Что даст человечеству научная революция 2016 года

До Марса и дальше

Как всегда, большие надежды человечество возлагает на космос. В 2016 г. орбиты Земли и Марса максимально приблизятся друг к другу, что обеспечит идеальную возможность для путешествия на Красную планету. Европейское космическое агентство запустит в марте проект ExoMars, цель которого проанализировать газы в атмосфере Марса и испытать технологию посадки на Красную планету.

Ученые будут исследовать и другие планеты. В июле космический аппарат NASA - Juno прибудет в систему Юпитера и передаст на Землю уникальные снимки и информацию об этой планете. Ученые считают, что Юпитер сформировался первым в Солнечной системе, соответственно, где-то в его недрах лежит разгадка прошлого и будущего нашего мира. Именно эту информацию и предстоит узнать Juno. У Юпитера много загадок: сильнейшее магнитное поле, чрезмерно быстрое вращение для планеты такого размера (примерно в три раза быстрее Земли), колоссальные штормы и вихри в его атмосфере и пр.

В сентябре завершится миссия Rosetta —аппарат отправят на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко, о которую он должен разбиться. Ученые утверждают, что это, в своем роде успешное завершение работы, так как Rosetta приблизится к поверхности кометы достаточно близко, чтобы собрать и отправить на Землю важную информацию. Ожидается также реализация миссии NASA – OSIRIS-Rex, в результате которой на Землю доставят образцы астероида Бенну.

В декабре прошлого года Национальный космический научный центр Китая запустил "исследователя частиц темной материи" — аппарат DAMPE (Dark Matter Particle Explorer). В 2016-м Китай запустит второй и третий космические научные зонды серии DAMPE из запланированных пяти. Кроме того, в сентябре в Китае закончится строительство 500-метрового радиотелескопа FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope), который превзойдет по размеру телескоп обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, считающийся сейчас крупнейшим в мире.

Химия против глобального потепления

Углекислый газ — одна из основных причин глобального потепления. Но оказалось, что его можно использовать в "мирных целях": для производства энергии, не загрязняя при этом атмосферу вредными выбросами, а наоборот, очищая воздух от ненужных примесей. Сейчас многие мировые компании и университеты разрабатывают технологии, которые позволят в будущем использовать СО2 для получения дешевой и чистой энергии. Наибольшие надежды возлагают на расположенную в Цюрихе швейцарскую компанию Climeworks. Она работает над технологией, которая позволит на постоянной основе извлекать атмосферный CO2, чтобы использовать его для производства синтетического топлива и других целей.

Специалисты Climeworks создали технологию "прямого захвата и очистки воздуха" (Direct air capture –DAC), при помощи которой, фильтруя около 2 млн куб. м воздуха в год, можно получать до 1 т углекислого газа. CO2 аккумулируется путем пропускания воздуха через специально обработанный целлюлозный фильтр, расположенный внутри устройства, напоминающий гигантский пылесос. После того как этот фильтр до предела насыщается углекислотой, он нагревается при помощи энергии, полученной на основе биогаза или из другого возобновляемого источника энергии. В результате генерируется исключительно "чистый" углекислый газ.

Результат первых тестов был настолько многообещающим, что технология привлекла внимание немецкого автогиганта Audi. Представители концерна уверены, что инновация станет ключевым элементом создания транспортных средств, работающих на синтетическом топливе.

Кроме Climeworks, над совершенствованием технологии DAC работает несколько других компаний, в том числе Carbon Engineering, Global Thermostat, Coaway and Terraleaf. Свои технологии извлечения из воздуха СО2 создают также ученые из Колумбийского университета, Технологического института Джорджии и Университета Южной Калифорнии.

Чудеса физики

В нынешнем году физики надеются увидеть  первое свидетельство гравитационных волн — рябь в пространстве-времени, образование которой обусловлено плотными движущимися объектами, например, спиральными нейтронными звездами. Гравитационные волны могут нести информацию о черных дырах, а также рассказать об условиях рождения Вселенной. Зафиксировать гравитационные волны, возможно, удастся специалистам американской обсерватории Advanced LIGO, располагающей всеми необходимыми для этого технологиями. 

