Наука: открытие нового вида людей и "искусственная" клетка

Новый элемент таблицы Менделеева, открытие нового вида людей, обнаружение первой планеты, где возможна жизнь, у другой звезды, а также искусственная клетка в компании с клетками, которые используют смертельно ядовитый мышьяк для постройки молекул ДНК - таков урожай мировой науки в 2010 году.

Представляем 10 наиболее значимых научных открытий, сделанных в минувшем году.

1. Российские физики "закрыли" пустую клетку в таблице Менделеева

Российские ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне совместно с американскими коллегами заполнили пустую клетку в таблице Менделеева между ранее полученными 116-м и 118-м элементами.

Сталкивая на циклотроне У-400 ионы кальция-48 с мишенью из 97-го элемента, берклия-249, они впервые в истории успешно синтезировали 117-й элемент.

Эксперимент был начат еще в 2009 году. Специально для синтеза 117-го элемента в Окриджской национальной лаборатории (США) были синтезированы около 22 миллиграммов берклия. В российском НИИ атомных реакторов (Димитровград) берклий был нанесен на титановую фольгу толщиной 1,5 микрона.

Эксперимент по синтезу 117-го элемента начался 27 июля 2009 года. Ученым важно было успеть получить результат менее чем за год, поскольку период полураспада берклия 320 дней, а это значит, что половина мишени за это время распадется.

Руководитель эксперимента академик Юрий Оганесян сообщил РИА Новости, что ученым удалось достоверно зафиксировать шесть событий рождения ядер 117-го элемента, причем физикам удалось получить три разных изотопа нового элемента, а также новые изотопы элементов 115, 113, 111, 109, 107, 105.

Сотрудники Лаборатории ядерных реакций имени Флерова с 1960-х годов успешно синтезируют новые элементы. Во времена СССР здесь были получены 104, 105, 106, 107, 108 элементы. Здесь же были синтезированы впервые сверхтяжелые элементы с атомными номерами со 112 по 116 и самый тяжелый на сегодня 118-й элемент. Теперь ученым удалось заполнить "пропуск" и синтезировать 117-й элемент.

В природе не существует элементов с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92, то есть, тяжелее урана. Более тяжелые элементы, например плутоний, могут нарабатываться в атомных реакторах, а элементы тяжелее 100-го (фермия) можно получать только на ускорителях, путем бомбардировки мишени тяжелыми ионами. При слиянии ядер мишени и "снаряда" и возникают ядра нового элемента.

2. Кусочек астероида

Настоящим триумфом японской и земной науки вообще в 2010 году стал успех миссии зонда "Хаябуса", который впервые в истории доставил на Землю вещество из-за пределов лунной орбиты. Зонд "Хаябуса" (Сокол) был запущен в космос в мае 2003 года. В 2005 году он совершил посадку на астероид Итокава, однако из-за неполадок взятие проб грунта прошло не по плану.

В капсуле зонда, приземлившегося в середине июня 2010 года в австралийской пустыне Вумера, были обнаружены микроскопические частицы, однако, по мнению ученых - из-за того, что при заборе грунта с астероида капсула не отстрелилась так, как это было запланировано - обнаруженные частицы могли попасть в нее еще на Земле, когда зонд готовили к полету.

Ученые изучили около 1,5 тысячи частиц и пришли к выводу, что значительная их часть состоит из минерала оливина и по содержанию и соотношению в них железа и магния совпадает с составом упавших на Землю метеоритов.

3. Неандертальцев прочитали и нашли третий вид людей

Ученые в 2010 году представили результаты подробного анализа генома неандертальцев, которые не только стали доказательством их скрещивания с современным типом людей, но и показывают, эволюция каких именно генов позволила человеку одержать верх в борьбе с неандертальцами за право населять Землю.

Сравнив между собой геномы с помощью различных статистических подходов, группа под руководством Сванте Паабо (Svante Paabo) из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка в Германии установила, что африканцы в меньшей степени отличаются генетически от неандертальцев, чем все остальные.

Авторы исследования уверены, что это может служить прямым доказательством имевшему место в прошлом скрещиванию неандертальцев и людей современного типа. Скорее всего, это скрещивание наиболее активно происходило в Средней Азии - первом регионе, где люди, покинувшие африканский континент, встретились с неандертальцами. Согласно популяционным моделям, даже небольшого скрещивания было достаточно, чтобы оставить след в генетическом облике современных людей, переживших впоследствии бурный демографический рост.

Эта же группа, проведя расшифровку митохондриальной и ядерной ДНК, полученной из останков людей, обнаруженных российскими археологами в Денисовой пещере на Алтае, установила, что у неандертальцев и людей современного типа был третий современник - "денисовский человек", который генетически отличался как от неандертальцев, так и от кроманьонцев.

