Завершается год. Все подводят итоги. Вот и мы решили вспомнить самые интересные и полезные научные открытия 2008 года.
Найден еще один родственник человека
И это не новый вид примата (хотя в нынешнем году, действительно, была обнаружена еще одна, доселе неизвестная, разновидность обезьян). Нашими родственниками оказались… кенгуру. В Австралии расшифровали генетический код этих животных – и оказалось, что эволюция «разделила» человека и кенгуру сравнительно недавно – около 150 млн. лет назад. Так что геном кенгуру во многом схож с человеческим.
«В них много различий, где-то чего-то больше, где-то меньше, но это одинаковые гены, и многие из них располагаются в одном и том же порядке, – сказал в интервью Дженни Грейвс, директор проекта. – Мы думали, что они будут очень сильно различаться, но нет: генетические звенья человека очень напоминают генетическое строение кенгуру».
Кстати, впервые эти животные появились в Китае, а потом мигрировали через Америку в Австралию и Антарктиду. Еще одно интересное открытие – древние гигантские кенгуру вымерли благодаря деятельности человека, а не из-за изменений климата, как думали раньше. К такому выводу ученые пришли, изучая череп этого животного, найденный в 2000 году.
Кстати, у человека вообще очень странные «родственники». Например, с крысами мы разделились в разные ветви эволюции 70 млн. лет назад. Вот и сравните человека, крысу и кенгуру. Так сказать, найдите 10 отличий.
Кенгуру – группа сумчатых млекопитающих семейства кенгуровых. Температура тела 34–36 градусов по Цельсию. Самки имеют специальную складку кожи на животе – сумку. Новорожденный детеныш, размером меньше мизинца, в течение первой половины периода вскармливания живет в этой сумке. Молоко кенгуру обладает антибактериальными свойствами.
Крысы – млекопитающие семейства мышей. Длина тела 8–30 см, хвост примерно такой же длины, вес обычно не превышает 500 грамм. Существует около 70 видов, причем большая их часть живет в лесах тропиков и субтропиков. Серая и черная крысы сумели расселиться вслед за человеком. Температура тела 32–38 градусов по Цельсию.
Человек разумный – единственный ныне живущий вид рода Homo семейства гоминид отряда приматов. От современных человекообразных отличается анатомией, значительной степенью развития материальной культуры, способностью к членораздельной речи и абстрактному мышлению.
Генератор воды
Не секрет, что абсолютное большинство ученых предрекает скорый кризис. Причем речь идет не только об экономике. В ближайшем времени такая привычная для наших широт штука, как питьевая вода, будет, вероятно, цениться на вес золота. Но в этом году канадским ученым удалось внести свой вклад в дело «водоснабжения» человечества. В ноябре широкой общественности был предъявлен прибор под названием «Водяная мельница».
Выглядит он как выпуклый «смайл» – смешная рожица, популярная среди пользователей Интернета, только диаметр у него нестандартный – один метр. Планируется, что этот шарик будет висеть в комнате на стене. Принцип действия устройства таков: оно затягивает через фильтр воздух, очищает его от пыли и прочей дряни, а потом нагревает до тех пор, пока не выступит конденсат. Далее полученная вода проходит через ультрафиолетовые фильтры. Таким образом уничтожаются возбудители «болезни легионеров» и прочие инфекции.
Также машина оснащена компьютером, который увеличивает мощность работы на рассвете, когда влажность воздуха выше, а следовательно, можно заготовить больше воды.
Помимо своей основной задачи, распространение таких аппаратов поможет решить еще одну, не менее важную. Дело в том, что только в США в год потребляется 30 млрд. литров бутылочной питьевой воды. Так вот, на изготовление пластика для такого объема «голубого золота» ежегодно уходит 1,5 млн. баррелей нефти. Если пустить ее не на бутылки, а на бензин, то можно обеспечить топливом 100 тыс. машин в год.
