*3720. 10 ВАЖНЕЙШИХ НАУЧНЫХ СОБЫТИЙ 2015 ГОДА

[Росбалт]

http://www.rosbalt.ru/main/2015/12/28/1476030.html
28/12/2015 15:04
Наука и технологии, открытия, ученые, итоги года


СС0 Public Domain

Вода на Марсе, фотографии Плутона, самый древний предок человека, протезы и коптеры, управляемые силой мысли, теплокровные динозавры, вакцина против вируса Эбола, непобедимый суперантибиотик нового поколения… Десять самых сенсационных научных открытий 2015 года – в нашем обзоре.

Вода на Марсе

Уходящий год принес человечеству сразу несколько сенсационных открытий в области космоса. Самое громкое из них – находка воды на Марсе.

Марсоход Mars Reconnaissance Orbiter, запущенный 10 лет назад, прислал на Землю данные, которые позволили ученым сделать вывод: по стенам каньонов и кратеров на поверхности Красной планеты в летние месяцы, скорее всего, текут сезонные потоки соляных растворов. Овраги от них четко видны на снимках и данных спектрометра. То есть на Марсе действительно есть жидкая вода.

Ранее стало известно о полосах шириной 5 м и до 100 м длиной, которые появляются на поверхности планеты в относительно теплое время года и исчезают, когда температура снижается. Теперь стало ясно: их оставляет марсианская вода.

Ученые изучили узкие каналы в скалах экваториального региона Марса. В частности, удалось обнаружить следы гидратов, содержащих молекулы воды – хлорат и перхлорат магния, а также перхлорат натрия. При этом источник воды и ее химический состав пока остаются неизвестными.

Наличие жидкой воды — одно из важнейших требований к существованию жизни, подобной земной. На нашей планете вирусы и бактерии нередко выживают в очень экстремальных условиях. Почему бы таким же микроорганизмам внеземного происхождения не оказаться на Марсе?

Кроме того, марсианская вода дает основания надеяться, что земляне, которые рано или поздно долетят до Красной планеты, смогут выращивать там картофель, подобно герою из фильма "Марсианин", и другие овощи, фрукты, злаки. Наличие воды также позволит значительно снизить объем и массу грузов, необходимых для обеспечения жизнедеятельности марсианской экспедиции.

При удачном стечении обстоятельств человек окажется на Марсе в конце 2030-х годов – такой срок запланирован в программе космического агентства США "Путешествие на Марс". Тогда ситуация с марсианской водой и выяснится до конца.

Снимки Плутона

Вторая космическая сенсация – новые фото Плутона и его спутника Харона в высоком разрешении, которые передала на Землю автоматическая межпланетная станция New Horizons, запущенная в 2006 году. На снимках, например, в цвете и во всех подробностях видна коричневая поверхность 10-й по счету планеты Солнечной системы с огромным светлым пятном в виде сердца. Тем временем даже на самых четких фотографиях, сделанных телескопом Hubble в 2000 году, Плутон выглядел лишь как мутное пятно с неопределенными очертаниями.

В июле 2015 года станция приблизилась к Плутону на минимальное расстояние – 12,5 тыс. км. Миссия New Horizons – это не только сотни фотографий, от которых действительно захватывает дух. За время полета было открыто множество серьезных данных о Юпитере, его спутниках и других небесных телах.

Кульминация проекта пришлась именно на этот год: за последние месяцы выяснилось, что на Плутоне есть ледяные горы, утесы, ледовые "озера", "дюны" и движущийся азотный лед, перемещения которого напоминают миграцию ледников на Земле. Плутон обладает гладкими холодными равнинами и "слоеной" атмосферой. Эта карликовая планета намного старше, чем считалось.

Стоп-кадр видео NASA

Данные, переданные New Horizons, во многом изменили точку зрения астрономов на процессы, происходящие на Плутоне. Этот мир оказался не мертвым – там происходят явления, понемногу изменяющие поверхность планеты. Например, перемещаются льды, что можно считать подтверждением гипотезы о существовании жидкого океана под ледяным покровом. Это делает Плутон похожим на активные миры вроде Земли или Марса. К тому же, ученые получили доказательство существования на Плутоне сложных органических соединений – ацетилена, этилена и других.

Сейчас станция уже покинула границы орбиты карликовой планеты и направляется к одному из объектов в поясе Койпера (область Солнечной системы за орбитой Нептуна) – планетоиду 2014 MU69, где займется его изучением, пока не закончатся энергоресурсы, то есть предположительно до конца 2020 года.

Климат на комете

Еще один космический аппарат – Rosetta – Европейского космического агентства обнаружил на поверхности кометы Чурюмова-Герасименко геологические структуры, напоминающие дюны. Внешне эта комета похожа на бугристую картофелину – она не круглая и не эллипсовидная, как планеты и их спутники. На ней нет атмосферы и гравитация ничтожно мала. Каким же образом при таких условиях там могут образовываться и удерживаться дюны? Не исключено, полагают ученые, что роль ветра играют выбросы газа и пыли, а скрепляет частицы межмолекулярное притяжение.

Как выяснилось, в отсутствие атмосферы на комете все же есть некое подобие климата, образованное ее суточным циклом: когда покрытый льдом участок кометы обращен к Солнцу, он переходит в парообразное состояние. А после того как эта сторона небесного тела погружается в темноту, площадь ледового покрытия снова увеличивается.

В отличие от водяного цикла на Земле, кометные "облака" не выпадают в виде дождя или снега, а улетают в открытый космос. Rosetta обнаружила в облаке пыли и газа, окружающем небесное тело, молекулярный кислород. По соотношению молекул кислорода и воды ученые установили, что источник у них один – вещество ядра кометы, испаряющееся под действием солнечного тепла. По мнению исследователей, это доказывает присутствие молекул кислорода в "первородном" веществе, из которого образовалась Солнечная система, и которое в кометах осталось с тех пор в неизменном виде. Ранее в подобных облаках вокруг комет находили угарный и углекислый газы, а также воду.

Новый предок человека

Останки еще одного нашего предка, названного Homo naledi (в честь пещерного комплекса Диналеди), обнаружил в ЮАР антрополог Ли Бергер. Находка была сделана в отдаленном тупике труднодоступной пещеры Райзинг-Стар, в 45 км от Йоханнесбурга.

По одной из версий, эта расщелина служила древним людям местом захоронения. Однако не исключено, что кости сбросили в далекую пещеру другие Homo, жившие на той же территории спустя тысячелетия. Предполагается, что возраст найденных 1550 останков от, как минимум, 15 особей может достигать 3 млн лет.

Любопытно, что открытию нового вида наших общих предков человечество в некотором роде обязано социальным сетям. Туннель, где спелеологи неожиданно обнаружили кости, настолько узок (его ширина всего 17,8 см), что исследователи не могли надлежащим образом организовать извлечение останков. Находчивый Ли Бергер выложил на своей странице в Facebook пост о поиске худощавых людей с высшим образованием, готовых трудиться в стесненных условиях пещеры. Из откликнувшихся волонтеров он выбрал шесть девушек, которых назвал "подземными астронавтами".

Homo naledi отличает уникальное смешение черт, характерное для различных видов из разных исторических эпох, разделенных сотнями тысяч лет эволюции. К примеру, форма рук и ступней у него похожа на конечности современного человека (при этом южноафриканский гоминид был прямоходящим), а кости таза и плеч по своему анатомическому устройству напоминают кости австралопитеков, появившихся 4 млн лет назад. Мозг у Homo naledi был в два раз меньше, чем у Homo sapiens.

Техника, управляемая силой мысли

В 2015 году ученые создали устройства, которыми можно управлять с помощью мысли. В их основе лежат технологии нейроинтерфейсов – в том числе, например, портативный электроэнцефалограф, настроенный на определенные волны мозга. Такой прибор не может полностью распознать мысли человека, но вполне способен зафиксировать, например, желание поднять руку, либо желание направить взгляд на источник света.

На базе технологии нейроинтерфейсов появилось множество удивительных разработок: к примеру, англичане продемонстрировали прибор в виде обруча, который надевается на голову и заменяет пульт для переключения каналов телевизора. Китайцы сконструировали устройство, способное переводить активность нейронов мозга на человеческий язык – то есть, с его помощью можно говорить, совсем не раскрывая рта.

А ученые из Португалии заявили, что могут управлять летательными аппаратами, используя силу мысли. Есть подобные разработки и в России: недавно ученые из компании Neurobotics создали квадрокоптер, который летает, послушный сигналам человеческого мозга, – вверх, вниз, вправо и влево, и даже к заданной точке. Генерацию команд или состояний коптера регистрируют датчики на голове демонстратора: человек в нужные моменты представляет те действия, которые система может распознать и идентифицировать.

По мнению специалистов, этот нейроинтерфейс будет перспективен в разработках систем вооружений и может использоваться военными на поле боя. А также подходит и для управления "умным домом", в котором живут люди с ограниченными физическими возможностями.

Не менее эффективны для облегчения жизни инвалидов и бионические протезы, управляемые силой мысли. Первые из них появились в 2010 году, однако принцип действия этих устройств был основан на электрических импульсах, которые генерируют мышцы – бицепсы и трицепсы, поэтому диапазон движений искусственных рук и ног оказался существенно ограничен.

В 2015 году американские инженеры продемонстрировали желающим бионическую руку с 26 суставами, обладающую почти всеми возможностями обычной человеческой конечности – можно, например, набирать текст безо всяких физических усилий. Грузоподъемность механической руки составила 20 кг.

Умельцы в Исландии сделали чудо-ступню, которая устанавливается на ампутированную конечность пациента всего за четверть часа. Чтобы вживить датчик, реагирующий на электрические сигналы из головного мозга, надо сделать разрез лишь в 1 см.

Компьютеры-творцы

В свою очередь разработчики компьютерных систем выпустили на рынок искусственные нейронные сети и сервисы, которые по сути являются реальным шагом к обретению компьютерами способности мыслить самостоятельно и даже заниматься творчеством.

Наглядный пример – сервисы Project Oxford, распознающие лица и определяющие возраст человека, его эмоции и сходство с другими людьми. Ради этого для сети процессоров был выделен ряд ключевых признаков, по которым систему начали обучать и тренировать на множестве изображений. Результаты налицо: программа NeuralTalk, к примеру, научилась описывать словами то, что видит на фотографии. А ее усовершенствованная версия работает и с видеоматериалами.

Тем временем, инженеры Google вывели целое нейронное направление в искусстве, названное инцепционизмом. Систему Inception, предназначенную для распознавания изображений, они направили как бы задом наперед. В результате получился инструмент, который способен превратить фотографию в полотно импрессиониста или дорисовать недостающие предметы.

Динозавры были теплокровными

В 2015 году британские палеонтологи нашли в останках древних ящеров красные кровяные тельца (эритроциты) и коллагеновые волокна. В частности, в ископаемых костях гадрозавра, жившего в конце мелового периода около 80 млн лет назад, обнаружили кровеносные сосуды и следы мягких тканей, не подвергшиеся окаменению.

Эти исследования стали первым непосредственным анализом кровеносных сосудов вымершего организма. Ученые надеются, что со временем удастся воссоздать и структуру ДНК динозавров.

