CRISPR, гравитационные волны, вода на Марсе: Десятилетие открытий

На фотографии, предоставленной Европейской южной обсерваторией 10 апреля 2019 года, была изображена первая фотография черной дыры и ее огненного ореола, которую один из ведущих ученых проекта назвал «прямым доказательством их существования».

От поиска жизни на Марсе до прорывов в области генного редактирования и развития искусственного интеллекта – в этой статье мы расскажем про шесть основных научных открытий, которые ознаменовали прошедшее десятилетие, и про то, что — по мнению ведущих экспертов — может произойти дальше.

Мы одни?

До сих пор неизвестно, существовала ли когда-нибудь жизнь на Марсе, — но благодаря маленькому шестиколесному роботу мы знаем, что Красная планета была пригодна для жизни.

Вскоре после приземления 6 августа 2012 года, вездеход «Кьюриосити» обнаружил округлую гальку — новое доказательство того, что реки протекали там миллиарды лет назад. С тех пор доказательств стало больше, показывая, что на Марсе действительно было много воды — поверхность была покрыта горячими источниками, озерами, и, возможно, даже океанами.


Вскоре после приземления 6 августа 2012 года, вездеход «Кьюриосити» обнаружил округлую гальку — новое доказательство того, что реки протекали там миллиарды лет назад.

Кьюриосити также обнаружил то, что НАСА назвало строительными блоками жизни. Речь идет о сложных органических молекулах, найденных на поверхности красной планеты в 2014 году.

Охота за признаками того, что мы не одиноки во Вселенной (ну, или не всегда были одиноки), продолжается.  В следующем году будут запущены два новых вездехода – Американский «Марс 2020» и Европейская «Розалинда Франклин» отправятся на поиски внепланетных древних микробов. В ближайшее десятилетие исследования на Марсе перейдут из стадии «Был ли Марс пригоден для жизни?» к вопросу «Поддерживал ли (или поддерживает) Марс жизнь?», — рассказала Эмили Лакдавалла, геолог из «Планетарного общества».

Эйнштейн был прав

Мы долго считали маленький уголок Вселенной, который мы называем домом, уникальным явлением, но наблюдения, полученные благодаря космическому телескопу Кеплера, развеяли эти притязания.

Запущенная в 2009 году миссия Кеплера помогла идентифицировать более 2600 планет, называемых экзопланетами. И это только начало: звезд великое множество, и у мноих из них есть планеты, а значит их общее количество будет превышать миллион. Преемник Кеплера TESS был запущен НАСА в 2018 году для изучения потенциала внеземной жизни. Более детальный анализ химического состава атмосферы этих планет ожидается в 2020-х годах, и существует ненулевой шанс, что некоторые их них окажутся пригодными для жизни.


Преемник Кеплера TESS был запущен НАСА в 2018 году для изучения потенциала внеземной жизни.

Мы также получили первое представление о черной дыре в этом году благодаря новаторской работе в рамках сотрудничества с телескопом Event Horizon Telescope.

«Я предсказываю, что к концу следующего десятилетия мы будем снимать высококачественные фильмы о черных дырах в реальном времени, которые покажут не только то, как они выглядят, но и то, как они действуют на космической сцене», — сказал Шеп Доулман (Shep Doeleman), директор проекта, в интервью AFP.

Но одно событие прошедшего десятилетия, несомненно, стоит над остальными: обнаружение гравитационных волн, пульсирующих в ткани Вселенной 14 сентября 2015 года.

Столкновение двух черных дыр 1,3 миллиарда лет назад было настолько мощным, что распространило волны по всему космосу, которые изгибают космос и движутся со скоростью света. В то утро они наконец достигли Земли.

Это явление было предсказано Альбертом Эйнштейном в его теории относительности, и вот возникло доказательство того, что он был прав все это время. Три американца получили Нобелевскую премию по физике в 2017 году за работу над проектом. С тех пор было обнаружено гораздо больше гравитационных волн.

Космологи тем временем продолжают обсуждать происхождение и состав Вселенной. Невидимая темная материя, составляющая ее подавляющее большинство, остается одной из величайших головоломок, которые предстоит решить.

«Мы умираем от желания узнать, что она из себя представляет», — поделился космолог Джеймс Пиблз, который в этом году получил Нобелевскую премию по физике.

Добро пожаловать в эру CRISPR

Короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами (CRISPR) — семейство последовательностей ДНК. Термин, который сложно произнести – язык сломаешь.

Однако историю биомедицины теперь можно разделить на две эпохи, одна из которых сформировалась в течение последнего десятилетия: до и после CRISPR-Cas9 (или CRISPR для краткости), основы технологии генного редактирования.

«Основанное на CRISPR редактирование генов стоит выше всех остальных», — сказал AFP Уильям Келин, лауреат Нобелевской премии по медицине 2019 года.

В 2012 году Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна сообщили, что они разработали новый инструмент, который использует иммунную систему защиты от бактерий для редактирования генов других организмов.  Она намного проще, чем предыдущая технология, дешевле и доступна для использования в небольших лабораториях. Шарпантье и Дудна были удостоены наград, однако технология еще далека от совершенства и может создавать непреднамеренные мутации.

Эксперты полагают, что нечто подобное могло произойти с китайскими близнецами, родившимися в 2018 году. Вы наверняка слышали об этом событии, ведь дети появились на свет в результате генного редактирования, выполненной исследователем, который был широко раскритикован за игнорирование научных и этических норм.