Болезнь легионеров – тяжелая форма пневмонии, вызываемая бактерией легионеллой. Бактерия эта, как правило, живет в системах кондиционирования воздуха. Название болезнь получила после знаменитого происшествия на собрании Американского легиона. Эта организация объединяет американцев – участников войн. После одного из съездов в 1976 году 220 участников были поражены неизвестным доселе недугом, который позже получил название «болезнь легионеров». Кстати, тогда 34 из 220 заболевших скончались.
Мы на пути к созданию искусственной жизни
Ученые из группы Крейга Вентера практически создали искусственную жизнь, и вот как это выглядит.
Геном, т.е. совокупность генов любого организма, состоит из нуклеотидных оснований. Эти основания соединены в определенной последовательности. До сих пор человечество не могло искусственным путем вытянуть цепочку больше некоторого предела – цепь рвалась. Теперь же исследователям удалось придумать, как преодолеть этот порог. Ученые создали так называемые «кассеты» ДНК. Каждая из них тоже представляет собой цепочку длиной в 5–7 тыс. оснований. Причем по составу эти цепочки подобраны так, чтобы крайние части каждой «кассеты» были идентичны крайним частям соседних «кассет».
В результате этой хитрости удалось составить линию генома бактерии Mycoplasma genitalium – бактерии-паразита, живущей в дыхательных и половых органах приматов, в том числе и людей. До недавнего времени считалось, что это организм с наименьшим размером генома. Сегодня данное утверждение опровергнуто.
На этом ребята из группы Вентера не остановились. Во-первых, они пометили свое детище так, чтобы ненароком не спутать его с настоящей бактерией. Во-вторых, устранили у искусственной Mycoplasma genitalium способность прикрепляться к клеткам млекопитающих. Искусственный организм, в отличие от природного, перестал быть опасен для нас.
Следующий этап испытаний – приживление искусственного генома к живой клетке. Любопытно будет узнать, сможет ли более сложный организм без проблем жить и размножаться с внедренной в него искусственной системой.
Персона Крейга Вентера не менее интересна, чем его изобретение. Во-первых, он бывший морской пехотинец. Послужив какое-то время в армии, Крейг понял, что муштра и штаны цвета хаки – вовсе не предел его мечтаний, и решил податься в науку. В 29 лет он уже был доктором философии в физиологии и фармакологии (по-нашему это – кандидат наук).
Молодой ученый принял участие в проекте «Геном человека», где и совершил первое открытие – придумал более эффективный способ определения последовательности ДНК. После этого он основал частную компанию «Celera Genomics» и всего за три года создал практически завершенный вариант генома человека.
И вот тут в нем проснулся бизнесмен. Полученную систему он не выложил в открытый доступ, как это принято во всем научном мире, а стал продавать. То есть хочешь ознакомиться с результатами исследований – плати деньги.
Естественно, это не могло не вызвать всеобщего недовольства среди ученых. Правда, Крейга сей факт мало беспокоит. Он основал собственный институт и упорно пытается создать искусственный организм. И как мы видим – небезуспешно.
Вода на Марсе!
Американский аппарат «Mars Reconnaissance Orbiter» обнаружил на Красной планете месторождение опала. Это незначительное для нас с вами событие привело в восторг специалистов. Дело в том, что данный минерал может формироваться только тогда, когда на планете есть жидкая вода. Земные опалы содержат до 20% воды, хоть и в связанном виде. Более того, изучив сие обстоятельство, ученые пришли к выводу, что «сухим» Марс стал гораздо позже, чем мы предполагали.
Ну и что, спросите вы? А то, что раз была вода – вполне вероятно, существовала и жизнь (а может, существует до сих пор). Во всяком случае, какое-то время планета была пригодна для обитания.
Ученые крайне рассчитывают, что пролить свет на вопрос «есть ли жизнь на Марсе?» помогут ползающие по его поверхности марсоходы. Уже более 4 лет там работают «Спирит» и «Оппортюнити». Очередной зонд – «Феникс» – приземлился на поверхность Красной планеты 25 мая этого года.
