Несмотря на все экономические и политические трудности, с которыми столкнулось человечество в уходящем году, учёные продолжают удивлять и радовать своими открытиями. The Village попросил научного журналиста Светлану Ястребову выбрать главные и рассказать о них.

 

Космос: марсианский рассол и условия для органики в других системах

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 2.

На Марсе наконец нашли жидкую воду, о чём NASA сообщало в апреле и сентябре. Сначала зонд Curiosity обнаружил следы её присутствия под поверхностью планеты, в кратере Гейл (кстати, подозревают, что этот кратер когда-то был озером). Льда на поверхности Марса много, ведь температура там не выше плюс 20 градусов Цельсия даже в полдень на экваторе. Да и влажной планету назвать нельзя: атмосферы почти нет, а значит, и водяного пара не так много. Зато в «почве» Марса содержится немало солей, например перхлоратов. Как известно, чтобы вода замерзала медленнее, её надо посолить. Концентрация перхлоратов чуть ниже поверхности красной планеты вполне достаточна для того, чтобы вода на ней не замерзала до минус 23 градусов или даже ниже. Правда, жить в подобном «рассоле» при такой температуре ни одно земное существо не может. К тому же космическая радиация проникает на Марсе на глубину до метра, что тоже не способствует выживанию.

Чуть позже выяснилось, что в зависимости от времени марсианских суток соли на поверхности планеты содержат разное количество воды. По всей видимости, они набирают воду из атмосферного пара (который всё-таки присутствует, хотя его мало) и отдают её туда же. Кроме того, есть вероятность, что вода периодически выходит из-под земли. Раз жидкая вода не просто содержится в поверхности Марса, но ещё и перемещается в разных направлениях, то теоретически ничто не противоречит существованию на планете солёных ручьёв. Тем более что дорожки в «почве», похожие на русла небольших ручьёв и «текущие» с возвышенностей, многократно фотографировали

Марс не единственное место, где нашлись поддерживающие земную жизнь вещества. В апреле астрономы сообщили о находке следов сложных органических молекул в протопланетном диске — облаке плотного газа, которое вращается вокруг звезды и в будущем станет планетами (Земля, Марс и прочие планеты Солнечной системы когда-то тоже сформировались из протопланетного диска вокруг Солнца). Радиотелескопы в составе Atacama Large Millimeter Array обнаружили в протопланетном диске молодой звезды MWC 480, расположенной в 455 световых годах от Земли, в созвездии Тельца, признаки наличия ацетонитрила (метилцианида) — органического вещества — «гибрида» синильной кислоты и метана. Эта субстанция не встречается в живых организмах, но это не главное. Важно, что достаточно сложные органические молекулы образуются не только на телах относительно старой Солнечной системы, но и там, где планеты только-только начинают зарождаться. Теоретически мощная радиация, сопровождающая образование звезды и её планет, может легко разрушить химические связи между атомами в составе органических молекул. Впрочем, если исходить из данных Atacama Large Millimeter Array, так происходит не всегда. Это косвенно подтверждает: условия для образования органики в период молодости Земли не уникальны.

 

 

Технологии: искусственный фотосинтез для космонавтов

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 3.

Долгие полёты в космос требуют воздуха, воды и пищи для космонавтов. Понятно, что запасы кислорода (да и всего остального), которые можно взять с собой, ограничены ёмкостью космического корабля. Поэтому важно уметь производить некоторые нужные вещества прямо во время путешествия. Оборудование для синтеза кислорода занимает довольно много места, но природа давно придумала компактный генератор этого живительного газа — лист растения, наполненный хлорофиллом и способный к фотосинтезу. Конечно, выработка кислорода не главная цель фотосинтеза (главная — производство глюкозы), но тем не менее.

