Через переноси кінопрем'єр шанувальники наукової фантастики цього року залишилися без улюблених фільмів. Проте і у реальності є чимало подій, що дивують. Чого варті лише досягнення у сфері підкорення космосу. Втім, не космосом єдиним... Chas News попросив декількох українських науковців розказати про дослідження, відкриття і події цього року, які вони вважають найцікавішими та найважливішими.
Швидкі радіосплески і мухи-гурмани
Антон Сененко, старший науковий співробітник Інституту фізики НАН України і популяризатор науки, вважає, що однією з найважливіших наукових подій 2020-го стало відкриття швидкого радіосплеска (fast radio bursts або FRB) від джерела у Чумацькому Шляху.
Вчені вже 13 років намагаються зрозуміти природу коротких, але дуже потужних радіоімпульсів, що періодично надходять з космосу. До нинішнього року такі сигнали фіксували лише від джерел, віддалених від Землі на мільйони світлових років. Тепер вчені відшукали FRB і в нашій Галактиці. Радіосплеск тривав близько 1 мілісекунди, але мав енергію, яку Сонце виділяє за пів хвилини. Зафіксувати і дослідити сигнал вдалося завдяки спільній роботі астрономів з США, Канади, Китаю та інших країн.
Фіксація сплеску не дозволила зрозуміти природу цих сигналів. Існують лише гіпотези — від злиття нейтронів та чорних дір і до сигналів інопланетних цивілізацій. Втім, кожне перехоплення FRB наближає нас до осягнення природи цього явища. «Чому це відкриття, яке, в принципі, «на хліб не намажеш», я вважаю видатним? Ці сигнали настільки швидкі, що сам факт їхньої реєстрації викликає захват і подив», — каже український фізик.
Сененко також відзначає досягнення групи дослідників з США та Європи, які відредагувати геном двох видів мух — Drosophila sechellia і Drosophila melanogaster, — що призвело до зміни їхніх харчових звичок. У природі D. Sechellia полюбляє плоди моринди лимонолистої, також відомої як дерево ноні. А от D. melanogaster його цурається. Науковцям вдалося змінити це. За допомогою «генетичних ножиць» CRISPR-Cas9 (нагадаємо, за винахід даного інструменту генної інженерії у 2020-му Еммануель Шарпентьє та Дженніфер Дудна присудили Нобелівську премію з хімії), дослідники відбили у першого виду дрозофіл смак до плодів ноні, а другий — навпаки, полюбив їх. «Раніше технології редагування генома обіцяли нам лікування важких хвороб, але тепер ми бачимо, що сфери їх застосування можуть бути значно ширшими. Це надихає», — вважає Сененко.
Далека-далека галактика і вода на Марсі
Складно знайти таку сферу життя, на яку б не вплинула пандемія COVID-19. Тому Андрій Потоцький, математик з Технологічного університету Суінберна (Австралія) і лауреат Шнобелівської премії-2020, вважає, що всі визначні наукові відкриття цього року «були так чи інакше пов'язані з вірусологією». Однак вченого вразили новини із зовсім іншої сфери. «Правду кажучи, для мене найвизначніші відкриття відбулися в галузі астрофізики», — зізнається Потоцький.
Погляд в космос — це подорож у минуле. Якщо ми дивимося на об'єкт, що знаходиться у 100 тис. світлових років від Землі, то бачимо його таким, яким він був 100 тис. років тому. Навіть Місяць «відстає» від нас приблизно на 1,3 секунди. За цей час світло покриває 380 тис. км, що відокремлюють нашу планету від супутника. У випадку з GN-z11 ми спостерігаємо світло, випущене зірками 13,4 млрд років тому, коли Всесвіту було «лише» близько 400 млн років.
Втім, на Потоцького справили враження і ближчі до нашої планети події. А саме відкриття декількох озер, які ховаються під товщею льоду на південному полюсі Марса. Не виключено, що вода в них знаходиться в рідкому стані.
Вчений говорить, що часом важко відповісти на питання, чому те чи інше відкриття стає важливим. Але з марсіанськими озерами не той випадок. «Якщо ми виявимо рідку воду, то шанси знайти марсіанське життя зростуть. Це також означає можливість створення довгострокових поселень на Червоній планеті, як це показали в недавньому серіалі «Марс», — зазначає Потоцький.
Як рухаються сперматозоїди
У Ольги Маслової, кандидата біологічних наук і радіоведучої, є улюблені наукові напрями: хронобіологія і дослідження стовбурових клітин. Але цього року її найбільш вразило мексикансько-британське дослідження особливостей руху сперматозоїдів. «Воно показало, що сперматозоїди рухаються не так, як вважали сотні років. А потім воно вдруге привернуло до себе увагу, адже автори знайшли недолік у використаному у публікації математичному апараті і надіслали до редакції попередження», — розповідає біолог.
У 1677-му Антоні ван Левенгук використав мікроскоп власної конструкції і роздивився через нього рух чоловічих статевих клітин. Він зауважив, що сперматозоїди рухаються, згинаючи хвіст, подібно до змії. І цей образ міцно закріпився у свідомості людей. Однак в нинішньому році вчені з’ясували, що все дещо складніше.
Використовуючи 3D-мікроскопію та математичний аналіз, вони висунули гіпотезу, що рух, описаний Левенгуком, — скоріш оптична ілюзія, що виникає під час вивчення сперматозоїдів за допомогою оптичного мікроскопа. Насправді ж під час руху джгутик статевої клітини махає в одну сторону і одночасно головка сперматозоїда обертається навколо поздовжньої осі. Тобто рух статевих клітин радше нагадує обертання штопора, ніж вигини змії.
