Кто лучший?
Е. Котина
«Химия и жизнь» №2, 2012
Разговоры о самом интересном
В последнем декабрьском номере журнала «Science» (2011, т. 334, № 6063) перечислены наиболее выдающиеся научные достижения прошлого года. Конечно, ни один рейтинг достижений не может считаться судом в последней инстанции. Во-первых, сложно сравнивать между собой физику и химию, исследования космоса и биологию. Во-вторых, часто бывает так, что сразу несколько исследовательских групп предъявляют интересные результаты в одной и той же «модной» области и невозможно назвать единственного лидера: ценный вклад вносит каждый из участников гонки. Кроме того, многие хорошие исследования делаются не в один год, да и значимость открытий проверяется временем. Отсюда вопрос: следует ли учитывать многообещающие стартовые работы (ведь даже самые прекрасные надежды могут не сбыться) или отдавать предпочтение долговременным проектам, которые принесли плоды в этом году?
Ничего удивительного, что предновогодние списки важнейших событий науки в двух крупнейших журналах, «Science» и «Nature» (см. 2011. The Science Year in Brief: An Interactive Guide), почти не совпадают между собой. Предположение, что каждый из лидеров предпочел своих авторов, верно лишь отчасти — рейтинг «Science» содержит многочисленные отсылки к публикациям «Nature». Однако «Science» отобрал в основном те проекты, которые уже принесли хотя бы промежуточные результаты, а «Nature» — именно громкие события года, «новости науки». Например, «Science» включил в рейтинг изучение образцов, доставленных на Землю космическим аппаратом «Хаябуса» в прошлом году, «Nature» — старты космических аппаратов к Марсу и Юпитеру, выход межпланетной станции «Мессенджер» NASA на орбиту Меркурия (а заодно поиски бозона Хиггса и нейтрино, которые, возможно, движутся быстрее света) и крах еще одной миссии NASA, спутника «Glory», 4 марта затонувшего вместе с ракетой-носителем в Тихом океане. Видимо, по принципу «отрицательный результат — тоже результат», который надлежит осмыслить. Вошли в список «Nature» и дебаты геологов о введении нового понятия, эпохи антропоцена, отличительный признак которой — существенное влияние человека на планету («Химия и жизнь», 2011, № 3).
Ленту событий «Nature» составлял по собственным публикациям, но в подборку «лучших изображений года» вошли и другие материалы. Например, радужные крылья комаров, мух и ос, изображения которых получила Екатерина Шевцова («Химия и жизнь», 2011, № 3), капсула «Союза ТМА-02М», доставившая на Землю с МКС Сергея Волкова, Майкла Фоссума и Сатоси Фурукаву (фото сопровождается язвительным комментарием о сходстве «достопочтенной капсулы» с водолазным колоколом XIX века и сожалениями о шаттлах), сверхагрессивные крысы, выведенные под руководством Д. К. Беляева в Институте цитологии и генетики СО РАН (кстати, генетику агрессии и ручного поведения у новосибирских крыс исследовала команда Сванте Пээбо, того самого, кто «прочитал» ДНК неандертальца), а также ультралегкий пористый сплав, брусок которого можно положить на пушистую головку одуванчика («Химия и жизнь», 2011, № 12). Кроме того, «Nature» опубликовал подборку кратких рассказов о «людях года». В их число, вместе с Дарио Аутерио из Института ядерной физики в Лионе (руководитель научной группы, наблюдавшей нейтрино быстрее света) и семимиллиардным ребенком Земли, вошла Розмэри Редфилд из университета Британской Колумбии (Канада). Доктор Редфилд поставила себе целью проверить удивительный результат Фелисы Волф-Саймон с соавторами, заявившими об открытии бактерии GFAJ-1, ДНК которой якобы содержит арсенаты вместо фосфатов («Химия и жизнь», 2011, № 2).
