19.12.2024

6 переломных моментов в науке 2024 года, которые определят будущее

От океанов, обнаруженных на далеких планетах, до подробной карты мозга мухи — эти открытия углубили наше понимание мира.

Легко думать о 2024 году как о бурном годе, но есть некоторое утешение в осознании того, что человечество теперь может утверждать, что знает больше о вселенной, чем когда-либо прежде. Как вид, мы никогда не были более просвещенными, потому что ученые всегда узнают больше, и потому что наука всегда не завершена.

Но какие научные открытия 2024 года оказались самыми захватывающими и знаменательными?

Принятие такого решения — довольно сложная задача. Иногда наступает очевидный момент озарения, когда последствия для человечества, мира в целом или самого космоса, меняющие парадигму, становятся очевидными немедленно. Но часто то, что может показаться небольшим шагом вперед в нашем научном понимании чего-либо в настоящем, оказывается просто еще одной костяшкой домино, упавшей на пути к чему-то невообразимо эпическому и меняющему правила игры.

Будь то расширение наших знаний о микроскопическом мире или изменение нашего восприятия нашего галактического окружения, каждый прогресс заслуживает внимания.

Долгое время считалось, что океаны Земли уникальны. Насколько могли судить ученые, Марс был радиоактивной пустыней, Венера — засушливым вулканическим адом, а бесчисленные ледяные луны Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — замороженными шарами льда. Но в 1980-х годах странные электрические сигналы, поступающие от спутника Юпитера Европы, убедительно свидетельствовали о том, что под его ледяным панцирем скрывается древний, теплый, соленый океан с жидкой водой.

Это открытие ускорило запуск миссии NASA Europa Clipper — космического аппарата, который покинул Землю в октябре этого года в надежде дистанционно изучить этот океан и определить, пригоден ли он для жизни.

В настоящее время ученые не перестают находить убедительные доказательства существования океанов во внешней части Солнечной системы.

Энцелад Сатурна, несомненно, содержит еще один водный океан, но несколько других являются чрезвычайно многообещающими кандидатами — и в этом году мы получили еще несколько. В феврале астрономы объявили, что нашли доказательства существования океана, скрытого на спутнике Сатурна Мимасе . Затем, в октябре, убедительные данные указали на еще один океан, скрытый в Миранде , спутнике Урана.

Важно найти доказательства того, что океаны широко распространены в Солнечной системе.

Жизнь, какой мы ее знаем, любит воду, и хотя мы не знаем, есть ли на этих водных лунах жизнь (микробная или что-то более рыбное), теперь у нас есть гораздо больше мест для ее поиска на нашем собственном космическом заднем дворе, чем ученые могли когда-либо мечтать.

Вы, вероятно, не задумывались о скромной, иногда раздражающе настойчивой плодовой мушке. Но для многих ученых это маленькое существо — Drosophila melanogaster — является одним из самых важных видов на планете. У него может быть крошечный мозг, но он выполняет многие из тех же основных неврологических процессов, что и человек, будь то когда муха ищет пищу или когда она «общается» с другим представителем своего вида. Это означает, что ее крошечный мозг может рассказать нам о каждом типе мозга, включая наш собственный.

В октябре была проведена комплексная картография мозга взрослой плодовой мушки , в ходе которой на специальной карте было размещено 50 миллионов связей между примерно 140 000 отдельных нейронов.

Церебральная картография любого организма столь же сложна, сколь и многообещающа.

Как выглядит здоровая или нездоровая связь между клетками мозга? Как 3D-навигация подключается к мозгу? Откуда берется поведение? Что такое мысль или память?

Мозг плодовой мушки значительно менее сложен, чем мозг человека, но эта карта даст подсказки, которые помогут нейробиологам понять, что делает вас... вами.

В некотором смысле, это совсем не удивительно: самые плодовитые в мире источники выбросов парниковых газов полностью не смогли остановить их выбросы, и планета продолжала нагреваться с головокружительной скоростью, принося с собой всевозможный климатический хаос. Но в этом году впервые глобальные средние температуры с большой вероятностью подскочили более чем на 1,5 ° C выше доиндустриального уровня.

Часто упоминаемая граница в 1,5 ° C несколько условна; ничего драматического (кроме экстремальных погодных и климатических потрясений, которые мы уже наблюдаем сегодня) не произойдет внезапно , как только мы перейдем этот Рубикон. Но эта граница все еще имеет значение.

В рамках Парижского соглашения почти 200 стран согласились не допустить повышения температуры Земли более чем на 2 ° C по сравнению с доиндустриальным уровнем, но в идеале они хотели бы удержать ее ниже 1,5 ° C . Чем теплее становится планета, тем более пагубные последствия изменения климата мы испытаем; каждое повышение средней глобальной температуры на 0,1 ° C увеличивает риск более мощных штормов, более продолжительных волн тепла, катастрофических наводнений и т. д.

