Самое важное в науке и технике за 2015 год (фото, видео)

Успехи в освоении космоса, генная инженерия, начало эксплуатации автомобилей без водителей, изучение микропланет и микрочастиц. «Фонтанка» собрала в один список самые значимые достижения человечества в науке и технике за прошедший год.

Инженер человеческих генов

Тяжелые заболевания, в том числе сахарный диабет и рак, могут быть навсегда повержены с помощью революционной технологии, которую предложил ученый Джанджи Хуан (Junjiu Huang) из китайского университета Сунь-Ятсен. Она известна под именем CRISPR–Cas9 и позволяет изменять ДНК человека в необходимой последовательности, исключая вызывающие болезни гены. Также этот метод может быть использован для создания ДНК давно вымерших животных и воссоздания их особей. Например таких, как мамонты.

В опубликованном исследовании Джанджи Хуан показал, как изменить ген, который может вызвать заболевание крови – бета-талассемию. В тяжелой форме оно ведет к нарушениям в строении черепа и повышенной предрасположенностью к инфекционным заболеваниям. У детей наблюдается рано начавшаяся анемия, что приводит к их умственному и физическому недоразвитию.

Однако ученый отметил, что пока процесс изменения генов иногда вызывает непредсказуемые мутации. Поэтому он предупредил о невозможности использовать эту технологию на живых людях до тех пор, пока она не станет безопасной.

Для исследования были использованы эмбрионы человека из клиник по искусственному оплодотворению, которые к тому времени уже оказались неспособны развиться до жизнеспособных особей. Джанджи Хуан подчеркнул, что его исследование проводится на базовом уровне и он хочет избежать дебатов об этической стороне процесса.

Однако споры об этом все же возникли, и мнения разделились. Противники метода Хуана заявили, что человеческие эмбрионы не могут быть использованы для таких целей. Также клиникам по искусственному оплодотворению должно быть запрещено сотрудничать с учеными в этих целях, иначе есть риск пойти по «скользкой дорожке». Впрочем, некоторые ученые поддержали автора исследования и считают, что эмбрионы задействовать можно, а работа Хуана должна быть продолжена.

Предсказав эти дискуссии, сам ученый в тексте исследования заявляет, что такая технология может стать широкодоступной только через 50 или 100 лет. «Впрочем, кто знает, еще десять лет назад никто не мог и предположить, что появится CRISPR–Cas9. Мы не знаем, что может случиться в будущем», – отмечает Джанджи Хуан.

Почувствуй это кожей

Расширить способности человеческой кожи ученые пытаются уже несколько лет. Среди многих групп в этом году выделилась одна из Стэнфордского университета в Калифорнии, США. Во главе с Зеньян Бао они разработали специальный материал из карбоновых нанотрубок, который почти ничего не весит. Сенсоры на его основе помещаются под кожу человека и соединяются с микроэлектроникой, которая размещена на ее поверхности.

Такие датчики могут располагаться, например, на запястье, чтобы контролировать уровень сахара в крови или кровяное давление, или присоединяться к сердцу, для слежения за его работой. В будущем также могут быть созданы датчики за контролем над работой отдельных частей мозга.

Впрочем, Зеньян Бао отмечает, что продвижение в этой сфере ставит перед учеными новые задачи, которые необходимо решить. Например, помещаемые под кожу сенсоры абсолютно точно должны быть нетоксичными, но при этом способными прослужить многие годы без замены. Кроме того, они должны биологически уживаться с организмом, то есть не вызывать отторжения у иммунной системы человека.

К примеру, сейчас уже созданы сенсоры, которые могут быть внедрены под кожу и измерять кровяное давление, говорит Бао. Но при этом они совсем недолговечны. В развитие этого направления ее лаборатория создала гель на водяной основе, который помещается под кожу тем же методом, что делается татуировка. Он имеет закрытую химическую структуру, которая распознает биомаркеры, контактирующие с ней. Когда биомаркер взаимодействует с полимером, то вся татуировка подсвечивается, сообщая об этом.

«Нам предстоят еще многие годы работы, но уже сейчас можно сказать, что основное направление пути проложено», – заявила Зеньян Бао изданию Nature.

