Каждый из ученых, к которым обратился отдел науки «Газеты.Ru», ответил на вопрос: «Какие бы вы отметили научные открытия 2014 года?»
Как астрофизику-наблюдателю мне часто интересно не «открытие» как таковое, но сам экспериментальный подход, пусть и не сразу дающий окончательный результат.
Отмечу события, связанные с проектом BICEP-2, представители которого объявили об обнаружении поляризации микроволнового фона, связанного с реликтовыми гравитационными волнами, предсказанными инфляционной моделью Вселенной. Увы, похоже, что найденный эффект целиком вызван влиянием галактической пыли, и большинство ученых с этим согласились. Тем не менее дискуссия вышла далеко за пределы круга специалистов-космологов.
Второй важный результат в этой же области — отличие величины постоянной Хаббла, характеризующей нынешнее расширение Вселенной, от измерений по близким галактикам. Это удалось выяснить благодаря последним данным спутника Planck, выполнившего точнейшие измерения реликтового фона. Предстоит понять, идет ли речь о переоценке ошибок, методов или о необходимости корректировать модель Вселенной.
Очень красивы и два наблюдательных результата, связанных со сверхновыми в других галактиках: прямое обнаружение линий радиоактивного кобальта в спектре SN2014J, подтвердивших сценарий термоядерного взрыва для сверхновых типа Ia, и открытие на снимках космического телескопа Hubble сразу четырех изображений одной сверхновой, созданных гравитационной линзой.
И, безусловно, событие десятилетия в изучении объектов Солнечной системы — выход зонда «Розетта» на орбиты вокруг кометы Чурюмова — Герсименко и посадка модуля «Филы» на ее поверхность.
Александр Белоусов, старший научный сотрудник Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, автор статьи об извержении вулкана Толбачик в Nature Communications:
Главный и абсолютно нерешенный вопрос естествознания — это происхождение жизни. Здесь даже и не знают толком, «где копать», и пока копают в основном в космосе, где и есть некоторый, пока больше технический, прогресс. Посадка зонда на «украинскую» комету обещает результаты о составе ее органических соединений. Ну и сама технология доставки зонда и точной посадки исключительно важна для человечества. Это пригодится, когда надо будет уничтожить или перевести на другие орбиты угрожающие Земле кометы и астероиды.
А на Марсе американский ровер наконец доехал до подножия гигантской слоистой горы, которую начал слой за слоем изучать снизу вверх.
И если на Марсе жизнь в прошлом была, то он это вполне способен обнаружить.
Николай Мюге, заведующий лабораторией молекулярной биологии ВНИРО, автор статьи о механизмах эволюции на примере рыбы колюшки в PLoS Genetics:
Нашли много интересного — и высокий уровень дупликации генов, и быструю эволюцию и смену микроРНК, и прочее. Но самое главное — что эти опубликованные геномы теперь будут служить референсом для выявления хода эволюции в каждом конкретном озере.
Ярослав Кузьмин, старший научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН, соавтор статьи в Nature о возрасте и древней ДНК находки Усть-Ишим в Западной Сибири:
В области междисциплинарных исследований на стыке естественных наук, прежде всего биологии и геологии, и археологии был получен ряд принципиально новых результатов.
В январе 2014 года в журнале Nature была опубликована статья с описанием полного генома неандертальца из Денисовой пещеры на Алтае, возраст которого можно оценить около 50 тысяч лет.
В октябре — ноябре 2014 года в журналах Nature и Science вышли две работы, в которых был представлен полный геном палеолитического человека современного типа, то есть нашего непосредственного предка: сибирская находка Усть-Ишим (возраст 45 тысяч лет) с самой древней на сегодня ДНК современного человека и восточноевропейская находка Костенки 14 (возраст 38 тысяч лет). Эти исследования позволили как никогда глубоко заглянуть в далекое прошлое человечества и гораздо лучше понять процесс формирования людей современного физического типа, чем это было известно раньше.
И, наконец, в декабре 2014 года в журнале Nature Communications опубликовано исследование ДНК скелета короля Англии Ричарда III (XV век), которое подтвердило подлинность найденных в городе Лестере костей. Это блестящий пример сочетания археологии, биологии и письменной истории!
Максим Никитин, сотрудник ИБХ РАН, ИОФ РАН и МФТИ, автор статьи в самом престижном в мире журнале по нанотехнологиям:
На мой взгляд, самым значимым научным событием 2014 года является доставка спускаемого модуля «Филы» на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко: захватывающий и, как всегда в таких случаях бывает, дерзкий шаг, увенчавшийся большим успехом для человечества в целом.
С точки зрения отдельных личностей, меня, конечно, больше всего интересовала судьба врачей, ученых и других людей, так или иначе затронутых проблемой вируса Эбола. Я восхищаюсь и преклоняюсь перед этими людьми, которые рискуют своим здоровьем и жизнью, хотя их имена, к сожалению, как правило, неизвестны широкой общественности. Я очень надеюсь, что проблема с данным вирусом будет полностью решена в 2015 году.
Юлия Ковас, профессор генетики и психологии и директор лаборатории Inlab факультета психологии Голдмитс Университета Лондона, соруководитель Российско-британской лаборатории психогенетики Психологического института РАО, заведующий лабораторией когнитивных исследований и психогенетики Томского государственного университета, автор статьи о взаимосвязи между генетикой и успехами в учебе:
Во всех областях науки этот год принес много открытий. По-моему, важным является совсем другое: универсальный подход к сотрудничеству и к обмену данными. В моей области — области поведенческой геномики — этот шаг приведет ко многим новым открытиям. Поскольку стоимость секвенирования генома является высокой, а ее анализа — еще выше. Новая политика выкладывания в общий доступ больших наборов данных научных сообществ приведет к более эффективному использованию ресурсов и к новым прорывам. Мы станем лучше понимать геномные процессы, идентифицировать заболевания и расстройства.
Татьяна Хохлова, выпускница физфака МГУ, работающая ныне в Сиэтле, автор статьи о хирургических операциях посредством ультразвука:
На меня наибольшее впечатление в 2014 году произвело успешное приземление модуля «Филы» на комету 67Р и обнаружение на ней органического соединения.
Сергей Троицкий, ведущий научный сотрудник ИЯИ РАН, автор статьи про «горячее пятно» в созвездии Большой Медведицы:
Меня очень впечатлило открытие, достаточно далекое от области моей специализации и которому я поэтому не могу дать надежную оценку. Речь идет об открытии киральной асимметрии в разрушении сложных молекул бета-электронами.
Это открытие может стать экспериментальным ответом на вопрос, почему аминокислоты все левозакрученные, и пролить свет на происхождение жизни на Земле.
Из того, в чем я немного лучше разбираюсь, — открытие линий кобальта и никеля в мягком гамма-излучении близкой сверхновой типа Ia. О них рассказывается в двух независимых работах, опубликованных в Science и Nature.
Во-первых, открытие этих линий показывает, что излучение сверхновых типа Ia после максимума блеска действительно связано с радиоактивными распадами кобальта и никеля, как предполагалось, и это — фактически первая проверка правильности теоретических представлений о взрыве сверхновой такого типа.
Во-вторых, линии никеля появились гораздо раньше, чем ожидались, что может указывать на неучтенные эффекты при описании вспышки, в частности, на несимметричность взрыва.
В-третьих, первые два пункта в любом случае улучшат понимание механизмов взрыва сверхновых типа Ia. А ведь это именно те сверхновые, с помощью которых измеряют самые большие расстояния во Вселенной — правильно ли измеряют?!
Ну и последнее — это, конечно, посадка зонда Philae на комету Чурюмова — Герасименко. Это, конечно, не открытие, но, безусловно, научное событие уходящего года.
Из него почти наверняка получится много открытий, когда собранная информация будет обработана и проанализирована.
