Снимок, полученный камерой телескопа «Джеймс Уэбб», где видна часть туманности Ориона. На этом изображении находится молодая звездная система d203-506, имеющая протопланетный диск, где астрономы впервые за пределами Земли обнаружили основу органической жизни — молекулу углерода, известную как метил-катион. Фото: webbtelescope.org
Весь год редакция с нетерпением ждала сообщения, что ученые научатся выращивать зубы и нам больше не понадобятся импланты и пломбы, а вечный двигатель размером с наперсток заменит бензиновый. Но, увы, до внедрения таких технологий пока далеко. Однако нет сомнения, что и такие вещи рано или поздно станут реальностью. Об этом говорят последние научные открытия и прорывы. «Новый проспект» собрал 10 самых ярких и перспективных проектов этого года.
1. Ученые разработали ИИ-декодер, который распознает мысли
Специалисты Техасского университета создали декодер на основе искусственного интеллекта, который превращает мозговую активность человека в непрерывный поток текста. Потенциальное применение технологии — помощь людям, которые не могут говорить. Система неинвазивна, то есть не требует хирургического вмешательства и вживления имплантатов. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии декодер улавливает ответы мозга на подкасты и изображения и генерирует понятные последовательности слов, которые восстанавливают смысл воспринимаемой речи. В основе разработки — та же технология искусственного интеллекта, что и у ChatGPt. Пока неинвазивные декодеры могут идентифицировать только небольшое количество слов, но это лишь начало. Ученые делают первые шаги, но уже есть масса вопросов, насколько этично использовать подобные новшества.
2. Биотехнологи создали эмбрионы человека без использования яйцеклеток и спермы
Ученые Института имени Вейцмана (Израиль) создали модель человеческого эмбриона из стволовых клеток, не используя сперму и яйцеклетки. Аналогичные работы идут в Кембриджском университете и Калифорнийском технологическом институте. По сообщению израильских специалистов, модель напоминает эмбрион в возрасте 14 дней. В это время эмбрион уже имеет внутреннюю структуру, но в нём еще не заложена основа для органов. Работа открывает новые возможности для изучения влияния лекарств на плод, а также причин выкидышей и генетических заболеваний. В перспективе, возможно, она позволит выращивать ткани и органы для трансплантации. Однако работа ученых также вызвала шквал этических и юридических вопросов, поскольку выращенные в лаборатории объекты выходят за рамки законодательства многих стран.
3. Самое большое животное теперь не синий кит
Помните, на уроках биологии мы изучали, что синий кит — крупнейшее животное на Земле как среди современных, так и среди вымерших? Так вот теперь хоть учебник переписывай. Группа ученых из Италии, Перу, Нидерландов и других стран представила миру нового претендента на звание гиганта — Perucetus colossus, обитавшего у берегов древнего Перу более 37 млн лет назад.
Иллюстрация: commons.wikimedia.org
Палеонтологи нашли части его скелета 13 лет назад в скалах на юге Перу. Сначала находка не произвела на них большого впечатления: продумаешь, валуны какие-то между скал. Но кто-то увидел в них странные фрагменты, возможно, кости древнего животного. Следующие 10 лет команда работала над освобождением Perucetus из камня. Это был нелегкий труд! Всего было обнаружено 13 позвонков, четыре ребра и часть бедра. По предварительным оценкам, вес животного мог превышать 300 тонн, а длина — 18 метров. Синие киты, хоть и длиннее (около 30 метров), весят «всего» около 200 тонн. Если Perucetus действительно был таким массивным, как предполагают ученые, то это самое большое животное, когда-либо жившее на планете. Исследование переосмысливает представления об эволюции китов и развитии жизни на планете.
4. В космосе исследователи нашли молекулу углерода
Группа ученых из разных стран обнаружила молекулу углерода в космосе. Эта молекула, известная как метил-катион (CH3+), очень важна, поскольку способствует образованию более сложных молекул на основе углерода. Метил-катион был обнаружен в молодой звездной системе с протопланетным диском, известным как d203-506, которая расположена на расстоянии около 1350 световых лет от Земли в туманности Ориона. Для наблюдения за системой ученые использовали космический телескоп James Webb. Молекула чрезвычайно активна: среднее время ее свободного существования — 0,0084 секунды, поэтому зафиксировать нахождение большого количества таких катионов в одном месте оказалось непросто.
Соединения углерода составляют основу земной жизни. Молекулярные ионы, содержащие углерод, особенно важны, поскольку они реагируют с другими малыми молекулами и образуют более сложные органические соединения даже при низких межзвездных температурах. Метил-катион — один из таких ионов, за которым ученые охотились многие годы. Но до сих пор возможности телескопов не позволяли обнаружить их следы. Анализ распространения таких ионов и химического состава протопланетных дисков позволит приоткрыть тайну химической эволюции, которая привела к формированию жизни.
Молекулу никогда раньше в космосе не находили.
5. Гибрид органических тканей и компьютера уже не фантастика
Ученые Университета Индианы представили Brainoware — гибрид компьютера и тканей, подобных человеческому мозгу. С помощью стволовых клеток биотехнологи вырастили на высокоплотном массиве электродов так называемый органоид мозга — объемную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей. Этот биологически-электронный компьютер способен распознавать людей по голосу и решать сложные математические задачи. Система в течение двух дней обучалась на прослушивании 240 аудиозаписей речи восьми японцев, произносящих гласные звуки, и научилась распознавать конкретный голос с точностью до 78%.
