Приходя в себя после бурной и, надеюсь, все-таки радостной встречи нового года, можно почитать краткий обзор самых значимых событий в науке, случившихся в ушедшем году. В конце декабря такие подборки опубликовали многие издания. Есть версия журнала Science, журнала Смитсоновского института, отдела науки BBC, Guardian, сайта Антропогенез.ру.

Решил составить такой обзор и я. Выбор мой был, безусловно, субъективен. Я даже не стал заботиться о справедливом распределении в итоговом списке разных наук, так что выборка отражает мои личные интересы. Не стал я и ориентироваться на проявления читательского внимания к сообщениям об этих событиях в течение года (количество просмотров и "лайков"). Так что в подборку попали как события, которые вызвали большой интерес, так и те, что прошли почти незамеченными, но мне показались важными.

Исследование кометы Чурюмова-Герасименко

Среди событий, о которых говорили все, но которые все-таки нельзя не упомянуть, полет космического аппарата Rosetta к комете Чурюмова-Герасименко. Первая новость поступила в самом начале 2014 года, когда летевший в течение десяти лет аппарат 20 января вышел из спящего режима. 6 августа он сблизился с кометой и уже на этом этапе добыл немало интересных результатов. 12 ноября спускаемый модуль Philae впервые в истории совершил посадку на кометное ядро. Хотя он попал в тень скалы и поэтому солнечные батареи не смогли в достаточной мере снабжать его энергией, за краткое время работы модуль успел передать на Землю немало уникальной информации.

Специалисты надеются активировать модуль снова, когда с приближением кометы к Солнцу освещенность на поверхности ядра изменится.

Амфиопольская гробница

Вторая "научная бомба" года относится к области археологии. На севере Греции, рядом с древним городом Амфиополем, исследована крупнейшая античная гробница. Ученые датируют ее датируют 330 – 325 гг. до н.э., то есть самым концом правления Александра Македонского. Среди находок двухметровые статуи сфинксов, кариатиды, прекрасная мозаика, изображающая похищение Персефоны Аидом. Найден и саркофаг со скелетом взрослого мужчины. Исследователи выдвигают разные версии того, кто именно был похоронен в столь роскошной гробнице. Скорее всего, это один из сподвижников Александра. Называют Антигона Одноглазого, Неарха, Гефестиона и Лаомедона, сына Лариха. Если погребенный принадлежал к царской семье и был потомком Филиппа Македонского, это может установить генетический анализ, так как недавно ученые смогли подтвердить, что в гробнице, найденной в 1977 году в Вергине, были найдены останки именно Филиппа. Это помог сделать анализ прижизненных травм на скелете. Теперь, имея подтвержденные останки Филиппа, можно выделить ДНК и сравнить его с ДНК скелета из Амфиополя. Эта тема подводит нас к следующей научной новости 2014 года.

Подтверждение древних личностей

В начале 2014 года с помощью генетического анализа удалось подтвердить подлинность останков святой Кетеван, царицы Кахетии. Она была казнена в Персии в 1624 году за отказ принять ислам. Тело Кетеван выкрали находившиеся в Персии монахи-августинцы, и оно попало в католический храм в индийском городе Гоа. Монастырь был закрыт в 1835 году и разрушен последующими землетрясениями. В 2000 году археологи нашли осколки каменного ларца с мощами и фрагменты костей. Недавно удалось выделить из кости митохондриальную ДНК, в которой ученые обнаружили гаплогруппу U1b. Эта гаплогруппа отсутствует у населения Индии, зато характерна для Грузии.

В конце года произошло куда более громкое событие. Окончательно подтвердилось, что скелет, найденный в 2012 году в английском городе Лестере на парковке, где когда-то стояла церковь францисканского монастыря, принадлежит Ричарду III. В данном случае генетический анализ так называемых "коротких тандемных повторов" в ДНК сопровождало масштабное генеалогическое исследование, которое должно было подтвердить, что никакой другой кровный родственник Ричарда не мог погибнуть тогда же в битве на Босвортском поле и быть похороненным в этом монастыре.