А еще 2014 год запомнился несколькими сюжетами, которые вызвали широкий резонанс в средствах массовой информации, но которые никак, ну совсем никак нельзя отнести к важнейшим научным событиям.
Речь идет о тех случаях, когда резонанс в СМИ не соответствовал реальному научному содержанию или значению работы.
Во-первых, речь идет об активно распиаренном результате эксперимента Borexino, зарегистрировавшего нейтрино от протон-протонного цикла ядерных реакций на Солнце. К сожалению, тут имеется недопонимание — солнечные нейтрино от протон-протонного цикла регистрировались на протяжении десятилетий в созданных специально для этого галлий-германиевых экспериментах GALLEX (Италия, Лаборатория Гран-Сассо) и SAGE (Россия, Баксанская нейтринная обсерватория). Об этом написано в десятках статей и во всех серьезных современных учебниках, затрагивающих эту тему. Результат Borexino — конечно, достижение для этой экспериментальной группы, но никак не для мировой науки.
Еще хуже обстоит дело с предположительным обнаружением косвенных указаний на существование аксионов в солнечном ветре с помощью рентгеновского телескопа XMM-Newton. Эти косвенные данные противоречат результатам прямых, целенаправленных поисков аксионов от Солнца (эксперимент CAST), и с самого начала специалистам были видны слабые места в этой работе.
Особняком стоит открытие B-моды поляризации реликтового излучения коллаборацией BIСEP II.
Здесь у меня нет претензий к содержанию работы, они и вправду нашли тензорные моды, но весь интерес научной общественности к этому сюжету был связан с космологической интерпретацией результата, в то время как анализ результатов инструмента Planck, специально проведенный с целью проверки BICEP-2, показал, что этот сигнал полностью обусловлен межзвездной пылью.
Как специалист в области биологии старения и продолжительности жизни, расскажу о наиболее значимых, на мой взгляд, достижениях 2014 года в этой области.
1. Экспериментально были подтверждены замедляющие старение (геропротекторные) свойства некоторых соединений, близких или идентичных природным аналогам – альфа-кетоглутарата и никотинамида. Альфа-кетоглутарат — важное биологическое соединение, образующееся в цикле Кребса в матриксе митохондрий, в процессе клеточного дыхания. Большая группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе опубликовала статью в Nature, где показала, что дополнительное количество этого вещества значительно (до 30%) продлевало жизнь нематодам.
Данное соединение имеет комплексный механизм действия на продолжительность жизни: оно ингибирует АТФ-синтетазу, что, возможно, ведет к снижению продукции свободных радикалов митохондриями, и подавляет активность важного с точки зрения старения фермента – киназы mTOR, тем самым оно является миметиком ограничения калорийности питания, которое давно известно как фактор долголетия. Коллектив авторов под руководством М. Ристова опубликовал в Nature Сhemical Biology исследование, в котором выявлена способность никотинамида (витамина B3) и его производного (1-метилникотинамида) увеличивать продолжительность жизни нематод. Оба соединения, как и альфа-кетоглутарат, участвуют в процессах, протекающих в энергетических станциях клетки – митохондриях.
2. Получены новые данные, свидетельствующие о геропротекторных свойствах некоторых широко известных фармпрепаратов, антидиабетического и нестероидного противовоспалительного. Последнее исследование было выполнено с нашим участием.
3. Для того чтобы оценить эффективность применения геропротекторов у человека, необходимо выработать систему биомаркеров старения и долголетия — легко измеряемых и коррелирующих с биологическим возрастом. Идеальным биомаркером являются изменения, которые можно оценивать в капле крови. Исследователи из группы Вагнера показали, что выявления рисунка метилирования всего трех генов (ITGA2B, ASPA и PDE4C) в клетках крови достаточно, чтобы довольно точно судить о биологическом возрасте человека, а также предсказать случаи ускоренного старения.
Как мы уже видели, роль качества и целостности митохондрий в долголетии трудно переоценить. Снижение количества митохондриальной ДНК в образцах крови пациентов разных возрастов достоверно свидетельствовало о степени старения и вероятности смерти пациента. В этом году впервые опубликована подробная онлайн-база данных биомаркеров старения человека – Digital Ageing Atlas. Данный проект выполнялся с нашим участием.
4. Наш соотечественник Алексей Оловников являлся автором теломерной гипотезы, согласно которой укорочение хромосом в процессе клеточного деления – своеобразные клеточные часы старения. Было показано, что теломеры могут укорачиваться не только в делящихся клетках, но и в покоящихся, например под действием стресс-факторов. Слишком короткие теломеры связаны с повышенным риском смерти, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний. В половых и стволовых клетках активен особый фермент – теломераза, достраивающий укороченные концы хромосом, однако в большинстве соматических клеток данный фермент не работает.
Коллектив Марии Бласко провел генную терапию сердца мышей, пострадавших от инфаркта миокарда, внеся в него с помощью вирусного вектора дополнительную копию гена теломеразы Tert. Тем самым им удалось повысить выживаемость мышей на 17% и наблюдать серьезные изменения, свидетельствующие о регенерации поврежденной сердечной мышцы.
5. Гренландский кит является самым долгоживущим современным млекопитающим. По некоторым данным, он живет до 211 лет. Коллегам из Гарвардской медицинской школы под руководством Вадима Гладышева удалось расшифровать белок-кодирующую часть его генома и транскриптом (совокупность мРНК генов) печени, почек и сердца. В результате были выявлены изменения, общие с другими видами-долгожителями, такими как голый землекоп и ночница Брандта, а также уникальные особенности в активности ряда генов.
6. Несомненным достижением уходящего года явилось обнаружение новых системных факторов старения и долголетия. Как было известно ранее, соединение кровотока старых и молодых млекопитающих приводило к омоложению первых и ускоренному старению последних. С помощью данного методического подхода группой Сола Вилледа было показано, что прилив «молодой крови» обращает вспять возрастные нарушения когнитивных функций головного мозга – способности к обучению и запоминанию. Группой Эми Вагерс в крови молодых мышей было обнаружено, что белковый гормон GDF11 замедляет старение и развитие возрастных патологий мышц.
7. В 2014 году удалось полностью расшифровать геномы 17 самых долгоживущих людей на планете – живущих 110 и более лет. Каких-либо значимых отличий единичных генов выявить не удалось. Долгожительство, скорее всего, связано с уникальным сочетанием в генотипе совокупности сразу нескольких десятков вариантов генов (аллелей), каждая из которых по отдельности не дает столь значимого продления жизни. Однако на столь малой выборке доказать статистическую значимость сочетания десятка генов невозможно.
Павел Мусиенко, доктор медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии движений
Института физиологии им. И.П.Павлова РАН, автор статьи в Science Translation Medicine про то, как крысу с перерезанным спинным мозгом научили ходить при помощи тока:
В уходящем году можно отметить серьезный прогресс в изучении нейронных сетей спинного мозга, участвующих в контроле ходьбы и поддержании равновесия. Предложенные эффективные методы воздействия на эти нейронные сети апробированы на моделях парализованных животных и спинальных пациентах.
Федор Моисеенко, сотрудник Санкт-Петербургского академического университета и Научно-практического онкологического центра, российский участник проекта по созданию генетического атласа рака:
Самым серьезным мировым научным достижением в области онкологии в прошлом году, на мой взгляд, стало появление первых значимых данных о противоопухолевой эффективности препаратов — ингибиторов PD1, PD-L1, CTLA4 (immune checkpoint blockade).
Оказалось, что противоопухолевый иммунитет существует. А это само по себе является крайне важным открытием. Однако в обычной ситуации опухолевые клетки через механизмы, которые присутствуют и в здоровом организме, фактически предотвращают активацию иммунологических механизмов и формирование аутоиммунных состояний, блокируют действие иммунной системы на них.