Новые горизонты Плутона

2015 год подарил человечеству важное достижение в освоении космоса. Впервые за долгое время жителям Земли удалось значительно продвинуться в познании Солнечной системы. Запущенный в 2006 году аппарат New Horizons через 9 лет достиг самой отдаленной планеты нашей системы – Плутона.

New Horizons, по сути, является огромным фотоаппаратом с различными типами камер и объективов, а также радиоизотопным термоэлектрическим генератором электричества. Плутон же – самая маленькая из планет Солнечной системы. В 1992 году ее статус как планеты пошатнулся, а в 2006 Международный астрономический союз дал новое определение слову «планета», которому Плутон не соответствовал. Ответственный исследователь миссии New Horizons Алан Стерн в сердцах тогда заявил, что этому определению не соответствует даже Земля. В США произошло несколько уличных акций с лозунгом «Спасите Плутон». В 2008 году Плутону вернули статус, хоть и карликовой, но все же планеты.

В июне 2015 года аппарат New Horizons достиг пояса Койпера, где находится Плутон, и сделал фотографии планеты. Человечество впервые смогло взглянуть на космическое тело, открытое 85 лет назад.

Астробиолог NASA и специалист по научным связям команды New Horizons, доктор Дэвид Гринспун рассказал «Фонтанке», что фотографии Плутона в разных спектрах позволят ученым узнать больше о планете. В частности, станет известно о материалах, из которых состоят Плутон и его спутник Харон, о топографии космических тел, об атмосфере планеты и ее спутника, а также о ее составе и возможном испарении. Радиоданные с NewHorizons позволят узнать о наличии магнитного поля и о том, как эти космические тела взаимодействуют с солнечным ветром.

Ученый подчеркнул, что, хотя пролет длился всего несколько часов, данные о Плутоне будут поступать на Землю около года. Такое время потребуется для отправки сигнала более чем на 1 млн километров.

В NASA уже получили первые фотографии с края Солнечной системы и теперь знают, что на Плутоне есть горы высотой до 3,5 километров, которые покрыты водяным паром. При этом на поверхности Плутона почти нет кратеров. Это дает повод предположить, что карликовая планета относительно молода.

Также ученые дали первые названия районам на Плутоне и его спутнике Хароне. Так, темную зону Харона назвали «Мордор», а светлую область на поверхности Плутона в форме сердца – «Регионом Томбо», в честь открывшего Плутон Клайда Томбо.

После фотографирования планеты космический аппарат New Horizons продолжил полет по поясу Койпера. Его следующая цель пока не обозначена, и вскоре после отправки данных на Землю аппарат переведут в режим гибернации.

Пентакварк Шредингера

«Мы нашли это случайно», – заявили ученые, проводившие эксперименты на Большом адронном коллайдере. 14 июля 2015 года они исследовали ассиметрию материи и антиматерии, для чего столкнули протоны при энергиях до восьми тераэлектронвольт. В результате появились доказательства тезиса, который был выдвинут еще в 1987 году Хэрри (Цви) Липкиным.

В 1997 на существовании пентакварков настаивали и три петербургских ученых – Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков. Однако до 2015 года экспериментального подтверждения со 100 процентной вероятностью не было.

Впрочем, Виктор Петров рассказал «Фонтанке», что ученые ЦЕРН могли ошибиться в классификации: «Здесь очень может быть то, что называется адронной молекулой. То есть на самом деле имеется нормальная частица из трёх кварков – с одной стороны, а с другой – нормальная частица из кварка и антикварка. И вот они между собой довольно слабо слеплены. Как молекула. Но тогда это, в общем-то, не пентакварк. Пентакварк – это все пять частиц, слепленные вместе… Ну смотрите: связались у вас нейтрон и протон. Это называется дейтрон. Вы же не станете называть его "шестикварком"?».

Тем не менее «случайность» записали в анналы истории как подтверждения наличия пентакварков. При этом физики-теоретики не смогли с ходу сделать описание находки. Высказывается мнение, что это действительно может быть «адронная молекула» в составе дикварк плюс трикварк. Ученые ожидают, что теперь эта область науки резко активизируется и физики-теоретики смогут дать ответ, что же все-таки было обнаружено.

