Светлое будущее с сердцем свиньи
Главные тренды науки в 2022 году: инвестиции в оборонку, отказ от прежних климатических целей, постковидная иммунология, генетически модифицированное сердце, новая микроэлектроника, генетика пещерных людей и обнаружение галактик, возникших миллиарды лет назад
Уходящий год ознаменовался ростом оборонных исследований. Все крупные игроки стали наращивать военные бюджеты и заложенные в них расходы на статьи R&D. В марте США сообщили о готовности увеличить траты на разработки в данном секторе в будущем году сразу на 9,5% — до 130,1 млрд долларов, это самая большая прибавка такого рода в истории. Германия также приняла решение о выделении дополнительных 400 млн евро по этой статье. В мае государства — члены ЕС объявили о создании нового механизма — Европейской схемы оборонных инноваций (EUDIS) с финансированием в размере 2 млрд евро на пять лет. В июне НАТО приступило к формированию венчурного фонда в размере 1 млрд долларов для инвестиций в стартапы, разрабатывающие технологии двойного назначения. В июле Европейский фонд обороны (EDF) выделил первый крупный транш — 1,2 млрд евро; один из проектов, получивших грант, занимается созданием сверхвысоких беспилотников, которые смогут передавать сведения об обстановке на полях сражений с высоты 20 км. Кроме того, был учрежден военно-инновационный фонд НАТО DIANA для создания и внедрения искусственного интеллекта, биотехнологий и новых материалов для обороны и безопасности стран альянса (формально его создание было запланировано на 2021 год).
Известно, что в России по итогам текущего года существенно возрастут расходы на национальную оборону. Вместо заложенной ранее в бюджете суммы в 3,5 трлн рублей на эти цели выделено 4,7 трлн — на 30% больше, чем в 2021 году. В следующем году на оборонку планируется потратить около 5 трлн рублей. Информация о доле R&D в структуре расходов не разглашается, но, вероятно, по этой статье также будут фиксироваться рекордные темпы роста. Один из самых дорогостоящих проектов — разработка гиперзвуковой ракеты большой дальности Х-95.
В начале марта Китай также заявил об увеличении своего оборонного бюджета на 7,1% — до 1,45 трлн юаней (около 230,16 млрд долларов), самый значительный прирост военных расходов Пекина за три года. Конкретизации по науке и технологиям нет; известно лишь о нескольких крупных проектах: строительстве второго в КНР авианосца, разработке нового дальнего стелс-бомбардировщика и большого транспортного самолета, сравнимого с американским С-17.
Климат ушел в пассив
Разочарованием года стал антирекорд в деле борьбы с климатическими изменениями. По данным 27-й Конференции ООН по климату, которая прошла в ноябре в египетском Шарм-эш-Шейхе, выбросы углерода в 2022 году увеличились на 1%, что более чем вдвое превышает средние темпы роста за последнее десятилетие, и достигли нового максимума — 37,5 млрд тонн. Если тенденция сохранится, человечество закачает в атмосферу столько углекислого газа, что за девять лет нагреет Землю на 1,5 градуса выше доиндустриальных температур. Это очень много; ученые говорили о необходимости удерживать прежний уровень прироста до 2100 года, такой же ориентир записан в главной международной декларации по этой теме — Парижском соглашении по климату 2015 года.
Одной из ключевых причин форсированного подогрева планеты, как признает журнал Nature, стали европейские санкции против российского газа, что привело к возрождению угольных генераций энергии. Никаких чудодейственных рецептов сдерживания глобального потепления ученые не предлагают. Коринн Ле Кере, климатолог из Университета Восточной Англии, заявила, что предпосылок к достижению международных целей сегодня нет и, по прогнозам климатических моделей, мир, по крайней мере временно, пересечет критический порог в 1,5 градуса уже в следующем десятилетии.
О происхождении человека
Уныние по поводу бессилия науки перед главными вызовами современности частично компенсировалось удивительными результатами в изучении далекого прошлого — жизни пещерных людей. Весь год самые авторитетные журналы публиковали новости о наших предках, прогнозируя грандиозные открытия в этой области. Даже Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили весьма далекому от медицины ученому — сотруднику Института Макса Планка в Лейпциге Сванте Паабо, автору метода реконструкции генома из обрывков ДНК, с помощью которого удалось прочитать геномы неандертальца, денисовского человека и многих других древних людей и вымерших животных. В октябре этого года группа ученых под руководством Паабо, изучая материал, добытый в двух пещерах на Алтае — Чагырской и Окладникова, получила первые детальные сведения о том, как могли выглядеть семьи и общины неандертальцев, живших 44–59 тыс. лет назад. Оказывается, мужчины-неандертальцы предпочитали вступать в связь с женщинами из других племен — это характерно для высших приматов и некоторых народов первобытно-общинного строя. «Это новый шаг в развитии палеогеномики, когда изучается не отдельный индивид как биологический объект, а целый социум. С помощью палеогеномики мы впервые познакомились с целым кланом неандертальцев, которые приходились друг другу достаточно близкими родственниками», — комментирует один из авторов исследования, директор Института археологии и этнографии СО РАН академик Анатолий Деревянко. Именно на алтайской земле ждут новых научных сенсаций. Как заявил на одной из конференций РАН — кстати, проходившей у легендарной Денисовской пещеры, — Сванте Паабо, возможно, вскоре мир узнает о наличии еще одной неизвестной ветви человечества, которая тоже скрещивалась с нашими предками и оставила следы в человеческом метагеноме.
