В уходящем году ученые "поймали" галактику из темной материи, сделали электронный мозг, завели автомобиль силой мысли и изготовили нестареющие дрожжи. "Огонек" представляет самые важные научные достижения
1. Физика
Преодолена скорость света
Главным научным прорывом 2011 года стало заявление команды ученых из ЦЕРНа о том, что ими зафиксировано преодоление скорости света. Парадокс состоит в том, что, согласно общепринятым физическим законам и многочисленным опытам, это невозможно. Скорость 299 792 458 метров в секунду в нашей Вселенной считается предельно возможной. Каково же было удивление физиков, когда оказалось, что нейтрино-частицы без заряда и с незначительной массой прибывают в детектор на 60 наносекунд раньше, чем положено по теории, то есть движутся быстрее света в вакууме. В ходе двухгодичного эксперимента исследователи пропускали нейтрино через земную кору — из лаборатории ЦЕРНа в лабораторию Гран-Сассо. Первые полученные данные долгое время считались погрешностью или ошибкой, но сегодня подобных "ошибок" зафиксировано уже более чем 16 тысяч. Тем не менее ученые были бы рады, если бы их открытие подтвердилось другим независимым исследованием, что крайне проблематично в связи с дороговизной установок. Пока же физики приступили к поиску новых закономерности и объяснений, которые смогу вписать "сверхсветовые" способности нейтрино в существующую картину мира.
2. Космология
Темный мир
Физики давно догадывались, что движение нашей Галактики подвергается воздействию некоего объекта-невидимки, но где именно скрывается этот загадочный сосед, до настоящего времени было неизвестно. В 2011 году ученые из Калифорнийского университета в Беркли доказали, что у Млечного Пути действительно имеется галактика-спутник, которую назвали Галактика Икс. Ее масса — около 10 млрд Солнц, состоит она, по-видимому, целиком из темной материи и располагается в 260-300 тысячах световых лет от центра нашей родной Галактики. Как известно, увидеть темную материю в телескопы нельзя — это таинственное образование практически не отражает свет. Зато, как оказалось, можно проследить его гравитационное влияние на облака газообразного водорода, разбросанные между звездами на окраинах Вселенной. Ученые сравнили это со следом, который оставляет за собой в море большой корабль. Именно такой хорошо различимый гравитационный след обнаружили американские астрономы. Позже ученые проделали подобные вычисления и для уже известных объектов во Вселенной. Открытие Галактики Икс поможет решить давнюю проблему "нехватки массы" во Вселенной - дело в том, что по расчетам у Млечного Пути должно быть намного больше карликовых галактик-спутников, чем есть на самом деле. Этот феномен и объясняется наличием именно таких невидимых образований.
3. Геронтология
Остановить старение
Прошедший год принес целую череду открытий в области борьбы со старением. Одной из самых значительных стала работа ученых из Массачусетского технологического института, которые нашли ген NDT80 с уникальными свойствами: он отвечает за сброс клеточных часов, отмеряющих старение клетки. Биологи изучали циклы жизни и размножения таких незамысловатых созданий, как дрожжи. Согласно исследованию, чем старше становится клетка дрожжей, тем больше в ней накапливается "мусора" — лишних фрагментов ДНК, неправильных клеточных белков, а также аномальных структур в ядрышке. Но когда такая старая клетка начинает размножаться, то в дочерней клетке удивительным образом происходит процесс, обратный старению: часы словно сбрасываются на ноль. Ученые установили, что во время этого сброса активируется некий ген NDT80, и затем стимулировали его работу в старой, не способной к размножению клетке. Это принесло неожиданный эффект: клетка не только прожила вдвое больше обычного, но и исправила возрастные поломки в ядрышке. Это открытие, возможно, откроет новый путь к омоложению организмов, в том числе и человека.