Печальная новость

В начале февраля в Nature была опубликована статья о новом способе получения индуцированных стволовых клеток, созданном в Японии. При этом соматические клетки мышей просто помещали в слабый раствор кислоты. Некоторые из выживших клеток, как сообщалось в статье, превратились в плюрипотентные стволовые клетки. Однако уже в марте сотрудники Центра биологии развития Института физико-химических исследований (RIKEN).объявили, что вынуждены отозвать статью для повторного проведения экспериментов и проверки всех содержащихся в ней данных. В июле журнал Nature объявил об окончательном отзыве статьи, так как в ней обнаружился ряд ошибок и неточностей, делающих неверными выводы авторов. Среди перечисленных фактов указывались и подтасовки в подписях к изображениям клеток, использованных в статье.

В начале августа совершил самоубийство известный ученый заместитель директора Центра биологии развития Иосики Сасаи. Он не имел непосредственного отношения к фальсификации данных в статье, но был научным руководителем ведущего автора статьи Харуко Обакаты. В письмах, написанных перед смертью, ученый говорил, что испытывает глубокий стыд за многочисленные ошибки в публикациях и ощущает огромную личную ответственность за случившееся.

Иосики Сасаи был известен как автор экспериментов по выращиванию стволовых клеток в органоподобных структурах. В 2012 году он стал первым исследователем, которому удалось вырастить из человеческих стволовых клеток "глазной бокал" – клеточную структуру, существующую ранней стадии развития глаза у эмбриона.

И снова плюрипотентные клетки

В начале декабря закончилось длительное исследование, проведенное коллективом ученых под руководством под руководством Андраша Надя. Они в подробностях изучили, что происходит с клеткой в процессе перепрограммирования (превращение дифференцированной клетки в плюрипотентную стволовую). В результате была создана общедоступная база данных, из которой любой ученый сможет узнать, что происходит на интересном ему этапе, не задействован ли изучаемый им ген или белок в поддержании плюрипотентности и как получить клетки нужного им типа. В ходе исследования также была также описана роль регуляторных РНК в процессе клеточного перепрограммирования и показано, что регуляция активности регуляторных РНК происходит в том числе эпигенетически, аналогично регуляции активности кодирующих белок генов. Масштаб исследования был таков, что журналы Nature и Nature Communications опубликовали сразу пять статей, описывающих его результаты.

"Запаховые слова"

В журнале Cognition было опубликовано описание богатой системы названий запахов в языке джехай, на котором говорят около 1000 человек, живущих в лесах малайского штата Перак у границы с Таиландом. Обычно в языках мира запахи обозначают по названию пахнущего объекта (мятный, шоколадный запах) или используют прилагательные, относящиеся к области вкуса (сладкий или кислый запах) или тактильного ощущения (резкий, влажный, теплый запах). В языке джехай обнаружено более десяти непроизводных названий запахов, составляющих своеобразную запаховую палитру. Это уникальное явление для языков мира.

Стихотворение Сапфо

В начале года папиролог Дирк Оббинксообщил об обнаружении текстов двух ранее не известных стихотворений Сапфо. Папирус, на котором найдены эти тексты, находится в частной коллекции и относится к III веку нашей эры.

Оба стихотворения написаны сапфической строфой – формой, которую ввела Сапфо в греческую поэзию. От одного из стихотворений осталось лишь девять строк, из которых понятно только, что оно обращено к богине Афродите (в тексте – Киприде). А вот другое дошло почти полностью. В этом стихотворении упоминаются братья Сапфо – Ларих и Харакс. Античной традиции они были известны, но вот в произведениях самой Сапфо их имена встречаются впервые. Стихотворение построено в виде диалога и посвящено возвращению Харакса из морского плавания. Один из героев предлагает вознести молитву Гере о благополучном возвращении корабля. К концу года ученые успели выдвинуть ряд интересных интерпретаций текста этого стихотворения.

В 2014 году были найдены и другие произведения прошлого: высеченное на камне древнегреческое стихотворение неизвестного автора, фрагменты труда математика и астронома Эратосфена, комедия Лопе де Веги, стихотворение Уолта Уитмена.