Вселенная становится ближе
Десять миллиардов долларов, двадцать пять лет кропотливого труда ученых, несколько месяцев полета обсерватории — и вот телескоп «Джеймс Уэбб», самый дорогой и сложный из всех, когда-либо работавших в космосе, открыл новую эру в астрофизике. Первые высокодетализированные изображения, опубликованные NASA 12 июля, ошеломили: такой красивой Вселенную мы еще не видели. С тех пор «Уэбб» посетил место, где была сделана знаменитая фотография телескопа «Хаббл», и впервые описал химический профиль атмосферы экзопланеты. В июле он передал на Землю первые снимки с изображениями тысяч далеких галактик, в числе которых есть два претендента на звание самой далекой и древней галактики, наблюдаемой с нашей планеты. Свет от этих объектов прошел столь огромные расстояния, что на фотографиях они выглядят так, как выглядели всего через 350–450 млн лет после Большого взрыва. Телескоп, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне, позволяет ученым видеть космос сквозь облака межзвездной пыли, которые ранее блокировали обзор звездных питомников — областей, где формируются звезды, подобные Солнцу. На полученных снимках видны струи газа и пыли, которые извергаются из полюсов очень молодых звезд. По мнению ученых, это и есть самый захватывающий и таинственный этап процесса образования новых астрономически объектов. «То, что дает нам “Уэбб”, — это моментальный снимок, показывающий, насколько активно происходит звездообразование в типичных уголках Вселенной, которые мы не могли видеть раньше», — отмечает астроном из Университета Райса Меган Рейтер, которая руководила исследованием по интерпретации первых изображений «Уэбба».
В большой игре по изучению тайн Вселенной российские аппараты уже несколько лет остаются на первых ролях. Самый важный из них — телескоп ARTXC, установленный на борту российской орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», который и в этом году продолжает выдавать удивительные данные. В отличие от «Уэбба» он фиксирует мир в рентгеновском диапазоне и уже изучил свыше полутора тысяч источников жесткого рентгена, в том числе несколько сотен активных ядер галактик и переменных звезд. Такой подробной карты Вселенной раньше никто не составлял, эти сведения позволят сделать множество открытий. «Уже сейчас собранный на основе наблюдений ART-XC каталог объектов, излучающих в жесткой части рентгеновского диапазона, превосходит по числу источников излучения, чувствительности и качеству данных аналогичные каталоги, подготовленные за 17 лет работы обсерватории “Интеграл”, а также пять лет наблюдений на борту зонда Swift», — сказал заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Сергей Сазонов на конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра», прошедшей в декабре в этом институте. Данные «Спектра-РГ» привели в том числе к обнаружению крупных событий во Вселенной (таких как приливное разрушение, когда звезду разрывает при приближении к черной дыре), а вскоре, надо полагать, позволят получить новые знания и о микромире: ученые ожидают доказательств существования частиц темной материи, например стерильных нейтрино. Установленный на «СпектреРГ» немецкий телескоп eROSITA по политическим причинам весной этого года был переведен в спящий режим, но российская часть обсерватории продолжает работу.
Генетическая революция в трансплантологии
В январе 57-летний американский разнорабочий Дэвид Беннетт стал первым человеком, которому пересадили сердце от генетически модифицированной свиньи. Операция прошла в Медицинском центре Университета Мэриленда в Балтиморе (США). Беннет был прикован к постели в течение двух месяцев из-за крайне опасной аритмии, он был подключен к аппарату искусственного кровообращения. Мужчина прожил после пересадки всего восемь недель, но медики сочли такой результат весьма обнадеживающим: прежде иммунная система человека отторгала свиные органы за считаные минуты. Более того, несколько недель пациент чувствовал себя хорошо, и смерть наступила не из-за отказа пересаженного сердца.
Через несколько месяцев две исследовательские группы в США независимо друг от друга сообщили о пересадке «отредактированных» свиных почек трем официально умершим людям, организм которых искусственно поддерживался в рабочем состоянии. Все органы прижились и начали вырабатывать мочу. Благодаря этим четырем операциям появилась надежда, что дефицит донорских органов для трансплантации может быть восполнен с помощью модифицированных животных. А значит, многие пациенты, которым срочно требуются критически важные «запчасти», получат шанс выжить и выздороветь.
«До сих пор мы могли пересаживать только человеческие сердца, и существовала проблема нахождения донора, — поясняет значение события руководитель лаборатории НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ Роман Зиновкин. — Кроме того, даже с относительно подходящим донорским сердцем возможны реакции отторжения, что почти всегда приводит к фатальным последствиям. Чтобы избежать отторжения органов, были сконструированы свиньи с измененным геномом. У тканей этих животных есть весьма полезное свойство: они невидимы для иммунной системы».