Хотя компьютеры становятся всё более сложными и мощными, человеческий мозг по-прежнему превосходит их по многим показателям. Создав органоид мозга, исследователи сделали гигантский шаг на пути к гибридным компьютерам, которые объединят человека и машину.
6. Астрофизики открыли новый тип гравитационных волн
Астрофизики, вооруженные мощнейшими радиотелескопами, сделали важное открытие: они обнаружили низкочастотные гравитационные волны, движущиеся по нашей Галактике, в ткани пространства и времени. Эта космическая рябь, вероятно, является далеким отголоском взаимодействия и слияния сверхмассивных черных дыр на расстоянии многих миллиардов световых лет. Консорциум, включавший около 200 исследователей, следил за мельчайшими изменениями прихода импульсов от десятков пульсаров, чтобы выявить сбои, указывающие на гравитационно-волновую аномалию. Многолетний анализ сигналов позволил выявить наличие наногерцовых гравитационных волн c периодами от нескольких лет до десятилетий. Пока это скорее «гул», не позволяющий отождествить волны с конкретным источником. Изучение этого нового типа гравитационных волн может помочь разгадать детали происхождения нашей Вселенной. Наблюдения велись почти 20 лет. Открытие сверхдлинных гравитационных волн имеет шанс получить Нобелевскую премию.
Сверхмассивные двойные системы черных дыр в ядрах галактик создают рябь, называемую гравитационными волнами. Когда они распространяются по Вселенной, то растягивают и сжимают пространство-время, но эффект крошечный (всего около одной части из 1 000 000 000 000 000), что делает их очень трудными для обнаружения. Гравитационные волны несут информацию об источниках, которые их породили, и особенно полезны для изучения источников, которые невозможно увидеть с помощью света. Иллюстрация: Елена Шмахало, nanograv.org
7. Мини-легкие in vitro теперь на потоке
В результате взрывной глобальной пандемии заболевания COVID-19 зафиксировано более 665 млн подтвержденных случаев заболевания и 6,7 млн смертей. Легкие являются одним из наиболее уязвимых органов-мишеней для SARS-CoV-2. Для изучения клеточных реакций и идентификации малых молекул, которые останавливают вирус, ученым нужны органоиды легких, то есть органы, выращенные в искусственных условиях. Для этих целей исследователи Университета Рокфеллера разработали новую технологическую платформу, позволяющую выращивать тысячи почти идентичных зачатков легких из эмбриональных стволовых клеток человека.
Исследователи надеются использовать легочную ткань, напоминающую легкие человека по типу клеток и сложности, для изучения механизмов развития COVID-19, гриппа, рака легких, а также для поиска новых методов их лечения. Платформа позволит реагировать на возможные пандемии с гораздо большей скоростью и точностью.
8. Ученые совершили прорыв в изучении эпилепсии
Исследования, проведенные Научным центром имени академика Н.П. Бочкова, изменили представление о молекулярных причинах эпилепсии, обусловленной патогенными вариантами гена. Особое внимание ученые уделили гену SCN1A, кодирующему натриевый канал в головном мозге. Этот ген играет ключевую роль в генетически обусловленной эпилепсии, особенно при синдроме Драве, одном из тяжелейших расстройств этого спектра. Как и многие генетические заболевания, синдром Драве относится к редким. Например, в США он встречается у одного из 15 700 человек. Ученые сосредоточили внимание на исследовании вариантов, влияющих на сплайсинг — ключевой шаг в обработке РНК. Именно нарушения сплайсинга, по некоторым оценкам, являются одной из самых частых причин развития наследственных заболеваний. Однако в случае эпилепсий они не были изучены. Используя молекулярную систему, исследователи проверили 95 вариантов гена SCN1A, это одна из крупнейших выборок в мире. Результаты исследования открывают перспективы для персонализированного лечения.
9. Океанологи обучают кораллы выживать
Половина всех коралловых рифов на Земле находится под угрозой уничтожения, а 20% уже погибли. Рост кораллов даже в благоприятных условиях составляет не более 1 см в год в продольном направлении, поэтому на формирование среднего рифа уходят столетия. Это очень печально, и не только потому, что они такие красивые. Исчезновение рифов приведет к быстрой эрозии побережья, и некоторые небольшие острова могут даже исчезнуть с карты мира. Кораллы страдают от повышения температуры и загрязнения воды, чрезмерного вылова рыбы, болезней. Одной из проблем стало их обесцвечивание. Без вмешательства человека рифы будут и дальше разрушаться. Чтобы противостоять этому, ученые Национального океанографического и метеорологического университета США создали что-то вроде «медцентра для кораллов». Это сложная система аквариумов, где исследуются разные типы кораллов в разных условиях. Цель в том, чтобы «обучить» их выживать в экстремальных условиях.
Работы по восстановлению кораллов. Фото: fisheries.noaa.gov
10. Началась работа над новым, более репрезентативным геномом
Большая группа ученых из разных стран представила первые результаты работы по созданию пангенома, призванного отразить всё генетическое разнообразие людей. Таким образом, началось долгожданное обновление эталонного человеческого генома 20-летней давности. Предыдущая эталонная выборка в основном базировалась на геноме всего одного человека, а другие данные были получены от людей преимущественно европейского происхождения.
Новая модель создается на основе геномов 47 человек, включая выходцев из Африки, Азии, Карибского бассейна, Америки и Европы. Ученые планируют в течение 2 лет разработать модель на основе генетического описания 700 человек, представляющих весь мир. Хотя геномы людей обычно идентичны более чем на 99%, однако именно 1% позволяет выявить индивидуальные различия, а это ключ к информации о причинах многих болезней, тяжелых генетических расстройствах и их лечении.
