Десетте научни открития на десетилетието

Едно от най-авторитетните научни списания – Science – представи подбор на десетте най-значими тенденции, идеи и технологически направления, появили се през последните десет години. Lenta.ru предлага анотация за всяко от тях.

„Тъмният геном“

През 1869 швейцарският изследовател Йохан Фридрих Мишер открива ДНК, изолирайки я от човешки левкоцити. Следващите 75 години повечето учени предполагат, че клетката използва ДНК за съхранение на фосфор, но през 1944 г. Осуалд Ейвъри, Колин Маклойд и Маклин Макарти провеждат експеримент, който демонстрира нагледно, че ДНК е носител на генетична информация (намеци за това са изказвани и по-рано, но опитът на Ейвъри, Маклойд и Макарти окончателно доказва тази хипотеза). През 1953 Джеймс Уотсън и Франсис Крик определят структурата на ДНК молекулата – сега дори хората, които са далеч от биологията, знаят, че тя представлява двойна спирала.

През 2001 за първи път е разшифрован пълният геном на човека. От този момент в молекулярната биология започва нова ера,тъй като изследователите получават пълен достъп до всички „инструкции“, по които функционират живите системи. Учените събират голямо количество генетични данни, чийто анализ води до парадоксален извод: така наречената отпадъчна ДНК, която се смята за ненужен баласт, играе огромна роля в управлението на работата на клетките.

Освен това биолозите изясняват, че множеството инструкции, показващи как да живеем, постъпват далеч не от ДНК, а от относително прости надстройки, които се прикрепват към отделни „букви“ на генома (такъв тип регулация бил наречен епигенетична регулация). Накрая третата група клетки се оказват молекулите на РНК, които се синтезират от най-неочаквани участъци на генома и ръководят метаболизма не по-зле от белтъчините. Тези три типа клетъчни „управленци“ се обединяват под названието геномна тъмна материя или просто тъмен геном. В изминалите 10 години учените се убеждават, че този геном е не по-малко важен от „нормалния“.

Възраждане на космологията

С развитието на техниката уредите стават все по-точни, методите за събиране на данни – все по-сложни и надеждни, а компютрите, с които се обработват тези данни – все по-мощни. Постепенно количеството всевъзможни обяснения на устройството на Вселената изобщо или на отделни видове звезди започва да намалява и с днешна дата може да се каже, че в астрономията е разработена логична теория, която събира в себе си всички етапи от развитието на Вселената от нейното раждане до появата на планетата Земя. И макар че в тази теория все още има много бели петна (например загадъчни остават първите мигове след Големия взрив), като цяло тя е непротиворечива и не оставя място за спекулации, които прекалено силно се отклоняват от основната линия.

Усъвършенстване на методите за работа с древната ДНК

В последните години палеонтолозите имат нов и невероятно мощен инструмент за анализ, подарен им от биолозите. Последните вече могат да извличат ДНК практически от всичко и да определят последователността дори в случай че в образеца присъстват едва няколко молекули дезоксирибонуклеинова киселина. Тези методи се оказват безценни в палеонтологията – внезапно се изяснява, че ДНК може да се съхранява в останки в течение на стотици хиляди години.

Вода на Марс

Марс – четвъртата планета в Слънчевата система – привлича вниманието на учените отдавна. Първо, той се намира относително близо до Земята и затова е удобен за изучаване, и второ, Марс много напомня на нашата планета. Ситуацията с Червената планета е още по-интригуваща, защото сходството му със Земята автоматично означава добри шансове за обитаемост, макар и в миналото. За съществуването на земни организми е необходима вода, затова учените упорито се опитват да я открият на Марс. Повечето специалисти са единодушни, че в наши дни течна вода на Марс няма, но няколко милиарда, а може би и милиона, години назад тя може би е била там.

Първият истински извод в полза на хипотезата за влажния в миналото Марс прави орбиталната сонда Mars Odyssey. Събраните от нея данни показват, че под повърхността на Червената планета има залежи от лед. По-късно това предположение се потвърждава и от други апарати, но окончателно въпросът за наличието на вода на Марс е решен през 2008 г., когато сондата Рhoenix получава H₂O от марсиански грунт. В бъдеще учените ще изясняват има ли живот на Марс и кога точно е изчезнала водата от повърхността на планетата.

Препрограмирането на клетките

Организмът на всяко живо същество се състои от клетки (дори да е само една клетка). В сложните многоклетъчни организми клетките не си приличат и изпълняват напълно различни функции. Но във всяка от тях се съдържат данни, позволяващи й да стане всяка друга клетка от организма. Тези данни са записани в ДНК, която във всички клетки на организма (с изключение на половите клетки) е еднаква.

