Главные научные открытия 2008 года

В своем традиционном декабрьском списке десяти самых выдающихся научных достижений уходящего года журнал Science на первое место поставил исследования, позволяющие перепрограммировать клетки человеческого тела, меняя их специализацию, изготавливая таким образом клеточные линии "по индивидуальному заказу". Подобные методы обещают дать врачам возможность победы над такими тяжкими недугами, как болезнь Паркинсона и инсулинозависимый диабет.

"Когда авторы и редакторы Science составляют свой список самых многообещающих достижений года, они ищут исследования, которые либо отвечают на вопрос о том, как устроен наш мир, либо прокладывают дорогу к будущим открытиям. Наш нынешний выбор - клеточное перепрограммирование - открывает новую область биологии и дает надежду на спасение многим больным," - поясняет представитель редакции Роберт Кунц (Robert Coontz).

Два года назад исследователи из Японии показали в экспериментах на мышах, что существует возможность "стирать" память клетки, связанную с ее развитием, вернув на свое место всего лишь четыре гена (с помощью несущего их специального вируса). Это удалось группе под руководством профессора Синьи Яманаки (Shinya Yamanaka) из Киотского университета (Kyoto University). После этого возвращенная к своему древнему эмбриональному состоянию клетка может стать основой для любого другого типа клеток. В конце 2007 года Яманаке и американским научным группам удалось добиться того же результата с человеческими клетками (публикации в журналах Cell и Science). В этом году ученые продолжили работу в данном направлении и получили при этом еще более замечательные результаты. Так, две исследовательских группы взяли клетки от пациентов, страдающих множеством различных заболеваний, и повторно "запрограммировали" их, превратив в так называемые стволовые клетки, из которых в принципе можно вырастить любую часть человеческого тела. Преобразованные клетки способны расти и делиться (размножаться) в лабораторных условиях (в отличие от большинства взрослых клеток, которые не поддаются выращиванию в виде отдельной культуры).

Еще одна исследовательская группа не стала возвращать клетки в эмбриональное состояние, а, работая с клетками мыши, преобразовала один из типов взрослых клеток поджелудочной железы (производящих пищеварительные ферменты) непосредственно в другой тип, именуемый бета-клетками (они производят инсулин). Соответствующая статья за подписью Дугласа Мелтона (Douglas Melton) и его коллег опубликована в Nature.

Многие из болезней трудно или невозможно изучить, основываясь лишь на моделировании и на экспериментах с животными, - поэтому и бывает необходимо получать соответствующие линии человеческих клеток. Применение для этого благого дела клеток, изъятых из эмбрионов, порождает этические проблемы и вызывает протесты у различных религиозных групп. Использование для исследования клеток, изъятых у самого пациента, может разрешить этот конфликт.

На втором месте - фотографии планет, обращающихся вокруг иных звезд, полученные в оптическом и инфракрасном диапазонах. Эти достижения стали возможными благодаря современным телескопам и специальным методам, позволяющим выделять слабый свет планет на фоне яркой засветки от родительских звезд.

Космический телескоп NASA "Хаббл" (Hubble) сфотографировал планету у гиганта Фомальгаута (HD 216956) - самой яркой звезды в созвездии Южной Рыбы и одной из ярчайших звезд на всем земном небосклоне (Фомальгаут находится от нас на расстоянии 25 световых лет). По массе Фомальгаут примерно вдвое превосходит Солнце. Автором открытия стала группа американского астронома Пола Каласа из Калифорнийского университета в Беркли. Имеется уже две фотографии экзопланеты, полученные в 2004 и 2006 годах, которые свидетельствуют о том, что планета движется по орбите в полном соответствии с законами небесной механики. За 21 месяц сдвиг был именно таким, как и положено планете, находящейся на 872-летней орбите на расстоянии 119 астрономических единиц от светила (1 а.е. примерно равна 150 миллионам километров). Новооткрытая планета (Фомальгаут b), вероятно, близка по массе к Юпитеру, но при этом удалена от своей звезды в четыре раза дальше, чем Нептун от Солнца.