Новый класс препаратов, которые снимают это блокирующее влияние на различных уровнях, представлен моноклональными антителами против PD1, PD-L1, CTLA4. Самое интересное, что эти препараты уже сейчас показали свою активность при многих солидных опухолях, в том числе раке легкого, меланоме, раке мочевого пузыря и многих других, что говорит об их потенциальной универсальности. При этом, в связи с абсолютно новым механизмом действия, они активны в ситуациях, когда исчерпаны возможности таргетной и стандартной цитостатической (химио-) терапии.
Другой крайне важной особенностью этого класса препаратов является то, что у части больных, пока относительно небольшой (10–15%), к сожалению, наблюдается длительный регресс заболевания (> 5 лет), что было практически исключено для существовавших ранее методов лечения диссеминированных солидных опухолей (IV стадия) и равносильно излечению для этих пациентов.
Нет никакого сомнения, что изучение этих препаратов находится еще на начальном этапе. Довольно много больных погибает от их токсичности, связанной с неконтролируемой аутоиммунной реакцией, препараты помогают только небольшой группе пациентов (20–25%), нет маркеров, которые помогли бы идентифицировать больных, чувствительных к этим препаратам (экспрессия PD-L1, по мнению многих экспертов, не является абсолютным маркером), цена тех препаратов, которые уже вышли на рынок, астрономическая.
Однако, насколько я знаю, некоторые отечественные фармацевтические компании уже имеют начальные наработки в данном направлении, что, возможно, сделает эти препараты доступными для россиян уже в обозримом будущем.
Максим Тимофеев, директор НИИ биологии ИГУ, автор статьи о новом виде рачков-амфипод, обитающих в Байкале:
Работа ученых каждый год приносит новые и новые факты об окружающем нас мире. И, к сожалению, в последнее время эти новости свидетельствуют о все большем воздействии на этот мир так называемого «антропогенного фактора», то есть нашей с вами деятельности.
Среди массы научных информационных поводов уходящего года я хотел бы отметить событие, связанное с озером Байкал.
В текущем году разразился большой научно-общественный скандал об обнаружении фактов интенсификации процессов эвтрофикации Байкала или, как окрестили некоторые журналисты, «заболачивания» этого уникального озера. Озера, содержащего пятую часть мировых запасов чистейшей пресной воды!
Начало этому публичному обсуждению положили наши коллеги из Лимнологического института СО РАН, обнаружившие в ходе летних экспедиционных работ массовый процесс зарастания мелководий и некоторых районов Байкала водорослью — спирогирой (Spirogyra), нитчатой водорослью из семейства Zygnemataceae.
Следует отметить, что сама по себе спирогира, ошибочно именуемая некоторыми журналистами «чужеродным» для Байкала видом, в небольших количествах встречалась в озере Байкал и ранее, на протяжении практически всей истории научных наблюдений. Однако недавно обнаруженные масштабы ее размножения вызвали оторопь у ученых, экологов и просто людей небезразличных к судьбе нашего уникального озера.
Находки академических ученых также подтверждаются и наблюдениями исследователей из нашего института (НИИ биологии ИГУ), сделанными в ходе регулярных кругобайкальских экспедиций. Нет никаких сомнений в том, что причиной экосистемных нарушений в литорали Байкала, в зоне мелководья, особенно в районах повышенной рекреационной нагрузки, является именно деятельность человека.
Год назад я говорил о вреде неконтролируемого и нерегулируемого туризма для Байкала. И вот в ходе прошедшего научного года нашими коллегами вскрылись чрезвычайно тревожные факты, подтверждающие эти опасения.
Однако, пользуясь случаем, хочу вернуться и к этой не менее важной проблеме и напомнить читателям «Газеты.Ru», что каким бы ни был сложным период нашего экономического и политического состояния, это все проходящее. А Байкал — уникальное и древнее творение природы, которое волей судеб оказалось в нашем с вами Отечестве и за которое мы несем ответственность перед всем человечеством и перед нашими потомками.
Очень легко испортить и даже потерять этот природный объект, отвлекаясь на текущую и, несомненно, временную политико-экономическую конъюнктуру, однако восстановить же потом Байкал будет невозможно.