4. Лед на Луне

В 2010 году были получены новые подтверждения присутствия воды на Луне, которая в течение десятилетий до этого считалась абсолютно сухим миром. Данные с нескольких зондов - индийского "Чандраяна", американских "Дип Импакта" и Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) с российским прибором ЛЕНД, и аппарата LCROSS, полученные с помощью различных методов - показали, что в вечно затененных областях на полюсах Луны, в так называемых "холодных ловушках", действительно присутствует водяной лед.

По оценкам ученых, в кратерах в районе лунного северного полюса может находиться по меньшей мере 600 миллионов тонн водяного льда.

Кроме того, при падении разгонного блока "Центавр" в районе кратера Кабеус ученые помимо следов льда зафиксировали присутствие угарного газа, водорода, кальция, ртути, серебра и магния.

По мнению ученых, все эти вещества попали на Луну вместе с падающими на нее в течение миллиардов лет кометами, метеоритами и астероидами. Солнце испаряло летучие компоненты, которые затем разносились по всей Луне, но только в вечном холоде всегда затененных кратеров они оставались навсегда.

5. "Уши" млечного пути

Наша Галактика усилиями астрономов обзавелась новым "украшением" - привычный глазу спиральный диск нашей звездной системы, как оказалось, имеет "уши", гигантские пузыри, простирающиеся к северу и к югу от ее центра.

Эти два излучающих в гамма-диапазоне газовых пузыря обнаружил космический гамма-телескоп "Ферми".

"Мы увидели два излучающих в гамма-диапазоне пузыря, которые простирались на 25 тысяч световых лет к югу и к северу от центра Галактики. Мы не вполне понимаем их природу и происхождение", - говорит Дуг Финкбейнер из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра, впервые обнаруживший эти образования.

"Пузыри" простираются вверх и вниз почти на половину видимого неба - от созвездия Девы до созвездия Журавля, на 50 градусов к северу и к югу, имеют ширину около 40 градусов и возраст в миллионы лет. Спектр гамма-излучения этих пузырей значительно "жестче", то есть обладает большей энергией, чем излучение от других областей галактики и общий гамма-фон. Их края также очерчены достаточно четко.

Другие астрономы, проводившие наблюдения в гамма-диапазоне, не видели эти гигантские структуры из-за "дыма" - гамма-излучения частиц, двигающихся с околосветовой скоростью и взаимодействующих с межзвездным газом.

"Мы полагаем, что эти галактические гамма-пузыри вероятнее всего возникли в результате "впрыска" энергии в центр галактики, например в результате аккреции вещества в центральную черную дыру", - пишут ученые.

Пузыри могли возникнуть также в результате интенсивного процесса звездообразования в центральной части Галактики, породившего многочисленные звездные скопления. Некоторые намеки на существование этих гигантских пузырей присутствовали и в данных других аппаратов, в частности, германского спутнике "Рентген" и аппарата НАСА WMAP.

6. Первая суперземля в "зоне жизни"

Астрономы в сентябре 2010 года обнаружили за пределами Солнечной системы первую потенциально обитаемую планету - планету, у которой есть твердая поверхность, а климат позволяет воде оставаться в жидком состоянии.

Ученые из университета Калифорнии в Санта-Круз и Института Карнеги в Вашингтоне в течение десяти лет исследовали планетную систему звезды Gliese (GJ) 581, которая расположена в 20 световых годах от Земли в созвездии Весов. Рядом с ней ранее были обнаружены четыре планеты массой от 0,6% до 4% от массы Юпитера. Исследователи обнаружили в этой системе еще две планеты, получившие обозначения GJ 581f и GJ 581g.

Наблюдения показали, что шестая планета, GJ 581g, с массой в 3,1 раза больше массы Земли, обращается на расстоянии 0,146 астрономической единицы (эта единица равна среднему расстоянию от Солнца до Земли) с периодом 36,6 дня. Средняя температура на GJ 581g оценивается в 228 кельвин (45 градусов ниже нуля), что свидетельствует о том, что она находится прямо в середине "зоны жизни".

Присутствие жидкой воды считается главным условием для существования жизни. Без жидкой воды - универсального растворителя и переносчика питательных веществ - не могут существовать никакие живые существа, которые могут себе представить ученые. Астрономы называют "зоной жизни" такой диапазон расстояний между звездой и планетой, в котором температурный режим на планете позволяет существовать жидкой воде.

Расчеты показали, что GJ 581g оказывается ровно в середине этой зоны жизни. Две ранее открытые планеты GJ 581c и GJ 581d находились по краям "зоны жизни", первая с "горячей", а вторая - с "холодной" стороны.