Туда и обратно

Ни Россия, ни американское NASA, ни Китай – никто раньше такого не делал. Такими словами американские эксперты комментировали успех Space X. Частной компании наконец-то удалось реализовать мечту и аккуратно приземлить побывавшую в космосе первую ступень ракеты-носителя Falcon 9 версии 1.1 на подготовленную площадку.

В Space X шли к этому с 2011 года, когда заявили о намерении создать многоразовые средства по выведению полезной нагрузки в космос. Программа тестирования с изучением маневрирования на малой высоте и скорости стартовала годом позже.

В апреле 2014 года часть ракеты-носителя впервые совершила контролируемое приводнение в океан. Однако последовавшие за этим в январе и апреле 2015 года попытки вертикальной посадки на платформу оказались неудачными. Успеха удалось достичь лишь 21 декабря.

«11 спутников выведены на целевую орбиту, и Falcon приземлился на площадке LZ-1 мыса Канаверал. С возвращением, детка!» – написал в своем твиттере основатель Space X Илон Маск.

Во время прямой видеотрансляции запуска ракеты неоднократно подчеркивалось, что выведение полезной нагрузки является первоочередной задачей, а возвращение ступени – дополнительной. Запуск 21 декабря был первым коммерческим, где использовалась ракета Falcon 9 версии 1.1. За один раз она вывела на околоземную орбиту 11 спутников, размером с небольшой холодильник, провайдера связи ORBCOMM. Они дополнили группировку из 17 аппаратов.

После этого некоторые эксперты поспешил заявить, что наступила эра многоразовых ракет-носителей, а старые одноразовые канут в Лету. Контраргументом звучал довод, что подготовка побывавшей в космосе ступени стоит значительную сумму, едва ли не превышающую сборку одноразового носителя.

Впрочем, Илона Маска, кажется, земные вопросы не интересуют. На пресс-конференции после приземления Falcon 9 он не скрывал, что достигнутый успех позволит приблизиться к его самой главной мечте – освоению Марса.

Windows, Tesla и все-все-все

Разумеется, с начала года произошло и несколько менее значимых, но все же важных событий в области науки и техники. Например, корпорация Microsoft презентовала новую версию операционной системы Windows, получившую номер десять. Пользователи Windows 7 и 8 получили ее бесплатно.

В корпорации заявили, что это последняя версия, скорее всего, Windows 11 не будет. Вместо этого планируется выпускать апдейты и апгрейды для «десятки». При этом операционная система станет общий как для ПК, так и для мобильных устройств. Windows 10 также получила голосового помощника по имени Cortana, который выполняет те же функции, что и «яблочная» Siri.

Позже оказалось, что Cortana и еще несколько сервисов новой версии Windows собирают информацию о пользователе и отправляют ее в Microsoft. В компании заявили, что не собираются вмешиваться в личную жизнь клиентов, а данные будут использовать только для совершенствования программного обеспечения.

Пару месяцев спустя еще одним достижением в области искусственного интеллекта порадовал производитель электромобилей Tesla, принадлежащий уже упоминавшемуся Илону Маску. Автомобили Tesla научились придерживаться разметки на дороге без вмешательства водителя.

В блоге компании отмечается, что необходимые для этого электромеханические части в автомобили Tesla S начали устанавливать еще с октября 2014 года. Речь идет о датчиках сближения с препятствиями, видеокамерах и спутниковой навигации. Год спустя состоялся релиз обновления операционной системы, которое позволило использовать автопилот.

«До автомобилей с полностью автоматизированным управлением осталось еще несколько лет. Однако уже сейчас автопилотTesla имеет функционал, схожий с автопилотом самолета, который активирован, когда ситуация на дороге ясна. При этом водитель по-прежнему отвечает за все управление, а также имеет интуитивно понятный доступ к системам автомобиля, который сообщает о действиях», – говорится в сообщении компании.

В соцсетях почти сразу стали появляться видеоролики водителей, которые пытались испытать автопилот на дороге. Во время одного из таких тестов в Москве автопилот смог уклониться от подрезавшего его такси.

Андрей Меньшенин