Учитывая быстрые изменения в технологии и науке, может быть легко забыть то, что мы не знали всего несколько лет назад. В последнее десятилетие произошли прорывы в физике, биологии и астрономии, и это лишь некоторые из них. Какие из этих открытий являются наиболее важными, вероятно, для историков, чтобы судить, но некоторые из последствий открытий в начале десятилетия начинают сказываться. Вот наши выборы для самых больших научных достижений десятилетия и удивительных открытий.
2010: первая синтетическая «жизнь»
Ученые размыли грань между естественным и искусственным в 2010 году, создав первый в мире организм с синтетическим геномом. Ученые из Института Дж. Крейга Вентера собрали геном бактерии Mycoplasma mycoides из более миллиона пар оснований ДНК. Затем они вставили этот искусственный геном в другую бактерию, Микоплазма каприколум, который был освобожден от его ДНК. М. capricolumВскоре аппарат начал переводить инструкции этого синтетического генома в действие, воспроизводя так же, как M. mycoides было бы.
Начиная с этого прорыва ученые продолжали делать успехи в синтетической биологии. В 2016 году ученые создали самый маленький синтетический микроб, всего 473 гена. В 2017 году они объявили о создании пяти синтетических дрожжевых хромосом; План состоит в том, чтобы заменить все 16 хромосом в дрожжах синтетическими хромосомами, которые можно настроить для выполнения определенных задач, таких как массовое производство антибиотиков или даже создание выращенного в лаборатории мяса.
2011: профилактическое лечение ВИЧ
Сегодня многие люди с высоким риском заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающим СПИД, ежедневно принимают таблетки для снижения своего риска. В 2012 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США утвердило для этой цели лекарство под названием «Трувада». Но это было большое исследование, выпущенное в 2011 году, которое подготовило почву для этого серьезного изменения в профилактике ВИЧ.
Это исследование, которое журнал Science назвал «прорывом года», впервые с 1994 года продемонстрировало новый способ предотвращения передачи ВИЧ от одного человека другому. (В 1994 году исследователи сообщили, что они нашли фармацевтический вариант, помогающий предотвратить передачу ВИЧ от беременной женщины ее плоду.) Исследование началось в 2005 году, и результаты 2011 года были промежуточными. Исследователи обнаружили снижение передачи ВИЧ на 96% в этих данных. Окончательные данные, охватывающие все 10-летнее исследование, опубликованные в Медицинском журнале Новой Англии в 2016 году, показали снижение передачи ВИЧ на 93%.
2012: бозон Хиггса
В июле 2012 года ученые, работающие на крупнейшем в мире ускорителе частиц, объявили, что им удастся заплатить грязь. Эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC), наконец, обнаружили свидетельство последней неоткрытой частицы, предсказанной Стандартной моделью физики.
Бозон Хиггса был найден. Это частица, связанная с полем Хиггса, энергетическое поле в корне, почему частицы имеют массу. Частицы набирают массу, проникая через это трехмерное поле, создавая крошечные возмущения в поле. (Чем сильнее их взаимодействие с полем, тем больше масса у них.) Когда поле испытывает значительную вспышку энергии в определенном месте, оно испускает бозон Хиггса. В 2013 году физики подтвердили, что их наблюдения 2012 года действительно были неуловимой частицей, которую иногда называют «частицей Бога» из-за ее роли в придании массы всем остальным частицам.
Открытие Хиггса подняло новые вопросы для физиков. Частица была немного легче, чем предсказывали некоторые из ее взаимодействий с другими элементарными частицами, что означает, что либо кто-то обманул математику, либо существует более одного типа Хиггса - возможно, включая более тяжелый Хиггс, который не был обнаружен. Физики сейчас используют LHC для поиска этих возможных тяжелых Хиггса.
Лукас Тейлор / CMS
После почти 35 лет полетов над планетами и лунами зонд NASA Voyager 1 вошел в историю в 2013 году, когда ученые объявили, что космический аппарат официально покинул Солнечную систему в августе 2012 года.
Зонд был запущен с Земли в 1977 году и провел следующее десятилетие, исследуя Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и их спутники. В 2013 году данные, полученные от зонда, предположили изменения в плотности электронов вокруг Вояджер-1 - основной признак того, что космический аппарат вышел за пределы Солнечной системы. Voyager 1 будет продолжать отправлять информацию обратно на Землю о межзвездном пространстве примерно до 2025 года. После этого он настроен на длительную, тихую отставку в глубоком космосе, с возможностью того, что когда-нибудь какая-то инопланетная форма жизни заметит небольшой зонд. и его золотой рекорд, капсула времени, в которой хранятся изображения людей, карты нашей солнечной системы и другие подсказки о существовании цивилизации на Земле.
2014: гравитационные волны
До 2014 года ученые имели только косвенные доказательства Большого взрыва, теории, которая описывает ошеломляющее расширение пространства, которое произошло 13,8 миллиардов лет назад и породило нашу вселенную. Но в 2014 году ученые впервые обнаружили прямые доказательства этого космического расширения, которое некоторые называли «дымящим ружьем» для начала Вселенной.
