Год прорывов в физике, биологии и технологиях

Итоги года от журнала Science: три открытия в физике, три в биологии и четверка передовых технологий

Григорий Колпаков 21.12.2012, 11:59
__is_photorep_included4900881: 1

Открытие на Большом адронном коллайдере бозона Хиггса ожидаемо признано самым значительным научным прорывом уходящего года – теперь и по версии журнала Science.

В редакционной статье главный редактор журнала Брюс Альбертс назвал это достижение триумфом человеческого интеллекта и кульминацией десятилетий работы многих тысяч физиков и инженеров. Помимо всего прочего оно потребовало от человечества немалых финансовых затрат: одно только строительство Большого адронного коллайдера (БАК) обошлось почти в 6 миллиардов евро. По мнению Альбертса, с этого открытия начинается эра новой физики. Так это или не так, покажет будущее, но, несмотря на пышный букет открытий 2012 года, бозон Хиггса занял верхнюю строчку списка Science на безальтернативной основе.

Бозон Хиггса был предсказан больше сорока лет назад, и все эти годы его отчаянно и безуспешно искали.

Он был нужен, поскольку только его существованием современная физическая теория мира, под названием Стандартная модель, могла объяснить, откуда у всех элементарных частиц появились массы, пусть даже и нулевые.

Зацепив своим коллайдером следы существования бозона Хиггса (до конца-то пока не доказано, что это именно он, но, кажется, ни у кого в этом отношении нет никаких сомнений), физики всего мира могут облегченно вздохнуть и с гордостью заявить: «Мы все-таки были правы!»

Драматическую историю летнего объявления об этом открытии вчера рассказал журнал Nature, который в этом году сосредоточился не на достижениях, а на людях, но, как и Science, он начал с бозона Хиггса. В ответ Science рассказал подробную историю о том, как на БАК открывали эту частицу. Впрочем, еще раньше это сделала корреспондент «Газеты.Ru» из Женевы.

Хотя десять на три не делится, в этом году редакция Science, похоже, решила раздать всем сестрам по серьгам, отметив тройку достижений в области физики, тройку биологических достижений и добавив к списку четверку выдающихся технологий. Поэтому отступим от стандартного последовательного перечисления пунктов списка «от первого до последнего», а сосредоточимся на рассказе об этих трех группах.

Физика

Второй физический прорыв (четвертый в списке) по версии Science заключается в успешной работе международной группы из 250 исследователей над китайским нейтринным экспериментом Дайя-бэй, в ходе которого ученым удалось определить значение последнего и до тех пор неизвестного параметра из шести, управляющих осцилляциями нейтрино, то есть превращением одного их вида (существуют электронные, мюонные и тау-нейтрино) в другой. Уже само по себе определение фундаментального параметра — это событие, которое случается не каждый год, но самое-то главное, что этот параметр, называемый углом смешивания тэта-один-три, оказался ненулевым.

Это нарушает симметрию между нейтрино и антинейтрино и, возможно, в будущем позволит физикам объяснить, почему во Вселенной так много нормальной материи и почти нет антиматерии, если во время Большого взрыва они родились в равных количествах.

Третий физический прорыв (его номер седьмой) имеет отношение к таинственному фермиону Майораны, гипотетической частице, которая одновременно является собственной античастицей и потому сама с собой может аннигилировать. Предсказанная более семидесяти лет назад, эта частица так и не была обнаружена, однако несколько лет назад теоретики предсказали, что при особых условиях и сверхпроводимости коллективное движение электронов может привести к появлению квазичастиц, ведущих себя точно так же, как вели бы себя фермионы Майораны.

В этом году группа физиков и химиков из Нидерландов экспериментально доказала, что такие квазичастицы действительно существуют.

Этот эксперимент мог бы оказаться не больше чем любопытным физическим кунштюком, но оказалось, что «квазичастицы Майораны» могут очень пригодиться в будущих квантовых компьютерах, поскольку они запоминают свое прежнее квантовое состояние.