Сотні років науковці були впевнені, що сперматозоїди рухаються так:
Але британські та мексиканські вчені вважають, що ось так:
Втім, незабаром автори дослідження переглянули його результати знову, виявили недоліки, через які неможливо «ані підтвердити, ані спростувати ключові висновки» і попередили про це видання Science Advances, яке опублікувало їхню роботу. На думку Маслової, ця історія продемонструвала «важливість фундаментальних досліджень і сумлінності в науковому середовищі». А крім того, «стала тестом на якість наукової журналістики».
Прорив на перспективу
Про колосальний вплив COVID-19 на світ сказано чимало, і створення вакцини проти коронавірусу є одним з найважливіших наукових проривів року. Віра Єфремова, нейробіолог з Інституту реконструктивної нейробіології в Бонні (Німеччина) підкреслює: це досягнення важливе не тільки в контексті боротьби з пандемією.
Завдання будь-якої вакцини полягає в тому, щоб навчити імунну систему протистояти інфекції. Зазвичай для цього в організм уводять ослаблений збудник хвороби або деякі з білків його оболонки.
Вакцини проти COVID-19 компаній Pfizer та Moderna діють дещо інакше. З ними в наш організм потрапляє безпосередньо генетичний матеріал вірусу, а вірусний білок виробляє тіло людини. Це цілком безпечно — у склад вакцин входить лише частина генетичного матеріалу вірусу, не здатна відтворюватися. З часом вона просто розпадається. Саме тому вакцини від COVID треба зберігати при наднизькій температурі.
Вчені давно цікавляться генетичними вакцинами, оскільки їх можна створювати швидше, ніж традиційні аналоги. Раніше вже намагалися розробити подібні препарати для боротьби з вірусами Зіка і Ебола. За словами Єфремової, також великі надії покладають на мРНК-вакцини від деяких онкологічних захворювань. Але до широкого застосування подібних вакцин раніше не доходило.
На повній швидкості
Життя сучасної людини тісно пов’язане з інтернетом. За останні п’ять років трафік збільшувався в середньому на 25% щорічно і тенденція до зростання навряд чи зникне. Особливо у світі, для якого дистанційна робота і онлайн-розваги стали новою нормою. Не дивно, що Іван Максимов, фізик з Технологічного університету Суінберна, вважає: найважливіше наукове досягнення цього року пов'язане саме з інтернет-технологіями.
У травні група вчених з декількох австралійських університетів продемонструвала швидкість інтернету на рівні 44,2 Тбіт/с. Цього достатньо, щоб завантажити 1 тис. фільмів в HD-якості менш ніж за секунду. Аби досягти такої високої швидкості, дослідники використали оптичний комб. Що це таке?
«Тут підійде усталений, але неофіційний термін «оптична гребінка». Це такий оптичний сигнал, в якому частотні компоненти розташовані на однаковій відстані один від одного. Іншими словами, уявіть собі паркан, де в ролі дошок виступають частотні компоненти», — пояснює Максимов.
У оптичних гребінок безліч застосувань. Наприклад, астрономи використовують їх для відкриття екзопланет, криміналісти — для виявлення слідів вибухових і наркотичних речовин на тілі та одязі людей.
За словами Максимова, в даному експерименті австралійські дослідники згенерували «сигнал-гребінь» з 80 оптичними компонентами, кожен з яких здатен нести окремий сигнал через стандартні оптоволоконні мережі. Тобто вчені використали інфраструктуру, що вже існує, але завдяки новій технології передачі сигналу досягли суттєвого збільшення швидкості.
Будь-хто усвідомлює переваги швидкого інтернету, проте досягнення австралійської команди має глобальне значення. За словами українського фізика, великі дата-центри споживають колосальну кількість енергії. Більше, ніж деякі країни. А це впливає на глобальне потепління, що загрожує нашій планеті катастрофічними наслідками. Винахід австралійців допоможе інтернет-інфраструктурі краще впоратися зі збільшенням трафіку і «одночасно зменшити енерговитрати, або принаймні не збільшувати їх».
Погляд у майбутнє
Максим Титов, національний контактний представник України в CERN, відзначає вручення Нобелівської премії з фізики. Цього року найпрестижніша наукова винагорода відійшла трьом дослідникам, які зробили внесок у вивчення чорних дір. Існування таких об'єктів передбачене загальною теорією відносності Ейнштейна, хоча сам автор у них не вірив. Роджер Пенроуз, один з лауреатів премії, в 60-х роках минулого століття довів, що передбачення було правильним — чорні діри таки можуть формуватися в реальних умовах. Двоє інших лауреатів — Рейнхард Генцель і Андреа Гез — в 90-х відкрили надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху. «Це в черговий раз підкреслює важливість фундаментальної науки», — каже Титов.
На його думку, нинішній рік позначив тренди, які обіцяють великі зміни у науковій сфері. Титов прогнозує переосмислення ролі науки в очах суспільства і політиків, які в майбутньому частіше озиратимуться на вчених, приймаючи рішення. «Частина європейських країн, економіка яких була орієнтована, наприклад, на туризм, сильно постраждали в нинішній кризі. Деякі з них розглядають можливість переорієнтації економіки з метою підвищення технологічної та наукової складової », — розповідає він.
Крім того, він прогнозує зміцнення міжнародного співробітництва, глобальних колаборацій, в яких задіяні кращі уми з усього світу. «Тому що вирішувати серйозні питання у своєму куточку, поодинці на рівні національних інтересів практично нереально», — вважає Титов.
Одним словом, у році, що минає, було чимало видатних наукових досягнень, здатних вразити не тільки широку аудиторію, а й фахівців. Пандемія не змогла перешкодити їм і навіть підштовхнула дослідників до нових відкриттів, а також підтвердила важливість роботи вчених в сучасному світі.