Можно, конечно, брать с собой в космос растения, но они занимают много места и требуют ухода. Выходом может стать искусственный лист, способный фотосинтезировать. Впрочем, он уже есть, и даже в нескольких вариантах. Над искусственными листьями работают сотрудники Калифорнийского технологического института, Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца и некоторых других учебных и научных заведений. По своему строению и внешнему виду «листья» мало похожи на настоящие, зато они выполняют свою функцию — разделяют воду на кислород и водород с помощью солнечной энергии. То же самое происходит и на первом (световом) этапе фотосинтеза в растениях. Только вместо системы ферментов в искусственных листьях работают пары электродов, а кислород от водорода отделяется специальной мембраной, чтобы два этих газа снова не образовали воду (помимо всего прочего, эта реакция проходит с мощным взрывом). Кстати, эффективность «листьев» постепенно растёт и уже достигает значений эффективности для настоящего фотосинтеза. А кроме совсем уж технических имитаций листьев есть и красивые, но менее эффективные образцы, похожие на настоящие части растений.

 

 

Медицина:
игра в создателя

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 4.

Люди не боятся создания «дизайнерских листьев», но большинство очень против «дизайнерских детей» — и это несмотря на все утверждения учёных о том, что никто не будет специально изменять гены человека. Шум вокруг «редактирования младенцев» начался весной, когда китайские учёные из Университета Сунь Ятсена представили академическому сообществу статью с описанием попытки отредактировать геном человеческих эмбрионов. Эти эмбрионы в любом случае никогда бы не увидели свет: их признали нежизнеспособными ещё до начала исследования. По сути, это побочные продукты экстракорпорального оплодотворения: они появились в результате слияния одной яйцеклетки и двух сперматозоидов и содержали в себе не два набора хромосом, как должно быть в норме во всех клетках человека (кроме сперматозоидов и яйцеклеток), а три или вовсе два с половиной. Клетки с нечётным и тем более с нецелым числом наборов хромосом почти не способны делиться надвое без проблем: часть генов наверняка «спутается» и попадёт не в то ядро. Тем не менее трипронуклеарные эмбрионы (так по-научному называются использованные китайцами зародыши) выживают некоторое время — пока ошибок, накопившихся при делении составляющих их клеток, не станет слишком много. Обычно это происходит после семи-восьми клеточных делений. 

И всё же клетки могут исправлять ошибки в собственных генах, если таких ошибок немного. Теоретически эта способность должна сильнее проявляться на самых ранних стадиях эмбрионального развития. Собственно, весь эксперимент затеяли с целью это проверить — по крайней мере, так утверждают авторы. Учёные планировали вырезать копию гена, наличие которой вызывает бета-талассемию (наследственное заболевание крови), и заменить эту копию на нормальную. Из 86 зародышей, в которых запустили работу системы ферментов CRISPR/Cas9, выжило чуть больше половины. Нужный ген ферменты вырезали из клеток всего четырёх эмбрионов. Кроме того, в ходе редактирования геномов появлялись незапланированные изменения последовательности ДНК. Далеко не все из них были полезными, к тому же клетки не могли их «починить» и погибли. В общем, из эмбрионов, участвовавших в эксперименте, не получилось бы никаких младенцев — ни больных, ни здоровых.

Таким образом, пока учёные не могут эффективно производить манипуляции, которые приведут к появлению генно-модифицированных детей. Тем не менее описанный эксперимент — первая известная попытка изменить геном человека, пусть и неудачная.

С одной стороны, после китайской публикации манипуляции с генами человеческих эмбрионов хотят запретить во всём мире. С другой стороны, правительство Великобритании разрешило вмешиваться в структуру клеток, из которых получаются дети.

Бывает так, что наследственное заболевание передаётся только по линии матери. Это не обязательно связано с тем, что ген этого заболевания находится в икс-хромосоме (свою единственную икс-хромосому мальчики получают от матери, а девочки «берут» по одной от каждого родителя). Дело в том, что компоненты клеток, называемые митохондриями, содержат свою собственную ДНК. Как и всякая ДНК, она может «сломаться», и тогда мы увидим проявление генетического заболевания. Митохондрии каждый человек получает только от матери. Они есть в яйцеклетке, а в сперматозоиде митохондрий почти нет. К тому же они не попадают в зародыш. Поэтому у всех детей женщины с митохондриальным генетическим заболеванием этот недуг тоже будет. 