Ранее считалось, что белковые молекулы могут сохраняться не более 4 млн лет, а затем распадаются. Однако английские исследователи разработали методику анализа фотоснимков костей рептилий, сделанных электронным и ионным микроскопами (при этом изучались не свежие, а музейные останки восьми ящеров, выкопанных в Канаде более века назад). В частности, ученые отыскали клетки эритроцитов и соединительной ткани. Кровяные тельца оказались больше всего похожи на образцы крови страуса эму. Из этого следуют, по крайней мере, два сенсационных вывода: во-первых, динозавры были теплокровными, а во-вторых, они не исчезли бесследно, а превратились в птиц.

По другой версии, динозавры не были ни хладнокровными существами, как ящерицы, ни теплокровными, как млекопитающие. Доисторические ящеры, как и современный тунец, кожистые черепахи, австралийские ехидны и большие белые акулы, относились к мезотермам − организмам, предпочитающим умеренные температурные условия. Такие существа могут контролировать тепло своего тела: мезотермы сжигают энергию, но не имеют постоянной температуры, характерной для птиц и млекопитающих.

"Экстремальные" бактерии в Антарктиде

Российские полярники обнаружили под 4-километровым льдом озера Восток незнакомую науке форму жизни – бактерии, ДНК которых не совпадают ни с одним из известных видов в мире. А в образцах льда, поднятых из озера, нашли бактерии-термофилы, в течение тысячелетий эволюционировавшие без контакта с земной атмосферой.

Такие же микроорганизмы обнаруживают в горячих источниках Йеллоустонского национального парка и на севере Японии, а также в "черных курильщиках" – гидротермальных источниках Срединно-Атлантического хребта. Как правило, термофильные бактерии живут при температуре плюс 60 градусов Цельсия и выше. Это значит, что на дне озера Восток существует геотермальные источники.

Не исключено, что, как заявляют исследователи, там же могут обитать и опасные для человечества вирусы. А руководитель Российской Антарктической экспедиции Валерий Лукин, например, допускает, что на дне озера могут быть найдены даже останки каких-то вымерших существ.
[IMG][/IMG]
Фото из архива Арктического и антарктического НИИ

По одной из гипотез, озеро Восток возникло еще до оледенения Антарктиды, наступившего 30-40 млн лет назад. Согласно геологической гипотезе существования суперматерика Гондвана, Шестой материк находился тогда в более умеренных широтах, там были флора и фауна, кипела жизнь. Вряд ли, конечно, до нашего времени дожили какие-то ее представители. А вот микроорганизмы вполне могли уцелеть. И самое интересное, что эволюционировали они без контакта с земной атмосферой.

А если в озере есть бактерии, значит, есть и вирусы. Могут ли они эволюционировать? Опасны ли они для человека? Сами по себе, может быть, и да. Но микроорганизмы озера Восток живут в горячей, соленой, сильно минерализованной воде. Если поднять их через скважину на поверхность материка, они моментально окажутся в совершенно иной, чужеродной, враждебной среде, при температуре минус 55 градусов. И после этого вряд ли уцелеют.

Вакцина против Эболы

Летом 2015 года Всемирная организация здравоохранения сообщила, что биологам Национальной лаборатории микробиологии Канады удалось создать вакцину против лихорадки Эбола. Первые клинические испытания препарата продемонстрировали невиданные прежде результаты: во время медицинского эксперимента в Гвинее новая вакцина показала 100-процентную эффективность против зловещего недуга.

Медики проверили действие вакцины на 4 тысячах добровольцев, контактировавших с зараженными. Никто из участников тестовой группы не заболел. А из 3500 людей, вакцинированных спустя три недели, заразились всего 16 человек. Кроме того, поскольку вакцина показала себя безопасной, решено делать прививки не только взрослым, но и детям.

Между тем, проведены такие же работы и России. Как сообщается, отечественная вакцина против вируса Эбола полностью готова и ее можно будет скоро применять. В арсенале российских ученых есть и средства пассивной иммунологической защиты для тех, кто находится в зоне риска или работает с этим вирусом. В России уже готовы прививать в тестовом режиме граждан, отправляющихся в такие места – в том числе и туристов.

Непобедимый суперантибиотик

Впервые за 25 лет ученые создали принципиально новый антибиотик, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы, которые мутировали и в силу этого выработали устойчивость к другим антибиотикам. В отличие от уже существующих лекарств, новый антибиотик поражает не белки болезнетворных микробов, а воздействует на вещества клеточных оболочек вредных бактерий.

Новое средство, которое может изменить картину смертности от многих страшных болезней, ученые достали, можно сказать, фактически из грязи: в ходе изучения бактерий на травяных полях Новой Англии, штата Мэн.

Некогда антибиотики спасли человечество от множества опасных эпидемий и недугов, в том числе от туберкулеза, который до начала XX века был неизлечим, и являлся для наших предков напастью более ужасной, нежели для нас СПИД. В последние годы мы пользовались антибиотиками крайне активно. К чему это ведет? Из-за слишком частого применения этих лекарств, в том числе вместе с пищей – мясом и рыбой, болезнетворные микробы мутируют, приспосабливаются и становятся резистентными, то есть устойчивыми к антибиотикам. Со временем эта ситуация может привести к катастрофе – антибиотики просто перестанут работать.

Однако исследователям удалось совершить научный прорыв: они разработали метод выращивания бактерий, обладающих принципиально иным антимикробным действием. Новый препарат под названием теиксобактин может убивать, в том числе – опаснейший золотистый стафилококк, который часто обнаруживается в госпиталях, серьезно осложняя при этом состояние пациентов после операций.

Сейчас чудо-препарат проходит клинические испытания. При удачном стечении обстоятельств суперантибиотик в ампулах появится в продаже уже к 2019 году.

Подготовил Владимир Воскресенский

Материал опубликован в рамках проекта "Нобелевское измерение", посвященного проблемам модернизации страны и роли в этом процессе науки и научного сообщества. Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга.

[Газета.Ru]

https://www.gazeta.ru/tech/2016/12/2...29.shtml#page6
Чем запомнился 2016 год в сфере технологий
Отдел «Технологии» 20.12.2016, 16:11

Francois Mori/AP

«Газета.Ru» вспоминает, какие тренды в сфере технологий доминировали в течение 2016 года — победа Трампа на выборах с помощью социальных сетей, защита частной переписки в мессенджерах, использование «права на забвение» и многие другие.

В 2016 году все больше стали говорить о технологии блокчейн. Основное преимущество инновации перед стандартными транзакциями — отсутствие посредников, подтверждающих подлинность операций, что позволяет упростить процедуру.

Согласно исследованию Gartner, в 2016 году международные финансовые компании инвестируют $1 млрд в развитие блокчейна.

Эксперты считают, что спустя 5–10 лет объем услуг, связанный с данной технологией, вырастет в 10 раз.

В мае в России был организован Центр разработки блокчейн-технологий, куда будут привлекать отечественных программистов для создания приложений, а уже в октябре Центробанк объявил о тестировании проекта своей блокчейн-платформы, которая называется «Мастерчейн» и позволяет участникам рынка обмениваться информацией.

В разработке проекта приняли участие Сбербанк, Альфа-банк, банк «Открытие», Тинькофф-банк и QIWI.

Big data

В 2016 году все больше начали задумываться о феномене больших данных — огромный объем цифровой информации, которую обрабатывают машины.

Анализ этих сведений позволяет увидеть скрытые закономерности и использовать их в различных сферах жизни человека, будь то медицина, производство или финансы.

Big data активно используется в маркетинге, позволяя компаниям на основе контекстной рекламы и запросов пользователей оптимизировать ценообразование, ориентируясь на клиентов и их бюджет, а также сформировать базу лояльных покупателей, вдохновляя их на будущие покупки.

Идея потенциального регулирования больших пользовательских данных прорабатывается и в России.

В частности, Роскомнадзор заявлял о существующих рисках неправомерного использования такой информации, а советник президента по вопросам интернета Герман Клименко сформировал рабочую группу по Big data на базе Координационного центра национального домена сети интернет (КЦ).

Диджитализация

Президентские выборы в США показали, что телевидение уступило лидирующие позиции интернету, который фактически помог республиканцу Дональду Трампу победить представителя Демократической партии Хиллари Клинтон.

Избранный президент в ходе предвыборной гонки грамотно использовал социальные сети, выпуская провокационные заявления, не всегда являющиеся правдой, но помогающие подняться в топах новостных лент.

Клинтон же сделала ставку на телевизионную рекламу и, как оказалось, ошиблась.

Кроме того, уход в диджитал в 2016 году ознаменовался тем, что топ-5 лидирующих по капитализации компаний покинула нефтяная Exxon Mobil. Ведущие позиции заняли IT-гиганты Amazon, Apple, Alphabet, Google и Microsoft.

Борьба с фейками

Американские выборы оголили проблему так называемых фейковых новостей, которые распространялись преимущественно в Facebook.

После масштабной критики в свой адрес социальная сеть объявила о введении новой стратегии, направленной на борьбу с дезинформацией.

Facebook сообщила о введении фактчекинга, к которому будут привлекаться сторонние организации, сотрудники компании, а также обычные пользователи. Представители Facebook считают, что данные меры не помогут избавиться от всей недостоверной информации в интернете, но существенно сократят ее количество.

Право на забвение

«Право на забвение» появилось у россиян 1 января 2016 года. Депутаты, в свою очередь, упорно называют его «законом о правдивой информации». Документ позволил российским пользователям удалять из поисковой выдачи ссылки с неактуальной или недостоверной информацией о себе.

В России с применением закона было связано несколько громких дел, вызвавших «эффект Стрейзанд» — ситуацию, когда попытка скрыть определенную информацию вызывает к ней повышенный интерес и приводит к еще большему распространению онлайн.

В частности, «правом на забвение» попытался воспользоваться некто Колупаев П. — он обратился в Левобережный суд Липецка с претензией к «Яндексу», Google и «Рамблер интернет холдингу», но в иске было отказано.

Позже СМИ связали его с бывшим сотрудником УФСКН России по Липецкой области Павлом Колупаевым, который в 2012 году был признан виновным в разглашении государственной тайны и получил два года условно.

Также благодаря суду удалось узнать, что пытался «забыться» и петербургский миллионер Евгений Пригожин, который подал иски против «Яндекс» и Google из-за ссылок на публикации о связанных с ним компаниях, получивших госконтракты на обслуживание объектов Минобороны, о «Фабрике троллей» в Ольгино и другие.

Виртуальная реальность

В 2016 году было представлено большое число устройств, поддерживающих работу с виртуальной реальностью (VR). На рынок вышли шлемы Oculus Rift, HTC Vive и Sony PlayStation VR, а также кардборд Google и Samsung Gear VR.

Технология пока еще не стала массовой ввиду дороговизны устройств и сложности освоения некоторых из них. Кроме того, проблемой является отсутствие больших объемов контента под VR. Но рост интереса к видеоиграм в виртуальной реальности все еще продолжается, что может позитивно сказаться на отрасли в ближайшие пару лет.

Защита приватности в мессенджерах

В октябре Facebook Messenger присоединился к другим сервисам, которые заботятся о праве на конфиденциальность личной переписки, и включил функцию секретных чатов на основе сквозного шифрования.

Весь 2016 год активно говорилось о данном типе защиты информации, который ранее начали применять Telegram и WhatsApp. Независимая организация Amnesty International составила список самых защищенных сервисов для общения.

Особенно высоко оценивались компании, использующие end-to-end-шифрование в своих продуктах по умолчанию, — это Apple, Viber и LINE.

Первое место в исследовании тогда заняла Facebook, которой принадлежат Facebook Messenger и WhatsApp.