Также запустят Astro-H, следующее поколение рентгеновской спутниковой обсерватории, которая, к примеру, сможет подтвердить или опровергнуть утверждение, что тяжелые нейтрино испускают сигналы темной материи. Ученые также попробуют получить новую частицу при избыточном давлении в Большом адронном коллайдере, работающем с рекордной активностью уже с июня прошлого года. Кроме того, на БАК будут проводиться другие важные эксперименты, включая поиск глюболов - частиц, полностью состоящих из носителей сильного ядерного взаимодействия.

Ближе к концу года в Иордании должен начать работу ускоритель частиц SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East). Это уникальный проект хотя бы потому, что, кроме Иордании, в нем участвуют Израиль, Иран и Палестина. Ускоритель частиц в форме кольца будет генерировать интенсивный свет для изучения материалов и биологических структур на атомном уровне. А в июне ученые смогут использовать яркие рентгеновские лучи при работе первого в мире синхротрона четвертого поколения MAX IV, расположенного в шведском Лунде.

Важный шаг в бессмертие

В США пройдут финальные тесты метформина — препарата, на основе которого создадут первую в истории медицины революционную вакцину долголетия. Предполагается, что через несколько лет она войдет в массовое использование. В процессе лабораторных испытаний уже доказано, что метформин замедляет процесс старения и останавливает развитие болезней. Осталось подтвердить, что препарат оказывает аналогичное воздействие и на людей. По прогнозам, в среднем метформин продлит жизнь до 120 лет. 

Всемирная организация здравоохранения разработает в нынешнем году простой и эффективный тест на ВИЧ, который позволит миллионам узнать о заболевании на самых ранних стадиях. Это сможет лечить людей с минимальным для них вредом от токсических препаратов, до того как вирус атаковал все органы и системы. Кроме того, ранняя диагностика позволит защитить большее количество людей от заражения. Специалисты ВОЗ говорят, что лечение всех ВИЧ-инфицированных станет переломным моментом в борьбе с эпидемией СПИДа. Испытания нового теста должны пройти в Африке, где в настоящее время с ВИЧ живут почти 26 млн человек.

Ожидается также, что в текущем году будет, наконец, преодолен гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), препятствующий целевой доставки лекарств в мозг. Гематоэнцефалический барьер — биологический щит, защищающий мозг от передающихся через кровь инфекций и токсинов. С другой стороны, он мешает принципиально важным лекарствам достичь мозга. Так, большинство химиотерапевтических препаратов против опухоли головного мозга принимают в виде таблеток или внутривенно, что вызывает немало побочных эффектов. Причем из-за ГЭБ на саму опухоль лекарства часто оказывают минимальное воздействие. За последние два года ученым из парижского медицинского центра CarThera удалось добиться значительного прогресса в преодолении гематоэнцефалического барьера. На 2016 г. запланировано клиническое исследование с участием детей, страдающих от опухолей головного мозга. Также два других исследования будут направлены на лечение болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Генетические ножницы

Близятся клинические испытания технологии редактирования генома для лечения различных генетических заболеваний человека. В частности, к этому готовятся ученые калифорнийской компании Sangamo Biosciences. Для начала биологи протестируют использование нуклеаз "цинковых пальцев", попытавшись скорректировать мутацию, которая вызывает гемофилию (нарушение процесса свертываемости крови). Еще одно направление предстоящих испытаний — "ремонт" гена гемоглобина, нарушение  в котором ведет к развитию бета-талассемии, умственному и физическому недоразвитию. 

Неврологи надеются, наконец, идентифицировать гены, которые участвуют в регулировании ощущения времени и продолжительности сна. Выявление этих генов может помочь изучить связанные с данным заболевания, а также некоторые психические расстройства, которые ассоциированы с сильно нарушенными биоритмами. В прошлом году ученым удалось выявить способ быстро измерять экспрессию восьми генов в тысячах отдельных клеток, а с помощью недавно разработанных технологий, таких как CRISPR/Cas 9, можно  определять функции генов точнее, чем когда-либо.

Изучение геномики рака позволило открыть множество новых генов, ответственных за появление опухолей. Несмотря на это, около 95% больных до сих пор получают устаревшее лечение химио- или лучевой терапией. В нынешнем году мировые ученые планируют разработать противораковую терапию, основываясь на генетических профилях больных.

В конце 2016 г. ученые и специалисты по этике надеются договориться о рекомендациях по безопасности и этическим принципам при проведении исследований, включающих редактирование генов у человека. Возможно, в следующем году человечество дождется рождения первой обезьяны с редактированными генами, у которой смоделированы клинические признаки заболевания человека.