1,5 ° C были амбициозной целью. Преодоление ее знаменует собой мрачное, но важное открытие. Тревожные колокола звонят громче, чем когда-либо прежде: если этот рост температуры не будет обращен вспять или, по крайней мере, остановлен, все наше будущее будет все больше омрачено гневом изменения климата.

Нередко можно проснуться однажды утром, попытаться завязать шнурок, болезненно потянуть что-то в пояснице и внезапно почувствовать себя намного старше, чем вчера.

Как ни странно, хотя мы действительно стареем ежедневно, в августе ученые обнаружили, что организм человека, по-видимому, проходит через два быстрых всплеска старения : один раз в возрасте около 44 лет и еще раз, когда нам исполняется 60.

Используя 108 добровольцев, которые передали исследователям всевозможные биологические образцы, ученые отслеживали изменение запасов различных биохимических веществ и микробов в разном возрасте. По непонятным для ученых причинам и мужчины, и женщины, похоже, претерпевают серьезные изменения в середине 40-х годов : меняется то, как наши тела справляются с сердечно-сосудистыми заболеваниями, и то, как мы расщепляем такие вещи, как алкоголь, жиры и кофеин. Затем, когда мы вступаем в свои 60 лет, наши тела претерпевают изменения (помимо прочего) в иммунной регуляции и углеводном обмене.

Хотя пока не ясно, в какой степени эти изменения обусловлены изменениями образа жизни (например, люди склонны гораздо больше пить в стрессовые 40 лет), а не чисто биологическими причинами, тот факт, что мы стареем скачками, по-прежнему остается захватывающим и совершенно неожиданным.

Покойный великий Карл Саган однажды сказал: «Мы сделаны из звездного вещества». Это вполне буквально верно, поскольку все элементы, из которых мы состоим, и планеты, и все, что между ними, произошли от гибели бесчисленных древних звезд. Теперь мы находимся на грани выяснения того, откуда именно взялось все это звездное вещество, благодаря миссии NASA OSIRIS-REx.

В 2020 году космическому аппарату Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification и Security-Regolith Explorer удалось ненадолго приземлиться на астероиде Бенну, похитить часть его первозданного материала, а затем сбросить его обратно на Землю в сентябре 2023 года. Это не первый случай, когда космический аппарат похищает вещество с астероида (Япония делала это дважды), но 121,6 грамма астероидных зерен, добытых OSIRIS-REx, являются самым крупным образцом первозданного вещества, когда-либо полученным.

Астероиды — это обломки, оставшиеся после бурного формирования Солнечной системы. Эти строительные блоки содержат не только минералы, которые пошли на создание планет — включая Землю, — но и химию, которая создала наши моря и океаны, и, возможно, даже соединения, которые дали начало самым первым формам жизни.

В этом году ученые впервые взглянули на образец OSIRIS-REx, и они в восторге от того, что он им рассказал : Солнце было сформировано в результате гибели множества звезд, от маломассивных до достаточно крупных, чтобы взорваться как мощные сверхновые; странные молекулы в образце позволяют предположить, что он произошел из разрушенного геологически активного мира; а внутри этого первобытного астероида был обнаружен целый ряд пребиотических соединений, включая всевозможные аминокислоты.

Короче говоря, этот образец уже переписывает то, что мы знаем о происхождении Солнечной системы, — а ученые изучили только один процент. Кто знает, что еще он припас?

По мере того, как ИИ становится все более заметной частью нашей жизни, к нему относятся с большим подозрением, но в этом году стало ясно, что он поможет пролить свет на то, как устроена сама жизнь.

В октябре Нобелевская премия по химии была присуждена нескольким исследователям, занимающимся изучением белков — машин, похожих на завитушки и лежащих в основе большей части биохимии.

Понимание того, как работают белки, означает (помимо прочего) знание того, как распространяются болезни — от малярии до болезни Паркинсона, а затем поиск способов их остановить.

Примечательно, что двое из трех лауреатов премии — Демис Хассабис и Джон Джампер, оба из Google DeepMind, — обязаны своими открытиями своей модели искусственного интеллекта под названием AlphaFold2 .

С безжалостной эффективностью этот ИИ смог предсказать структуру практически всех 200 миллионов белков, которые, как обнаружили ученые, существуют. Это означает, что теперь у ученых есть инструмент, который может быстро и точно вычислять, какие виды белков будут участвовать или являться результатом всех видов химических реакций или наборов начальных условий.

Способность ученых расшифровывать так много загадочных аспектов биохимии — от устойчивости к антибиотикам до неврологических заболеваний — никогда не была столь острой.

Робин Джордж Эндрюс.