В этой статье мы расскажем об исследованиях, упомянутых в рейтинге «Science». Возглавляют его клинические испытания мер, направленных на лечение и профилактику СПИДа. Видимо, это не случайность: 2011 год был Годом СПИДа — с момента открытия этого заболевания миновало 30 лет. Так или иначе, успехи в этой области очень важны: проблема СПИДа, как ни печально думать об этом, действительно может коснуться каждого.
СПИД: эпидемию можно остановить?
Обывательское мнение к исследователям СПИДа беспощадно: возятся-возятся, огромные деньги тратят, а ничего не сделали, лечить не умеют, ничего толком не знают и даже, цитирую сетевых полемистов, «сам вирус никто не видел». Откуда взялся последний бредовый городской миф, непонятно: электронные микрофотографии ВИЧ легко найти в Интернете, их не раз публиковала и «Химия и жизнь», и другие научно-популярные журналы. «Ничего не сделали» — тоже, конечно, от невежества. В 1995 году была создана так называемая высокоэффективная антиретровирусная терапия (ВИЧ относится к семейству ретровирусов, у него РНК-геном, на матрице которого в клетке синтезируется ДНК). Антиретровирусная терапия (АРВ) подавляет активность вируса и сохраняет жизнь тяжелобольным, хотя и не ведет к излечению. Теперь ученые могли спокойно заняться исследованием коварного вируса, поражающего иммунную систему, и на этот фронт были брошены лучшие силы науки и самые современные технологии. Сегодня ВИЧ — вероятно, наиболее изученный вирус в мире. Создана вакцина, хотя и с невысоким уровнем защиты (60%) и временем действия всего около года. Ученые всерьез заговорили о том, что СПИД возможно вылечить полностью. И наконец, достижение, которому отдал первое место «Science», — антивирусные препараты не только спасают пациентов от смерти, но и предотвращают дальнейшее распространение инфекции.
Правда ли, что антиретровирусная терапия, которую получает носитель ВИЧ, снижает вероятность заразиться для его партнеров? Данные, подтверждающие эту точку зрения, появлялись и раньше, однако внушать ложное чувство безопасности, когда речь идет о СПИДе, преступно. Необходимо было внести ясность.
В мае 2011 года закончились так называемые клинические испытания 052, проведенные «HIV Prevention Trials Network» — международной организацией, которая создает и тестирует средства (не вакцины), предотвращающие распространение СПИДа. Главным спонсором испытаний стал Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний, а обошлись они в 73 млн. долларов. Результаты впечатляли: впервые было надежно показано, что антивирусная терапия снижает риск заражения на 96% («Science», 2011, т. 334, № 6061, с. 1338–1340).
В исследовании приняли участие 1763 пары из США, Бразилии, Индии, Таиланда и пяти стран Африки. В каждой из пар один партнер был ВИЧ-инфицированным, не получал ранее антиретровирусной терапии, и содержание CD4 Т-лимфоцитов в его крови попадало в промежуток 350–550 на миллилитр. (Человеку ставят диагноз «синдром приобретенного иммунодефицита», если их менее 200 на миллилитр; 600–1200 клеток считаются нормой.) Половина участников начала получать терапию немедленно, другая половина — с отсрочкой, когда количество клеток CD4 упало до 250. Естественно, участникам объясняли все возможные риски — и не менее естественно, что споры об этической стороне «информированного согласия» на участие в таких исследованиях не утихают. Пока одни спорят, другие работают.
Предполагалось, что «опыт» и «контроль» будут сравнивать в 2015 году. Но уже в апреле этого года были получены данные, которые побудили руководителя испытаний Мирона Коэна из университета Северной Каролины и его коллег немедленно начать готовить публикацию. Инфицированы были 28 партнеров вирусоносителей — и только один из них заразился от партнера, с самого начала получавшего антиретровирусную терапию. Впервые появилась надежда остановить пандемию.
Очевидны и сложности. Терапия — не вакцина: люди должны принимать лекарства десятилетиями, и такие курсы лечения не по карману большинству пациентов из развивающихся стран. Им нужна будет помощь, но Всемирный фонд борьбы со СПИДом, туберкулезом и малярией сам стеснен в средствах и ищет гранты. Даже предоставить бесплатное лечение каждому больному (не говоря о вирусоносителях, у которых симптомы еще не проявились) нереально и технически, и с финансовой точки зрения. В мире около 7,6 млн. людей сейчас нуждаются в антиретровирусной терапии и не могут ее получить. Добавим к этому, что далеко не все случаи инфекции вовремя выявляются. И есть еще, выражаясь нетолерантно, эффект человеческой глупости: если сказать пациенту, что он получает лечение, которое делает секс с ним безопасным для партнера, его поведение зачастую становится более рискованным, он уже не помнит ни о презервативах, ни о вреде случайных связей и тем самым сводит на нет свое преимущество. Чтобы просчитать, остановит ли новая терапия эпидемию в каждой конкретной стране, нужны математические модели, учитывающие не только клинические данные и финансовые возможности, но и результаты социологов. Поведение людей, в особенности групп риска, — фактор, который эпидемиологам нельзя недооценивать. Именно поэтому клинические испытания могут давать лучшие результаты, чем правительственные программы.
Ясно, что нельзя отказываться от проверенных простых методов — таблеток или вагинальных гелей с антивирусным действием. Эффективной оказалась такая простая мера, как мужское обрезание. Это не газетная утка: в 2005 году было показано, что для гетеросексуальных мужчин риск заразиться ВИЧ обрезание уменьшает на 60%.
Биология: эволюция человека, здоровье, долгая жизнь и энергия
Отдельным списком «Science» перечислила претендентов на «серебряную медаль» — тех, кто мог бы занять второе место. Начнем с тех работ, которые попали и в список «Science», и в список «Nature»: вакцина от малярии и исследования геномов вымерших представителей рода Homo. Медицина и палеогенетика человека — нет для нас интереснее объекта, чем мы сами.
Антималярийной вакцины со стопроцентной эффективностью как не было десять лет назад («Химия и жизнь», 2002, № 9), так нет и по сей день. Профилактика малярии в зонах риска — это главным образом противокомариные сетки, репелленты и инсектициды. Не от хорошей жизни многие ученые и организации делают ставку на столь сложные методы, как создание генно-модифицированных комаров, не способных переносить вредоносного малярийного плазмодия, либо стерильных особей, сокращающих численность комариной популяции. Существуют профилактические препараты с иным, чем у вакцин, механизмом действия, которые рекомендуют принимать перед поездкой в неблагополучные по малярии регионы. И все-таки каждый год заражаются сотни миллионов людей, сотни тысяч (в основном африканские дети) умирают. Малярия — заболевание бедных стран с теплым климатом, но десятки тысяч путешественников, отправляющихся в эти страны, ежегодно пополняют статистику инфицированных.
Отсюда понятно, почему считается успехом появление препарата, защитившего от малярии почти 50% вакцинированных детей: предыдущие разработки не приближались даже к такому результату. Новая вакцина называется RTS,S. Итоги третьей стадии клинических испытаний были опубликованы в октябре («New England Journal of Medicine», 2011, т. 365, с. 1863–1875, 1926–1927; «Science», 2011, т. 334, № 6054, с. 298–299). Вакцина проходила испытания в семи африканских странах. Ее получили более 15 000 детей двух возрастных групп: 6–12 недель и 5–17 месяцев. Препарат для испытаний изготовили компания «GlaxoSmithKline» в сотрудничестве с «PATH Malaria Vaccine Initiative», финансировал испытания Фонд Билла и Мелинды Гейтс. В состав вакцины входит рекомбинантный белок, и ее приготовление не включает трудоемких этапов вроде выращивания плазмодия в живых комарах.
Пока неясно, насколько длительным будет действие вакцины — наблюдения за детьми необходимо продолжать. Неизвестно, какой будет ее себестоимость (хотя «GlaxoSmithKline» обещает сделать ее как можно более дешевой) и смогут ли ее получить дети в Африке. ВОЗ собирается дать рекомендации по ее применению в 2015 году, когда будут собраны все необходимые данные. Но теперь мы, по крайней мере, знаем, что сделать противомалярийную вакцину возможно.
Палеогенетики в ушедшем году предъявили результаты своего «путешествия», не менее дальнего, чем у «Хаябусы», — в прошлое человека. Наши читатели, безусловно, помнят исследования митохондриальной ДНК «денисовца», обитателя Денисовой пещеры на Алтае, и ядерного генома неандертальца («Химия и жизнь», 2010, № 5, № 6; данные по ядерному геному денисовского человека были опубликованы в декабре 2010 года). В 2011 году исследования получили дальнейшее развитие. Ученые принялись искать следы родства с неандертальцем и денисовцем в геномах современных людей — и нашли. Так, население Юго-Западной Азии унаследовало около 5% ДНК от денисовцев, 4–6% от неандертальцев. «Денисовская» ДНК обнаружена у австралийских аборигенов, у негритосов на Филиппинах, на некоторых островах Юго-Восточной Азии и в Меланезии. Три сравнительно изолированные группы коренных обитателей Африки имеют в своем геноме необычные варианты ДНК, по-видимому, унаследованные от более древних групп Homo не позднее, чем 35 000 лет назад («Science», 2011, т. 334, № 6053, с. 167). Ранее считалось, что человек современного типа выделился как самостоятельный таксон около 100 000 лет назад (различные оценки варьируют от 160 до 45 тысяч лет назад) и с другими видами рода не скрещивался. Палеоантропологи теперь склонны признать, что фрагмент черепа возрастом 13 000 лет из Нигерии принадлежал «полукровке», продукту гибридизации современного человека с более архаичными родичами, либо представителю сохранившейся популяции «древних» (PLoS ONE 6(9): e24024. doi:10.1371/journal.pone.0024024).
Сейчас у нас есть доказательства, что наши предки скрещивались с другими человеческими видами минимум трижды, так что «вытеснение» этих других видов с эволюционной арены не следует считать полным и бесповоротным. Интересно, что более половины генных вариантов, кодирующих белки так называемого главного комплекса гистосовместимости (эти белки важны для противовирусного иммунитета, а также для распознавания раковых клеток и, например, чужеродного трансплантата), у современных жителей Евразии общие с неандертальцем и денисовцем («Science», 2011, т. 334, № 6052, с. 89–94). Примесь крови древних родичей заметно повлияла на устройство нашей иммунной системы.
Кстати, об эволюции и передаче по наследству полезных признаков. Некоторые нужные приспособления природа «изобретала» неоднократно, добиваясь одного результата различными средствами. Хрестоматийные примеры — глаз млекопитающего, насекомого и осьминога, крыло птицы и крыло летучей мыши, молекулы, способные переносить кислород... Но существуют и «уникальные разработки», которыми пользуются все, у кого данный признак вообще имеется. Например, у всех растений, способных к оксигенному фотосинтезу, то есть к производству глюкозы и кислорода из воды и углекислого газа при наличии света, имеется белковый комплекс под названием «фотосистема II» (ФСII). Без него биосфера Земли, какой мы ее знаем, просто не возникла бы — не могли бы существовать не только растения, но и животные, ведь подавляющее их большинство дышит кислородом и питается растениями, либо теми, кто ест растения.
Структуру ФСII впервые исследовали немецкие ученые в 2001 году методом рентгеноструктурного анализа, однако получившаяся картинка была недостаточно качественной. «Карта» расположения атомов становилась все более точной, и, наконец, в 2011 году японцы достигли разрешения 1,9 ангстрем. Стало известно точное положение каждого из атомов кластера Mn4CaO5 — активного центра, где образуются молекулы О2 («Nature», 2011, т. 473, № 7345, с. 55–60). Вопреки распространенному среди небиологов мнению, они делаются из кислородов воды, а не углекислого газа. Кластер находится внутри белкового комплекса, огромного по сравнению с ним, «подвешенный» водородными связями к определенным аминокислотным остаткам. Теперь мы знаем, что атомы кластера образуют нечто вроде куба с боковым выростом, причем его кислороды выступают в роли мостиков, соединяющих атомы металлов (см. рис.). В статье японских исследователей рассказывается и о других интересных участках сюрреалистического лабиринта под названием ФСII. Куда там компьютерным играм...