Всички клетки на организма имат общ произход – тяхна „прамайка“ се явява яйцеклетката, чиито потомци носят копие от нейното ДНК. За разлика от повечето клетки, които изпълняват строго определени функции и пораждат само такива „тясноспециализирани деца“, потомците на яйцеклетката могат да станат каквито си поискат. В изминалите десет години биолозите успяват да направят няколко клетъчни преобразявания. Изкуствено дедиференцираните клетки следва да помогнат на учените и медиците да намерят нови средства за лечение на заболявания, свързани с умирането на клетки (например болест на Алцхаймер), както и да променят подхода към трансплантацията – органите за присаждане, създадени от собствени клетки на пациента, няма да бъдат отхвърляни от организма.

Микробиом

Фактът, че в организма на човека живеят множество бактерии, не е новост поне от сто години. Но точното количество микроскопични съжители на човека остава неизвестно. В последните години става ясно,че броят на бактериалните клетки надвишава броя на собствените клетки на организма – тоест от всеки 10 клетки в нашето тяло 9 са бактериални. Колективният геном на всички обитаващи човека микроорганизми получава названието микробиом.

Повечето живеещи вътре и извън тялото бактерии не му нанасят вреда, а някои дори му помагат в изпълнението на най-необходимите действия. Бактериите обаче могат макар и частично да определят много особености на хората, които на пръв поглед изобщо не са свързани с тях. Например склонността към затлъстяване. Също бактериите определят способността за усвояване на някои лекарства и не на последно място понякога започват да вредят на своя стопанин, провокирайки развитието на такива заболявания като екзема и псориазис.

Екзопланетите

Дълго време наличието на планети около други звезди беше само хипотеза. Тоест астрономите разбираха, че във Вселената съществуват много звезди (и много от тях – подобни на Слънцето) и че около някоя от тях сигурно има една или няколко планети, но откриването на извънслънчеви планети беше невъзможно заради несъвършената техника.

Първото достоверно съобщение за съществуването на екзопланети се появява през 1992 г. – учените откриват няколко планети, въртящи се около пулсар. През 1995 е открита планета около звезда. През 2009 г. в Космоса е изпратен орбиталният телескоп Kepler, чиито уреди позволяват да се откриват не само планети, но и техните спътници. Откакто работи Kepler, списъкът на известните на учените екзопланети се попълва все по-бързо – така към края на 2010 са познати повече от 500 извънслънчеви планети.

Възпалението

В последните години изследователи разкриха, че с възпалението нещата далеч не са толкова прости, колкото се е смятало. Голямо количество клинични и лабораторни данни говорят, че възпалителните процеси са първопричина за множество хронични заболявания, а не само свидетелство за заразяване и увреждане. Събраната информация например сочи, че постоянното възпаление е свързано с развитието и влошаването на болестта на Алцхаймер, атеросклерозата, диабета и дори затлъстяването. От една страна, това откритие огорчава, тъй като излиза, че досега медиците и учените са разбирали неправилно природата на много смъртоносни заболявания. Но, от друга страна, след като вече знаят в каква посока да се движат, има шанс в обозримо бъдеще учените да успеят да разработят нови и по-ефективни методи за лечение на тези патологии.

Метаматериалите

През 1967 г. съветският физик Виктор Веселаго изказва предположението, че някои материали могат да пречупват лъчите на светлината по особен начин и благодарение на тази особеност имат много необичайни свойства. До този момент нямаше данни за съществуването на такива материали, наречени материали с отрицателен коефициент на пречупване, и идеята на Веселаго е възприета като повече от сложна игра на ума. През 2000 г. обаче едновременно няколко учени развиват теорията за необикновените материали и показват, че те може да се създадат изкуствено. Наскоро първите метаматериали са създадени лабораторно. Карайки лъчите светлина да се извиват, такива материали правят намиращия се до тях обект невидим за наблюдателя – отразеното от маскирания обект излъчване просто не стига до него. Главната цел на учените, работещи по тази тема, е създаването на метаматериал, който да прави обектите невидими в оптичния диапазон, тоест за човешките очи. Другите диапазони също не са безразлични на учените – теоретично обектите може да станат безшумни или устойчиви на земетресения.

Глобалното затопляне

Този пункт е най-краткият. Независимо от съмненията на скептиците и на разрилия се в края на 2009 г. „климатгейт“, повечето учени смятат, че глобалното затопляне е реалност и че една от причините за този процес е човешката дейност. Увереността на учените се обяснява с това, че прекалено много фактически данни го потвърждават: на нашата планета с всяка година става все по-топло.