Это свидетельство пришло в виде гравитационных волн, буквальных пульсаций в пространстве-времени, оставшихся с первой доли секунды после Большого взрыва. Эти волны вызвали изменения в поляризации космического микроволнового фона, который является излучением, оставшимся от ранней Вселенной. Изменения поляризации называются B-модами. Именно эти B-моды были обнаружены учеными с помощью фоновой съемки космического внегалактического поляризационного телескопа 2 (BICEP2) в Антарктике.
С тех пор гравитационные волны продолжают раскрывать загадки Вселенной, такие как динамика столкновений черных дыр и столкновений между нейтронными звездами. Гравитационные волны могут даже помочь окончательно определить, насколько быстро расширяется Вселенная.
2015: Первое редактирование CRISPR человеческих эмбрионов
Возможно, самая большая биомедицинская история десятилетия - появление технологии редактирования генов CRISPR от относительной безвестности. Эта технология возникает из естественных защитных механизмов некоторых бактерий; это серия повторяющихся последовательностей генов, связанных с ферментом Cas9, который действует как пара молекулярных ножниц. Последовательности генов могут быть отредактированы, чтобы поместить яблочко в определенный сегмент ДНК, направляя энзим Cas9, чтобы войти и начать отрезать.
Используя эту систему, ученые могут легко стирать и вставлять кусочки ДНК в живые организмы, что имеет очевидные последствия для лечения генетических заболеваний и, возможно, приводит к появлению на заказ младенцев. Первый шаг по этой потенциальной дороге был сделан в 2015 году, когда ученые из Университета Сунь Ятсена в Китае объявили, что они сделали первые в мире генетические модификации человеческих эмбрионов с использованием CRISPR. Эмбрионы не были жизнеспособными, и процедура была только частично успешной - но эксперимент был первым, чтобы продвинуть этическую линию, которую научное сообщество обсуждает по сей день.
2016: Экзопланета обнаружена в обитаемой зоне
Ближайший сосед Земли - экзопланета, обнаруженная в 2016 году, находится не только на расстоянии 4,2 световых года, но и обладает потенциалом для жизни.
Это не означает, что планета, получившая название Проксима b, безусловно, пригодна для обитания, но она находится в обитаемой зоне своей звезды, то есть она вращается вокруг своей звезды на расстоянии, которое позволит жидкой воде существовать на поверхности планеты. Планета вращается по Проксиме Центавра; колебания в движениях этой звезды, когда планета проходила мимо, намекали на существование Проксимы Б.
С момента открытия ученые наблюдали сверхплаки высокой радиации от Проксима Центавра, которые взрывали экзопланету, резко снижая шансы на выживание на Проксиме b. Однако они также обнаружили, что может быть больше планет, вращающихся вокруг Проксимы b.
2017: Самые старые окаменелости Homo Sapiens отбрасывают виды назад на 100 000 лет
Как долго Homo Sapiens бродил по планете? Открытие, объявленное в 2017 году, отодвинуло время назад на 300 000 лет.
Это на 100 000 лет дольше, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили кости в возрасте 300 000 лет в пещере в Марокко, где, по крайней мере, пять человек могли укрыться во время охоты. Место обнаружения - в северной части Африки, а не в восточной части Африки, где предыдущий самый старый Homo Sapiens были найдены окаменелости - намек на то, что наш вид, возможно, не эволюционировал сначала в восточной части Африки, а затем излучался в других местах. Вместо, Homo Sapiens возможно, развивались по всему континенту.
2018: первые живущие дети CRISPR
Спустя всего три года после первого редактирования нежизнеспособных человеческих эмбрионов с CRISPR, кто-то пересек другую линию редактирования генов. На этот раз китайский ученый по имени Jiankui объявил, что он отредактировал геномы двух эмбрионов, которые затем были имплантированы с помощью ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) в матку матери и родились: девочки-близнецы, которые являются первыми в мире младенцами CRISPR.
Его редактирование касалось гена CCR5, который теоретически должен сделать детей менее уязвимыми к заражению ВИЧ. Многие ученые были потрясены тем, что Он предпримет шаги по редактированию генов в этом контексте, особенно учитывая имеющиеся и менее технологически интенсивные методы предотвращения ВИЧ (такие как профилактическое антиретровирусное лечение). Позже, данные, опубликованные исследователями, предположили, что они фактически вызвали ранее неизвестную мутацию у девочек, а не воспроизводили известную мутацию.
Потенциальные побочные эффекты для девочек до сих пор неизвестны, как и судьба ученого, который занимался редактированием. В январе 2019 года газета The New York Times сообщила, что ему, вероятно, будут предъявлены уголовные обвинения в Китае, хотя неясно, по каким законам он может быть обвинен.
2019: первое изображение черной дыры
Черные дыры всегда были астрономическим увлечением: мы знаем, что они есть, но поскольку свет не может выйти за пределы их горизонтов событий, они также как бы невидимы.
До этого года: впервые ученые запечатлели изображение черной дыры. Предметом портрета была черная дыра в центре галактики Мессье 87, которая столь же широка, как и вся наша солнечная система. Картина выглядит как светящийся пончик материи, окружающий пропасть черноты; это пыль и газ, вращающиеся вокруг точки невозврата черной дыры. Это открытие принесло исследователям премию 2020 года, одну из самых престижных научных премий. Сейчас они работают, чтобы захватывать не только изображения, но и фильмы черных дыр.
