Science опубликовал топ-лист научных прорывов года – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Валерий Камнев Важнейший научный прорыв года по версии журнала Science - открытие бозона Хиггса CERN

Science очень бережно относится к своему статусу одного из двух лучших научных журналов мира, поэтому его журналисты – особый народ. Это не только высокопрофессиональные журналисты, это еще и профессиональные научные эксперты по своему направлению. Когда они называют важнейший научный прорыв года – breakthrough, - это всегда стопроцентное попадание.

Лет десять назад они назвали прорывом года исследования РНК, и хотя об этих исследованиях в прессе почти никто не писал, они, как выяснилось впоследствии, оказались опять правы. Любопытно, что когда десятку научных прорывов года называл вечный конкурент и ближайший друг Science – журнал Nature, - или не менее знаменитый New Scientist, их списки даже на 50% не совпадали с рождественским списком Science.

Гендиректор ЦЕРНа Рольф-Дитер Хойер Фото: CERN

В этом году насчет прорыва номер Один им, по собственному признанию Брюса Альбертса, не пришлось спорить – это было, естественно, открытие бозона Хиггса. Эта частица была предсказана более сорока лет назад, без нее невозможно было бы объяснить в рамках существующей и пока общепризнанной Стандартной модели, каким образом все остальные частицы обзаводятся массой.

Стандартная модель не дает никаких указаний на то, какой массой должен обладать сам раздаватель масс – бозон Хиггса. ЦЕРНовский суперколлайдер LHC был построен в первую очередь для его поимки: только он обладает достаточной мощностью для того, чтобы перебрать все мыслимые возможности.

И вот, когда LHC фактически еще не набрал запланированную мощность, бозон, похожий на бозон Хиггса, был обнаружен одновременно на двух главных его детекторах. Драматическая история объявления об открытии (судьба самого коллайдера в тот день 4 июля висела на волоске) детально описана в журнале Nature, который в этом году решил не следовать за Science и сообщать о десятке лучших открытий, а сконцентрировался на десятке самых заметных научных персон года и первым делом рассказал о гендиректоре ЦЕРНа Рольфе-Дитере Хойере, который талантливо разрулил эту щекотливую ситуацию и назвал открытие открытием.

Журналу Science в данном случае остался подробный рассказ о том, как именно физики LHC открывали бозон Хиггса.

Компьютерная томография фрагмента фаланги пальца Денисовского человека Институт эволюционной антропологии общества Макса Планка/Livescience.com

На втором месте – секвенирование генома человека из Денисовой пещеры. И здесь, конечно, не обошлось без знаменитого Сванте Паабо, заявившего когда-то, что неандертальцы не были нашими предками, а представляли собой вымершую ветвь человечества.

Похоже, Паабо в случае с "денисовским человеком" – представителем еще одного вымершего человечества - удовольствовался ролью свадебного генерала, а основную работу команда палеогенетиков из Лейпцига проделала под руководством его талантливого постдока – Маттиаса Мейера. В распоряжении исследователей были только обломок фаланги пальца да два коренных зуба.

Время основательно поработало над геномом бывшей владелицы этих косточек, но, используя новую методику многократного (до 31 раза) сканирования, ученые сумели извлечь из мизерного материала настолько полный геном, насколько его можно получить сегодня только от живущего человека.

Технология TALEN Cellectis bioresearch

Третий по важности научный прорыв списка – новая генно-инженерная технология под названием TALEN, которую журнал назвал "крылатой ракетой геномики". Пресса обошла вниманием эту технологию, и, наверное, то, что ее заметили и высоко оценили журналисты Science, является отличительной особенностью их списков, не высокомерным, а вежливым напоминанием – дескать, а вот остальные этого не заметили!

Технология действительно многообещающая, исследователи научились использовать белок TALEN как средство "редактирования" ДНК – разрезания молекулы в определенных местах, а потом сшивания ее обрезков в другом порядке. Собственно, генетики умели это делать и без белка TALEN, но процедуры были более трудоемкими, дорогими, а результаты – куда менее эффективными.

Журнал приводит мнение ряда экспертов, согласно которому "крылатая ракета геномики" скоро станет стандартной для лабораторий всего молекулярно-биологического сообщества.

Детекторы антинейтрино, используемые в реакторном нейтринном эксперименте Daya Bay Фото: Daya Bay Reactor Neutrino Experiment

На четвертом месте списка – физика нейтрино. У нейтрино, как известно, есть три аромата – ароматы электронного, мюонного и тау-нейтрино. И эти нейтрино имеют странное и не объясняемое Стандартной моделью свойство осциллировать, то есть менять свой аромат, превращаться из одного вида в другой. Физики знают, что есть шесть параметров, определяющих правила для этих осцилляций, – разницы в массах и так называемые "углы смешивания". Пять были более или менее известны количественно, насчет шестого – угла смешивания тэта-один-три – был известен только верхний предел углового размера.

Работая на китайском нейтринном реакторе Дайя-бэй, многонациональная коллаборация исследователей, наконец, сумела, выяснить значение этого параметра - 8.8° плюс-минус 0.8°. Самое главное в этом – параметр тэта-один-три оказался не равным нулю. Это означает асимметрию между поведением нейтрино и антинейтрино, и ученые ожидают, что она сможет объяснить куда более важную и до сих пор необъяснимую асимметрию между количеством вещества и антивещества во Вселенной.