В ближайшем будущем состоится запуск еще одного электронного исследователя – «Марс Сайенс Лаб». Перед этим аппаратом стоит очень четкая задача: определить, существовали ли когда-нибудь на планете условия для возникновения микроорганизмов и есть ли здесь химические соединения, необходимые для появления жизни.
Большой адронный коллайдер
Вся история с чудо-машиной, ставшей открытием года еще до своего запуска, на поверку оказалась пшиком. Напоминаем. Большой адронный коллайдер – устройство, предназначенное для имитации «большого взрыва», породившего, по мнению современной науки, нашу вселенную. Это система магнитов, помещенных в тоннель протяженностью 17 миль. Огромное сооружение расположилось под землей между Францией и Швейцарией.
Два луча субатомарных частиц (они же адроны) будут двигаться навстречу друг другу, постепенно набирая все больше энергии. Управление двумя потоками выполняется при помощи 1634 магнитов. Весь процесс проходит при температуре -271 градус по Цельсию, т.е. близкой к абсолютному нулю. После того как частицы наберут нужное количество энергии, два потока столкнутся друг с другом, тем самым смоделировав «большой взрыв».
Ученые в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) долго готовили установку к работе. Несколько месяцев заняло охлаждение магнитов. Потом два месяца ушло на постепенный разгон частиц. Затем должно было произойти то действо, ради которого все затевалось. Вначале планировалось производить единичные столкновения адронов, а потом увеличивать их число до нескольких миллиардов в секунду.
Когда впервые было объявлено о предстоящем запуске этого агрегата, половина ученых закричала «ура!», остальные начали стращать общественность. Прогнозировалось даже, что работа коллайдера может породить черную дыру в центре Европы и уничтожить планету.
Кто был прав, мы, увы, не узнаем. Как только гигантскую машину попытались заставить работать на полную мощность, она сломалась. Ремонт обойдется почти в 30 млн. долларов, а новый запуск состоится не раньше следующего лета.
Эмоциональные роботы
В нынешнем году увидел свет робот Некси. Основное его отличие от собратьев в том, что эта новинка может «выражать эмоции». Пока Некси умеет не очень много, но ведь от годовалого ребенка мы не требуем решения интегральных уравнений. А роботенку пока нет и года.
Механизм поворота головы и шеи Некси имеет четыре степени свободы. Конструкторам удалось смоделировать движение «с человеческой скоростью», что позволило добиться максимальной внешней правдоподобности. Девочка-робот умеет кивать и качать головой, смотреть по сторонам. Ее лицо даже обладает мимикой, способной «выражать эмоции». Она может пристально смотреть, удивленно вскидывать брови, хлопать ресницами, прищуривать глаза.
Глаза Некси – две светочувствительных фотодиодных камеры. Есть у нее и третий глаз, незаметный, – активный инфракрасный датчик, позволяющий получать трехмерное изображение окружающих предметов. По всему корпусу Некси расположены сенсорные датчики. Она умеет относительно свободно передвигаться в пространстве и ощупывать предметы.
А главное, она может оказаться гораздо проницательнее нас с вами. Ведь камеры, которые служат ей глазами, куда более точно различают изменения в чертах лица собеседника, чем наши глаза.
Лекарство против рака
Группа Майкла Сэйлора из Калифорнийского университета в Сан-Диего приступила к испытанию нового препарата против рака. Это так называемые нанокорабли (хотя вообще они по принципу действия больше похожи на торпеды), которые перемещаются вместе с кровью и при этом не могут быть уничтожены агентами иммунной системы.
На самом деле каждый такой «корабль» – уникальный комплекс. До сих пор большая часть препаратов, направленных на борьбу с раком, обладала рядом недостатков. «Многие лекарства выглядят перспективными в лабораторных условиях, но не в теле человека, поскольку они не попадают в больные ткани в нужное время или в достаточно высокой концентрации, чтобы быть эффективными», – говорит биоинженер и профессор медицины Сангита Бхатиа.