Искусственный интеллект и нейросети

В этом году искусственный интеллект (ИИ) под названием AlphaGo впервые обыграл человека в древнекитайскую игру го три раза подряд. Эксперты отличают, что количество вариаций ходов в этой игре неисчислимо велико, но все же ученым удалось обучить ИИ играть в го, не объясняя ей правила.

Несмотря на то что искусственный интеллект и нейронные сети стремительно умнеют, для их обучения все еще требуется человек.

В этом году нейросети учили сочинять рождественские песни на основе данных о поп-музыке и текстах, а также рисовать и угадывать предмет по наброску от пользователя.

В 2016 году появились схожие по сути приложения Prisma, Artisto и Vinci, которые позволяют не просто накладывать фильтры на фото и видео, а с помощью нейросетей «отрисовывают» изображение с нуля.

Приложение FindFace, которое помогает распознавать человека в социальной сети по его снимку, также использует в своей работе нейронные сети.

Операторы не хотят быть «трубой»

Операторы связи все больше пытаются диверсифицировать свои услуги, не просто предоставляя доступ в интернет, а пытаясь вводить новые сервисы для своих клиентов. Примером для провайдеров являются крупные интернет-компании, которые создают свои мессенджеры или онлайн-кинотеатры.

На них можно равняться, а можно пытаться приобрести, как случилось с провайдером Verizon, который собирался купить Yahoo! за $4,83 млрд. Правда, сделка оказалась под угрозой из-за нескольких хакерских атак на пользователей интернет-компании.

Другой телеком-гигант — AT&T — собирается купить корпорацию Time Warner, в которую входят Warner Bros. Entertainment, CNN, HBO и другие компании.

В России же Медиакоммуникационный союз (МКС), состоящий в том числе и из операторов связи, планирует регулировать работу онлайн-кинотеатров и в частности американского сервиса Netflix и отечественных Megogo и ivi.ru, но при этом задумывается о запуске собственных ОТТ-платформ, предоставляющих видеоуслуги через интернет.

Утечки данных

В этом году было совершено большое количество дерзких хакерских атак, направленных на крупные компании. При этом злоумышленники смогли получить доступ к личным данным миллионов пользователей по всему миру.

Одной из самых крупных утечек стала атака на Yahoo!, совершенная еще в 2013 году, но информация по ней появилась только сейчас.

От взлома пострадали более 1 млрд пользователей сервисов компании.

В сентябре стало известно о хакерском нападении на Dropbox, в результате которого утекли 68 млн паролей, что составляет 2/3 от общего числа людей, использующих сервис. Кроме того, атаке подвергся и один из крупнейших сайтов «для взрослых» AdultFriendFinder, из-за которой оказались взломаны 412 млн аккаунтов.

[Максим Руссо]

http://polit.ru/article/2016/12/31/ps31/
31 декабря 2016, 21:15 астрономия физика


Девятая планета
Илл.: Wikimedia Commons

В 2016 году мы узнали о стольких научных открытиях, что, если напомнить даже о самых важных из них, получится долгий рассказ. Поэтому мы разбили обзор самых заметны открытий года на три части. В первой - открытия, которые связаны с космосом.

Планета X

В январе 2016 года поступила новость об открытии астрономами новой планеты Солнечной системы. Сообщается, что по расчетам планета в десять раз тяжелее Земли, находится на расстоянии не менее 200 астрономических единиц от Солнца, а обращается вокруг Солнца с периодом около 15 тысяч лет. Пока эта планета не обнаружена, но ученые напали на ее след, вычислив примерную траекторию. Лучше назвать это событие не открытием, а математическим предсказанием новой планеты.

Статью, где говорится о вычисленной планете, написали двое ученых из Калифорнийского технологического университета Майкл Браун и Константин Батыгин. Браун известен как «человек, убивший Плутон»: именно его открытия привели к тому, что Плутон утратил статус девятой планеты Солнечной системы. В своей книге он признается, что с тех пор не утратил надежду найти подлинную девятую планету.

Гипотеза появилась после того, как Браун и Батыгин занялись объяснением странностей в поведении некоторых транснептуновых объектов, включая открытую Брауном ранее Седну. Обычно расположение орбит в поясе Койпера объясняется гравитацией Нептуна. Однако Седна удаляется от Солнца на столь значительное расстояние (в перигелии – около 76 астрономических единиц), что влиянием Нептуна ее орбиту объяснить невозможно. В 2014 году был открыт второй подобный объект – 2012 VP113, чья орбита лежит еще дальше. Тогда же впервые было высказано предположение, что тут вмешалась неизвестная планета, размером больше обычных транснептуновых объектов. Открывшие 2012 VP113 астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард заметили, что у орбит Седны и 2012 VP113 очень близки значение угла между направлением на перигелий орбиты и на точку пересечения ее с эклиптикой. Батыгин и Браун добавили к рассматриваемым транснептуновым объектам еще несколько. Особенности орбит этих небесных тел, как показало выполненное при помощи компьютера математическое моделирование, лучше всего объясняются, если предположить существование в поясе Койпера новой достаточно крупной планеты.

Илл.: NASA

Гравитационные волны

Сотрудники научного проекта LIGO на специальной пресс-конференции объявили, что им удалось экспериментально обнаружить существование гравитационных волн, существование которых предсказывалось общей теорией относительности Эйнштейна. Теоретически гравитационные волны были известны физикам давно. Работа Эйнштейна, в которой демонстрировалось, что тело, обладающее массой и движущееся с ускорением, будет распространять волны, искажающие геометрию пространства, была опубликована век назад – в 1916 году. В существовании гравитационных волн не сомневались, а вот обнаружить их в эксперименте долгое время не удавалось. Впервые гравитационная волна была отмечена 14 сентября 2015 года. Ее источником было слияние двух черных дыр, произошедшее 1,3 миллиарда лет назад. Второй раз волну зафиксировали 26 декабря того же года.

Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) – масштабное и инженерно очень сложное сооружение. LIGO состоит из двух обсерваторий, одна из которых расположена в Хэнфорде в штате Вашингтон, а другая – на противоположном конце страны в Ливингстоне, что в Луизиане. Расстояние между двумя обсерваториями составляет 3002 километра. Так как гравитационные волны распространяются со скоростью света, разница во времени их регистрации двумя обсерваториями, составляет несколько миллисекунд, что позволяет определить направление на источник, вызвавший гравитационную волну. Недавно была закончена модернизация интерферометра, продлившаяся 11 месяцев. Теперь его детекторы интерферометра стали на 10 % более чувствительными. Это означает, что он сможет регистрировать события, происходящие в космосе на расстоянии на 10 % дальше. Команда LIGO планирует собирать информацию в течение полугода, а затем вновь начать работу по увеличению чувствительности интерферометра. Всего за ближайшие несколько лет планируется увеличить ее вдвое. Если эта цель будет достигнута, то, экстраполируя нынешние данные, можно предположить, что ученые будут регистрировать одно слияние черных дыр в день.

Илл.: ESO/M. Kornmesser

Самая близкая к нам экзопланета

После нескольких лет изучения Проксимы Центавра астрономы наконец-то нашли доказательство, что у этой звезды имеется планета, причем весьма похожая на Землю: размером лишь немного больше. Она получила условное название Проксима b. К тому же орбита планеты располагается в обитаемой зоне звезды, то есть на ее поверхности может существовать вода в жидком виде. Расстояние до Земли от Проксимы Центавра составляет 4,25 светового года, не существует звезд, которые располагались бы еще ближе. Прошлый рекорд для планет, на которых возможно появление жизни, был равен 11,7 светового года. Он принадлежал планете Wolf 1061c в созвездии Змееносца.

Ученые наблюдали признаки планеты Проксима b в течение 60 ночей подряд начиная с января 2016 года. По их расчетам, масса этой планеты всего в 1,3 раза больше массы Земли, а вокруг своей звезды она обращается с периодом 11,2 дней. Проксима b расположена очень близко к звезде, на расстоянии, составляющем всего 5 % расстояния от Земли до Солнца. Но есть шанс, что поверхность этой планеты все-таки не выглядит как раскаленная пустыня. Дело в том, что Проксима Центавра – не слишком яркая звезда. По расчетам Проксима b получает лишь 65 % той энергии, которую получает Земля от Солнца. Так что на ее поверхности действительно может существовать жидкая вода. «Существует обоснованное подозрение, что эта планета может быть в состоянии стать вместилищем жизни», – говорит один из авторов открытия Гиллем Англада-Эскюде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета королевы Марии в Лондоне.

Илл.: ESA

Начало проекта ExoMars

В марте 2014 года началось воплощение проекта ExoMars, который в течение долгих лет готовили Европейское космическое агентство и «Роскосмос». К Марсу отправился первый аппарат под названием TGO (Trace Gas Orbiter). Находясь на орбите на высоте 400 километров над поверхностью Марса, TGO займется поисками мест, где уровень метана наиболее высок. Именно там ученые надеются с наибольшей вероятностью обнаружить марсианскую жизнь.

Trace Gas Orbiter оборудован высокоточными спектрометрами, которые способны отслеживать метан в концентрации всего десятки триллионных долей. В ходе работы аппарата будет создана карта распределения выходов метана на Марсе, что позволит выбрать место для посадки наземного аппарата ExoMars rover – второго участника проекта ExoMars. Приборы орбитального аппарата способны обнаружить не только метан, но и другие вещества, например, уже упоминавшиеся метанол и формальдегид – возможные продукты распада метана. Поэтому ученые надеются уже на первом этапе проекта ExoMars уточнить свои представления о механизмах появления и распада метана в марсианской атмосфере. Если совместно с метаном будут выявлены другие углеводороды, например, пропан и этан, это будет сильным свидетельством в пользу того, что источником таких газов служат биологические процессы.

Когда TGO был еще на пути к Марсу, от него отделился демонстрационный десантный модуль «Скиапарелли» (Schiaparelli), получивший свое имя в честь знаменитого итальянского астронома. Он совершил к спуску на Марс в районе плато Меридиана, немного южнее марсианского экватора. Основной целью Schiaparelli была отработка технологий входа в марсианскую атмосферу, спуска и посадки, а также сбор данных о плотности атмосферы, температуре, давлении, влажности, скорости и направлении ветра.

16 октября аппараты отделились друг от друга, и «Скиапарелли» начал сближение с Марсом. Программа спуска включала несколько этапов. Во время первого торможения при входе в атмосферу аппарат «Скиапарелли» должен был защищать специальный теплозащитный экран. Затем, на высоте 11 километров, должен был раскрыться парашют, включиться малые реактивные двигатели для торможения аппарата и, наконец, при контакте с марсианской поверхностью силу удара должна погасить особая платформа.

Отклонение от сценария произошло после момента, на который было запланировано раскрытие парашюта. Орбитальный аппарат ЕКА Mars Express, отслеживавший снижение «Скиапарелли», измерил его скорость, и она оказала выше предусмотренной предварительными расчетами. Сигнал, поступающий от «Скиапарелли», исчез на 50 секунд раньше расчетного времени. Позднее ученые установили, что у «Скиапарелли» при входе в атмосферу Марса отказала система измерения высоты, в результате рассчитанная системой высота оказалась ниже уровня поверхности Марса, и модуль разбился.

Второй этап проекта ExoMars должен начаться в 2018 или 2020 году, когда на Марс отправится марсоход ExoMars rover. На планету будет спущена посадочная платформа (Surface Science Platform), которая сама по себе будет целым научным комплексом. НПО имени Лавочкина, где работают над созданием платформы, планирует разместить там около 50 килограммов научного оборудования. Находящийся на орбите TGO будет служить ретранслятором сигналов с поверхности Марса до 2023 года.