Биология

Первым в «биологическом» списке и вторым по значимости научным достижением Science считает секвенирование генома «денисовцев», вымершей ветви homo, отличной и от человека современного, и от неандертальца, хотя и родственной им. Команда знаменитого палеогенетика Сванте Паабо и постдока из его лаборатории Матиаса Мейера сумела по осколку фаланги пальца, найденного на Алтае, в Денисовой пещере, прочитать генетический код ее владельца (точнее владелицы, девочки), умершего 74–82 тысячи лет назад, и доказать, что это отдельный вид.

Это была не только новость о еще одном человечестве, но и триумфальная находка нового метода, позволившего прочитать почти распавшуюся ДНК.

Второй биологический прорыв, отмеченный журналом (пятое место), — фейерверк из более чем тридцати научных статей, вышедших одновременно в самых престижных журналах, включая Science и Nature, и знаменующих завершение десятилетнего проекта ENCODE по изучению некодирующей части человеческого генома, так называемой «мусорной ДНК». Главные выводы проекта ENCODE — около 80 процентов этого «мусора» вполне функциональна: эти последовательности управляют генами, помогая «включать» и «выключать» их. Возможно, эксперты Science немножко пожадничали, отдав этому достижению всего лишь пятое место: для биологии это исследование играет ненамного меньшую роль, чем открытие бозона Хиггса для физики.

Третий биологический прорыв (последнее, десятое место) – яйцеклетка мыши, выращенная из стволовой клетки. Биологам из Киото удалось не только вырастить такие яйцеклетки, но и вырастить из этих оплодотворенных потом яйцеклеток с помощью суррогатной матери-мыши здоровых мышат.

Технологии

Третью строчку списка Science занимает незаслуженно незамеченная работа по созданию нового средства «редактирования» генома под названием TALEN (transcription activator-like effector nucleases). Это белок, способный разрезать молекулу ДНК в нужных местах и потом сшивать ее, но уже по-другому. До этого в распоряжении генетиков в качестве «ДНК-ножниц» были так называемые цинковые пальцы, но эти белки было трудно создавать, к тому же все ключевые патенты оказались в распоряжении некой частной компании.

Поэтому, когда о белке TALEN как более совершенном ДНК-редакторе заговорили в 2009-м году, это вызвало бум исследований.

Теперь TALEN — работающая технология, и некоторые ученые полагают, что скоро она станет стандартной процедурой для всех лабораторий, занимающихся молекулярной биологией.

Конечно, Science не мог не отметить «небесный кран» (шестая строчка списка) — технологию, с помощью которой марсоход Curiosity был филигранно спущен на марсианскую поверхность. Во вчерашнем номере Nature была описана человеческая драма, буйство нервов команды Curiosity, связанная с проверкой на деле этого совершенно нового метода. Science подробно рассказывает о деталях метода и о сложностях его тестирования в земных условиях.

«Небесный кран» смог нежно опустить три с лишком тонны драгоценного груза, да еще в такое место (кратер Гейл), о котором при прежних способах посадки нельзя было и мечтать.

Отмечена была также новая технология изучения структуры белков (седьмая строчка списка) с помощью рентгеновского лазера. Он светит в миллиард раз ярче, чем традиционные синхротроны. Группе исследователей из США и Германии, работавшей с лазерной установкой SLAC в Национальной лаборатории ускорителей в Калифорнии, впервые с помощью этого метода удалось увидеть во всех деталях структуру ключевого фермента, необходимого для выживания паразиту, вызывающему африканскую сонную болезнь. Ученые доказали, что рентгеновский лазер может «читать» такие белки, которые невозможно увидеть с помощью обыкновенных рентгеновских источников.

Четвертая технология, отмеченная журналом Science, это интерфейс «мозг--машина» (восьмая строчка).

Эта технология, направленная на то, чтобы вернуть подвижность парализованным людям, дать возможность общаться с миром тем, кто не может ни шевелиться, ни говорить, разрабатывается во многих лабораториях мира уже не первый десяток лет. В этом году исследователи из Пенсильвании сообщили о 53-летней парализованной женщине, которая с помощью датчиков, вживленных в мозг, способна совершать сложные трехмерные движения. Этот интерфейс, разумеется, впечатляет, но, похоже, его включение в ряд самых значимых технологий года — это бонус, поощрительный приз, врученный в надежде на то, что эта технология будет развиваться и дальше. Пока же она слишком экспериментальная, несовершенная и дорогая.