В 2011 году ученые создали синтетическую бактерию, преодолели скорость света и расшифровали средневековый геном. Журнал «Наука и жизнь» представляет эти и другие важные открытия прошедшего года.
1. Главным новогодним подарком ученых к 2012 году стала расшифровка ядерного генома древнего гоминида, найденного в Денисовой пещере на Алтае в 2008 году новосибирскими археологами. Оказалось, что обнаруженный фрагмент фаланги пальца маленькой девочки принадлежит ранее неизвестной ветви человеческого рода. Это означает, что в то время как по Европе бродили неандертальцы, а кроманьонцы только начинали завоевывать мир, в Азии жили другие человекообразные существа.
ДНК гоминида больше походит на неандертальскую, чем на человеческую. Разделение предков неандертальцев и собственно неандертальцев и Homo altaiensis, как назвали человека из Денисовой пещеры, произошло около 640 000 лет назад. Ученые утверждают, что «алтайский человек» сосуществовал и спаривался с прямыми предками современного человека.
2. В калифорнийском озере Моно ученые сообщили об открытии бактерии-инопланетянки, у которой в ДНК и РНК фосфор замещается на мышьяк.
Это открытие позволяет говорить о новой форме жизни на Земле, и не только на ней - ведь до сего времени считалось, что существует шесть элементов жизни – углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Из этих атомов собраны все молекулы, составляющие земные живые организмы, – от водорослей до человека. Но открытие уникальной бактерии в калифорнийском озере Моно заставило ученых усомниться в этой аксиоме биологии.
Возможно, на других планетах в других условиях возможны формы жизни, использующие для своей жизнедеятельности не только шесть земных элементов. Ведь на других планетах и на луне мышьяк более распространен, чем фосфор. Кстати, на заре существования нашей планеты, в ее атмосфере тоже содержалось много мышьяка. Так что ранние формы жизни вполне могли быть «мышьяк-содержащими».
3. Одним из важнейших прорывов уходящего года стало достижение скорости, превышающей скорость света.23 сентября рано утром исследователи проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) в ЦЕРНе объявили, что нейтрино могут обгонять световые частицы (фотоны). Детектор регистрировал их на 60 наносекунд раньше, чем положено по теории.
По словам участника эксперимента в ЦЕРНе Антонио Эредитато, этот результат совершенно неожиданный. Измерения проведены с наносекундной точностью. Ученые перепроверяли результаты на возможные ошибки, но не нашли ни одной. Да и о какой ошибке может идти речь, если результат воспроизведен десятки тысяч раз. Если результаты наблюдения верны, последствия для мира физики могут стать ошеломляющими.
4. В начале 2011 года исследователи из Калифорнийского университета в Беркли высчитали, что у Млечного Пути имеется тёмная галактика-спутник массой около 10 миллиардов Солнц. Новый объект получил наименование «галактика икс» (Galaxy X). Расположен он примерно в 260-300 тысячах световых годах от центра нашей родной Галактики. «Галактику X» невозможно разглядеть в телескопы.
Эта галактика состоит главным образом из таинственной тёмной материи (чем бы та ни была), а проявляет она себя только через гравитацию. Она расположена почти на противоположном от нас краю Млечного Пути, и наблюдать за ней мешает галактический диск из газа и пыли.
5. В 2011 году американские специалисты впервые показали, что биологическими функциями могут управлять макромолекулы, созданные «дизайнерами» в лабораторных условиях. Информация, закодированная в искусственных белках, – абсолютно новая, она не имеет никакого отношения к той, что содержится в природой задуманных генах. Тем не менее, этого достаточно, чтобы бактерии жили и росли, «руководствуясь» творением ученых.
Майкл Хехт из Принстонского университета и его коллеги создали коллекцию не существующих в природе генов и синтезировали на их основе искусственные белки, которых не знает природа. Затем «ненастоящие» белки, по свои свойствам «похожие» на некоторые необходимые клетке ферменты, внедрили в мутантные штаммы бактерий. Причем из генома бактерий заранее «выбили» те самые гены, которые отвечают за синтез этих ферментов в клетке. Данные ферменты абсолютно необходимы клетке для выживания в определенных ситуациях, в частности, при недостатке пищи. Невероятно, но из «генетических инвалидов» выжили лишь те организмы, которых «оснастили» новыми белками, не существующими в природе.
6. 18 июля 2011 года с космодрома Байконур стартовала ракета «Зенит-2СБ» с разгонным блоком «Фрегат-2СБ», несущая на борту астрофизический спутник-модуль «СПЕКТР», на котором установлен радиотелескоп «Радиоастрон» с параболической антенной и аппаратным комплексом.
В программе работы «Радиоастрона» – проведение исследований гравитационного поля Земли, сверхмассивных чёрных дыр в центрах далёких и близких галактик, черных дыр звёздных масс в нашей галактике, нейтронных и кварковых звёзд, областей звездообразования в нашей и других галактиках, облаков межзвёздной плазмы, мазеров, пульсаров, квазаров – всего до тысячи объектов.
В конце года специалистам Астрокосмического центра ФИАН (АКЦ ФИАН) удалось добиться быстрого положительного результата в поиске корреляционных сигналов от космических объектов в диапазонах наблюдений 18 и 6 см. Это позволило начать наблюдения по ранней научной программе раньше запланированного срока. Первым объектом исследования с Радиоастрона стала далекая активная галактика в созвездии Ящерицы BL Lacertae.
7. В 2011 году в Подмосковье построили экспериментальный активный дом, обогревающийся теплом земли и солнца.Проект первого активного экодома разрабатывали молодые московские архитекторы из экспериментальной лаборатории при участии Института строительной физики РАН и Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.
Активный дом в Подмосковье построен по каркасной технологии. Специально разработанная конструкция каркаса толщиной около 1 м обеспечивает равномерный теплопоток и минимальные теплопотери – используется «сэндвич» из материалов с низким коэффициентом теплопроводности, которые не пропускают влагу и обладают высокой теплоёмкостью. Расчёты показали, что удельный расход тепловой энергии на отопление дома за отопительный сезон составляет 30 – 38 кВтч/кв.м в год. По утверждению авторов проекта, это в 7-9 раз ниже среднего энергопотребления в нашей стране.
Как реально будет «работать» дом, покажет полугодовой эксперимент – в активном доме поселится семья с тремя детьми, на долю которой выпало тестировать дом на протяжении всей зимы и весны.
8. В конце 2011 года ученые буквально подняли из могил и секвенировали молекулы ДНК «Черной смерти», уничтожившей в Средние века треть населения Европы. Под именем Yersinia pestis скрывается патоген, в свое время уничтоживший треть населения Европы, а также еще массу народа в Африке и Азии. Он ответственен, в частности, за то, что называют «Черной смертью» — одну из трех крупнейших пандемий чумы, зародившуюся в Монголии и уничтожавшую европейцев в период с 1346 по 1351 год. Спустя почти семь веков человечество решило разобраться, как ей удалось достичь тогда таких чудовищных результатов.
Современные технологии секвенирования и совершенствование методов манипуляции с ДНК позволили коллективу ученых из Канады, США и Германии реконструировать геном возбудителя европейской эпидемии бубонной чумы XIV века. Генетический материал удалось получить из останков жертв эпидемии, захороненных в Восточном Смитфилде — районе современного Лондона. Анализ генома средневековой Yersinia pestis не выявил радикальных отличий от геномов современных штаммов. Авторы склоняются к тому, что то невероятное количество жертв, которое унесла Черная смерть, связано не столько с особенностями штамма, но в значительной мере, с факторами окружающей среды, динамикой распространения через организмов-носителей и повышенной восприимчивостью к патогену тогдашнего населения Европы.
Добрунский