[Максим Руссо]

http://polit.ru/article/2018/01/01/ps_bio/

01 января 2018, 19:00
05.01.2018, 08:22
жизнь

Hypsiboas punctatus
Erfil/Wikimedia Commons

Количество заметных событий в мире науки в 2017 году оказалось настолько большим, что мы, даже проведя серьезный отбор, не смогли рассказать о них в рамках одного материала. Поэтому рассказ о самых важных или самых интересных на наш взгляд новостях науки ушедшего года будет разделен на шесть выпусков. Сегодня речь пойдет про биологические новости, однако медицине, палеонтологии и палеоантропологии мы посвятим отдельные разделы, которые будут опубликованы в последующие дни. А затем вас ждут рассказы о новостях археологии и астрономии.

Светящиеся лягушки

Представители вида южноамериканских лягушек Hypsiboas punctatus при дневном освещении имеют неяркую желто-зеленую окраску с красноватыми пятнышками. Но в темноте под ультрафиолетовым освещением они светятся ярким зеленым светом. Хотя лягушки данного вида были описаны зоологами еще в 1799 году, флуоресценцию у них заметили только сейчас.

Способность поглощать свет на коротких волнах и повторно излучать его на более длинных волнах называется флуоресценцией и редко встречается у наземных животных. До сих пор это свойство ни разу не обнаруживали у представителей земноводных.

В отличие от биолюминесценции, когда живые существа сами генерирую свет, флуоресценция требует поглощения световых волн, поэтому она не происходит в полной темноте. Этим свойством обладают некоторые морские беспозвоночные, акулы, рыбы и один вид морских черепах (Eretmochelys imbricata). На суше флуоресценция встречается у некоторых бабочек, скорпионов и попугаев. Исследование лягушки Hypsiboas punctatus показало, что она использует флуоресцентные молекулы, полностью отличные от тех, что найдены у других животных.

Исследователи предполагали, что обнаружат красную флуоресценцию этих лягушек, так как у них имеется пигмент биливердин. Некоторые белки, связанные с этим пигментом, испускают слабое красное свечение. Но, когда зоолог из Университета Буэнос-Айреса Карлос Табоада и его коллеги посветили на лягушек ультрафиолетовой лампой, они с удивлением вместо тусклого красного свечения увидели яркое зеленое.

Фото: Julián Faivovich, Carlos Taboada

Зеленую флуоресценцию обеспечивают три типа молекул (гилоин-L1, гилоин-L2, гилоин-G2), содержащиеся в коже и лимфотической ткани животных. Молекулы содержат кольцевую структуру и цепочку углеводородов и уникальны среди известных флуоресцентных молекул у животных. Ближайшие похожие молекулы находятся в растениях, по словам одного из авторов исследования химика Норберто Лопеса из Университета Сан-Паулу в Бразилии.

Флуоресценция лягушек дает на 18 % больше света ночью, чем полная луна. Поскольку зрение лягушки Hypsiboas punctatus недостаточно изучено, ученые пока не знают, способны ли они видеть собственное свечение. Выяснением этого вопроса намерен заняться Карлос Табоада. Другой автор работы Джулиан Файвович будет искать флуоресценцию у других видов древесных лягушек южноамериканских лесов.

Оптогенетика: хищные мыши и смелые мыши

Использовав оптогенетику, позволяющую активировать определенные клетки мозга лазерными импульсами, ученые заставили лабораторных мышей проявлять несвойственное им ранее поведение. В одном эксперименте мыши превратились в хищников, в другом робкие мыши стали смелыми альфа-самцами. Оптогенетическая активация нейронов уже неоднократно применялась в опытах с мышами. Она позволяла различным исследователям стирать у мышей воспоминания или заставлять их чувствовать жажду.

Первая работа была проведена в Йельском университете под руководством нейробиолога Ивана де Араужу. В его лаборатории исследуется пищевое поведение грызунов. Однажды ученый наткнулся на статью 2005 года, авторы которой обнаружили, что у крыс в ходе охотничьего поведения активируется участок миндалевидного тела – одного из отделов головного мозга. Причем «охотничий центр» оказался расположен в отделе, который обычно отвечает за страх и тревогу. Исследователь решил проверить, верны ли эти данные и для мышей.

Авторы работы полагали, что мыши проявят лишь какие-то элементы поведения хищников, например, будут гоняться за предложенными им сверчками, но не станут их убивать и есть. Но мыши, после воздействия на нужные нейроны, превратились в полноценных хищников: преследовали добычу, наскакивали на нее, обхватывали лапами, убивали укусом сверху и поедать. Исследователи выявили два нервных пути, один из которых отвечает за преследование добычи, а другой за точность и силу укуса. Если экспериментаторы воздействовали лазером только на одну группу нейронов, мыши, например, только гонялись за сверчками, но не могли их убить. В случае симуляции обоих путей одновременно мыши атаковали не только сверчков, но и другие предметы, находившиеся в их клетке: щепки и бутылочные пробки.

В другом исследовании нейробиологи обнаружили цепь нейронов в мозге мышей, активация которой превращала самых робких и забитых грызунов в смелых и доминантных. Профессор Хайлань Ху из Университета Чжэцзян в Ханчжоу, руководивший этой работой, говорит: «Мы стимулируем участок мозга и заставляем мышей продвигаться по социальной лестнице».

Для эксперимента отбирались мыши-самцы, которые занимали в своих группах подчиненное положение. После активации соответствующей нейронной цепи они немедленно становились смелым, настойчивыми, легко вступающими в конфликты и чаще всего одерживали верх над сородичами, заставляя их подчиняться.

Для проверки эффекта было поставлено несколько опытов. В одном два самца должны были двигаться навстречу друг другу по узкой трубке. Возможности разминуться у них не было, так что один из них должен был при встрече отступить назад. Мыши, которые обычно оказывались в этой роли, после активации нейронов начинали в 90 % случаев одерживать верх. Перед ними отступали те сородичи, которым они раньше проигрывали. В другом опыте мыши конкурировали за теплый уголок в клетке с холодным полом, и также стимуляция нейронов помогала им выходить победителями.

Особенно интересно, что после прекращения активации нейронов не все подопытные мыши возвращались в свой прежний подчиненный ранг. Некоторые из них оставались напористыми и смелым, когда их мозг уже не подвергался искусственному контролю. Ученые назвали это «эффектом победителя».

Коммуникация бактериофагов

Ученые из Института имени Вейцмана и Израильского института биологических исследований из Института имени Вейцмана и Израильского института биологических исследований обнаружили, что бактериофаги – вирусы, которые поражают бактерий – обмениваются информацией при помощи особых сигнальных молекул, координируя общее поведение. Исследователи предполагают, что химические сигналы могут применяться и другими типами вирусов, например, теми, что вызывают болезни человека, а значит открытие, возможно, станет основной новых методов борьбы с вирусными заболеваниями.

Первоначально ученые хотели определить, может ли бактерия сенная палочка (Bacillus subtilis) предупредить сородичей о нападении бактериофагов. Коммуникация между бактериями на основе различных веществ, выделяемых ими, давно известна (на ней основано так называемое чувство кворума, рассказу о котором посвящен отдельный очерк). Однако в данном случае ученые обнаружили, что бактериофаг phi3T сам выделяет небольшую молекулу, которая влияет на поведение других вирусов.

Многие бактериофаги могут инфицировать бактерий двумя способами. Обычно они проникают в бактериальную клетку и размножаются, пока клетка не лопнет и новые вирусы не выйдут наружу. Но порой бактериофаги вставляют свой генетический материал в хозяйский геном, а затем надолго остаются в состоянии покоя.

В опыте ученые заражали сенных палочек бактериофагом phi3T, и развитие событий шло по первому сценарию: бактерии погибали, новые бактериофаги освобождались. Затем они отфильтровывали среду, удаляя и бактерий и фаги, а потом помещали туда новых бактерий и вновь заражали их. В этот раз большинство бактериофагов следовало второму сценарию, встраивая свои гены в геном бактерий. Ученые пришли к выводу, что небольшая белковая молекула, которая не удаляется фильтром, влияет на поведение фагов. Этому веществу дали название «арбитриум» (от лат. arbitrium «решение»). В геноме бактериофага phi3T были найдены гены, ответственные за синтез арбитриума и его восприятие.

Арбитриум выделяется во внешнюю среду из убитых бактериофагами бактерий. Когда его уровень становится слишком большим, бактериофаги перестают активно размножаться и переходят ко второму сценарию развития, чтобы сохранить оставшихся бактерий. Установив это, израильские ученые обнаружили более 100 подобных систем у разных бактериофагов, поражающих бактерий из рода Bacillus.

Эхолокация у грызуна

Ученые из Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова, Московского зоопарка, Биологического факультета МГУ и Зоологического института РАН в Петербурге впервые в истории обнаружили способность к эхолокации у древесного млекопитающего.

Они наблюдали за содержащимися в Московском зоопарке шапинскими роющими сонями (Typhlomys chapensis). В природе этот редкий вид встречается на севере Вьетнама. Длина их тела 6 – 9 сантиметров, хвоста – в полтора раза больше. У них крупные уши, почти лишенные волос, и длинные белые усы. Хотя они действительно роют норы, много времени эти сони проводят на деревьях в горных лесах и питаются растительной пищей, включая листья, стебли, плоды и семена. Способность роющих сонь видеть давно вызывала сомнения (название рода Typhlomys буквально переводится как «слепая мышь»), хотя некоторые авторы писали, что роющие сони все-таки могут видеть. Авторы нынешнего исследования показали, что эти животные не в состоянии достаточно четко ориентироваться при помощи зрения, так как их сетчатка изогнута. У них крайне мало, не более 2500, нейронов в фокальной плоскость сетчатки, а зрительные нерв замещен клетками глии. При этом роющим соням необходимо ориентироваться среди древесных ветвей.

Ученые обнаружили, что роющие сони издают звуки частотой 50 – 100 килогерц, то есть в ультразвуковом диапазоне. Эти звуки издаются сериями до семи подряд и весьма напоминают ультразвуковые сигналы, которые используются для ориентации летучими мышами, но звучат гораздо слабее. Соня гораздо чаще воспроизводит такие звуки во время движения, чем в состоянии покоя. Авторы работы предполагают, что предок роющих сонь жил в лесной подстилке и утратил зрение, так как оно не использовалось им в темной среде обитания. Когда эти животные начали подниматься на деревья, у них развилась способность к эхолокации, обеспечившая им возможность карабкаться на ветви. Открытие показывает, что и у летучих мышей эхолокация могла появиться раньше, чем способность к полету.

Малярийный плазмодий зовет комаров

Энтомологи давно заметили, что малярийные комары более склонны пить кровь у людей, зараженных малярией. Это повышает вероятность передачи возбудителя малярии другим людям. Но что именно заставляет комаров проявлять такую избирательность, оставалось неизвестным. Теперь на этот вопрос смогли ответить ученые из Швеции.

Группа исследователей из Стокгольмского университета, Королевского технологического института и Шведской академии сельскохозяйственных наук под руководством Ингрид Файе установила, что малярийный плазмодий, находясь в крови человека, производит особое вещество HMBPP (4-гидрокси-3-метил-бут-2-энил пирофосфат), которое влияет на эритроциты. В конечном итоге это приводит к увеличению содержания в выдыхаемом воздухе углекислого газа и ряда летучих веществ, привлекающих комаров. Причем комары не только чаще пьют кровь такого человека, но и высасывают за один раз больший объем крови, предоставляя приют большему количеству малярийных плазмодиев. Ингрид Файе назвала молекулу HMBPP средством, с помощью которого плазмодий вызывает себе такси, когда наступает пора отправляться в путь.