Две новых буквы генетического алфавита

Больше двадцати лет понадобилось учеными, чтобы создать бактерию Escherichia coli, в геноме которой вместо обычных двух пар нуклеотидных оснований содержатся три пары. Если обычно генетическая информация записывается с помощью четырех нуклеотидов (аденин соединяется с тимином, гуанин – с цитозином), то в этом случае ученым удалось добавить к четырем существующим нуклеотидам еще два, которые не встречаются у живых организмов в природе. Искусственные нуклеотиды содержатся не в основном бактериальном геноме, а в одной из плазмид – кольцеобразных молекул ДНК, самостоятельно существующих в бактериальной клетке. "В принципе, мы могли бы кодировать новые белки, сделанные из новых, неестественных аминокислот", - сказал ведущий автор исследования профессор Флойд Ромсберг из Исследовательского института Скриппса. Также важно, что организмы, содержащие новые нуклеотиды, не смогут синтезировать их, не получая необходимый материал извне. Поэтому при использовании расширенного генетического алфавита в генной инженерии можно будет не опасаться, что модифицированный генный материал попадет в природные организмы и вызовет неконтролируемые последствия.

Поляризация реликтового излучения

17 марта группа ученых под руководством Джона Ковача, работающая в рамках проекта BICEP2 объявила об обнаружении в поляризации реликтового излучения особой характеристики (В-моды), что, по мнению многих физиков, служит важным подтверждением инфляционной модели Вселенной и существования гравитационных волн. Согласно инфляционной модели, на очень ранних этапах после Большого взрыва Вселенная расширялась экспоненциально, с очень большой скоростью. И лишь затем, когда это расширение завершилось, начались стадии эволюции, предусмотренные моделью "горячей" Вселенной: образование барионов, эпоха нуклеосинтеза и так далее.

Однако позднее было предложено и другое объяснение полученных результатов, возможно, это неизвестные ранее эффекты излучения галактик. Прямое подтверждение существования гравитационных волн ученые надеются получить в рамках эксперимента LISA, который будет представлять собой огромный интерферометр, вращающийся по орбите вокруг Солнца. Запуск оборудования планируется осуществить в 2034 году.

Лечение аутоиммунных заболеваний

В эксперименте на мышах с заболеваниями, имитирующими человеческие рассеянный склероз и сахарный диабет первого типа, ученым удалось добиться нормализации работы их иммунной системы и выздоровления. Обе эти болезни связаны с тем, что иммунная система организма начинает вырабатывать антитела, направленные против собственных клеток организма. Сначала они при помощи дозированного радиоактивного излучения устранили старые Т-лимфоциты мышей. Затем в организм им другие клетки – макрофаги селезенки, взятые из организма здоровых мышей. Макрофаги пожирают остатки погибших Т-лимфоцитов и при этом выделяют особый белок, известный под названием трансформирующий ростовой фактор-бета (ТГФ-бета). Он, в частности, стимулирует иммунную систему производить новые регуляторные клетки. одновременно с макрофагами вводили в организм мышей те белки, которые ранее были мишенью аутоиммунной атаки (так называемые аутоантигены). Большое количество аутоантигена учит Т-клетки реагировать на эти белки. В дальнейшем, когда Т-клетки будут находить ткани организма, где продуцируются такие белки, они не будут позволять клеткам иммунной системы атаковать их. При этом сохраняется способность иммунной системы бороться с бактериями.

Подарок от родственников

Еще одно исследование выявило генетический подарок, доставшийся от близкородственного вида – денисовского человека. У тибетцев был найден необычный вариант гена, участвующего в выработке организмом гемоглобина, который позволяет им жить в горах на высоте более 4500 метров над уровнем моря.

Обычно ген EPAS1, активируется при снижении уровня кислорода в крови, усиливая выработку эритроцитов. Это помогает человеку справляться с пиковыми нагрузками. На высокогорье это может оказаться губительным. Увеличение количества эритроцитов в крови приводит там к к гипертонии и сердечным приступам, а также к рождению детей с более низким весом детей и увеличению младенческой смертности. Вариант гена, имеющийся у тибетцев, позволяет избежать этих побочных эффектов, так как он менее активен. Такой же вариант встретился в ДНК, извлеченной из останков денисовского человека.

Генетическая терапия лейкоза

В 2012 году появилось сообщение об Эмили Уайтхед – первой пациентке, которую вылечили от острого лимфобластного лейкоза с помощью генетической терапии. В исследовании 2014 года приняли участие уже 30 пациентов.