Люди уже давно умеют пересаживать на место ядра яйцеклетки ядро какой-нибудь другой клетки. Теоретически ничто не мешает заменить и митохондрии яйцеклетки, благо они в клеточном масштабе довольно большие. Многочисленные эксперименты показали, что это реально и на практике. Начиная с лета 2014 года в британском правительстве шли дебаты о том, можно ли с этической точки зрения пересаживать в зародыш митохондрии от третьего человека. К счастью, в феврале 2015 года спор разрешился в пользу учёных, и абсолютно легальные «дети трёх родителей» могут появиться в Великобритании в самое ближайшее время. Кстати, в США уже живёт девочка с митохондриями от третьего родителя. Ей 15 лет.

 

 

Медицина: новые антибиотики против последствий старых

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 5.

Новые открытия в медицине совершают каждый день, методы лечения постоянно совершенствуют, вот только методы эти не всегда используют в меру. Добавление антибиотиков во всё, что можно и нельзя, привело к появлению бактерий, устойчивых ко всем известным противомикробным средствам. В конце ноября 2015 года учёные сообщили о том, что такие бактерии весьма распространены на территории Китая и Дании — не самых отсталых стран. Найденные микроорганизмы вызывают заболевания мочеполовых путей, желудочно-кишечного тракта и горла. И таких бактерий будет становиться всё больше, если применение антибиотиков не взять под контроль. 

Впрочем, есть один антибиотик, против которого микробы, вероятно, пока не могут устоять. Сообщение о его открытии вышло в самом начале 2015 года, и это первый принципиально новый антибиотик, найденный за последние тридцать лет. Он называется теиксобактин, его производят почвенные микроорганизмы тех штаммов, которые никто раньше не выращивал в лаборатории. Впрочем, с момента находки прошло не так мало времени, а значит, нужно ещё как следует изучить действие теиксобактина на животных: возможно, он даёт какие-то сильные побочные эффекты. Испытания «почвенного антибиотика» на людях начнутся в 2017 году или чуть позже. Получается, до начала медицинского применения теиксобактина (если, конечно, оно состоится) ещё около десяти лет.

 

 

Биология: парк голоценового периода

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 6.

Люди необратимо изменили природу, и не в лучшую сторону. История с бактериями, устойчивыми ко всем антибиотикам, тому пример. Но если бактерии реально угрожают человеку как виду, то животные и растения — нет. А страдают и вымирают именно они. Впрочем, в некоторых случаях ещё есть шанс всё исправить и спасти от смерти тот или иной вид. Будем надеяться, что именно так и произойдёт с черноногим (американским) хорьком. Этот симпатичный зверёк исчез с территории Канады ещё в 1937 году, и в США их тоже почти не осталось. Тем не менее сейчас американцы проводят кампанию по возвращению зверя в дикую природу, и, чтобы ускорить размножение хорька, было решено его клонировать. Но клонирование произвели не простое, а с использованием спермы самцов черноногих хорьков, погибших 10–20 лет назад. Самый старый из них, хорёк по кличке Шрам, был последним представителем своего вида, обитавшим в США в дикой природе (с 1987 по 1991 год эти животные в Штатах жили только в зоопарках и других искусственных местообитаниях). Теперь у него и других давно ушедших на тот свет доноров появилось восемь щенков, и их планируют выпустить на волю.

Клонирование хорьков из замороженных сперматозоидов не просто важное техническое достижение биологии — это ещё и напоминание: нужно собирать генетический материал животных редких видов, чтобы в случае чего не потерять их генофонд окончательно. Расшифровка геномов — это полезно и важно (например, летом полностью расшифровали геном нашего соотечественника, шерстистого мамонта), но она не даёт гарантии, что конкретное животное удастся клонировать: нужны ещё целые клетки наподобие хорьковых сперматозоидов. Впрочем, учитывая, что в этом году в костях динозавров нашли ДНК и белок коллаген, есть основания предполагать, что «парк юрского периода» не за горами. А пока можно довольствоваться и живыми-здоровыми современниками человека в виде черноногого хорька, который потихоньку возвращается в природу. На дворе геологическая эпоха голоцен, и важно сохранить виды, живущие сейчас.

 

 

Общество: ГМО-лосось выходит на американские прилавки

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 7.