4. Астрономия
Вода в космосе
В октябре 2011 года ученые впервые обнаружили земную воду на комете. Это подтвердило давнюю гипотезу о том, что именно кометы могли быть причиной зарождения жизни на нашей планете. Небольшую комету Хартли исследовали с помощью телескопа "Гершель", который сделал более 10 тысяч снимков в разных спектрах. На них оказалась запечатлена глыба, похожая на большой арахис, с шлейфом частиц из льда. Проведя измерения, ученые доказали, что изотопный состав воды на Хартли идентичен земной океанской воде. Интересно, что до этого ученые уже искали земную воду на шести кометах и каждый раз неудачно. В связи с этим было даже выдвинуто предположение, что воду на Землю все-таки принесли астероиды. Но теперь все встало на свои места. По мнению ученых, все исследованные ранее кометы происходили из так называемого облака Оорта, которое сформировалось на дальних окраинах нашей Галактики, за газовыми гигантами Нептуном и Ураном. Большинство объектов здесь состоит из аммиачных и метановых льдов. Комета Хартли происходит из другой части Солнечной системы — из пояса Койпера, который находится перед облаком Оорта.
5. Биология
Неорганическая жизнь
Пока мировое сообщество обсуждало прошлогоднюю новость о создании живой синтетической клетки, в 2011 году ученые из Университета Глазго доказали принципиальную возможность совсем другой формы существования. Оказывается, неорганические соединения способны самовоспроизводиться и эволюционировать так же, как это делают клетки из органических веществ. Подобное заявление открывает сразу два горизонта для ученых: во-первых, мы приближаемся к пониманию того, как неорганическая жизнь смогла превратиться в органическую, во-вторых, становятся более реальными теории о существовании во Вселенной жизни, не основанной на углероде. На сегодняшний день химикам удалось создать некоторое подобие неорганической клетки со свойствами, напоминающими живой организм. Для этого нужно было выполнить несколько условий, например создать границу клетки, через которую она бы взаимодействовала с внешним миром. Такую мембрану удалось построить из уникального класса материалов, называемых "катионообменные полиоксометаллаты". Они отличаются способностью практически полностью менять свои свойства в зависимости от окружающей среды. Другим достижением можно считать созданную внутри такой клетки окислительно-восстановительную деятельность — основной двигатель для безуглеродной формы существования.
6. Медицина
Самозалечивающаяся печень
Российские ученые из НИИ фармакологии Сибирского отделения РАМН изобрели вещество, способное бороться с ранее неизлечимым недугом — циррозом печени. Врачам хорошо известно, что лечить печень намного сложнее, чем многие другие органы, потому что она представляет собой целую биохимическую фабрику по выработке множества незаменимых ферментов. Каким образом происходят эти процессы, до конца неизвестно. При циррозе печени незаменимая печеночная ткань перерождается в фиброзную соединительную ткань, что долгое время считалось необратимым процессом, потому что все существующие лекарства могут лишь приостановить его. И вот новосибирским фармацевтам в результате 10-летнего исследования удалось создать новое вещество — иммобилизированный гиалуронат-эндо-N-ацетилгексозаминидаза (имГЭАГА), которое не только останавливает процесс фиброза, но и восстанавливает клетки печени. Механизм действия будущего лекарства основан на стимуляции стволовых клеток. Известно, что при поражении печени организм пытается восстановить ее именно с помощью стволовых клеток, которые есть как в самой печени, так и в своеобразном "депо" — в костном мозге человека. Стволовые клетки, способные перерождаться в любые другие, при необходимости становятся печеночными, "залатывая" пораженные участки.
7. Фармакология
Антибиотик для вирусов
Как известно, антибиотики воздействуют только на бактерии, вирусы к этому классу лекарств совершенно равнодушны, так как они кардинально отличаются по своему строению. Давней мечтой ученых является создание "антибиотиков" для вирусов. Подобное решение удалось найти ученым из лаборатории Линкольна при Массачусетском технологическом институте. Работая над проблемой, авторы исследования обратили внимание на природные механизмы клеточной защиты. Дело в том, что организм самостоятельно опознает пораженную клетку, например злокачественную, и запускает в ней процесс самоубийства. Правда, когда речь идет о вирусе, он со временем "обманывает" организм, и тот перестает "узнавать" вредную деятельность.