Острый лимфобластный лейкоз вызывается неконтролируемым размножением незрелых B-лимфоцитов. Подход к лечению заключается в том, что собственные клетки иммунной системы пациента "обучают" распознавать и убивать раковые клетки. Большинство зрелых B-лимфоцитов и их предшественников несет на поверхности рецептор CD19. Он и служит для распознавания цели. T-лимфоциты надо удалось научить уничтожать все клетки, несущие на поверхности такой рецептор. Это, конечно, приводит к гибели не только злокачественных клеток, но и здоровых, нужных для выработки антител, но проблема решается: раз в несколько месяцев поправившимся пациентам вводят внутривенно иммуноглобулины. Для обучения Т-лимфоцитов из фрагментов нескольких белков удалось создать специальный рецептор, который узнавал CD19. Чтобы этот рецептов появился на поверхности Т-лимфоцитов, использовали модифицированный вирус, который должен был доставить в лимфоциты соответствующий ген. В этой роли выступил вирус ВИЧ. Конечно, он претерпел множество изменений по сравнению с обычным вирусом ВИЧ. Он уже не обладает способностью воспроизводиться в зараженных клетках и, безусловно, ни при каких обстоятельствах не может вызвать СПИД. В результате у 27 из 30 пациентов наблюдалась полная ремиссия, 19 находятся в ремиссии до сих пор, и 15 пациентам из 19 не понадобилось для этого дополнительного лечения. Следует помнить, что это были фактически обреченные люди, которым не помогали существующие стандартные методы терапии.

Фильмы Хичкока для пациентов в вегетативном состоянии

При помощи функциональной магнитно-резонансной томографии удалось обнаружить, что просмотр фильмов Хичкока вызывает реакцию в мозге у больных, которые много лет находятся в вегетативном состоянии и не проявляющих никакой другой ментальной активности. Это состояние наступает, чаще всего, из-за повреждений головного мозга после травмы или после инсульта. Пациент не реагирует на окружающую действительность, не разговаривает, не шевелится сознательно.

Глаза у таких пациентов могут быть открытыми, так что возможность увидеть фильм у них есть, но вот воспринимают ли они хоть что-то из увиденного, до настоящего момента оставалось загадкой. Во время короткометражного фильма Альфреда Хичкока паттерны активности мозга у таких пациентов оказались очень похожими на аналогичные паттерны у здоровых добровольцев. Была зафиксирована активность зон мозга, ответственных за сенсорное восприятие (зрение, слух), а также зон, ответственных за высшую нервную деятельность.

Квантовая запутанность и передача изображений

В 2014 году был продемонстрирован метод получения изображений, основанный на принципе квантовой запутанности. В результате изображение объекта формирует свет, никогда не взаимодействовавший с объектом.

При рождении пары частиц, например, фотонов, должны выполняться законы сохранения, то есть, суммарные характеристики (поляризация, частота) двух частиц имеют заранее известное, строго определенное значение. Из этого следует, что, зная характеристику одного фотона, мы совершенно точно можем узнать характеристику другого. Согласно принципам квантовой механики, до момента измерения частица находится в суперпозиции нескольких возможных состояний, а при измерении суперпозиция снимается и частица оказывается в каком-то одном состоянии. При этом характеристика второго фотона оказывается определена ровно в тот момент, когда измерили характеристику первого. Каким бы странным это не казалось, но этот факт подтвержден экспериментально.

В эксперименте один из пары запутанных фотонов обладал длиной волны в инфракрасной части спектра, и именно он проходил через образец. Его собрат обладал длиной волны, соответствующей красному свету и мог детектироваться камерой. Пучок света, генерируемый лазером, делился на две половины, и половины направлялись на два нелинейных кристалла. Объект помещался между двумя кристаллами. Он представлял собой вырезанный силуэт кота – в честь перекочевавшего уже в фольклор персонажа умозрительного эксперимента Эрвина Шредингера. На него направлялся инфракрасный пучок фотонов с первого кристалла. Затем эти фотоны проходили через второй кристалл, где прошедшие сквозь изображение кота фотоны смешивались со свежеродившимися инфракрасными фотонами так, что понять, в каком из двух кристаллов они родились, было совершенно невозможно. Более того, камера и вовсе не детектировала инфракрасные фотоны. Оба пучка красных фотонов объединялись и отправлялись на приемное устройство. Оказалось, что благодаря эффекту квантовой запутанности они хранили всю нужную для создания изображения информацию об объекте – фиксировался рисунок кота.