«Корабли» лишены этих недостатков. Их корпуса выстроены из видоизмененных липидов – это естественный для организма материал. Он так похож на живую клетку, что относительно долго не будет уничтожен. Срок жизни такого «корабля» – несколько часов, чего вполне достаточно, чтобы доставить «груз» по назначению. Груз тоже хитрый – специальный комплекс препаратов. Доксорубицин (антираковое лекарство), наночастицы оксида железа (суперпарамагнетик) и флуоресцентные квантовые точки – вещества для диагностики заболевания.
Интересно устроена и «система наведения» препарата. В корпус «торпеды» вмонтирован протеин F3. Он может «прилипать» к клеткам, причем только к раковым. «Состыковавшись» с клеткой, протеин F3 начинает проникать в нее, «таща» за собой как на буксире остальной «корабль».
Биопротезы
Недалек тот день, когда человек, утративший любую из своих конечностей, сможет заменить ее искусственной. Помните фильмы про киборгов – людей, наполовину состоящих из механизмов? Вот о них и пойдет речь.
Компания «Touch Bionics» выпустила на массовый рынок бионический робот-протез. Эта рука по своим степеням свободы очень похожа на настоящую. Причем управляется она миоэлектрическими сигналами, т.е. так же, как и обычная рука. При этом пластиковая «кожа», покрывающая протез, выглядит так натурально, что при беглом взгляде невозможно заметить, что у человека искусственная конечность.
Как утверждают опробовавшие новинку, ощущение такое, будто вернули утраченную руку. При этом цена на агрегат не заоблачная – 18 тыс. долларов.
Биопринтер
А это изобретение – прорыв в области трансплантологии. Биопринтер может создавать некоторые виды человеческой ткани. Уже появились «работающие» кровеносные сосуды и кусочки сердечной ткани. Вообще, нечто подобное делали и раньше, но проблема состояла в том, что для создания органа нужно было изготовить его «каркас». Например, проводился эксперимент, в ходе которого из сердца крысы удалялись все элементы сердечной мышцы, а на их месте выращивались другие. Донором новых «запчастей» стало иное животное.
Но «каркас» – штука ненадежная. Он может не прижиться и стать причиной воспалительных процессов, что в случае с сердцем равносильно смерти.
Новое же изобретение работает по совсем другому методу. Выглядит это так. Перво-наперво будущую ткань «нарезают» на микроскопические цилиндрики. Далее их обрабатывают в специальной среде до тех пор, пока не получат шары, – и производят «биочернила». «Чернила» заливаются в «картридж». Картридж «трехцветный». Конкретно в случае с сердечной мышцей «цвета» два – клетки сердечной мышцы и эпителиальные клетки, третий ингредиент – скрепляющий гель. Именно он не позволяет конструкции развалиться. И «печатают».
«Мы никогда не сможем полностью напечатать печень со всеми ее деталями, – комментирует открытие руководитель проекта профессор Габор Форгач, – но этого и не требуется. Если вы сможете инициировать процесс, природа доделает все за вас». То есть этим методом делаются заготовки, которые потом должны самостоятельно «созреть».
То, что происходит в «отпечатанной» ткани, очень похоже на процессы, идущие в эмбрионе на ранних стадиях развития органов. Особые клетки, следуя внутренним, заложенным природой инструкциям, выстраиваются именно в ту систему, которая от них требуется. После «печати» клетками эндотелия в смеси с клетками сердца Форгач и его коллеги получили кусочек работоспособной сердечной мышцы. Через 70 часов после «печати» все клетки объединились в единую систему, через 90 часов – начали синхронно сокращаться.