Биологам удалось создавать особое вещество, которое опознает клетки, зараженные любым типом вируса, и убивает их, останавливая распространение инфекции. Если же клетка здоровая, то вещество просто выводится из нее обратно. На сегодняшний день ученые успешно протестировали новое средство на 15 видах вирусов, включая обычные ОРВИ, вирус гриппа H1N1 и вирус полиомиелита.
8. Кибернетика
Мысль вместо руля
Первый автомобиль, управляемый силой мысли, разработали в этом году немецкие инженеры и программисты. За основу был взят типичный "Фольксваген Пассат", который после переделки стал напоминать машину из будущего. Автомобиль оборудовали множественными датчиками и камерами, в том числе лазерными и микроволновыми радарами с круговым обзором, которые предупреждают обо всех транспортных средствах на расстоянии до 200 метров. Основная часть команды — группа искусственного интеллекта Свободного университета Берлина — разработала первичный интерфейс "человек — автомобиль". Для управления машиной водителю понадобится специальная шапочка с 16 встроенными сенсорами, которые считывают напряжение в разных частях мозга и передают информацию на бортовой компьютер. Разработчики говорят, что, конечно, точно прочитать мысль человека пока невозможно, но программное обеспечение "умеет" интерпретировать различную картинку активности мозговых волн как команду. Испытания, проходившие на территории ныне не работающего аэропорта Темпельхоф, показали, что сегодня, хотя и с заметным отставанием, с помощью мысли удается заводить автомобиль, трогаться с места и поворачивать.
9. Химия
Новая форма материи
Нобелевскую премию 2011 года получил израильский химик Дан Шехтман за открытие квазикристаллов — новой формы материи с необычными свойствами. Об этой форме организации структуры твердых тел долгое время ничего не было известно. В 1982 году Шехтман впервые случайно получил подобный образец — он нашел квазикристаллы в быстро охлажденном сплаве алюминия и марганца. Правда, их структура в виде гигантского 20-гранника настолько отличалась от всего известного ранее, что работу израильтянина посчитали ошибкой и долгое время отказывались печатать в престижных научных журналах. В 1987 году исследователям удалось получить квазикристалл большого размера, а в 2010 году в России был впервые обнаружен природный минерал, обладающий квазикристаллической структурой. Благодаря необычным свойствам, в частности чрезвычайно плохой проводимости электричества и тепла, этим минералом заинтересовались конструкторы из автомобильной и авиационной промышленности.
10. Археология
Символ власти
Главной находкой российской археологии в 2011 году все специалисты единодушно признали буллотирий XIV века — инструмент для изготовления княжеских печатей, который обнаружили в Великом Новгороде участники экспедиции ИА РАН под руководством О.М. Олейникова. Такими свинцовыми печатями — буллами на Руси скреплялись все важные юридические документы, и сегодня археологи обнаружили уже более 6 тысяч печатей. Но вот самих буллотириев в России до сих пор не находили — их уничтожали после отставки князя или княжеского чиновника с занимаемого поста, чтобы исключить изготовление подложных документов. Но вот этот инструмент, похожий на плоскогубцы, кто-то выкинул в колодец, где его и нашли археологи. Установлено, что буллотирий принадлежал посаднику (то есть мэру купеческой и мастеровой части города) Захарию Михайловичу, чей дом стоял как раз в 200 метрах от колодца. После смерти боярина его пост вместе с печатью перешел к его сыну Есифу Захарьевичу, который, согласно дошедшим до нас летописям, правил Новгородским посадом до 1409 года.
Среди зарубежных открытий находкой года признано одно из древнейших сооружений человека, возведенное на юге Иордании около 12 тысяч лет назад,— возможно, это мельница, благодаря которой в науке будут пересмотрены сроки перехода от кочевой охоты к оседлому земледелию.