Спасение сумчатых дьяволов

Исследование под руководством ученых из Университета Тасмании Сезара Товара и Грегори Вудса показало, что иммунотерапия может вылечить тасманских сумчатых дьяволов (Sarcophilus harrisii) от угрожающего этому виду заболевания – лицевого рака.

За последние двадцать лет более 80 % популяции тасманийских сумчатых дьяволов погибло от эпидемии лицевой опухоли (devil facial tumor disease, DFTD), которая представляет собой редкое трансмиссивное, то есть передающееся от особи к особи, онкологическое заболевание. Среди дьяволов рак распространяется через укусы. Заболевшие животные погибают в течение полугода. По происхождению клетки лицевой опухоли тасманийских дьяволов оказались мутировавшими шванновскими клетками – вспомогательными клетками нервной ткани, которые располагаются вдоль длинных отростков нейронов, образуя электроизолирующую миелиновую оболочку. Об этой необычной болезни и возможных способах борьбы с ней мы ранее рассказывали в специальном очерке.

Вудс, Товар и их коллеги применили иммунотерапию для лечения особей тасманийского дьявола, у которых опухоли на морде достигали размеров мяча для гольфа, и добились, чтобы в течение трех месяцев эти опухоли постепенно уменьшились, а потом и вовсе исчезли. Эксперименту предшествовали годы упорной работы по изучению иммунной системы тасманийских дьяволов и созданию действенной вакцины. Прорывом стало открытие 2015 года, когда ученые впервые получили иммунный ответ организма сумчатых дьяволов на вакцину, созданную из мертвых опухолевых клеток.

«В нашей последней работе подчеркивается, что иммунная система дьявола оказывается лучшим союзником в борьбе против DFTD, – сказал профессор Вудс. –Это важный шаг на пути к разработке вакцины для защиты от DFTD и, возможно, для иммунотерапии, чтобы вылечить дьяволов, уже заразившихся этой болезнью». Достигнутые результаты показывают, что инъекции вакцины на основе опухолевых клеток могут научить иммунную систему животного распознавать и уничтожать клетки опухоли в организме. В будущем ученые не исключают применения этой вакцины в дикой природе.

Осьминоги генетически модифицируют самих себя

Группа ученых во главе с Джошуа Розенталем из Морской биологической лаборатории и Эли Айзенбергом из Тель-Авивского университета показала, что осьминоги и другие головоногие моллюски способны редактировать собственную информационную РНК (иРНК), чтобы регулировать синтез белков, определяемый генами без изменения самих генов. Такой способ регуляции генной активности в животном мире встречается крайне редко.

Обычно на основе находящейся в клеточном ядре молекулы ДНК по принципу комплиментарности строится молекула так называемой матричной, или информационной РНК. Она охватывает генетическую инструкцию по синтезу конкретных белков. Информационная РНК покидает ядро и передает информацию транспортным РНК, которые доставляют ее в рибосомы, где и происходит основная работа по синтезу.

Многие механизмы, изменяющие экспрессию генов, связаны с воздействием на ДНК, но известны также способы, связанные с иРНК. Для этого используются ферменты из семейства ADAR (аденозиндеаминазы РНК), заменяющие нуклеотид аденозин на инозин, функциональный эквивалент гуанина. Этот способ очень редок, но головоногие моллюски оказались исключением.

Ранее Розенталь и его коллеги уже установили, что именно редактирование информационной РНК кальмары используют для адаптации к изменениям температуры. В новом исследовании они обнаружили новые сферы, где головоногие прибегают к этому средству. В экспериментах принимали участие обыкновенные осьминоги (Octopus vulgaris), калифорнийские двупятнистые осьминоги (Octopus bimaculoides), лекарственная каракатица (Sepia oficinalis), один из видов кальмаров (Doryteuthis pealeii), а также наутилус (Nautilus pompilius). Для сравнения были взяты также брюхоногие моллюски аплизии (Aplysia californica).

Как выяснилось, редактирование иРНК активно используется всеми головоногими, кроме наутилуса. В зависимости от вида редактированию подвергаются от 57 тысяч до 130 тысяч участков иРНК, задействованных в белковом синтезе. При этом особенно часто редактирование иРНК происходит в клетках нервной системы. Пока нельзя с уверенностью утверждать, что именно этот процесс помогает головоногим развивать их высокий для беспозвоночных животных интеллект, но исследователи считают такое предположение весьма вероятным. У наутилуса редактирование иРНК происходит реже, всего примерно на тысяче участков. Примерно столько же их и у аплизии.

Преемственность опыта у почтовых голубей

Долгое время передача опыта от поколения к поколению считалась привилегией людей, но в последнее время ученые обнаруживают такое явление и у некоторых животных. В новом исследовании оно было выявлено у почтовых голубей. Более того, голуби способны вносить коррективы в полученные от старших товарищей знания.

Если почтового голубя выпускают несколько раз в одном и том же месте, он оптимизирует маршрут и возвращается домой все более коротким путем. Этологи довольно давно заметили, что стаи голубей чаще летят домой напрямую, чем отдельные птицы, но не могли понять, в чем секрет их «коллективного разума».

В эксперименте, который провели ученые Оксфордского университета Дора Биро и Такао Сасаки почтовые голуби были снабжены GPS-приемниками. В начале эксперимента голубей в одиночку несколько раз выпускали из одной и той же точки. Когда они начинали летать по стабильному маршруту, к ним добавляли пару – незнакомого с маршрутом голубя – «ученика». После нескольких полетов ученые заменяли старшего из голубей на нового, таким образом, «бывший ученик» в новой паре становился «учителем». Это должно было имитировать смену поколений у птиц. Всего таких смен проводили пять.

Затем маршруты, по которым возвращались птицы из «пятого поколения», сравнивали с тем, которые использовали одиночные голуби и стабильные пары голубей, сделавшие из той же точки столько же вылетов, что и экспериментальные пары в течение своих пяти «поколений». Как оказалось, экспериментальные пары летали по более удачному маршруту. Ученые объясняют это тем, что новые голуби в паре не только перенимали у опытных голубей знания о маршруте, но и усовершенствовали их. То есть в данном случае наблюдается признак того, что исследователи называют «кумулятивной культурой».

Муравьи эвакуируют раненых с поля боя

Африканский муравей вида Megaponera analis питается исключительно термитами. Каждый день эти муравьи совершают набеги на соседние термитники, чтобы захватить их обитателей и унести в свой муравейник. Но термиты не сдаются без боя, поэтому каждый раз штурмовой отряд муравьев должен выдержать жаркую схватку. Это ученые знали давно.

А теперь они обнаружили, что среди этих муравьев есть особы муравьи-санитары, которые не дерутся с термитами, а подбирают раненых на поле боя сородичей и относят их в муравейник. Было непонятно, для чего это делается. Может, чтобы съесть уже непригодных к боям калек? Или действительно для оказания помощи?

Чтобы выяснить судьбу раненых, энтомологи пометили их специальной краской. Как оказалось, до 90 % из них восстанавливали здоровье и некоторое время спустя вновь участвовали в набегах. Также ученые определили, что сигналом для муравьев-санитаров служит вещество, выделяемое из челюстей раненого муравья. Оно настолько привлекает их, что, если этим веществом смазать здорового муравья, муравей-санитар вскоре подбежит к нему и попытается унести с поля боя, не смотря на его сопротивление.

Существуют животные без постоянной кишечной микрофлоры

Большинство животных, в том числе и люди, не может нормально существовать без обитающих в их пищеварительной системе бактерий. Бактерии участвуют в усвоении пищи и помогают бороться с болезнетворными микроорганизмами. Однако недавние исследования показывают, что в мире есть животные без постоянного бактериального населения в кишечнике.

Подобные открытия пока сделаны только среди насекомых. В частности, Тобин Хаммер из Колорадского университета в Боулдере и его коллеги исследовали кишечных микробов у 124 видов гусениц, обитающих в Северной и Южной Америке. В препринте, опубликованном на сервере bioRxiv, ученые сообщают, что не обнаружили признаков того, что он называет «резидентными микробами» – группы микроорганизмов, которые эволюционировали совместно со своими хозяевами. В пищеварительной системе ряда видов гусениц нашлись только те бактерии, которые попадали туда с листьев, которыми гусеницы питались.

Хаммер провел эксперимент для подтверждение способности гусениц жить без постоянных симбиотических бактерий. Он взял 72 гусеницы табачного бражника (Manduca sexta) и дал им различные дозы антибиотиков, которые должны были уничтожить живущих в их кишечнике симбионтов. Но это никак не повлияло на здоровье гусениц.

Прошлые исследования также показали, что гусеницы не имеют микробиомов, говорит Эколог из Гарвардского университета Мелисса Уитакер, изучающая взаимоотношения между гусеницами и бактериями, говорит, что подобные виды обнаруживались и ранее, но это были единичные случаи, тогда как Хаммер исследовал более сотни видов. Уитакер считает, что последствия работы Хаммера огромны. «Гусеницы – одна из самых больших групп растительноядных животных, – говорит она. – Согласно проекту Университетского колледжа Лондона существует около 180 000 известных видов гусениц. Если они не полагаются на бактерии в их кишечнике, чтобы помочь с пищей, то что им помогает?». Уитакер также считает, что число подобных видов может быть еще больше. «Я думаю, что есть некоторая систематическая ошибка в выборе», – говорит она. – Исследователи могут неохотно представлять свои негативные результаты, и журналы также неохотно публикуют их». Она признает, что, когда сама впервые обнаружила отсутствие бактериального населения в кишечнике гусеницы, то решила, что допустила какую-то ошибку в работе.

О подобных находках сообщают и другие исследователи. Йон Сандерс из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружил отсутствие кишечных симбионтов у одного из видов перуанских муравьев. Его статья рецензировалась полтора года и была в итоге отклонена научным журналом. Сейчас она доступна на сайте bioRxiv и рассматривается редакцией журнала Integrative and Comparative Biology.

Энтомолог Матан Шеломи из Института химической энзимологии Общества Макса Планка изучал пищеварение палочников. Он тоже обнаружил, что в кишечнике насекомых не было микробов. Позже он открыл, организм палочников способен расщеплять растительный пектин при помощи генов, взятых из генома бактерий на ранней стадии эволюционной истории насекомых. Шеломи в конце концов опубликовал свои выводы, но, как признает он, «в процессе рецензирования статьи экспертами потребовалось много работы и споров».

Бактериальную клетку научили читать новые буквы генетического алфавита

В 2014 году группа ученых из Исследовательского института Скриппса смогла создать генетически модифицированную бактерию, в геноме которой, помимо четырех обычных “букв генетического алфавита” – нуклеотидов аденина, гуанина, тимина и цитозина – имелись еще две, которые в природе не встречаются. Теперь же они добились, чтобы в бактерии гены с этими двумя необычными нуклеотидами стали полностью функциональны.

Искусственно добавленные нуклеотиды разместили в генах бактерии Escherichia coli, содержащих также и обычные нуклеотиды. В итоге всех экспериментов ученые добились, чтобы эти гены служили для построения информационной молекулы РНК, а на ее основе в бактериальной клетке синтезировался белок, то есть генетические механизмы бактерии стали читать модифицированный геном, как обычный. В итоге бактерия, как и планировалось, начинала производить зеленый флуоресцентный белок с измененной последовательностью аминокислот.