Тем не менее, CRISPR остается одним из крупнейших научных прорывов последних лет, и в будущем нас ждет активное применение данной технологии для борьбы с человеческими болезнями.

Иммунотерапия на передовой

Десятилетиями врачи владели тремя основными средствами борьбы с раком: хирургией, химиотерапевтическими препаратами и облучением.

В 2010-е годы появилась четвертая, которая долгое время вызывала сомнения: иммунотерапия или использование собственной иммунной системы организма для поражения опухолевых клеток.

Один из самых передовых методов известен как Т-клеточная терапия CAR, при которой Т-клетки пациента — элемент его иммунной системы — извлекаются из его крови, модифицируются и возвращаются в организм.

Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна помогли совершить революцию в биомедицине, разработав метод редактирования генов на основе CRISPR.

С середины 2010 года на рынке появилась волна лекарств от все большего количества видов рака, включая меланомы, лимфомы, лейкемии и рака легких, что, как надеются некоторые онкологи, может стать золотой эрой в борьбе с болезнью.

По мнению Уильяма Кэнса, научного директора Американского онкологического общества, следующее десятилетие даст начало новым иммунотерапиям, которые будут эффективнее и дешевле, чем нынешние.

Познакомьтесь с родственниками

Десятилетие началось с важного нового дополнения к семейному древу человечества: Денисовцы, названные в честь Денисовой пещеры в Алтайских горах Сибири.

В 2010 году ученые провели секвенирование ДНК кости пальца подростка-самки и обнаружили, что она генетически отличается как от современных людей, так и от неандертальцев — самых известных древних родичей человека, живших рядом с нами около 40 000 лет назад.

Считается, что новый загадочный вид проживал в области от Сибири до Индонезии, но единственные его останки были найдены в Алтайском регионе и Тибете. Также оказалось, что наши дальние родственники не были брутальными простаками, как предполагалось ранее. Отпечатки рук в испанской пещере, считавшиеся результатами ремесла, были признаны художественными работами. Они носили украшения и хоронили своих умерших с цветами, так же как и мы.


Отпечатки рук в испанской пещере, считавшиеся результатами ремесла, были признаны художественными работами.

Затем появился Homo naledi, останки которого были обнаружены в Южной Африке в 2015 году, в то время как в этом году палеонтологи классифицировали еще один вид, найденный на Филиппинах: малоразмерного Homo luzonensis.

Прогресс в тестировании ДНК привел к революции в способности упорядочивать генетический материал, которому десятки тысяч лет, помогая разгадать пути древних миграциё, такие как перемещения пастухов бронзового века, покинувших степи 5000 лет назад, распространив индоевропейские языки на Европу и Азию.

«Это открытие привело к революции в нашей способности изучать эволюцию человека и то, каким образом мы стали такими, какие есть сейчас», — подытожил Вагиш Нарасимхан, генетик из Гарвардской медицинской школы.

Одним из захватывающих новых направлений на следующее десятилетие является палеопротеомика, которая позволяет ученым анализировать кости миллионной давности.

«Используя эту технику, можно будет рассортировать многие окаменелости, эволюционное положение которых неясно», — сказала Аида Гомес-Роблес (Aida Gomez-Robles), антрополог из Университетского колледжа Лондона.

Развитие искусственного интеллекта

Начало машинному обучению — тому, что мы чаще всего имеем в виду, говоря об «искусственном интеллекте», — было положено за прошедшее десятилетие.

Используя статистику для выявления закономерностей в огромных массивах данных, машинное обучение сегодня предоставляет море возможностей, начиная голосовыми помощниками и заканчивая рекомендациями на Netflix и Facebook.

Так называемое «глубинное обучение» еще больше детализирует этот процесс и ИИ начинает подражать некоторым особенностям человеческого мозга.

Это технология стоит за самыми яркими прорывами десятилетия: от AlphaGo от Google, который победил чемпиона мира по Go в 2017 году, до появления голосового перевода в реальном времени и продвинутого распознавания лиц в Facebook.

«Безусловно, самым большим прорывом в 2010-е годы стало глубинное изучение — открытие того, что искусственные нейронные сети можно применить ко многим реальным задачам», — сказал Генри Каутц (Henry Kautz), профессор информатики в Университете Рочестера.

«Я думаю, что в прикладных исследованиях ИИ обладает потенциалом, позволяющим использовать новые методы для научных открытий — от повышения прочности материалов до открытия новых лекарств и даже совершения прорывов в физике,»- говорит Каутц.

Для Макса Джадерберга, ученого-исследователя из DeepMind, принадлежащей головной компании Google Alphabet, следующий большой скачок будет совершен с помощью «алгоритмов, которые могут научиться получать информацию, быстро адаптироваться и усваивать ее, а также действовать, основываясь на полученных знаний». Принципиальное отличие будет заключаться в независимости от людей, подпитывающих их правильными данными.

Это может в конечном итоге проложить путь к » глобальному искусственному интеллекту», или машине, способной выполнять любые задачи, словно человек, вместо того, чтобы преуспевать в выполнении одной функции.

Современный мир живёт современными технологиями, а нас ждет множество прорывов в различных сферах науки. С доменом .technology для вашего веб-сайта можете быть уверены, что вы будете процветать в этом мире технического прогресса.