Еще одно направление работы – это создание кровеносных сосудов. Дело в том, что толстые сосуды уже давно научились заменять пластиковыми, а вот тонкие – пока нет. Самый маленький на сегодня созданный Форгачем сосуд – меньше 6 мм. Механизм выглядит так: при подготовке «печати» их стенок коллагеновый гель направляется не только на края, но и в середину сосуда. После соединения клеток в готовую ткань ее сердцевина легко удаляется и остается проход для кровотока.
Жертвой науки стало старейшее живущее существо на Земле. Исследователь из Университета Бангора, что в Северной Ирландии, гуляя по берегу океана, наткнулся на моллюска. Как выяснилось – это было самое старое существо на земле. Его возраст оставлял 405–410 лет. Но пока счастливый исследователь считал на ракушке кольца, при помощи которых определяется возраст, моллюск-старичок… скончался.
Защита от вируса иммунодефицита
Ученым из «Sangamo BioSciences» удалось блокировать ген, с помощью которого страшный вирус проникает в лимфосистему. ВИЧ в клетку проводит особый белок, в его «отключении» и состоит достижение. Для этого «взяли» вирус, ослабили его, «прицепили» к нему нужный фермент, который отвечает за взаимодействие с нуклеиновыми кислотами и может связывать искомый белок. А потом всю эту сложную систему запустили в организм. Если объяснять упрощенно, то получилось очень похоже на то, что делают при обычной вакцинации – ослабленный и «прирученный» вариант вируса натравили на здоровый организм и таким образом заставили его научиться защищаться и от «диких» собратьев этого вируса.
Эксперимент выглядел так. Обработанные человеческие лимфоциты ввели группе мышей. Потом заразили их и группу необработанных грызунов ВИЧ. Через 6 недель защищенные мыши выработали иммунитет против болезни. Они сумели бороться с ней в 10 раз лучше, чем их сородичи.
Получив столь впечатляющие результаты, ученые решили перейти к эксперименту на людях. У группы добровольцев, зараженных ВИЧ, будут взяты Т-лимфоциты. Их обработают так, чтобы отключить опасный белок, и «возвратят» хозяевам. Планируется, что защищенные клетки сумеют расплодиться в организме больного и помогут бороться с вирусом.
Только в этом году была вручена нобелевская премия врачам Люку Монтанье и Франсуазе Барре-Синусси, еще в 1983 году открывшим вирус иммунодефицита человека. Награда так долго искала своих героев, поскольку все это время шло разбирательство, кто же на самом деле обнаружил страшный недуг. Дело в том, что 25 лет назад, чтобы ускорить исследование, Монтанье и Барре-Синусси отправили все материалы в лабораторию Роберта Гало, и тот попытался присвоить открытие себе.
Помимо множества серьезных премий за важные научные достижения есть премии и несерьезные. Например, «Игнобелевская». Этот антипод Нобелевской премии выдается за абсолютно бесполезные достижения в науке. Кстати, в тех же номинациях, что и оригинал. Итак.
За достижение в области биологии Игнобелевской премии удостоилась Мари-Кристин Кадиргэ из Национальной школы ветеринаров Тулузы за доказательство того, что собачьи блохи прыгают на 20 см выше, чем кошачьи.
Победитель в области медицины – Дэн Ариели с феноменальным открытием – если плацебо выглядит дороже, то и действует оно лучше.
Экономическая премия. Джеффри Миллер и Бренд Джордан из университета Нью-Мексико. Наблюдая за 18 стриптизершами, они пришли к выводу, что танцовщицы, находящиеся в фазе овуляции, экономически более успешны и зарабатывают за одну смену в среднем на 200 долларов больше.
Премия в области физики. Неизвестный американский ученый сумел математически объяснить, почему волосы, веревки и провода всегда запутываются в узлы. К сожалению, автор теории так и не смог найти применение своему открытию.
И самое интересное! Премия в области химии. Группа ученых из Пуэрто-Рико доказала, что кока-кола, а особенно кола-лайт, уничтожает сперматозоиды, т.е. является хоть и слабеньким, но контрацептивом.
