на форумах и в общественных собраниях, перед чествованием ее следовало бы вносить "Знамя СПИДа" и уже только после этого вести речь о ее "триумфе".
    9.Вероятно, в недалеком будущем, Человечество придет таки к всеобщему общественному контролю над "творениями" генетиков. Но, счевидно, что без какого-то нового "спида", ему это в голову не придет.(Интересно,взялся бы кто из группы Крейга Вентера за презентованную работу, если бы предварительным условием для этого служило бы добровольное инфицирование его тем же СПИДом? Уверен, что нет. Потому что "инструкции" для укрощения СПИДа генетиками, его создавшими, даже и не предусматривались. А вы говорите...
    Ответить
  • melenaja  | 18.02.2011 | 14:54 Ответить
    Наука развивается с геометрической прогрессии. Уже не за горами создание киборгов.
    Ответить
  • v. gorski  | 30.09.2011 | 01:08 Ответить
    Уважаемые друзья. Я, честно говоря, невежда от науки, но мне интересно всё, что относится к вопросам происхождения Вселенной и жизни - на Земле. И вот я прочитал, что новые методы космологии позволили точно рассчитать соотношение между барионной материей, тёмной энергией и тёмной материей. Однако, не стоит забывать, что в отличии от наблюдаемой барионной материи, тёмная энергия и тёмная материя - это всего лишь гипотетические абстракции, являющиеся результатом теории Большого взрыва от такой же метафизической сингулярности. Постулирование существования подобных объектов не приносит пользы науке. И сингулярное начало, и темная материя, и тёмная энергия - это иллюзия, обусловленная совершенно неверными представлениями о природе вещества, энергии и гравитации. Но существует теория, в соответствии с которой Вселенная расширяется не посредством тёмной энергии, а за счёт ценнтробежных сил вращающихся с огромной скоростью протообъектов, которые в некоторый критический момент врываются, образуя прототип газопылевого облака, из которого впоследствии образуются планетные и звёздные системы. Что же касается тёмной материи, то ей приписывается сила, удерживающая небесные объекты в рамках систем. Но в дествительности, любые малые или большие системы образуются не под давлением тёмной материи, а под действием гравитационных сил, образующихся в недрах этих объектов.
    Ответить
    • andr2 > v. gorski | 04.06.2013 | 19:23 Ответить
      есть множество "ученых" ученых, которые знают и умеют горадо меньше вас и других "невежд". так организовано сейчас общество и над этим надо хорошо поработать, чтобы исправить.

      на мой (также дилетантский) взгляд, в теории Биг Банга есть маленький скачочек, логическая неувязка.

      из теорий гравитации и простейших умозаключений следует, что наша вселенная должна выглядеть для наблюдателя "снаружи" как чёрная дыра.

      тогда понятно её расширение - любая чёрная дыра сосёт "снаружи" пространство со скоростью света. именно поэтому невозможно преодолеть этот поток. пространство никуда не исчезает, оно просто выворачивается наизнанку, массаракш. понятно происхождение самой "точки сингулярности" - это момент образования чёрной дыры 15млрд лет назад.

      непонятно другое - почему учёные читают, что в точке сингулярности находилась вся масса веленной. вселенная-дыра всю свою жизнь продолжает сосать "снаружи" и пространство, и массу-энергию.

      в расчетах следует кардинально пересмотреть количество начальной энергии Большого Взрыва, оно было значительно меньше существующей массы вселенной.
      Ответить
  • andr2  | 04.06.2013 | 19:08 Ответить
    доказательств антропогенного проихождения текущего потепления нет.
    есть множество фактов, указывающих на то что текущее потепление - нормальный природных процесс. как и следующее похолодание

    0 - 400гг http://ru.wikipedia.org/wiki/Римский_климатический_оптимум
    400 - 1000гг http://ru.wikipedia.org/wiki/Климатический_пессимум_раннего_Средневековья
    1000 - 1300гг http://ru.wikipedia.org/wiki/Средневековый_климатический_оптимум
    1330 - 1850гг http://ru.wikipedia.org/wiki/Малый_ледниковый_период

    надо быть полным дебилом, чтобы не продолжить этот список самостоятельно.

    есть множество доказательств злоупотреблений вокруг темы, связанных прежде всего с анормальным гипер-финансированием "правильных" результатов.

    Миф о глобальном потеплении
    http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=1635933

    Малый ледниковый период
    http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3812584

    работа учёных-"бобров" направлена на взятие под контроль промышленности планеты, подавление и эксплуатацию техногенного развития, что в разы повысит его стоимость для простого человека.

    люди, которые это делают - это нелюди. может в прямом, а может в переносносном смысле. брать за горло работающую экономику чтобы пить и есть из неё ресурсы на халяву - это не прогресс, а регресс общества.

    так могут поступать только конченные эгоисты, давно привыкшие всё иметь даром. или, что не исключено, инопланетяне.

    учитывая важность и необходимость развития технологической цивилизации для выживания всего вида, а также для равных шансов на развитие для всех, следует организовать сопротивление этому и другим нежелательным явлениям современной недоразвитой цивилизации, как то

    1) технологический саботаж - умышленное сокрытие либо искажение научных и технологических достижений из шкурных интересов узкой группы лиц. пример - автомобили на бензине с механической трансмиссией.

    2) экономический миф - создание общественной, государственной, любой другой службы либо сервиса, часто по сути бессмысленные, на оплату которого Свободные Граждане тратят неоправданно много ресурсов. Пример - высшее образование.

    3) Большой Брат - организация нацправительств, спецслужб, слежки и анализа частной жизни Свободных Граждан, выпуск контролируемой валюты для управления экономикой - всё это должно быть под запретом и сурово наказуемо.

    Для реализации этих и других необходимых задач организуется новая Комиссия по Контролю, КОМКОН-43 (come-on-for-free).

    Деятельность "бобров" будет внимательно изучаться, их источники финансирования и грязные лже-научные приёмчики обнародоваться. Со временем комиссия получит от ООН особые полномочия.
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»