Изучение этих структур важно не только для лучшего понимания биохимии растений и эволюции фотосинтеза — это еще и ключ к решению энергетических проблем человечества. Солнечные батареи — прекрасная вещь, но электричество, которое они вырабатывают, непросто хранить и накапливать. Более выгодно превращать энергию солнечного света и воду в топливо — например, в водород. Поиск катализаторов, которые могли бы это делать, постоянно ведется, и что интересно, лучшие из них имеют почти такое же расположение атомов в активном центре, как у ФСII.
Конечно, нельзя было пропустить такую модную и перспективную область, как микробиомика — исследование сообществ микроорганизмов как единого целого. Новые технологии секвенирования ДНК упростили исследования в этом направлении, позволяя легко и быстро идентифицировать отдельные виды в сообществе. Логично было начать с тех, кто к нам всего ближе, — с наших собственных микроорганизмов, обитающих в кишечнике, ротовой полости, на коже тела и головы. У каждого человека есть коллекция микроскопических нахлебников, и каждый из этих «зоопарков» уникален — микробиомы не совпадают полностью даже у идентичных близнецов.
Исследование 2011 года, которое привлекло внимание «Science», — секвенирование ДНК микроорганизмов из кишечника 22 европейцев и сравнение их с уже известными микробиомами 13 жителей Японии и четырех американцев («Nature», 2011, т. 473, № 7346, с. 174–180). Оказалось, что микробиомы можно разделить на три группы, или три энтеротипа (их назвали Bacteroides, Prevotella и Ruminococcus, по доминирующим родам бактерий). При этом состав населения кишечника не зависит от национальности человека, его возраста, веса или пола. Три эти группы отличаются между собой главным образом биохимией — способностью получать энергию из тех или иных веществ, вырабатывать витамины, которые в пище отсутствуют. (Понятно, что биохимия бактериальной клетки зависит, в свою очередь, от того, гены каких ферментов имеются в ее геноме.) Нет ничего неожиданного в результате, полученном другой командой: то, что вы едите, и определяет видовой состав вашей внутренней фауны. Например, группа Bacteroides обычно селится внутри любителей мясных продуктов, Prevotella предпочитает вегетарианцев («Science», 2011, т. 334, № 6052, с. 45–46, 105–108). Если человек в течение десяти дней будет придерживаться другого типа питания, некоторые изменения будут заметны уже в первые сутки, но энтеротип в целом останется прежним — микрофлора будет преданно ждать, когда хозяин перестанет жевать брокколи и съест свой любимый бифштекс. Похоже, для кардинальной смены видового состава нужен более долгий срок. Кстати, в том же исследовании установлено, что на кишечную микрофлору оказывают заметное влияние красное вино и подсластитель аспартам.
Кого-то из читателей этот «научный результат года» позабавил, однако на самом деле все довольно серьезно. О влиянии кишечной микрофлоры на здоровье и долголетие человека писал еще И. И. Мечников. Если бы мы научились лучше управлять нашим внутренним биоразнообразием (а для начала его нужно исследовать, составив подробную опись обитателей «зверинца»), то, возможно, получили бы эффективную и безвредную «таблетку долгой жизни». Или, по крайней мере, избавились бы от многих проблем с обменом веществ и аллергиями.
Продление жизни и борьба со старением — еще одна перспективная тема. О стволовых клетках «Химия и жизнь» пишет регулярно. «Science», однако, отметил оригинальный подход: не вводить человеку или животному стволовые клетки (что чревато формированием опухолей), а очистить организм от стареющих клеток.
Как известно, большинству клеток отпущено природой определенное число делений, а затем они переходят в состояние покоя. Это, по идее, снижает риск возникновения рака (ведь с течением времени клетки накопили повреждения, возможно затронувшие гены, связанные с опухолеобразованием). Но теперь выяснилось, что старые клетки — не такие уж мирные пенсионеры: они выделяют стимуляторы роста и вещества, «разрыхляющие» ткань, и тем самым все же способствуют возникновению опухолей. Возможно, они еще и провоцируют воспалительные процессы в окружающих тканях.
А что будет, если этих пожилых вредителей истребить? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи с помощью селекционных и генно-инженерных методов создали особую линию мышей («Nature», 2011, т. 479, с. 186–187, 232–236). Во-первых, эти мыши стремительно старели, причем у них наблюдались характерные возрастные признаки: катаракта, мышечная слабость, потеря эластичности артерий. Во-вторых, инъекция специального препарата вызывала гибель клеток, вырабатывающих белок p16INK4A, — этот белок, как метку, несут на себе стареющие клетки, потому что именно он участвует в ограничении их деления.
Мыши, получавшие лекарство, не прожили дольше, чем в контроле, но качество их жизни явно повысилось. У них позднее появлялись катаракта и мышечная слабость, они дольше могли пробегать в колесе и могли выполнять задания, требующие больших затрат энергии. Инъекции также уменьшили возрастное накопление жира. Состояние артерий, правда, не улучшилось — возможно, потому, что изменения в них не связаны с клетками, вырабатывающими p16INK4A. И даже если мыши не получали лекарство до появления признаков старения, оно приносило им некоторую пользу. Возможно, когда медики научатся удалять стареющие клетки из организма человека, они не только помогут молодым не стареть, но и вернут бодрость пожилым.
Химия: цеолиты
Среди чисто химических достижений года «Science» назвал всего одно (но дважды подчеркнул, что химия сохраняет свое присутствие на переднем крае науки) — цеолитные мембраны. Цеолиты — водные алюмосиликаты кальция и натрия с замечательными сорбирующими свойствами. В 1756 году шведский минералог Аксель Фредрик Кронштедт, нагревая разновидность цеолита — стильбит, он же десмин, увидел, что из него идет пар. Кронштедт и назвал его цеолитом — «кипящим камнем». Уникальные свойства цеолитов обусловлены их упорядоченной пористой структурой — это трехмерное кружево из атомов алюминия, кремния и кислорода вбирает в себя воду подобно губке, а если «мокрый» цеолит нагреть, из него действительно повалит пар, как из сырого полена.
В последующие 250 лет были открыты десятки природных цеолитов, а химики синтезировали примерно полторы сотни синтетических аналогов. Ежегодно мировая промышленность производит около трех миллионов тонн цеолитов для таких массовых и малоромантичных продуктов, как моющие средства и наполнители для кошачьих туалетов. Но есть у них и более благородные применения: на основе цеолитов создают катализаторы, молекулярные сита, электроды для нужд аналитической химии. Цеолитные катализаторы используются при переработке нефти в бензин, для разламывания длинных углеводородных цепочек на более легкие. Цеолиты очищают и воздух на космических кораблях, и загрязненную воду после аварии на Фукусиме.
Химикам, однако, не хватало цеолитов с крупными порами, чтобы работать с большими молекулами (обычный размер цеолитных пор — 2–15 ангстрем, или 0,2–1,5 нм). Кроме того, из цеолита трудно было сделать сверхтонкие мембраны, с помощью которых удобно производить дешевую очистку.
Исследователи из Южной Кореи создали семейство цеолитов, в которых комбинируются крупные (до 50 нм) и мелкие поры («Science», 2011, т. 333, № 6040, с. 328–332). Подобный материал сделали также испанские и китайские ученые в совместной работе («Science», 2011, т. 333, № 6046, с. 1131–1134). Разумеется, все параметры растущего «молекулярного сита» можно и нужно контролировать, чтобы получить желаемые свойства. Исследователи из Франции и Германии обнаружили, что можно сформировать цеолиты с крупными порами, не используя дорогостоящие органические вещества, с помощью которых обычно направляют их рост (онлайн-публикация 8 декабря 2011 года, doi:10.1126/science.1214798). А в университете Миннесоты открыли новый способ делать ультратонкие цеолитные мембраны («Science», 2011, т. 334, № 6052, с. 72–75).