В обычных клетках четыре нуклеотида ДНК служат для кодирования двадцати аминокислот. Добавление к этому набору еще двух нуклеотидов увеличит этот набор до 125 аминокислот. По словам ученых, это может найти и практическое применение, например, дать возможность синтезировать новые лекарства.

Бактерии руководят размножением

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли обнаружила, что бактерии выделяют вещества, которые стимулируют спаривание у одноклеточных существ Salpingoeca rosetta.

Salpingoeca rosetta относится к типу хоанофлагеллятов (Choanoflagellata), или воротничковых жгутиконосцев. Обитают они в воде. У хоанофлагеллят действительно имеется «воротничок», точнее что-то вроде венчика из плотно прилегающих друг к другу микровосинок. Внутри этого воротничка находится единственный жгутик. Он постоянно движется, создавая ток воды вверх и наружу. С боков, через микроворсинки, внутрь воротничка поступает новая вода, принося с собой частицы пищи, которые отцеживаются воротничном и поглощаются путем фагоцитоза. Многие хоанофлагелляты способны прикрепляться к субстрату противоположным воротничку концом своей клетки. Среди других есть колониальные формы.

Биологи считают хоанофлагеллятов вероятными предками многоклеточных животных. Такая гипотеза возникает, стоит лишь посмотреть на хоаноциты – клетки губок, ответственные за их питание. Они очень похожи на хоанофлагеллятов: тот же жгутик, тот же воротничок из микроворсинок, тот же механизм фильтрационного питания. Поэтому детали биологии хоанофлагеллятов особенно интересны для исследователей. Но, к сожалению, многое из их жизни остается неизвестным.

Например, долгое время было неясно, свойственно ли воротничковым жгутиконосцам половое размножение или же они размножаются исключительно делением. «Ядра воротничковых жгутиконосцев содержат двойной набор хромосом, но половой процесс у них неизвестен», – сообщал учебник зоологии беспозвоночных 2004 года издания.

В лаборатории одного из крупнейших исследователей хоанофлагеллят Николь Кинг (Nicole King) в 2013 году сумели добиться от пресноводного колониального хоанофлагеллята Salpingoeca rosetta полового размножения. Правда, ради этого жгутиконосцев пришлось морить голодом. В условиях ограничения питательных веществ жгутиконосцы удваивали набор хромосом, а потом проходило анизогамное спаривание – более мелкие клетки сливались с более крупными. Затем проходила рекомбинация хромосом, и клетки расходились, обменявшись генетическим материалом. В половом процессе участвовало не более 2 % жгутиконосцев колонии.

В новой работе исследователи сумели добиться более активного спаривания жгутиконосцев этого же вида при помощи неожиданного средства. В эксперименте, который поставила Ариэлль Возница, в среду со жгутиконосцами была добавлена культура бактерий Vibrio fischeri. К удивлению ученых, жгутиконосцы стали активно спариваться. Наличие полового процесса подтвердилось и при генетическом исследовании – у потомства была обнаружена рекомбинация ДНК.

В сотрудничестве с химиками из Гарвардского университета ученые смогли выявить вещество, производящее такой эффект на жгутиконосцев. Им оказался выделяемый бактериями белок, который получил название EroS. Бактериям он нужен для обеспечения пищей. Этот белок забирает у полимеров, входящих в состав оболочки жгутиконосцев, мономеры сахаров. Сами жгутиконосцы воспринимают высокую концентрацию белка EroS как сигнал к половому размножению. Весьма вероятно, что массовое спаривания под влиянием бактериального фермента характерно для воротничковых жгутиконосцев и в природе.

«Насколько нам известно, это первое доказательство того, что бактерии регулируют спаривание», – говорит Николь Кинг. Возможно, открытый учеными из Калифорнии эффект поможет обнаружить половое размножение и у других одноклеточных организмов. На данный момент для очень многих из них половой процесс не отмечен в лабораторных условиях. «Возможно, они требуют какого-то сигнала, о котором мы не знаем», – говорит Джозеф Хейтман из Университета Дьюка. – Если это так, многие виды, которые теперь считаются совершенно бесполыми, могут фактически прибегать к половому размножению при правильных условиях. Я думаю, что это будет стимулировать дальнейшую работу».

Николь Кинг задумывается над еще одной возможной ролью обнаруженного механизма. Если многоклеточные животные действительно были потомками воротничковых жгутиконосцев, то примечательно, что сперматозоиды животных используют ферменты, схожие с ферментом EroS, для обнаружения яйцеклеток и проникновения вниз. Кинг предполагает, что сигнал спаривания для одноклеточных организмов мог быть использован в новой функции многоклеточными.

Кошки анатолийские и египетские

Долгое время считалось, что приручение кошек было заслугой древних египтян. Однако затем исследования заставили ученых предположить, что кошки были одомашнены на территории Анатолии, когда там появились первые поселения земледельцев. Древнейшее захоронение домашней кошки, возрастом 9500 лет, был найдено в 2004 году на острове Кипр. Но появившаяся недавно работа может вернуть Древнему Египту славу родины домашних кошек. Ее авторы проанализировали генетический материал из останков более 200 древних кошек и в итоге пришли к выводу, что, если кошки и были приручены за пределами Египта, то современный облик они получили в ходе жизни в долине Нила.

В 2008 году зооархеолог Вим ван Неер из Королевского бельгийского института естественных наук в Брюсселе нашел на юге Египта останки кота, кошки и четырех котят, которые жили вместе с людьми около 6000 лет назад. Находка заставила ученого предположить, что Египет мог быть независимым центром одомашнивания кошек. В последующие годы ван Неер сумел добыть сотни экземпляров кошачьих останков от примерно 7000 года до н. э. до XIX века из Европы, Африки и Азии, после чего привлек к исследованию генетиков, которые выделили из них митохондриальную ДНК и сопоставили полученный результат с возрастом и местоположением найденных останков.

Предком домашней кошки был один из подвидов степной кошки (Felis silvestris lybica). Авторы исследования сообщают, что у древних кошек можно обнаружить два разных подтипа митохондриальной ДНК, обозначенные в исследовании как тип A и тип C. Кошки, принадлежащие к типу A, действительно поселились вместе с людьми около 10 тысяч лет назад в Анатолии и в дальнейшем дали начало домашним кошкам. Примерно 6500 лет назад эти кошки проникли в юго-восточную часть Европы, видимо, вместе с переселившимися туда земледельческими народами. А позднее они начали распространяться в другие регионы Европы, Азии и Африки.

Однако Вим ван Неер и его коллеги узнали, что большинство кошачьих мумий из Египта относятся к митохондриальному типу C. Самые древние останки этого типа относятся примерно к 800 году до н. э., но, возможно, он возник и раньше. Просто получить образцы митохондриальной ДНК из более древних останков ученым не удалось. Эти кошки оказались весьма популярны. К V веку н. э. они широко распространились по Средиземноморью и Европе. В некоторых регионах, например, в западной Турции, в первом тысячелетии нашей эры кошек типа C стало в два раза больше, чем кошек типа A.

Ученые считают, что египтяне в течение столетий разводили кошек, отбирая более подходящих для содержания животных, более социальных, чем их предки. Постепенно кошка из охотника на мышей превращалась в компаньона человека. Такую трансформацию отражают произведения искусства Древнего Египта. В самых ранних из них кошки изображены выслеживающими или хватающими мышей и крыс. Затем мы видим, как кошки в ошейниках участвуют вместе с людьми в охоте на птиц. Появляются изображения кошек, сидящих под обеденным столом (к 1500 году до н. э.).

Изображение в одной из гробниц Фиванского некрополя. Ashmolean Museum, University of Oxford/Bridgeman Images

Но остается неясным, как именно у египетских кошек появилась митохондриальная ДНК типа C. Возможно, проникшие в Египет древние домашние кошки из Анатолии спаривались с местными дикими кошками, которые относились к митохондриальному типу C. Или же в Египте кошка была приручена полностью независимо.

В любом случае кошки типа C и типа A неоднократно смешались как в Европе, так и Азии. Современные домашние кошки оказываются потомками как анатолийских, так и египетских предков.

Отдельно ученые провели анализ генов, отвечающих за окраску шерсти. Они установили, что в течение тысяч лет домашние кошки сохраняли расцветку своих предков – диких степных кошек. Они были преимущественно песчано-коричневого цвета с более темными полосками. Только к XIV веку стали появляться разнообразные вариации, в частности – пятнистые кошки. Собаки и лошади после одомашнивание стали менять свою окраску значительно раньше. Исследователи заключают, что при отборе домашних кошек людей больше интересовали их поведенческие характеристики, а не то, как они выглядели.

Вим ван Неер намерен продолжить попытки выделить ДНК из наиболее древних мумий египетских кошек, чтобы уточнить их генетическую историю.

Шимпанзе освоили игру «камень – ножницы – бумага»

Ученые из университетов Киото и Пекина поставили эксперимент по обучению шимпанзе игре «камень – ножницы – бумага». В итоге большинство обезьян сумело освоить игру примерно так же быстро, как и четырехлетние дети.

Основным качеством игры, вызывающим сложности как у обезьян, так и у детей, служит отсутствие линейной иерархии у ее элементов. В эксперименте шимпанзе сидели в кабине перед сенсорным экраном и должны были выбирать более сильный из двух показанных им на экране жестов. Сначала они имели дело только с парой бумага – камень, затем с парой камень – ножницы и наконец ножницы – бумага. Когда отношения в каждой из пар были усвоены, обезьянам стали демонстрировать по два случайным образом выбранных символа. Пять из семи обезьян после 307 раундов сумели усвоить, что камень побеждает ножницы, ножницы – бумагу, а бумага – камень. Интересно, что дольше всего шимпанзе запоминали последнюю пару ножницы – бумага, замыкающую последовательность.

Аналогичное обучение прошли и дети возрастом от 35 до 71 месяца. Начиная с возраста 50 месяцев (чуть больше четырех лет) они начинали справляться с этой задачей. Быстрота принятия решений у шимпанзе примерно соответствовала той, что проявляли дети этого возраста.

Гусеницы научились подражать сигналам тревоги птиц

https://youtu.be/H1Z5xB7JfKA
Гусеницы североамериканского бражника Amorpha juglandis были бы легкой добычей для насекомоядных птиц, если бы не овладели интересным средством защиты. При приближении птицы, гусеница издает резкие свистяще-шипящие звуки. Раньше биологи полагали, что звук просто отпугивает птицу своей неожиданностью, но, как показало новое исследование, издаваемый гусеницами звук воспроизводит птичий сигнал тревоги.

Оборонительное шипение гусениц довольно громкое, измерения на расстоянии пяти сантиметров от гусеницы дали результат в 80 дБ. Достигает этого эффекта гусеница, резко сжимая свое тело и выталкивая воздух через дыхательные отверстия, расположенные на восьмом брюшном сегменте. Джессика Линдсей из Вашингтонского университета заметила, что звуки гусениц похожи на сигналы тревоги, которые многие мелкие птицы издают при виде хищника. Услышав такой сигнал, птицы разлетаются в стороны, стараясь укрыться в низком кустарнике, и надолго замирают. Часто один и тот же тревожный сигнал воспринимают птицы нескольких видов.