Последние успехи ксенотрансплантации связаны с появлением технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 (в прессе ее называют «генетические ножницы»), позволяющей получить органы свиней, которые с меньшей вероятностью будут атакованы иммунной системой человека. Следующим этапом станет выработка регуляторных и этических норм, которые должны дать зеленый свет клиническим исследованиям в этой области трансплантационной медицины.
Персонифицированный протез сосудов
Поиск способов получения идеально подходящих пациентам органов взамен заболевших или отказавших — тренд мировой биомедицинской науки. Из российских патентов этого года можно отметить материал для протезирования сосудов, предложенный Научно-исследовательским институтом комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (НОЦ «Кузбасс»). Интересно, что для создания искусственных сосудов ученые решили взять белок фибрин, выделенный из крови самого пациента и потому не вызывающий иммунного ответа. В организме фибрин служит для свертывания крови, то есть это белок, из которого можно собрать достаточно большие конструкции — например, протез сосуда и другие объекты разной формы. Идея не нова, но в данном исследовании медики научились выделять из крови пациента фибрин без примесей других белков, которые могли бы индуцировать иммунный ответ, а теперь планируют приступить к созданию собственно искусственного сосуда.
Принципиально новая наноэлектроника
Из российских публикаций этого года большая часть представляет собой новые результаты в рамках давно освоенных направлений исследований. Однако некоторые работы открывают принципиально новые перспективы, то есть могут стать основой для новых технологических отраслей. Так, Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, заявил, что на созданном им и его соавторами сверхпроводниковом логическом устройстве добился «самого низкого показателя энерговыделения из возможных на вычислительных устройствах и устройствах памяти». Иными словами, в МФТИ нашли путь к созданию самого высокоэффективного из возможных компьютеров будущего. Более того, на сверхпроводящем нанокристалле NbCu-Nb (ниобий с тончайшей прослойкой меди) ученые показали интересные квантовые эффекты и способы работы с ними как с элементарными логическими устройствами.
Найти нефть без бурения
В 2022 году появились работы российских ученых, которые выглядят как исследования в традиционных и очень практических областях знания, но при этом на самом деле стали реализацией давней смелой мечты. Руководитель проекта «Абсорбционная система картирования нефтегазонедр», заведующая кафедрой физической и органической химии Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ) Альбина Бадикова и ее соавторы разработали системы поиска полезных ископаемых без бурения. Вся геологическая романтика построена на том, что образцы надо достать и пощупать, но вскрытие земли — работа тяжелая и недешевая, поэтому желательно точно знать, где копать. Как можно догадаться на любой бензоколонке, нефтепродукты имеют отчетливый запах, а значит, химический анализатор их обнаружит. Если разложить ловушки с адсорбентом в правильных местах, дать им «накопить запах», а потом исследовать трубки сорберов на хромато-масс-спектрометре для идентификации углеводородов, то после статистического анализа данных можно будет составить карту вероятных месторождений.
Хакнуть иммунитет
Три года пандемии не прошли для науки даром. Особо следует выделить тысячи новых работ в области иммунологии, которые бьют в одну точку — создание детального описания работы иммунной системы для того, чтобы сохранять здоровье, не борясь с болезнями, а настраивая защитные механизмы организма. Тема не новая: иммунотерапия рака — одно из самых быстроразвивающихся направлений, уже имеющее клиническое применение. Идея состоит в том, чтобы научить иммунитет человека распознавать раковые клетки и не атаковать здоровые.
В конце 2022 года было опубликовано исследование, в котором метод генетического редактирования, направленного на конкретный ген, на 91% снижает частоту развития опасных аутоиммунных реакций при отеке Квинке. Коронавирус показал, что тяжелое течение заболевания связано не с работой самого вируса, а с избыточной реакцией иммунитета на инфекцию, и что баланс между «полезной» и «вредной» реакцией организма на внешние воздействия — ключ для лечения многих болезней. Как считает руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков, из тысяч работ пока трудно выделить одну прорывную, это целый блок знаний, но наметившийся тренд приведет к тому, что в перспективе пяти-шести лет появятся элегантные фармакологические решения для тонкого управления иммунитетом.
Границы и наука
Нынешний год показал, что идея всемирной и открытой науки становится все более утопичной. Мир перестает быть глобальным, создаются новые границы не только для высокотехнологичных продуктов, но и для знаний. При этом российская наука теряет топовых специалистов. «Многие ученые сейчас уезжают, в том числе потому, что находят лучшие условия для исследований, — делится главной проблемой года Павел Волчков. — У крупнейших технологических компаний есть возможность быть “пылесосом” для научных кадров со всего мира. Конечно, закрываться железным занавесом не стоит, это мы уже проходили. Лучшим ответом было бы создание собственной промышленности, например фармацевтической, которая станет крупным производителем реальных инновационных продуктов. Китай уже скоро сможет претендовать на лидерство, причем не в области дженериков, а в создании собственных препаратов, туда же двигаться надо и нам».
Фото: AP/TASS, Кирилл Чаплинский/ИТАР-ТАСС, EPA/Sergei Chirikov, TASS
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl