10 удивительных открытий и научных достижений первой половины 2016 года

Содержание СО2 в атмосфере Земли достигло пика за 800 тыс лет

В 2018 году ученые обнаружили, что содержание двуокиси углерода в атмосфере достигло самого высокого уровня за 800 тыс лет.

Когда ТЭС сжигают уголь, в атмосферу планеты выбрасываются парниковые газы: углекислый газ и метан. Они накапливаются в атмосфере и задерживают тепло.

2016 год был самым жарким за всю историю метеонаблюдений. Тем не менее, климатологи ожидают, что 2019 год станет вторым самым жарким годом за всю историю 140-летнего наблюдения. Июль уже стал самым жарким месяцем в истории.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) предупредила, что сокращение выбросов парниковых газов в следующем десятилетии имеет решающее значение для избежания наихудших последствий серьезного изменения климата.

4.

Вакцина от Эболы
Примечательно, что российскую вакцину признали лучшей от лихорадки Эбола!

Самое давнее от сегодняшнего дня открытие. Все мы прекрасно помним, как в один прекрасный день вирус лихорадки Эбола начал уносить жизни сотни людей. И оставлять это просто так ученые не имели права.

Сам препарат был разработан по примеру подобной вакцины от оспы. Главное его действие – выстроить защиту вокруг организма неинфицированного человека.

Первые вакцины начали ставить в 2015 году в Гвинее. Добровольно к врачам обратилось более 4 тысяч человек, которые так или иначе вступали в контакт с людьми, которые были подвержены страшному вирусу.

Показатели после вакцинации обрадовали ученых: спустя 10 дней после прививки никто не заболел. Через 3 месяца после начавшейся вакцинации ученые доказали стопроцентную эффективность разработанного ими препарата.

Иммунитет к раку

Использование мРНК вакцин в лечении рака может стать настоящим прорывом

В прошлом году Университет Рочестера опубликовал исследование, в котором рассматривается механизм противостояния раку у голых землекопов. Эти жутковатые подземные грызуны не самые симпатичные на этой планете, но именно они будут смеяться последними, когда все живое будет умирать от рака.

В пространствах между клетками тел голых землекопов был обнаружен липкий сахар, гиалуронан (HA), и он, похоже, препятствует тесному разрастанию клеток и образованию опухолей. Грубо говоря, это вещество останавливает размножение клеток, как только они достигают определенной плотности. Причиной повышенного количества этого сахара является, как думают ученые, двойная мутация в двух энзимах, способствующих росту HA.

Было обнаружено, что в клетке с низким уровнем HA рак быстро разрастается, но в клетках с высоким уровнем HA опухоль не формируется. Ученые надеются модифицировать лабораторных крыс для получения больших количеств HA и выработать у них иммунитет к раку.

Победа на поле битвы за рак?

За
достижения в области физиологии и
медицины Нобелевскую награду отдали
Джеймсу П. Эллисону и Тасуку Хонхо.
Случилось это совсем недавно, в 2018 году,
а мировое признание получила их
новаторская работа по управлению
иммунной системой для борьбы с раком.

Вкратце
опишем метод лечения: терапия будет
работать, используя иммунную систему
для атаки на опухолевые клетки. Открытие
было сделано еще в 1990-х годах, но признано
лишь в 2018 году.

Эти
методы лечения могут победить даже
самые смертельные злокачественные
новообразования.

Например,
лимфому и лейкемию будут лечить с помощью
антител, которые могут прикрепиться к
нужным белкам раковых клеток, что
позволит иммунной системе легче
распознавать и разрушать эти клетки.

Астрономы запустили в космос телескоп для исследования экзопланет

В декабре 2019 года Европейское космическое агентство запустило на орбиту космический телескоп «Хеопс» (Cheops), предназначенный для поиска и изучения экзопланет транзитным методом.

Основные цели «Хеопса» — планеты с массами от Венеры до Нептуна у соседних с Солнечной системой звезд. Задача миссии — не столько поиск планет, сколько изучение уже найденных. Цели для исследования выбираются из данных, собранных наземными проектами по поиску экзопланет SuperWASP и HAT-P.

Ученые выберут кандидатов для изучения с помощью больших телескопов — будущего европейского супертелескопа E-ELT или преемника «Хаббла» «Джеймса Вебба».

Достоверно подтверждено существование 4 133 экзопланет в 3 073 планетных системах. Общее количество экзопланет в галактике Млечный путь оценивается 100 млрд, из которых 5-20 млрд, возможно, являются «землеподобными».

Около 34% солнцеподобных звезд имеют планеты, сравнимые с Землей. Общее количество планет вне Солнечной системы, напоминающих Землю и обнаруженных до августа 2016 года, составляет 216.

Манипуляция памятью

Уже звучит как затравка к какому-нибудь нолановскому «Началу», но в 2014 году ученые Стив Рамирез и Ксу Лиу провели манипуляции с памятью лабораторной мыши, заменив негативные воспоминания на позитивные и обратно. Исследователи имплантировали в мозг мыши особые светочувствительные белки и, как вы уже могли догадаться, просто посветили ей в глаза.

В результате эксперимента позитивные воспоминания были полностью заменены на негативные, которые прочно укрепились в ее мозге. Это открытие открывает двери к новым видам лечения для тех, кто страдает посттравматическим синдромом или не может справиться с эмоциями от утраты близких людей. В ближайшем будущем это открытие обещает привести к еще более удивительным результатам.

Многоразовые ракеты

Частная аэрокосмическая компания SpaceX, владельцем которой является миллиардер Илон Маск, смогла после нескольких попыток осуществить мягкую посадку отработанной ракеты на удаленно управляемую плавучую баржу, находящуюся в океане.

Все прошло настолько гладко, что теперь посадка отработанных ракет для SpaceX рассматривается рутинной задачей. Кроме того, это позволяет компании экономить миллиарды долларов на производстве ракет, так как теперь их можно просто перебрать, заново заправить и повторно использовать (и не один раз, в теории), вместо того чтобы просто топить где-то в Тихом океане. Благодаря этим ракетам человечество стало сразу на несколько шагов ближе к пилотируемым полетам на Марс.

Причины вымирания динозавров

Ученым давно известно, что причиной Великого мел-палеогенового вымирания стало резкое изменение климата, но не было ответа на вопрос: из-за чего началось это катастрофическое потепление, приведшее к гибели динозавров?

«Основная причина — это потепление, которое фиксируется по льдам Антарктиды того времени. Недавняя статья говорит о том, что в это время средняя годовая температура в районе Антарктиды составила примерно 7 °С. Это катастрофа», — рассказал доктор геолого-минералогических наук Павел Плечов, директор Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана, профессор РАН.

В конце XX века доминировала метеоритная версия. Следы падения подходящего по времени гигантского небесного тела были обнаружены на полуострове Юкатан в Карибском бассейне. Одновременно существовала и вулканическая теория. И в уходящем году в ее пользу появились новые аргументы. Итальянские ученые из Университета Падуи провели анализ магматического углекислого газа в базальтах Центральной Атлантики. И оказалось, что супервулкан, извергавшийся 66 млн лет назад на территории современной Индии, охватил своим влиянием практически всю планету!

Теперь ученые объединили эти гипотезы и считают, что на резкое потепление повлияли сразу два фактора: метеорит и супервулкан. Природа просто не оставила шансов несчастным динозаврам, зато сохранились мелкие рептилии и получили эволюционное преимущество первые млекопитающие, а через 65 млн лет появились люди!

Рентгеновское излучение

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген работал с катодно-лучевой трубкой. Несмотря на то, что сама трубка была экранирована, Рентген заметил, что картон, покрытый платиносинеродистым барием и находившийся рядом с трубкой, начинал светиться в темной комнате.

Рентген попытался блокировать лучи, но большинство вещей, которые он помещал перед ними, проявляли аналогичный эффект. Когда в конце концов он поставил перед трубкой свою руку, то заметил, что она начинает просвечиваться на изображении, проецируемом на экране. Свое открытие он назвал «икс-лучами» (X-rays). После Рентген заменил трубку фотографической пластиной и получил первую рентгенограмму.

Вскоре после этого технология была адаптирована медицинскими учреждениями и исследовательскими лабораториями. Однако опасность длительного воздействия рентгеновских лучей ученым еще только предстояло понять.

Промышленная революция — мать заводов и фабрик

Развитие рыночных отношений в период Нового времени привело к появлению предприятий, выпускавших товары в крупных объёмах. В свою очередь, производственные объекты со временем развивались и эволюционировали.

Первые мануфактуры появились в 16-м веке в Италии. Рабочие здесь занимались, в частности, судостроением, сукноделием, шерстоткачеством. Со временем мануфактуры распространились по Европе. Эксплуатация рабочих и тяжёлые условия труда вдохновили философа и экономиста Карла Маркса на публикацию своего главного труда — «Капитала», — с критикой капиталистического строя. В качестве примеров Маркс приводил мануфактуры в Голландии и Англии, где, по мнению философа, царила антигуманность.

Уже в 18−19 веках в Европе началась промышленная революция. Этот период ознаменовался переходом от ручного труда к машинному. Крупные частные предприниматели перешли от мануфактур к фабрикам. Заводы, массово выпускавшие продукцию, позволили в разы увеличить производительность. Однако проблема социального неравенства не была решена, революционеры левого толка рубежа 19−20 столетий возлагали на пролетариат большие надежды.

Для чего нужны стволовые клетки

Стволовые клетки могут многое.

В Стэнфордской университетской школе медицины прошли испытания с использованием инъекций стволовых клеток человека прямо в мозг пациентов, перенесших инсульт. Процедура оказалась успешной и показала полное отсутствие каких-либо побочных негативных эффектов, если не считать легкую головную боль, которая скоро прекратилась после эксперимента. У всех 18 принимавших участие добровольцев, перенесших инсульт и завершивших послеинсультную реабилитацию 6 месяцев назад, после этого эксперимента наблюдались существенные улучшения в здоровье. Инъекции стволовых клеток повысили мобильность пациентов настолько, что те люди, которые были прикованы к инвалидным коляскам все это время, вновь обрели возможность ходить.

Фосфин в облаках Венеры

В атмосфере Венеры обнаружены следы фосфина — соединения фосфора, которое в условиях Земли вырабатывается только микроорганизмами или синтезируется в лабораторных условиях.

Поиски инопланетной жизни в 2020 году приобрели практически революционный характер. Так, одним из ярчайших событий года стало обнаружение в атмосфере Венеры следов фосфина — газа, вырабатываемого анаэробными микробами на Земле. Фосфин в ядовитых облаках «адской» планеты мог появиться в результате вулканической активности или ударов молнии — но не в таком количестве. Три другие исследовательские группы, однако, не смогли подтвердить полученные ранее выводы, хотя две из трех команд использовали одни и те же данные.

Астрономы, стоявшие за открытием, впоследствии повторно проанализировали свои данные и обнаружили ошибку. Согласно заново обработанным данным, сигнал фосфина по-прежнему улавливался, но намного слабее. Примечательно, что даже малое количество фосфина в венерианских облаках нельзя объяснить только вулконической активностью и молниями. Не исключено, что таинственные химические реакции в атмосфере Венеры превращают фосфористые соединения из извержений и гроз в фосфин. И есть еще шанс, что фосфин появился в результате активности чужеродных бактерий. Подробнее об этом удивительном открытии читайте в материале Рамиса Ганиева.

Кот-геоглиф

В Перу на пустынном плато Наска археологи обнаружили изображение гигантского кота. Ему больше 2000 лет. Годом ранее на этом плато были обнаружены огромные изображения животных, птиц, фантастических фигур с помощью лазерной аэросъемки и искусственного интеллекта. Но вот геоглиф на довольно крутом склоне холма замечен впервые, и впервые это изображение кота! Как считают ученые, кот этот не простой — он едва ли не праотец всех остальных зооморфных геоглифов.

«Эта новая находка, естественно, взбудоражила общественность, поэтому появился даже такой неофициальный термин — «котоглиф», — рассказал Дмитрий Беляев, доцент Мезоамериканского центра имени Ю. В. Кнорозова исторического факультета РГГУ. — Традиционно считалось, что на этом более раннем этапе в качестве геоглифов в основном были фигуры геометрические, абстрактные». По словам Беляева, техника нанесения кота заставила людей думать, будто это дети нарисовали кота мелом на асфальте. Линии неровные, рваные, уши странные, несимметричные. Но кот не подделка! И весьма вероятно, что найденный 37-метровый геоглиф стал пробой пера древних художников культуры Наска в новом для них зооморфном стиле.

К слову, есть множество гипотез о происхождении и назначении геоглифов. По одной из версий, это божества индейских племен или тотемные основатели семейных родов — животные, от которых произошли древнейшие предки человека.

Специалисты гадают, какой биологический вид кошкообразного зверя попытались изобразить перуанцы, ведь домашних котов у древних индейцев Южной Америки не было. Зато с дикими малыми кошками они точно были знакомы. «Это так называемая пампасская кошка — научное название Leopardus colocolo, — поясняет Дмитрий Беляев. — Широкая морда, хвост короткий, но при этом довольно толстый и массивный. Он, конечно, очень похож».

Осознание того, что животные могут исчезнуть

Джордж Кювье был первым человеком, который задался таким вопросом. В 1796 году он написал статью о слонах, в которой описал африканские и азиатские разновидности. Также он упомянул о третьем типе слонов, известному науке только по его костям. Кювье отметил ключевые отличия в форме челюсти третьего слона и предположил, что этот вид должен быть совершенно отдельным. Ученый назвал его мастодонтом, но где же тогда живые особи?

По мнению Кювье, «все эти факты находятся в соответствии между собой и не противоречат ни одному другому сообщению, поэтому мне кажется возможным доказать существование мира, предшествующего нашему и разрушенному вследствие своего рода катастрофы». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучил окаменелости других древних животных — попутно введя термин «птеродактиль» — и выяснил, что некогда рептилии были доминирующим видом.

Сахарин

Сахарин представляет собой искусственный подсластитель, примерно в 400 раз слаще сахара. Он был открыт в 1878 году немецким химиком российского происхождения Константином Фальбергом в Университете Джона Хопкинса. Фальберг и его руководитель американский профессор Айра Ремсен вели исследования производных битума (каменноугольные смолы).

После долгого дня, проведенного в лаборатории, Фальберг забыл помыть руки перед ужином. Взяв в руку хлеб и откусив кусочек, ученый заметил, что тот имеет сладковатый вкус, как, впрочем, и вся остальная еда, к которой он прикасался руками.

Он вернулся в лабораторию и стал проводить эксперименты по смешиванию различных составляющих, пока в конечном итоге не обнаружил, что при сочетании орто-сульфобензойной кислоты с хлористым фосфором и аммиаком получается вещество с тем самым сладковатым привкусом (следует отметить, что практика пробовать случайные химикаты на вкус совсем не типична для ученых).

Фальберг запатентовал химическую формулу сахарина в 1884 году (не вписав в держателя патента Ремсен, несмотря на то что они вместе до этого опубликовали первую научную статью по этому открытию). Широкое распространение искусственный подсластитель получил во время Первой мировой войны, когда запасы и поставки сахара в мире были ограничены.

Тесты вещества показали, что оно не усваивается организмом и не является калорийным. В 1907 году сахарин в качестве заменителя сахара стал приниматься диабетиками как диабетический подсластитель, не содержащий сахар.

Человеческий инсулин с помощью технологии рекомбинантной ДНК

Производство человеческого инсулина с помощью технологии рекомбинантной ДНК представляет собой важный шаг вперед в лечении пациентов с диабетом. Первые клинические испытания рекомбинантного человеческого инсулина на людях начались в 1980 году.

Это было сделано путем раздельного получения цепей А и В молекулы инсулина, а затем их объединения с использованием химических методов. Теперь рекомбинантный процесс изменился с 1986 года. Генетическое кодирование проинсулина человека встроено в клетки Escherichia coli.

Затем их культивируют путем ферментации для получения проинсулина. Линкерный пептид ферментативно отщепляется от проинсулина с образованием человеческого инсулина.

Преимущество этого типа инсулина заключается в том, что он обладает более быстрым действием и меньшей иммуногенностью, чем у свинины или говядины.

Опытное доказательство возможности получения ядерной энергии

Первый успешный опыт самоподдерживающейся цепной реакции с освобождением атомной энергии (первый ядерный реактор) был впервые реализован Энрико Ферми в декабре 1942 года в Чикаго. Это событие стало первым шагом человечества к тому, чтобы поставить ядерную энергию к себе на службу.

Будущий нобелевский лауреат Энрико Ферми с детства всерьез увлекался физикой и математикой. В 22 года он параллельно писал два диплома в разных университетах, подготовил работу «Масса в теории относительности», посвященную поиску возможности высвобождения ядерной энергии. Молодой ученый изучал теоретическую физику под руководством крупнейших ученых Европы, включая Макса Борна в Германии.

Вся дальнейшая научная деятельность Ферми была направлена на изучение атомного ядра и процессов, происходящих в нем. Он выдвинул теорию бета-распада в 1933 году, спустя 5 лет предсказал существование пиона (пи-мезона) – новой элементарной частицы. Нобелевскую премию физик Ферми получил «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами».

Энрико Ферми

В том же 1938 году Ферми уехал из фашистской Италии в США. Год спустя он выдвинул идею о возможности создания сверхмощного оружия за счет использования цепной реакции, высвобождающей колоссальную энергию. Власти США выделили финансирование и создали все условия для работы ученого. В рамках реализации Манхэттенского проекта Ферми занимался исследованием цепной реакции и получением плутония, руководил строительством ядерного реактора.

2 декабря 1942 года впервые в мире была запущена самоподдерживающаяся цепная реакция, что открыло человечеству двери в атомный век. В июле 1945 года на полигоне в США был произведен первый ядерный взрыв, а в августе того же года две ядерные бомбы были сброшены на японские города Хиросиму и Нагасаки. Сегодня разработки Ферми в первую очередь используются в мирных целях – для получения электрической энергии. В память об ученом был назван 100-й элемент периодической системы – фермий, который открыли через год после его смерти.

Новые материалы и технологии

Учёные МГУ представили первые российские прототипы натрий-ионных аккумуляторов, которые обещают стать альтернативой более дорогим литий-ионным батареям. И если в конце 2019 года исследователи представили малые прототипы своей разработки, то в 2020 году прошла презентация полноразмерных аккумуляторов повышенной ёмкости. 

Материаловеды МИСиС создали самый огнеупорный материал в мире. Новый керамический материал карбонитрид гафния способен выдерживать рекордную температуру 4200 °C, что делает его перспективным для создания авиационной, ракетно-космической и специальной военной техники.

Другой коллектив российских учёных создал «скользкую керамику. В основе работы — технология получения керамического соединения алюминия, магния и бора (AlMgB14) со специальными добавками. При этом новый материал имеет аномально низкий коэффициент трения и может работать практически без смазки, что делает его привлекательным как для гражданского, так и для военного применения.

Российские химики разработали эффективный электрохимический метод синтеза технеция. Этот редкий радиоактивный металл не встречается в природе, но содержится в отработанных продуктах атомной промышленности. Помимо военного, электронного и медицинского назначений, метод может найти применение и в технологиях очистки радиоактивных отходов.

Коллектив курчатовцев разработал эффективный метод получения радионуклида рутения-97 для использования в ядерной медицине. Изотоп рутений-97 представляет особый интерес в области медицинской диагностики, так как он гораздо менее токсичен.

В свою очередь, учёные МИСиС разработали антибактериальные и противогрибковые нанопокрытия, которые за сутки уничтожают до 99,99% болезнетворных микроорганизмов.

  • Антибактериальные и противогрибковые нанопокрытия разработки МИСиС

Не менее интересный прорыв случился в области разработки биоматериалов. Международный коллектив исследователей с участием профессора МГУ Дмитрия Иванова разработал полимерный материал, способный стать идеальным имплантом для восстановления мягких тканей живого организма.

Первый антибиотик — пенициллин

До появления антибиотиков множество людей погибало от заражения крови при ранениях и травмах, от бактериальных инфекций. Но средство, способное подавить деятельность вредоносных бактерий, было открыто благодаря случайности.

Шотландский бактериолог Александр Флеминг на протяжении многих лет изучал, как человеческий организм борется с бактериальными инфекциями. В 1928 году он проводил очередную серию экспериментов, выращивая колонии культуры Staphylococcus. В некоторых чашках для культивирования Флеминг обнаружил обыкновенную плесень Penicillium, которая поражает долго лежащий хлеб

Ученый собрался отправить эти чашки в мойку, но вдруг обратил внимание, что вокруг пятен плесени бактерии отсутствуют. Он сделал вывод, что Penicillium выделяет вещество, уничтожающее бактерии

Александр Флеминг

Это послужило основой для разработки антибиотиков – средств, которые подавляют или тормозят химическую реакцию, необходимую для жизнедеятельности бактерии. Пенициллин препятствует строительству новых клеточных оболочек бактерий.

В 30-х годах 20 века ученые пытались создать безопасный для человека антибиотик. Чистую форму пенициллина получили ученые Оксфордского университета Говард Флори и Эрнест Чей в 1938 году. Во время Второй мировой войны была высокая потребность в антибактериальных препаратах и к 1943 году развернулось массовое производство пенициллина.

В СССР также озаботились производством пенициллина, но союзники не соглашались продать технологию ни за какие деньги. Разработку советского пенициллина доверили Зинаиде Ермольевой, известному специалисту по борьбе с холерой. Используя научные данные о работе Флеминга, Ермольева провела большую серию опытов и нашла плесень с требуемой пенициллиновой активностью.

Зинаида Ермольева

Зимой 1944 года выяснилось, что советский пенициллин-крустозин, успевший пройти клинические испытания и поступивший в массовое производство, не уступает импортному по эффективности. После этого с легкой руки Говарда Флори Зинаиду Ермольеву стали звать «Госпожа Пенициллин».