Остается добавить лишь то, что мы не устаем повторять нашим читателям: химия не умерла, но ее достижения в XXI веке часто проходят по ведомству других наук. Где были бы без химии те же исследования фотосистемы II? Или анализ астероидной пыли, доставленной «Хаябусой»?
Космос: «Хаябуса», древний газ и экзопланеты
Японский космический аппарат «Хаябуса» («Сапсан») был запущен в мае 2003 года и 13 июня 2010 года принес на Землю частицы астероида Итокавы, названного в честь основателя японской космической программы Хидэо Итокавы. Образцы с крупного небесного тела (размеры Итокавы исчисляются сотнями метров) были искусственно доставлены на Землю впервые за 35 лет. Образцы с астероида — вообще впервые.
В утешение тем, кто с горечью вспомнил про «Фобос-Грунт»: полет «Хаябусы» тоже сопровождался серьезными техническими проблемами. Космос пока еще не подчинился землянам, и никакая перестраховка не гарантирует от сюрпризов. При выполнении миссии «Хаябуса» потерял два из трех гироскопов и возвращался на реактивных движках, предназначенных для коррекции курса. Маленький ровер «Минерва», который должен был исследовать поверхность астероида, потерялся и, вероятно, улетел в глубокий космос. Образцы астероидной пыли удалось собрать со второй попытки, связь с аппаратом пропадала и восстанавливалась вновь, была и программная ошибка. Перезапустить двигатель и направить аппарат к Земле получилось лишь в феврале 2009 года (изначально возвращение было намечено на лето 2007 года).
Исследователям достались 1534 частицы астероидной пыли. Об их изучении рассказывает подборка статей, опубликованных в «Science» 26 августа («Science», 2011, т. 333, № 6046). Итокава принадлежит к так называемому S-типу астероидов, но образцы, принесенные «Хаябусой», оказались похожими на хондриты (наиболее распространенный тип метеоритов). По наблюдаемому спектру S-астероидов их состав предполагался несколько иным: для того, чтобы быть источником хондритов, они выглядели слишком «красными». Однако более тщательные исследования показали, что «неправильный» цвет, скорее всего, не связан с химическим составом. Это подтвердил образец с «Хаябусы»: просвечивающая растровая электронная микроскопия выявила в пылинках крошечные включения металлического железа, способные рассеивать солнечный свет и придавать астероиду красноватый оттенок. Вероятно, они образовались под воздействием солнечного ветра.
Наша Вселенная — неспокойное место, ее существование и началось со взрыва. Два открытия ушедшего года показали, что во Вселенной есть «карманы стабильности». Одно из этих открытий — первичные, «чистые» облака водорода («Science», 2011, т. 334, № 6060, с. 1216–1217, 1245–1249). По изотопному составу они похожи на водород, существовавший в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, до формирования звезд.
Эти результаты заставили иначе взглянуть на химическую эволюцию Вселенной. Предполагалось, что она была создана из газа, содержащего легкие элементы — водород и гелий. Первые звезды получились из этого материала примерно через 300 млн лет после Большого взрыва. Когда они сожгли свое топливо, легкие атомы в них начали сливаться, образуя более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород. Эти так называемые металлы (элементы тяжелее гелия) разлетались в межзвездном пространстве, после того как звезды становились сверхновыми и взрывались. Рождение и смерть более поздних поколений звезд, сделанных из газа, который изначально был загрязнен тяжелыми элементами, еще увеличивали их количество во Вселенной. Сейчас они содержатся и в звездах, и в планетах, и в межзвездном газе.
