1. Горячие и молодые звезды
Самый важный научный прорыв 2022 года – запуск телескопа JWST (James Webb Space Telescope), который NASA совместно с европейским и канадским космическими агентствами строили более 20 лет. Телескоп снимает и уже известные объекты, и неизученные части Вселенной в прежде недоступной части спектра. И, возможно, получив данные от JWST, «теоретикам придётся переписать некоторые свои суждения о ранней истории Вселенной». Главное преимущество космических телескопов перед наземными в том, что им не мешает земная атмосфера. Диаметр JWST – 6,5 метра, и его снимки гораздо более чёткие и детализированные, чем у Hubble. Телескоп снимает космос в инфракрасном свете – в этом диапазоне длинных волн можно увидеть гораздо более далёкие и древние объекты Вселенной, чем это было возможно до появления JWST. JWST вышел на орбиту в январе 2022 года, местом его назначения была вторая точка Лагранжа (L₂). 11 февраля от него пришли первые технические снимки: изображение солнцеподобной звезды HD 84406 и снимок главного зеркала. С тех пор благодаря JWST учёные регулярно находили новые галактики, более удалённые, чем какие-либо ранее задокументированные, и получали новые детализированные данные о процессах в дальнем космосе. Например, одно из первых изображений JWST «Космические скалы», кроме ультрафиолетовой энергии звёзд в скоплении, в итоге показало учёным «24 ранее неизвестных выброса вещества» от горячих молодых звёзд. В путешествии JWST было использовано гораздо меньше топлива, чем ожидалось, поэтому теперь у телескопа достаточно энергии, чтобы устойчиво удерживать его в небесной точке вплоть до 2040-х годов.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб». Фото: NASA2. Многолетний рис
Существенным прорывом в борьбе с глобальным голодом (по данным ООН, число тех, кто сталкивается с голодом, в 2022 году достигло около 180 млн человек в 41 стране) учёные Science назвали эксперименты над сортами многолетнего риса. Ведутся они уже больше 20 лет. Именно тогда путём скрещивания однолетнего азиатского сорта риса с многолетним диким рисом, который растёт в Африке, получили сорт PR23. А в 2022 году удалось добиться того, чтобы сорт стал урожайным и качественным. Наконец, учёные из Китая опубликовали позитивный отчёт с успешными результатами: с учётом сезонных условий PR23 дал столько же зерна, сколько обычный рис.
Благодаря тому, что пропускается очень трудоёмкий процесс посадки, объём работ на один гектар сокращается на целых 77 человеко-дней каждый сезон и помогает снизить расходы фермеров вдвое. Количество питательных веществ в почве при этом только увеличивается. В какой-то мере многолетний рис – это и решение экологической проблемы, так как почва под однолетними злаками склонна к эрозии.
3. Искусственный интеллект захватывает искусство
«Поначалу вторжение машин было медленным, но в этом году оно превратилось просто в захват территорий», – предупреждает журнал Science. Теперь роботы не только лучше считают, но и научились самовыражаться через искусство.
Весной 2022 года OpenAI (американская компания, занимающаяся разработкой и лицензированием технологий на основе машинного обучения, один из основателей которой Илон Маск) выпустила DALL·E 2 – обновлённую версию системы на базе генеративно-состязательных сетей. Разработчики реализовали диффузионный метод машинного обучения, когда изображения возникают из текстового описания. Художник Джейсон Аллен, воспользовавшись нейросетью, даже победил на конкурсе изобразительного искусства. Его работа Théâtre D’opéra Spatial была создана с использованием искусственного интеллекта преобразования текста в изображение и вызвала много шума, удивления и раздражения.
DALL-E 2 способна создавать фотореалистичные изображения, а также редактировать уже готовые, изменяя их композицию, тени и текстуру, и всё это на основе текстовых описаний.
Изображение созданное с помощью DALL-E 2. Фото: openai.comКак художник с самым бурным воображением, DALL-E 2 умеет объединять совершенно чуждые друг другу концепции: быстро создать правдоподобное изображение космонавта, скачущего на лошади в невесомости, или коалы, забрасывающей баскетбольный мяч в корзину.
Эксперты журнала Science отмечают, что к использованию ИИ возникает всё больше вопросов. «Помимо философских споров о том, можно ли считать эти кремниевые подвиги настоящим творчеством, они поднимают практические и этические дилеммы. Некоторые наблюдатели опасаются, что искусственные художники будут нарушать авторские права, закреплять стереотипы, распространять дезинформацию или сокращать рабочие места. Но нет никаких сомнений в том, что люди будут использовать эти инструменты для расширения собственного творчества, так же как мы делали это в прошлом с ткацкими станками, камерами и другими некогда тревожными изобретениями».
4. Чудесный «макроб»
Бактерия Thiomargarita magnifica, найденная на поверхности опавших листьев в мангровом болоте на Антильских островах, оказалась в 5 тысяч раз больше сородичей и вообще перевернула все прежние представления о бактериях. Она видна невооружённым глазом и достигает размера в два сантиметра. Особенностью бактерии-великанши является то, что её ДНК отделена от остального содержимого клетки мембраной. Бактерия разделена надвое: в одной части – ДНК и рибосомы, а другая часть – это мешочек с водой, который, видимо, и «сделал микроб макробом». Геном Thiomargarita magnifica очень длинный – почти 12 миллионов пар нуклеотидов (обычно у бактерий он не превышает четырёх миллионов). «Это переворачивает традиционное представление о делении форм жизни на эукариот и прокариот. К эукариотам относятся растения, животные и другие организмы со сложными клетками... К прокариотам относятся бактерии и другие одноклеточные организмы, у которых отсутствуют органеллы, иногда их называют просто “мешки белков”. T. magnifica, кажется, представляет собой нечто среднее – возможно, отражая переходные формы, которые развились миллиарды лет назад».
5. Вакцины против РСВ
Респираторно-синцитиальный вирус (РСВ), вызывающий инфекции дыхательных путей, представляет опасность для младенцев и пожилых людей. Долгое время учёные пытались создать эффективную, а главное безопасную вакцину от вируса. Более 50 лет назад исследования были остановлены после того, как в ходе клинических испытаний экспериментального препарата погибли двое детей, а другие были госпитализированы. Вакцина была изготовлена из химически инактивированной версии вируса, который давал недостаточно эффективные антитела. В итоге РСВ серьёзно повредил дыхательные пути. Исследования возобновились только в 2013 году.
Фото: CDC/UnsplashНаконец в 2022 году две вакцины прошли клинические испытания: было доказано, что они смогут защитить группы риска без серьёзных побочных эффектов.
6. Вирус, вызывающий рассеянный склероз
Ещё одно важное открытие сделали иммунологи: проанализировав медицинские записи 10 миллионов новобранцев американской армии за 20 лет, они нашли связь между вирусом Эпштейна–Барр (ВЭБ) и рассеянным склерозом, который является аутоиммунным заболеванием.
ВЭБ попадает в организм человека и годами остаётся в В-клетках – разновидностях лимфоцитов. Рассеянный склероз же часто проявляется после острого заболевания инфекционным мононуклеозом, который, в свою очередь, вызывает вирус Эпштейна–Барр.
Из 801 солдата, у которых развился рассеянный склероз, у всех, кроме одного, ранее ставился положительный результат теста на вирус Эпштейна–Барр. К счастью, рассеянный склероз далеко не всегда следует за ВЭБ. Это один из самых распространённых вирусов, его перенесли 95% взрослых людей, часто бессимптомно.
7. Кости дали ответ
700 лет назад чума – «чёрная смерть» – убила от одной трети до половины жителей Европы. Учёные задались вопросом: как чума поменяла выживших европейцев?