Джессика Линдсей и ее коллеги провели эксперимент, воспроизводя звуки, издаваемые гусеницами, возле кормушки, где собирались черношапочные гаички (Poecile atricapillus), гаички Гамбела (Poecile gambeli), канадские поползни (Sitta canadensis) и представители нескольких других видов. Услышав звуки, птицы демонстрировали характерное поведение при сигнале о появлении хищника: ныряли в укрытие, замирали и издавали собственные тревожные сигналы. Аналогичным образом все птицы реагировали на запись тревожных сигналов черношапочной гаички.

Для образования нового вида птиц достаточно двух поколений

Ученые наблюдали случай быстрого видообразования у так называемых дарвиновых вьюрков, обитающих на Галапагосских островах. Потомки случайной природной гибридизации предпочитали спариваться между собой из-за склонности реагировать на брачную песню отца, что обеспечило их изоляцию от собратьев. Исследование провели ученые из Принстонского университета и Университета Упсалы.

В 1981 году на острове Дафне аспирант-зоолог заметил птицу, размеры, окраска и пение которой отличались от всех трех местных видов птиц. Птица была поймана, обследована (она оказалась самцом), у нее взяли образец крови и выпустили. В дальнейшем этот самец спарился с самками обитающего на острове среднего земляного вьюрка (Geospiza fortis) и оставил потомство. Орнитологи во главе с Питером и Розмари Грант, работающими на острове более двадцати лет, отслеживали потомство залетного самца на протяжении шести поколений. У его потомков тоже взяли пробы крови для извлечения ДНК.

Генетическое исследование подтвердило, что самец был большим кактусовым вьюрком (Geospiza conirostris), который обитает на острове Эспаньола, лежащего в сотне километрах к юго-востоку. На острове Дафне он не мог найти самок своего вида, но ему удалось спариться со средними земляными вьюрками. Потомство же оказалось репродуктивно изолированным от средних земляных вьюрков, так как пение, которое самцы используют для привлечения самок, у них соответствовало большим кактусовым вьюркам. Возможно, на выбор партнеры влияли также размер и форма клюва, которые у них тоже отличались от обычных для местного вида. В результате потомки одного залетного самца могли спариваться только между собой. Ранее исследователи полагали, что разделение видов должно занимать много времени, но в данном случае оно наступило уже во втором поколении.

534

[Алексей Алексенко]

https://snob.ru/selected/entry/85278
07.01.15

Часть 1
Пушистая комета, волокнистая вселенная и другие тайны космоса


Иллюстрация: Bridgemanart/Fotodom

Говорить о «научных итогах» 2014 года немного странно и неловко: вряд ли этот год войдет в историю как год триумфа разума. Главные его итоги явно следует подводить не в области науки, и итоги эти исключительно дрянные. Даже если забыть на время о массовых геополитических неврозах в правом верхнем углу Евразии (а ведь хочется о них скорее забыть, согласитесь), останется еще множество насмерть обиженных придурков в других частях мира, беснующихся по другим поводам. Не стоит даже приводить примеры, а то обидятся еще сильнее, а им это не на пользу. Пусть уж обижаются просто на «придурков», без дальнейшей конкретизации.

С другой стороны, весь этот постыдный балаган, как мне кажется, имеет прямое отношение к теме прогресса человеческого знания. Собственно, горькая обидка возникает из-за конфликта желаемой картины мира с реальным положением вещей. Если оставаться невежественным относительно реального положения вещей, тогда и не будет никакой обиды, а будет сплошное ликование, что теперь можно сколько угодно ездить в Крым и там играть в пляжный волейбол. Этот контингент не способен самостоятельно придумать газенваген — ну разве что эксплуатировать уже готовый согласно инструкции.

Чтобы стать настоящим обиженным ничтожеством, способным омрачить судьбы народов, нужен хоть какой-то когнитивный диссонанс. А прилагательное «когнитивный» все же подразумевает мышление, пусть и бесплодное. Может быть, потому истекшее столетие и породило этих уродцев в таком количестве, что в целом мы как биологический вид становимся чуточку просвещеннее. По мере того, как разные группки людей подтягиваются из своего «мультиполярного мира» (Тейяр де Шарден еще называл его «неолитической мозаикой») на столбовую дорогу прогресса, они все яснее видят, как далеко вперед забежал авангард, и в задних отставших эшелонах неизбежно возникает гнусная грызня и тявканье в небо.

Есть специалисты, которые это изучают. Нам же, широкой любознательной публике, должно быть куда интереснее, что происходит в первых рядах колонны. Именно оттуда летают к кометам, фотографируют грозы на Титане и выдвигают гипотезы касательно темной материи. Может, мы и не зря потеряем время, если сосредоточимся на том, о чем рассуждают эти вырвавшиеся вперед ребята. А вопросы восстановления Всемирного Халифата, святилища на Храмовой горе или памятника Ф. Э. Дзержинскому на Лубянской площади отложим на потом, как относительно маловажные.

Итак, научные итоги 2014 года.

1. Пушистая комета

История с посадкой зонда миссии Rosetta на ядро кометы Чурюмова — Герасименко — это история года по любым критериям. Если вас томит грусть, сжигает злоба или терзает тревога по поводу валютных курсов — просто поразмыслите над этой историей, от которой веет какими-то ранними братьями Стругацкими, полднем, 22-м веком. Вот 1969 год, юные украинцы Клим и Света в далеком Казахстане фотографируют звездное небо. Наверняка ведь и песни Визбора пели, не сомневаюсь. Вот они находят на одной из фотографий белое пятнышко и постепенно понимают, что это новая комета. Вот комету называют их именами.

Приходило ли им в голову, что еще на их веку подробные фотографии этой пятикилометровой каменюги облетят весь мир? Что та самая белая точка неподалеку от Юпитера, которую ребята едва не приняли за дефект фотопластинки, окажется первой кометой*, до которой дотронется полномочный представитель человечества?

Фото: European Space Agency

Может и приходило: все же 1969 год на дворе, американцы уже по Луне прохаживаются. А вот то, что поверхность их кометы на ощупь «пушистая», как бы «пеплом несмелым подернутая» — этого они тогда точно не знали. Нет, дорогие современники, давайте еще раз повторим: мы, люди, теперь знаем, какова на ощупь комета. Ну? Проперло?

Но долой лирику. Кроме морального удовлетворения миссия Rosetta принесла еще и научную информацию, и главная из нее на сегодняшний день, видимо, это история с водой.

Что за история? Дело в том, что в последнее десятилетие кометы серьезно подозревали в том, что именно они — источник всей воды на Земле. В ранний период истории планеты на ней было очень жарко (ну хотя бы в тот момент, когда жутким ударом астероида ее развалило на куски, один из которых стал Луной, а остальные кое-как слиплись вместе). «При такой жаре вода, если бы она тогда и была, улетела бы в космос», — рассуждали ученые. Воду надо было доставить чуть позже, и именно падающие на Землю кометы были главными кандидатами на роль транспортных средств.

Первая попытка проверить эту идею дала неутешительный результат: оказалось, что кометы из «облака Оорта» — самого дальнего слоя космического мусора, летающего вокруг Солнца, — содержат гораздо больше дейтерия (тяжелого водорода), чем земная вода. Когда миссия Rosetta покинула Землю в 2004 году, все астрономы твердо знали, что в деле доставки воды на кометы надежд мало.

Но в 2011 году — примерно когда наш летательный аппарат, пролетев мимо астероида Лютеция, погрузился в «режим сна», чтобы набраться сил перед встречей с хвостатой звездой, — земные астрономы измерили содержание воды в другой комете. Hartley-2 прилетает к нам из другого пояса космического хлама, «облака Куипера», чуть поближе оортовского, и вот в этой комете состав воды был в точности как земной. Оставалось только убедиться, что и кометы самого внутреннего из поясов — юпитерианского — тоже содержат правильную воду. В своих интервью сам Клим Чурюмов, кстати, нисколько не сомневался, что его комета оправдает возложенные на нее ожидания.

Но комета Чурюмова — Герасименко всех страшно разочаровала. Доля дейтерия там была даже выше, чем в оортовских кометах. А значит, комета Хартли-2 — странное исключение. И, разумеется, триллион комет, выпавших на Землю за всю ее историю, никак не мог целиком состоять из подобных исключений. А значит, кометарная гипотеза происхождения земной воды неверна, и вода у нас из каких-то других источников. Сейчас некоторые даже говорят, что она была всегда; подробнее читайте об этом в прекрасном, хоть и англоязычном, обзоре газеты New York Times.

* Примечание: Климу и Светлане повезло главным образом потому, что их комета оказалась короткопериодичной, облетающей полный круг всего за шесть с лишним лет — потому и выследить ее в космосе оказалось несложно. А вот, например, вторая комета, открытая Климом Чурюмовым, возвращается к нам раз в четыре тысячи лет, улетая в перерывах между визитами черт знает куда — такую нагнать было бы куда сложнее.

2. Гостеприимный Титан

За всем этим шумом вокруг миссии Rosetta (который стократ усилился после того, как глава миссии Мэтт Тейлор выперся на люди в гавайке с узором из голых женщин), общественность как-то проглядела другую достойную победу космонавтики. Я имею в виду зонд Cassini, исправно посылающий своим вашингтонским хозяевам фотографии Сатурна и его лун.

Автору этих строк из всех сатурнианских сенсаций милее всего история про грозы на Титане, самом большом спутнике Сатурна. Мы писали о них в нашей научной рубрике летом, когда грозы гремели и над нашими злополучными просторами.

Соль анекдота в том, что по самым строгим меркам Титан — одно из самых приветливых для нас мест во всей Солнечной системе. Кислорода там, конечно, нет, но кислород вообще роскошь, его и на Земле когда-то не было — и ничего, жизнь нормально зародилась безо всякого кислорода. Зато атмосфера из азота — это почти как у нас, азот мы вдыхаем и не травимся, хоть и пользы от него нет. Океаны тоже есть, из углеводородов — вроде как бензиновый океан. Опять же это хоть и не вода, но с бензином мы тоже контактируем, и ничего страшного. Наконец, температуры — прохладные по нашим меркам, но если одеться потеплее, то –180 градусов — это просто сильный мороз.

Фото: Sciencemag

Когда Cassini прислал фотографии настоящей титанианской грозы, с молниями и ливнем, проливающимся в океан, невозможно было не потеплеть душой к этому отдаленному уголку космоса. А уж когда выяснилось, что твердая поверхность планеты состоит из песчаных дюн, стало впору снаряжать большой красный интерстеллар и лететь туда всей пятой колонной.

Об этих дюнах проникновенно повествует один из последних номеров Nature. Оказывается, их направление позволяет отслеживать перемены климата на этой странной недопланете. А именно направление господствующих ветров, которые там, кстати, тоже вполне приятно-умеренные — порядка обычных земных десяти метров в секунду.

3. Волокнистая Вселенная

Третья научная вершина истекшего года, по нашим субъективным критериям, — это наконец-то полученный учеными ответ на вопрос, как выглядит наш уголок Вселенной «с птичьего полета», если бы летали по космосу такие птички. То есть как он выглядит издали. В этом году мы в нашей рубрике касались этой темы дважды.

Сперва мы оповестили благожелательных читателей, что Вселенная — это не просто однородная каша из галактик: на самом деле галактики группируются в куда более крупные структуры, своего рода космические нити, и вот из этих-то волокон и состоит все на свете.