Из-за относительно низкой массы и удаленности орбиты этот объект не мог быть обнаружен более привычными на сегодняшний день методами. Открытие планеты у Фомальгаута в оптическом диапазоне стало своего рода неожиданностью, поскольку произошло лишь благодаря ее исключительной яркости (объект, надо думать, обладает очень высоким альбедо – отражательной способностью). Сообщение об открытии обнародовано 14 ноября 2008 года в журнале Science. Еще в одной статье в Astrophysical Journal дополнительно анализируется взаимодействие между планетой и пылевым диском Фомальгаута с тем, чтобы произвести оценку массы планеты. Не исключено также, что в системе Фомальгаута вскоре отыщется по крайней мере еще одна планета.

Все предыдущие сообщения о получении фото экзопланет имели один существенный недостаток: за планету могли принять более массивный коричневый карлик, который на самом деле представляет собой неудавшуюся звезду (массой свыше 13 масс Юпитера) и на ранних этапах жизни ярко светится в инфракрасном диапазоне. Поэтому только сейчас можно с уверенностью утверждать, что получена фотография инозвездной планеты.

Примечательно, что практически одновременно с этой работой стало известно и еще об одном достижении, когда с помощью крупнейших гавайских наземных телескопов Keck II и Gemini North, способных работать в инфракрасном диапазоне, группе астрономов из Канады, США и Великобритании под руководством Кристиана Маруа из канадского Института астрофизики имени Герцберга удалось получить фотографии сразу трех планет у еще одной гигантской звезды - HR 8799 из созвездия Пегаса, которая удалена от нас на 130 световых лет (публикация в том же журнале Science). Каждый из этих объектов (находящихся на расстояниях 25, 40 и 65 астрономических единиц от звезды) в 5-13 раз превышает массу Юпитера. Если их планетная природа в свою очередь подтвердится, то речь можно будет вести не только об очередных снимках экзопланет, но и о первых прямых наблюдениях инозвездных мультипланетных систем.

Не прошло и двух недель после обнародования информации об открытии планеты у Фомальгаута и у HR 8799, как стало известно о новом достижении: французским астрономам под руководством Анн-Мари Лагранж из Гренобльской обсерватории удалось получить изображение экзопланеты, расположенной к своей родительской звезде ближе, чем какая-либо иная планета на других подобных снимках. Речь идет об уже хорошо изученной молодой звезде - Бете Живописца (второй по яркости в созвездии Живописца), находящейся от нас на расстоянии около 63 световых лет. Новообнаруженный объект также корректнее пока называть кандидатом в планеты, поскольку еще предстоит подтвердить, что это не коричневый карлик и не фоновая звезда. Последнее, впрочем, почти исключено, поскольку вероятность того, что посторонний объект окажется столь близким (спроецируется на орбиту, по размерам чуть меньше орбиты нашего Сатурна, 8 а.е.), чрезвычайно мала.

Наконец, можно вспомнить еще и о том, что в сентябре 2008 года три канадских астронома из Торонтского университета объявили, что им, возможно, удалось получить первую фотографию планеты, обращающейся возле звезды, похожей на Солнце. Новое достижение стало реальностью благодаря использованию Gemini North и системы адаптивной оптики. Помимо снимка (в инфракрасном диапазоне) окрестностей молодой звезды 1RXS J160929.1-210524, находящейся о нас приблизительно в полутысяче световых лет в направлении на созвездие Скорпиона, были получены также спектральные данные, подтверждающие планетарную природу компаньона, масса которого приблизительно в восемь раз превышает массу Юпитера. Расстояние от новообнаруженного объекта до родительской звезды - 330 а.е. ("крайняя" планета в Солнечной системе - Нептун - удалена от Солнца всего на 30 а.е.). Родительская звезда спектрального класса K7 по своей массе лишь немногим уступает Солнцу (85%), однако гораздо моложе его - ей всего 5 миллионов лет. Ведущий автор соответствующей статьи в Astrophysical Journal Letters - Давид Лафреньер (David Lafrenière).