Исследователи экзопланет в этом году отпраздновали юбилей - числе известных внеземных планет, первая из которых была открыта в 1989 году, в 2010 году превысило 500.

7. Жизнь на мышьяке

В уходящем году ученым впервые удалось обнаружить живой организм, в котором произошла замена одного из считавшихся абсолютно незаменимых "кирпичиков" жизни, что значительно расширяет рамки "дозволенного" для живых существ.

Современная молекулярная биология ведет отсчет своего времени с 1953 года, когда была создана модель пространственной структуры "молекулы жизни" - ДНК, в которой зашифрована генетическая информация. С тех пор представления о том, как устроены гены и как они работают, неоднократно менялись. По мере этого переписывались и учебники по молекулярной биологии.

Неизменным в них оставался только один пункт, ставший аксиомой - химический состав самой ДНК. То, что она состоит из пяти химических элементов - углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора - было известно еще с 20-х годов прошлого века. Тем неожиданнее была находка астробиологов НАСА под руководством Фелисы Вольф-Саймон (Felisa Wolfe-Simon). Они впервые показали, что один из "кирпичиков" ДНК - фосфор - может заменяться мышьяком по крайней мере у одного вида бактерий, обнаруженных ими в соленом озере на востоке Калифорнии.

Мышьяк находится точно под фосфором в таблице Менделеева и очень похож на него по своим физико-химическим свойствам. Именно это сходство обуславливает его токсичность - организм не может отличить мышьяк от фосфора и "пропускает" его в процессы обмена веществ.

8. Самая далекая галактика

Астрономы из Европейской южной обсерватории (ESO) измерили расстояние до самой далекой галактики и самого удаленного известного человеку объекта, который мы видим таким, каким он был спустя всего 600 миллионов лет после Большого взрыва.

"Впервые удалось увидеть столь далекий - в пространстве и во времени - объект, свет от которого смог пробиться к нам сквозь довольно плотный водородный "туман", заполнявший всю Вселенную в эпоху ее молодости. А пока свет шел к нам, галактика продолжала удаляться; сегодня ее отделяют от нас 30 миллиардов световых лет", - сказал РИА Новости, комментируя открытие, старший научный сотрудник Астрономического института МГУ имени Штернберга Владимир Сурдин.

9. "Искусственная" клетка

Американским ученым из Института Крэйга Вентера удалось синтезировать искусственный геном бактерии Mycoplasma mycoides и пересадить его другому виду бактерии, получив при этом полноценную "синтетическую клетку", управляемую только этим геномом.

По мнению ученых, их работа может позволить создавать бактерии, "сконструированные" специально для решения конкретных задач в области энергетики, экологии, медицины и других сферах. Например, исследователи собираются создать водоросли, способные улавливать углекислый газ и вырабатывать углеводороды.

Сенсационные сообщения о создании искусственной жизни немедленно вызвали резкую реакцию у экологов. Общество "Друзья Земли" (Friends of the Earth) немедленно отозвалось заявлением о том, что это научное достижение, которое подменяет сразу миллиарды лет очередного этапа эволюции, несет угрозу миру и на все исследования института должен быть введен мораторий.

Однако итальянский врач и эксперт в области биополитики Карло Беллиени (Carlo Bellieni) в официальной газете Ватикана L`Osservatore Romano заявил, что генетики синтезировали совершенный механизм, но не жизнь.

10. Чтение "сложных" мыслей по томограмме

Британские ученые разработали технологию сканирования активности головного мозга людей, с помощью которой можно различать сложные мысли людей. Группа ученых во главе с Элеанор Магвайр (Eleanor Maguire) из Университетского колледжа Лондона, создала алгоритм, благодаря которому впервые удалось распознать образы так называемой "эпизодной памяти", хранящей воспоминания о месте, времени, лицах и действиях, которые эти лица выполняют.

В эксперименте с участием добровольцев, ученые предложила им для просмотра три фильма, длительностью по семь секунд каждый, в котором человек совершает простое действие: например, роль одной из актрис состояла в том, чтобы, порывшись в сумочке, бросить письмо в почтовый ящик.

По ходу того, как добровольцы смотрели кино, их мозговая активность сканировалась и анализировалась. Авторы исследования особенное внимание обратили на гиппокамп - область мозга, отвечающую за ориентацию в пространстве, память и процесс обучения. После этого добровольцев просили вспомнить и "проиграть" в памяти каждый из увиденных эпизодов, в ходе чего их мозговая активность проходила повторный анализ.

Анализ этих данных позволил компьютерному алгоритму с 50% вероятностью распознать, о каком из видеороликов в настоящий момент думает тот или иной доброволец.