Группа астрономов из университета штата Калифорния обнаружила два облака «чистого» первичного газа, изучая свечение двух квазаров при помощи спектрометра HIRES на телескопе Keck I (Гавайи). Пройдя через эти облака, свет квазаров изменил спектр, и по этим изменениям можно было судить в том числе о химическом составе облаков. Ученые ожидали увидеть следы кислорода, углерода, азота, кремния, но нашли только водород и дейтерий. Возраст этих облаков оценивается в 2 млрд. лет после Большого взрыва. Каким-то образом они сохраняли свой состав более 10 млрд. лет. Получается, что тяжелые элементы распределены во Вселенной значительно менее равномерно, чем считалось до сих пор.
Другое открытие — маленькая звезда в гало Млечного Пути, концентрация «металлов» в которой составляет около 1/10000 от характерной для нашего Солнца («Nature», 2011, т. 477, № 7362, с. 67–69). Это делает ее похожей на самые первые звезды во Вселенной, но те, как предполагается, были в сотни раз массивнее. Ранее считалось, что звезды с небольшой массой могут образоваться только из материи с довольно высокой концентрацией металлов. Возможно, дать начало маленьким неметаллическим звездам могли облака «чистого» водорода.
И разумеется, составители списка не могли пройти мимо новых экзопланет (то есть планет, обращающихся вокруг звезды за пределами Солнечной системы). Их известно уже более семи сотен, и список постоянно пополняется. Ученым по понятной причине интересны планеты, похожие на Землю (обнаружение таких планет, Kepler-22b, Kepler-20e и Kepler-20f, включил в свой рейтинг «Nature»). Но еще интереснее те, что непохожи ни на одну планету Солнечной системы.
Изучая данные космического телескопа «Кеплер» НАСА (он уже обнаружил 156 000 звезд, изменения яркости которых говорят о том, что у них могут быть планеты), ученые нашли шесть больших планет, вращающихся вокруг звезды Kepler-11, на расстоянии примерно 2000 световых лет от Земли («Nature», 2011, т. 470, № 7332, с. 53–58). По меньшей мере три из этих планет — газовые гиганты, подобные Юпитеру, и пять из шести ближе к своей звезде, чем Меркурий — к Солнцу. Шестая планета удалена от звезды примерно как Венера от Солнца.
Существуют две теории, которые описывают формирование планет из газопылевого диска, окружающего звезду. Согласно первой, планеты возникают достаточно далеко от звезды и со временем приближаются к ней, согласно второй, они формируются сразу на своих орбитах. Но система звезды Kepler-11 не укладывается ни в одну из этих теорий. Непонятно, каким образом пять больших планет могли так приблизиться к звезде, а если они сформировались вблизи от нее — как могло хватить «материала» для них.
Были обнаружены и другие удивительные объекты — например, HAT-P-6b, газовый гигант, который вращается в сторону, противоположную вращению его звезды. (Известны и другие экзопланеты с ретроградными орбитами.) Это странно: коль скоро планета возникает из пылевого диска, вращающегося вокруг звезды, разве не должна она вращаться в ту же сторону? В этом году была предложена компьютерная модель, которая показала, что притяжение другой планеты или коричневого карлика может наклонять орбиту планеты относительно экваториальной плоскости звезды до тех пор, пока орбита не «перевернется». А есть еще планеты в системе двойной звезды, планеты, свободно «путешествующие» в космосе и, судя по всему, не привязанные к какой-либо звезде... Как написал обозреватель «Science», планетологи заснули в Канзасе, а проснулись в Волшебной стране Оз — так сильно и стремительно в последнее время меняются парадигмы.
Что касается надежд на успехи текущего года — «Science» предполагает, что физикам наконец-то удастся получше рассмотреть бозон Хиггса (или доказать, что его не существует), а также решить вопрос со сверхсветовыми нейтрино. Другие надежды связаны со стволовыми клетками, медицинской геномикой, лечением умственных расстройств и марсианской миссией «Curiosity». Будем ждать...