Фото: S. Cantalupo

А потом пришли совсем уж шальные вести: астрономы, кропотливо собрав крупицы данных о скоростях и направлениях движения галактик, составили карту этих нитей для населяемого нами угла космоса. Этот суперкластер галактик они назвали Ланиакеа, а о том, как он выглядит и как устроен, лучше всего узнать из ролика, подготовленного по заказу журнала Nature.

Если общий наглядный вид всего мироздания (насколько далеко его вообще можно наблюдать) — не фундаментальное открытие, то что вы тогда вообще называете фундаментальными открытиями? Шарлатанскую машинку двух итальянцев, которую они выдают за прибор для получения энергии методом холодного термоядерного синтеза? Да бросьте. Бывает наука, а бывает чепуха; но то, что наука все-таки тоже бывает, внушает нам некоторый оптимизм.

[Алексей Алексенко]

https://snob.ru/selected/entry/85321
08.01.15

Темные тайны мироздания: неуловимые дыры и невидимая материя

Иллюстрация: Corbis/Alloverpress

В первой части нашего итогового обзора мы вспомнили, что нового стало известно в 2014 году о наших космических окрестностях. Теперь перейдем к фундаментальным проблемам физики. Тут читателю сразу становится скучнее, потому что если космос можно проиллюстрировать картинкой с инопланетным пейзажем, то фундаментальную физическую теорию иллюстрировать категорически нечем: там вообще ничего себе представить нельзя. Невыигрышная тема.

И уж тем более непонятно, что должно быть нарисовано на картинках, если в тексте речь идет о темной материи или, к примеру, черных дырах. Темная материя невидима, поскольку практически ни с чем не взаимодействует, а черные дыры нельзя видеть, потому что из-под горизонта черной дыры ни один фотон, ни один лучик света не может ускользнуть. Чем развлекать читателя, как добавить нарядной зрелищности? Между тем писать об этом приходится: черные дыры (как и темная материя) стали одними из главных героев истекшего года.

1. Неуловимые дыры

Особую славу черным дырам принес в истекшем году фильм «Интерстеллар», где вокруг дыры, как мы помним, вращается некая планета. Авторы фильма обошли указанную выше сложность: они все же рискнули представить на экране самое настоящее изображение черной дыры. Вот оно:

Интересно, что картинка эта вполне научна. Внешний вид черной дыры рассчитал для создателей фильма сам Кип Торн (он же, кстати, и придумал спорный, мягко выражаясь, сюжет). Свет в данном случае испускает не сама дыра, а газ, который в нее ускоренно падает, а странная форма вызвана тем, что дыра искривляет пространство, и мы фактически можем видеть ее обратную сторону.

К сожалению, никто не может подтвердить, что черные дыры выглядят вблизи именно так: за картинкой «Интерстеллара» стоит только математика и ни малейших наблюдательных данных. Такова уникальная судьба черных дыр: мало какая научная концепция достигала такой всенародной популярности и удостаивалась такого внимания серьезных ученых, основываясь при этом на столь скудных данных опыта. А в последние годы рейтинг черных дыр еще сильнее повысился из-за того, что физики находят в этих штуках все новые и новые парадоксы, заодно не забывая баламутить широкую общественность сенсационными (хоть и непонятными, а потому и превратно толкуемыми) заявлениями.

Отступление для зануд

Что же там за парадоксы? Вот, например, один. Всем известно, что если вы падаете в лифте, можно ненадолго испытать невесомость, будто вы в открытом космосе. Верно и обратное: если вы в открытом космосе, вы чувствуете себя точь-в-точь как в падающем лифте, и не существует вообще никаких физических способов отличить одну ситуацию от другой. Это называется «принцип эквивалентности», и на нем стоит вся теория относительности Эйнштейна.

Повторим еще раз другими словами: вы ни за что не сможете отличить, парите ли вы в пустом бескрайнем космосе, или падаете — к примеру, в черную дыру. А значит, если вдруг за окном вашего «Интерстеллара» промелькнул «горизонт события» черной дыры... значит, вам все это снится! Потому что по промелькнувшему за окном горизонту вы сразу же скажете, что падаете в дыру, а не парите в пустоте, а принцип эквивалентности такое запрещает*. Значит, «горизонт события» вы заметить не можете в принципе. Это пустое место, математическая абстракция.

Тот факт, что в классической теории прохождение горизонта заметить в принципе невозможно, настолько твердо установлен, что его нередко используют как метафору необратимых процессов, происходящих в обществах и государствах. Мы тоже отдали должное этому штампу в нашей заметке «Горизонт непростительного».

С другой стороны, все, читавшие популярные книжки про черные дыры, знают: на горизонте должны происходить странные штуки, предсказываемые квантовой механикой. Пару лет назад Ахмед Альмхеири, Доналд Маролф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли пришли к результату, который (по первым буквам их фамилий) стали называть AMPS firewall: если совсем по-простому, то, чтобы квантовая механика не пострадала, на горизонте событий должно быть ужасно жарко (firewall — это «стена огня», между прочим), так что не заметить его пересечения будет невозможно. Значит, принцип эквивалентности будет нарушен, а на нем, напоминаем, стоит теория относительности — та самая единственная теория, которая и предсказывает существование черных дыр, на минуточку...

С 2012 года многие физики-теоретики отметились в попытках разрешить чернодырные парадоксы. Широкая публика обращала на это не слишком много внимания вплоть до того момента, когда в январе 2014 года высказался сам Стивен Хокинг. Мы писали об этом в краткой заметке с единственной целью успокоить публику, потому что публика поняла культового физика прямолинейно: никаких черных дыр вообще нет, это все была одна сплошная ошибка.

На самом деле Хокинг лишь подверг сомнению классическую концепцию «горизонта события», которая и порождает все парадоксы. О том, как именно он обошел сложности, нам даже и спросить не у кого — кажется, даже среди тех физиков, кто заявляют, будто поняли его трюк, большинство заблуждаются. И уж точно Стивен Хокинг не настолько далеко оторвался от реальности, чтобы отрицать существование черных дыр как таковых.

Это было бы глупо, по-первых, потому, что буквально в прошлом году большая черная дыра, что в центре нашей Галактики, начала проглатывать довольно большое облако газа (продолжает до сих пор), и за этим с упоением наблюдали земные астрофизики. В таких условиях подвергать сомнению существование дыр — это как заявлять о невозможности летательных аппаратов тяжелее воздуха, сидя у большого окна в аэропорту Шереметьево.

Во-вторых и в главных. Одна из любимых игрушек современных физиков-теоретиков — это так называемое AdS/CFT-соответствие: метод решения разных задач, основанный на одной странной симметрии. Соль в том, что мир размерности N без гравитации физически эквивалентен миру размерности N+1 с гравитацией (а где гравитация, там и черные дыры, естественно, они в таких задачах появляются почти всегда). Многие задачи сильно упрощаются, если перевести их из одного мира в другой.

Мы в истекшем году писали о забавной игре канадских физиков, которые представили все наше трехмерное мироздание как поверхность (горизонт события) четырехмерной черной дыры. Фокус это применяют и к более мелким объектам, чем вся Вселенная. Играют физики в эту игру и не могут наиграться, больно уж изящный инструмент попался им в руки (так, наверное, в XVII веке не могли наиграться в придуманные Лейбницем интегралы).

Какие-то задачи сильно упрощаются, если добавить лишнее измерение и населить его черными дырами. Но бывает и наоборот: реальный мир с его черными дырами можно математически свести к некой поверхности, где ни малейших дыр нету, а есть просто какие-то стаи горячих частиц. В этом незатейливом мире точно не возникнет никаких парадоксов. А раз так, по принципу AdS/CFT-соответствия, парадоксов нет и в самих дырах. То есть если они и есть, то кажущиеся, у них точно есть решение. Стало быть, черные дыры не нарушают законов физики и их существованию ничто не угрожает. Если мы вас не убедили, возможно, вас убедит Брайан Грин, он в своем интервью об этом упоминает.

Остается только долететь на серебристой ракете до ближайшей дыры и посмотреть, насколько она похожа на картинку из фильма «Интерстеллар». Вот будет смешно, если точь-в-точь так она и выглядит? Но этой сенсации, кажется, придется дожидаться чуть дольше.

* Примечание. О приближении к черной дыре вы можете, конечно, узнать, измеряя РАЗНИЦУ гравитаций в двух разных точках. Вблизи сердцевинки черной дыры, где гравитация быстро растет, разница будет такая, что разорвет вас в два счета как вареную макаронину. Но чем больше черная дыра, тем дальше от нее горизонт событий и тем меньше гравитация (а ее градиент и подавно) на самом горизонте. У достаточно большой дыры никаких макаронных спецэффектов на горизонте вы не увидите и можете прожить там всю жизнь, так и не поняв, что внешний мир утрачен для вас необратимо. Но все это согласно классической теории, а как на самом деле, пока никто не знает.

2. Невидимая материя

Теперь, когда мы так пространно побеседовали о черных дырах, нам придется довольно скомканно почтить второго таинственного героя года: темную материю. В разрешении этой загадки пока не было никакого фундаментального прорыва, зато появились несколько работ, позволяющих увидеть ситуацию в новом свете. Так уж бывает в науке: постепенно накапливаются разные мелочи, а потом бац! — и открытие. Но теперь оно не застанет нас врасплох, мы сразу же воскликнем: «Мы же на "Снобе" про это читали!»

О темной материи мы вспоминали в минувшем году несколько раз. Во-первых, обсуждалась блистательная гипотеза, связывающая воедино разные таинственные явления — в лучших традициях конспирологии. А именно: массовые вымирания (в том числе трагический уход динозавров) могут быть связаны с темной материей. Лиза Рэндалл и Мэтью Рис из Гарварда предположили, что массовые вымирания происходят из-за того, что в некоторые эпохи астероиды бомбардируют Землю с повышенной частотой. А это, в свою очередь, случается в те моменты, когда Солнечная система (которая колеблется вверх-вниз относительно галактической плоскости), проходит через галактический диск темной материи. Его гравитация и дестабилизирует орбиты астероидов. Происходит это примерно раз в 35 миллионов лет, и следующий раз не за горами.

Затем мы писали в одном из обзоров (пункт пятый) о том, что из серединки нашей Галактики идет небольшой избыток фотонов, который можно объяснить в том числе и тем, что частиц темной материи там больше всего и они, сталкиваясь, аннигилируют и испускают свет. Ученые оценили и массу этих частиц: около четверти массы бозона Хиггса. Если, конечно, это то, о чем они думают (что далеко не очевидно).

А если это не то, то наверняка что-то другое. Сейчас уже точно известно, что это не могут быть маленькие черные дыры, которые предлагал Хокинг: год назад мы оповестили читателей (см. п. 5 обзора), что черные дыры полностью реабилитированы и темной материей наверняка не являются. Зато совсем недавно американцы и израильтяне предложили нового кандидата на эту роль, и наши читатели об этом узнали из заметки «50 оттенков темного». Наконец, к тайне темной материи могут иметь отношение и «стерильные нейтрино», с которыми мы познакомили наших читателей в статье «Новое слово в физике».

Все это мы предлагаем вам перечитывать снова и снова в ожидании того момента, когда физики объявят во всеуслышание, что же такое на самом деле эта темная материя.

Пока этого не произошло, Нобелевские премии остается присуждать за изобретение голубых светодиодов. Смех смехом, но это изобретение, по крайней мере, лишний раз подтверждает, что квантовая механика отлично работает, а значит, и попытки познать мир, неустанно предпринимаемые физиками, имеют под собой некие разумные резоны.

499