На третьем месте в списке Science - расширение каталога генов рака. Изучая генетический состав различных раковых клеток, включая клетки рака поджелудочной железы и глиобластомы (одной из самых злокачественных опухолей мозга), исследователи выявили множество мутаций, которые снимают ограничения на деление клеток и открывают путь к развитию раковых опухолей.

Высокотемпературные сверхпроводники - то есть материалы, сквозь которые электричество проходит без всякого сопротивления, причем при высоких температурах, - стали четвертой научной темой, отмеченной Science. В 2008 году японскими специалистами было обнаружено целое новое семейство высокотемпературных сверхпроводников на основе железа (а не меди с кислородом, как прежде).

На пятом месте - предсказание структуры белков, что очень важно для поиска новых лекарств. Биохимики научились с помощью компьютерного моделирования предсказывать, что получится в результате взаимодействия белка с теми или иными малыми молекулами.

Возобновляемые источники энергии также получили титул "героев года". Удалось отыскать многообещающий новый способ хранения избыточного электричества, производимого с помощью энергии ветра и солнечных батарей. Сравнительно простой катализатор на основе соединения фосфора и кобальта может использовать электрическую энергию для того, чтобы расщеплять молекулы воды, высвобождая водород, который, в свою очередь, способен питать топливные элементы, производя вновь электричество, когда оно потребуется (например, в безветренную и пасмурную погоду).

На седьмом месте - видео из жизни эмбрионов. В 2008 году германским исследователям удалось пронаблюдать в беспрецедентных деталях своеобразный "танец" клеток развивающегося эмбриона рыбешки - популярного среди ученых и аквариумистов данио рерио. Была сделана детальная запись и проанализирован весь этот своеобразный "кинофильм", который позволяет проследить за поведением примерно 16 тысяч отдельных клеток, в результате всего образующих единый эмбрион к концу первого дня его развития.

Исследование, предлагающее новые подходы к решению проблемы ожирения, которая заботит довольно большую часть человечества, поставлено на восьмое место. Ученые обнаружили возможность взаимопреобразования "хорошего" бурого жира, который "утепляет" нас в холода и "плохого" белого жира, скапливающегося в виде неприятных отложений.

На девятом месте - также проблема веса. Правда, на этот раз веса не собственного живота, а всей Вселенной. Путем кропотливых подсчетов группа германских физиков и компьютерщиков сумела показать, что так называемая Стандартная модель, которая описывает поведение всех известных элементарных частиц в видимой Вселенной, может предсказать также и массу протонов и нейтронов.

И наконец на десятом месте - прогресс в области секвенирования геномов, позволяющий проводить генетический анализ более дешевыми и быстрыми методами. Благодаря этому были изучены (хотя бы частично) геномы многих созданий Земли - от вымерших мамонтов до людей, болеющих раком. А в будущем все это обещает еще более радужные перспективы...

В обзор Science не вошло упоминание о научном проекте, который чаще всего фигурировал в этом году на страницах популярных изданий и вызвал самую бурную реакцию среди широких масс. Мы имеем в виду строительство Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider - LHC) Европейского центра ядерных исследований (CERN, ЦЕРН) в Женеве. Его отсутствие в Топ 10 вполне объяснимо - от коллайдера пока еще не получено никаких значимых результатов, да и в связи с поломками сам запуск установки в рабочем режиме отложен по крайней мере до лета следующего года. Тем не менее журнал Time, составлявший аналогичный список научных достижений года, не только упомянул LHC, но и поставил его на самое первое место. А журнал Nature присвоил руководителю проекта звание ньюсмейкера года.

Не попал в список Science и марсианский спускаемый аппарат "Феникс" (Phoenix Mars Lander), удостоенный журналистами Time второго места. Вероятно, это также связано с временным отсутствием значимых научных публикаций, посвященных "Фениксу".

С Марсом было связано и много других интересных работ. Это и продолжающаяся "одиссея" марсоходов Spirit и Opportunity, и снимки орбитального марсианского разведчика MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), и исследования европейского аппарата "Марс-Экспресс" (Mars Express), и многое другое.