Некодирующая часть ДНК активна и выполняет очень важную функцию, регулируя работу генов Genome.gov

На пятом месте – открытие открытий, результат десятилетней совместной работы многих генетических лабораторий мира в рамках проекта ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) по анализу человеческого генома, который многие считают фактическим продолжением программы "Геном человека". В сентябре этого года главные научные журналы мира, в том числе Science, Nature и Cell, в один день буквально взорвались более чем тремя десятками статей, рассказывающих о результатах этой гигантской работы.

А самый главный результат заключался в том, что ученым удалось выяснить роль более чем восьмидесяти процентов так называемой некодирующей части ДНК. Как известно, менее двух процентов генома занимают собственно гены, остальное долго считалось мусором, потом начали подозревать, что это не совсем мусор, а вот теперь выяснилось точно – большая часть "мусора" активна и выполняет очень важную функцию, регулируя работу генов. Все, как у нас, – два рабочих и девяносто восемь начальников.

Схема посадки Curiosity методом "небесного крана" NASA

Шестая строка списка отдана уникальной посадке марсохода Curiosity методом "небесного крана". Перед специалистами НАСА стояла сложная задача – спустить на Марс махину весом в 3,3 метрических тонны, за каких-то семь минут сбив ее скорость с 21240 км/час до нуля. Прежние методы посадки были для этого непригодны, и тогда был предложен "небесный кран". Методика была совершенно новая и не проверенная в реальных условиях. Журнал Nature рассказывает о драме нервов, сопровождавшей эту посадку, это было второе и последнее совпадение списка Nature со списком Science. А Science рассказывает об особенностях "небесного крана" и о сложностях его тестирования в земных условиях.

Дифракционная карта структуры белка Катепсин В Karol Nass, CFEL

Номер семь списка Science отдан еще одной технологии – использованию рентгеновского лазера для чтения структуры белков. С помощью рентгена такие структуры с большим или меньшим успехом читают уже около сотни лет – из белков формируется кристалл, по дифракции рентгеновских лучей на решетке кристалла вычисляется их структура. Международной группе исследователей, работающей в американской национальной ускорительной лаборатории SLAC, удалось доказать, что рентгеновский лазер, который светит на много порядков ярче традиционных синхротронов, куда лучше справляется с этой задачей и может детально разглядеть структуру тех белков, которые стандартными методами увидеть нельзя.

Парализованная 53-летняя женщина с помощью вживленных в ее мозг электродов способна свободно управлять механической рукой Видео: University of Pittsburgh Medical Center

Восьмой строкой отмечены достижения направления под названием BMI – Brain-Machine Interfaces или Интерфейс "Мозг-машина". Это направление долговременное, нацеленное на то, чтобы научить парализованного человека совершать действия (движения) силой мысли; оно не сегодня началось и не сегодня заканчивается, но промежуточный результат вполне достоин включения в десятку важнейших прорывов года. Отмечена целая серия достижений года в области BMI. Особенно впечатляет парализованная 53-летняя женщина, которая с помощью вживленных в ее мозг электродов способна свободно управлять механической рукой, совершать ею сложные трехмерные движения.

В особых условиях в нанопроводках рядом со сверхпроводником могут появляться фермионы Майораны TU Delft 2012

На девятой строке – опять физика, квазичастицы Майораны. Фермион Майораны предсказал в 1937-м году таинственно ушедший (или, лучше сказать, исчезнувший) гениальный физик Этторе Майорана, успевший отдать науке всего 10 лет жизни. Он придумал свое "нейтрино", которое одновременно является античастицей по отношению к самой себе и потому может само с собой аннигилировать. Значение этой гипотезы было осознано лишь через сорок лет, но сам фермион Майораны так до сих пор никто и не обнаружил.

Несколько лет назад теоретики выдвинули еще одну гипотезу, согласно которой в особых условиях в нанопроводках рядом со сверхпроводником могут появляться не известные до сих пор "квазичастицы", иначе говоря, потоки электронов будут выстраиваться так и действовать на окружающую кристаллическую решетку таким образом, будто это не они, а какая-то особая частица движется сквозь нее. И эта квазичастица должна обладать всеми свойствами фермиона Майораны. В этом году предсказания теоретиков были экспериментально подтверждены.

Мышата, выращенные из стволовых клеток Фото: Katsuhiko Hayashi

Завершает список достижение японских биологов, сумевших из стволовых клеток мышиного эмбриона создать полноценные яйцеклетки, оплодотворить их и вырастить из них здоровых мышей. Правда, метод требует участия суррогатной матери-мыши, что не соответствует главной цели этого направления – вырастить мышь в пробирке. Однако сам метод может в дальнейшем стать мощным инструментом, помогающим изучить влияние тех или иных генов и других факторов на способность к воспроизведению потомства и развитие яйцеклеток.

Смотрите также: Nature опубликовал список главных научных достижений года Встреча двух поколений Curiosity на Марсе запланирована на 2021 год Джон Гердон и Синья Яманака получили Нобелевскую премию по медицине за работы со стволовыми клетками Открытие новой фундаментальной частицы – бозона Хиггса – на Большом адронном коллайдере

Параллельные человечества

Сперматозоиды мыши вырастили из стволовых клеток Лучшие стихотворения о том, что у зародышей из гробницы Тутанхамона изучат ДНК. Стихотворения на случай Космические нейтрино лучше всего искать на Байкале