Команда исследователей проанализировала древнюю ДНК из костей более чем 500 человек, похороненных до, во время и после «чёрной смерти» в Англии и Дании. В октябре в журнале Nature учёные опубликовали результат: чума в первую очередь повлияла на иммунную систему человека. Выжившие с гораздо большей вероятностью были носителями вариантов генов, которые усиливали иммунный ответ на Yersinia pestis – чумную бактерию, которую переносили блохи. Ген ERAP2 кодирует белок, который помогает иммунным клеткам распознавать угрожающие вирусы и бороться с ними.
Фрагмент миниатюры из хроники Жиля Ле Мюизи «Похороны жертв чумы в Турне». Фото: общественное достояниеКоманда обнаружила два варианта ERAP2, которые отличаются всего одной буквой в генетическом коде. Один производит полноразмерный белок, другой – его укороченную версию. Люди, унаследовавшие две копии первого варианта, в два раза чаще переживали чуму, чем вторые. Исследователи также культивировали в лаборатории иммунные клетки 25 современных британцев и обнаружили, что клетки с полноразмерной защитной версией ERAP2 производят больше белков иммунной системы, называемых цитокинами, при воздействии Y. pestis. Быстрое распространение этого варианта защитного гена в Европе в течение столетия после «чёрной» смерти является самым убедительным примером естественного отбора человеческого генома. Защитный вариант ERAP2 до сих пор встречается у 45% британцев. При этом «постчумные» изменения увеличили риск развития аутоиммунных заболеваний – болезни Крона и ревматоидного артрита.
8. Атака на астероид
Тысячи, если не миллионы лет маленькая луна по имени Диморфос вращалась вокруг более крупного астероида, находящегося в миллионах километров от Земли. 26 сентября NASA врезалось в луну космическим кораблём, навсегда изменив её орбиту и продемонстрировав стратегию, которая однажды может спасти человечество.
Когда спутник Double Asteroid Redirection Test (DART) размером с холодильник врезался в 160-метровый Диморфос со скоростью 6 километров в секунду, учёные отпраздновали первое в истории учебное испытание «миссии планетарной защиты». Цель состояла в том, чтобы подтолкнуть Диморфос немного ближе к своему партнёру, сократив его орбитальный период.
Конкретно этот астероид никак не угрожал Земле, цель миссии DART (Double Asteroid Redirection Test) – опробовать метод контролируемого тарана, чтобы уметь защищать Землю от астероидов.
Почти 12-часовая орбита астероида сократилась на 32 минуты. Эти показатели более чем в 26 раз больше, чем NASA установило в качестве цели.
9. Мастодонты арктической пустыни
Фото: ANIRUDH/UnsplashДо недавнего времени срок хранения ДНК оценивался примерно в миллион лет. Считалось, что более старый генетический материал прочитать невозможно из-за сильной деградации. В этом году учёные извлекли из промёрзшей почвы арктической пустыни крошечные фрагменты ДНК возрастом не менее 2 миллионов лет. Это исследование демонстрирует возможность реконструировать затерянные миры по ДНК: в данном случае это оказался пышный прибрежный лес из тополей, туй и других хвойных деревьев, который процветал когда-то в Северной Гренландии. Здесь гуляли чёрные гуси и мечехвосты, северные олени, лемминги и мастодонты. До этой находки никто не ожидал, что ареал этого вымершего родственника слонов простирается так далеко на север.
Сохранили ДНК на протяжении веков не только естественный холодильник вечной мерзлоты, но и зёрна кварца в глине, заряженные поверхности которых связывали и защищали ДНК. Команда потратила годы на оттачивание методов извлечения фрагментов ДНК из минералов, а затем на их расшифровку.
10. Закон для климата
Важным шагом в деле сохранения климата журнал Science признал Закон о снижении инфляции (IRA), принятый в США: «Его климатические положения – это самый большой шаг, который когда-либо предпринимали Соединённые Штаты для замедления глобального потепления». Предусмотрено, что 369 миллиардов долларов в течение 10 лет будут выделены на поддержку экологически чистых источников энергии, переход на электромобили и исследования, которые помогут сократить промышленные выбросы.