Такое ощущение, что в некоторых странах правительство боится нововведений меньше, чем население. Подтверждение тому — решение Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA) по вопросу генно-модифицированной сёмги AquAdvantage. Эта сёмга под торговой маркой AquAdvantage вырастает до размера взрослой особи за 18 месяцев вместо обычных 36 из-за усиленной активности гена, отвечающего за выработку гормона роста — соматотропина. Ген сёмге «пересадили» от близкого родственника — чавычи.

В ноябре 2015 рыбу AquAdvantage разрешили продавать в продуктовых магазинах, потому что не нашли у неё никаких отличий во вкусовых качествах от «натуральной» сёмги. Ко всему прочему, генно-модифицированные лососи не способны размножаться, так что они не занесут свои «искусственные» гены в дикую природу, даже если сумеют сбежать из родного рыбного хозяйства. Что, кстати, маловероятно.

Впрочем, некоторые крупные американские компании всё равно отказываются продавать ГМ-рыбу, так как считают, что покупатели её не примут и доверие к продавцам такой рыбы упадёт. Что ж, время покажет.

 

 

Антропология: коротышки и тайная комната

Самые важные научные открытия 2015 года. Изображение № 8.

Анонсы антропологических находок появляются достаточно часто, но сообщения об открытии новых видов среди них встречаются далеко не каждый год. Нам повезло: именно в 2015-м список близких родственников Homo sapiens пополнился ещё одним человеком. Останки 15 особей Homo naledi нашли в пещере Rising Star не так далеко от места, где 90 лет назад Раймонд Дарт впервые обнаружил кости австралопитека — ребёнка из Таунга. Примечательно, что Homo naledi обнаружили в 2013 году, но научная статья с описанием вида вышла только в 2015-м.

Закономерный вопрос: почему окаменелости так долго пролежали в безвестности в столь хорошо изученном и популярном среди антропологов месте? Дело в том, что у пещеры Rising Star достаточно сложная форма. Она заканчивается большой камерой под названием Dinaledi, которая соединяется с основной частью пещеры узким вертикальным лазом длиной 12 метров и шириной около 20 сантиметров, а до этого лаза нужно преодолеть ещё один — более короткий, но не менее узкий. Найти оба прохода в полной темноте, довольствуясь фонариком, непросто, да и пролезть через них может далеко не каждый. Поэтому антропологи позвали на помощь худых добровольцев максимально низкого роста. Ими стали шесть девушек. Непрофессионалы могли нечаянно испортить ценные окаменелости, поэтому в команду отобрали только дипломированных специалистов в области антропологии и археологии. Они-то и подняли на поверхность более полутора тысяч костей нового вида человека, названного в честь камеры пещеры, в которой этот новый вид нашли. Кстати, коллекция останков Homo naledi — самая крупная на данный момент, и сохранились представители этого вида лучше многих.

Homo naledi отнесли к роду людей (Homo), поскольку у представителей этого вида много «человеческих» черт: взаимное расположение пальцев кисти, стопа как у прямоходящих людей и многое другое. При этом объём черепа Homo naledi более чем скромный — всего около 465–560 кубических сантиметров, то есть чуть больше, чем у шимпанзе. Форма черепа нового вида людей вполне человеческая: в частности, маленькие челюсти, не приспособленные для пережёвывания грубой сырой пищи. Это необычно, поскольку долгое время антропологи считали, что типично человеческие черты развивались у гоминид более-менее одновременно. А тут получается, что сначала появились предпосылки к хождению на двух ногах, рукам для производства орудий и прочему, а уже потом стал расти мозг. Кстати, есть предположение, что небольшой мозг не мешал представителям этого вида устраивать похороны своим родственникам. На костях Homo naledi не нашли следов насильственной смерти, да и следов потоков воды в пещере не обнаружили. То есть останки не были смыты в Dinaledi и не были брошены там хищниками или недоброжелателями.

Находка нового вида человека всегда вызывает массу вопросов, первый из которых: «А это правда новый вид?» Сочетание примитивных и прогрессивных черт в скелете Homo naledi на первый взгляд не внушает доверия. Тем не менее назвать окаменелости подделкой вроде пилтдаунского человека язык не поворачивается: слишком уж много однотипных костей найдено в труднодоступном месте. Ни один шутник не взялся бы за столь сложную мистификацию.