Исследования Солнечной системы, конечно, не ограничивались одним лишь Марсом. Несколько значимых результатов было получено европейским аппаратом "Венера-Экспресс", запущенным с Байконура и содержащим ряд российских приборов. Исследования Меркурия (американским космическим зондом MESSENGER), возобновленные после 30-летнего перерыва, также принесли несколько интересных открытий. В системе Сатурна продолжает трудиться американский зонд "Кассини" (Cassini). Помимо самого Сатурна и его крупнейшего спутника Титана большой интерес ученых вызвала небольшая сатурнианская луна Энцелад, выбрасывающая в космос ледяные фонтаны и, по-видимому, обладающая подледным океаном.

На отдаленных рубежах Солнечной системы продолжаются исследования пояса Койпера. В этом году о нем говорили главным образом в связи с кодификацией, проводимой Международным астрономическим союзом. Теперь получили свои окончательные наименования крупнейшие из известных транснептуновых объектов - Хаумеа (Haumea) и Макемаке (Makemake). Продолжает свой полет к Плутону американский зонд "Новые Горизонты". Продолжились и исследования самой отдаленной границы Солнечной системы - там, где солнечный ветер сталкивается с межзвездной средой, порождая ударную волну.

К исследованиям ближайшего к Земле небесного тела - Луны - активно подключились азиатские государства: к Японии и Китаю, выславшим на окололунную орбиту автоматические зонды, занимавшиеся картографированием нашей соседки, присоединилась теперь и Индия. Серьезных успехов достигли астрономы, проводившие мониторинг околоземного пространства на предмет выявления опасных астероидов и крупных метеоритов. В начале октября впервые удалось предсказать падение болида, вошедшего в земную атмосферу над Суданом.

Новые открытия в дальнем космосе связаны с американским спутником Swift (ловцом гамма-всплесков). Так, впервые зарегистрирован гамма-всплеск, видимый невооруженным глазом (в исследованиях послесвечения от этого события отличились, в частности, российские и польские ученые). Кроме того, в начале года появилась информация об обнаружении самого удаленного из известных коротких гамма-всплесков. Продолжились также активные поиски карликовых галактик, скрывающихся среди россыпи звезд Млечного пути. За последние годы удалось фактически удвоить число известных спутников нашей Галактики, и немалую роль в этом деле сыграла группа, руководимая нашим соотечественником Василием Белокуровым, работающим в Кембриджском университете (University of Cambridge).

Несколько интересных сообщений было связано с погружением в тайну темного вещества. Особой ясности в этом "темном" вопросе не наступило, однако появилась надежда, что эксперименты вроде PAMELA и DAMA/Libra (также проводимые при участии наших ученых) в конце концов позволят осуществить прямую регистрацию неуловимых частиц. 

Возвращаясь из космоса на нашу Землю, вспомним, что в этом году состоялось немало новых антропологических открытий; идентифицировано несколько новых видов динозавров; проводились революционные исследования древнейших обитателей планеты, живших еще в докембрийскую эру... Несколько громких археологических находок было сделано на территории Израиля, Египта и Греции. Необычайно плодотворным оказался союз специалистов по компьютерной технике и нейробиологов, сумевших создать первые работоспособные прототипы интерфейса "компьютер-мозг".

Есть и такие итоги года, которые совсем не радуют. Лженаука, как известно, способна принимать самые разные обличья. Встречаются случаи вполне очевидные - обман, который действует лишь на самую неискушенную публику. Есть банальные подлоги, которые просто не сразу раскрываются... И может быть самым разрушительным образом на доверии общества к науке и на доверии к исследовательской работе внутри самого научного сообщества сказываются малозаметные на первый взгляд манипуляции с данными и внесение неоправданных допущений, которые иногда проходят сквозь "сито" научного рецензирования. На публику такие вещи выносятся, не утратив "законного" статуса научного открытия, а при этом несут в себе ту червоточину, которая рано или поздно все равно выявится и все испортит. Весьма неприятное впечатление в этом году осталось от нескольких работ, которые явно претендовали на статус "достижения года", победным маршем прошли по страницам вполне приличных популярных изданий, а потом оказались пустышками: чем больше в них всматривались, тем хуже там все выглядело... Это, например, история с тираннозавровым коллагеном. Семь пептидов, идентифицированных как фрагменты коллагена тираннозавра научной группой во главе с Мэри Швейцер (Mary Schweitzer), слишком вольно "поигравшей" с неоправданно скромным набором данных, были сопоставлены с коллагенами куриц и страусов, в результате чего якобы нашли корреляции, говорящие в пользу эволюционного развития птиц из динозавров... В результате теория происхождения птиц из динозавров, конечно, не стала более сомнительной, однако негодные методы доказательств невольно нанесли урон репутации всех ученых, работающих в этой области.

Досадно также было обнаружить на поприще "разжигателей антиколлайдерной истерии" уважаемых российских математиков, которые путем довольно безответственных манипуляций с формулами предсказали своеобразное "начало Вечности": то есть появление в момент запуска Большого адронного коллайдера "червоточин" и чуть ли не пришельцев из будущего (правда, пришельцев во всей их красе придумали уже журналисты). Статья так и называется - "Time Machine at the LHC". Суть в том, что червоточины - этакие родственники черных дыр (среди отечественных научных популяризаторов утвердился термин "кротовые норы"), возникшие в момент запуска коллайдера и позволяющие практически мгновенно перемещаться на сверхдальние расстояния, могут (по мнению авторов статьи) действовать одновременно и как натуральные машины времени, позволяющие путешествовать в прошлое или будущее с нарушением причинно-следственных связей. Разумеется, сами Ирина Арефьева и Игорь Волович из Математического института имени Стеклова не стремились сознательно эпатировать публику, да и их коллеги, при всем своем недоверии, отмечают, что "по существу придраться там не к чему" (то есть работа с формальной точки зрения имеет право на опубликование). Просто с научной добросовестностью очень плохо сочетается соблазн получения прежде всего эффектного результата. Ведь хочется первым обнародовать что-то нетривиальное, вот и закрываются глаза на то, что искусственно сконструированная экзотика всего лишь формально не противоречит современным данным, при этом оставаясь весьма и весьма надуманной. Чтобы "подогнать" природу под нужный результат, потребуется принять целый ряд странноватых гипотез о природе гравитации, которые, по мнению большинства современных физиков-теоретиков, все-таки никогда не станут реальностью (см. блог физика-теоретика Игоря Иванова). "Классические" червоточины непременно должны оказаться стабильными, экзотическая материя внутри них должна обладать антигравитационными свойствами, квантовая гравитация должна проявлять себя уже на порядках терраэлектронвольт и т.д.

Множество подобных случаев заставило соответствующие научные организации (например, European Science Foundation - ESF) заговорить о многоуровневом разложении внутри всего научного сообщества и - это уже хорошая новость - решиться объявить ему бескомпромиссную войну. Для того, чтобы приструнить ученых-мошенников, предполагается разработать особый этический кодекс, ну а его нарушителей не только лишать субсидий, но и заносить в специальную единую международную базу данных. Участники "антимошеннической" конференции убеждены в том, что без подобных действий наука вскоре окончательно утратит тот лимит доверия, что отпущен ей обществом. По некоторым оценкам, до половины исследователей когда-либо "кривили душой", так что борьба эта обещает быть длительной и напряженной, но, будем надеяться, не совсем уж безнадежной...

Между тем в российской и зарубежной прессе бурно обсуждались и освещались темы, пусть и имеющие прямое отношение к науке, но никем не называемые в числе основных научных достижений года. Мы имеем в виду не только многомесячное ожидание запуска БАК, но и полное солнечное затмение, наблюдаемое этим летом на территории Сибири, и столетие знаменитого Тунгусского метеорита...

Интерес читателей к научной тематике явно возрос, появилось несколько новых изданий, нацеленных на то, чтобы интерес этот удовлетворять (в числе которых газета "Троицкий вариант", новостной проект infox.ru и др.), заметно расширились и улучшили свою работу уже существующие научно-популярные разделы. Все это, конечно, не может не радовать. Будем надеяться, что наступивший кризис со всеми этими начинаниями не расправится.

Максим Борисов