Як завжди, провідні світові наукові журнали вибудовують рейтинг видатних наукових відкриттів року. Представляється все ж почати огляд видатних подій в науці з Нобелівських лауреатів. Хоча їхні відкриття були зроблені не цього року, проте вони багато в чому визначили розвиток науки.
Насамперед це стосується відкриття ізраїльського професора Інституту технологій в Хайфі — Данієля Шехтмана. Він повністю змінив сучасні уявлення про кристали. Хоча до практичного застосування так званих квазікристалів ще далеко, науковий результат передусім важливий тим, що чітко вказує напрям подальших досліджень. Уже зараз вчені та експерти передбачають вибуховий характер появи принципово нових матеріалів і технологій, насамперед в автомобілебудуванні й авіації. А далі справа швидко дійде й до, наприклад, одягу з небаченими властивостями. До речі, перші фотографії квазікристалів були отримані у Львові.
Премію з фізики було присуджено за дослідження в галузі астрономії американцеві Солу Перлмуттеру, австралійцеві Брайану Шмідту і американцеві Адаму Рісу — вони зробили відкриття, що Всесвіт розширюється з прискоренням. Сам по собі цей факт був відомий і до них. Проте не було зрозуміло, чому це відбувалося, та що є рушійною силою такого типу розширення. Так звана інфляційна гіпотеза передбачає, що в перші миті після Великого вибуху Всесвіт розширювався з прискоренням, — цей процес й дістав назву «інфляція». Із положень цієї гіпотези виходить ряд передбачень про те, якою сьогодні має бути геометрія Всесвіту, а саме — плоскою. До того як з’явилися праці Ріса, Шмідта й Перлмуттера, дані спостережень суперечили передбаченням інфляційної гіпотези. Після публікації їхніх статей все стало на свої місця — складову, необхідну для того, щоб зробити геометрію плоскою, було знайдено. Нею виявилася темна речовина, яка відповідає за прискорене розширення Всесвіту. І відкриття темної енергії повністю підтвердило передбачення інфляційної гіпотези.
Хоча безпосередньо з інфляційною гіпотезою відкриття цього року в астрономії не пов’язані, та все ж вони доповнюють загальну картину.
За допомогою телескопа Keck на Гавайських островах було виявлено дві величезні хмари чистого водню. Саме вони були тим матеріалом, з якого у Всесвіті починалося утворення перших зірок і перших галактик. Особливий успіх полягає в тому, що дивним чином ці хмари зберегли водень у первозданному вигляді впродовж двох мільярдів років після Великого вибуху. І тепер вчені отримали об’єкт вивчення того, дуже важливого для сучасної астрономії та астрофізики, періоду.
Ще одне відкриття цього року, і теж — в астрономії. Космічний телескоп Kepler знайшов дві планетні системи, які суперечать нинішнім наявним теоріям формування планет і не мають доки жодного пояснення. Крім того, цей же телескоп віднайшов десять планет, що існують без прив’язки до якоїсь зірки, таких собі сиріт, яких зірка-мати колись, мабуть, викинула в простір.
Зараз увагу вчених привертають дослідження так званих екзопланет. Тобто тих, що перебувають поза нашою Сонячною системою й у чомусь схожі на Землю або наших сусідів. Зірок, які мають або можуть мати планетні системи, виявлено досить багато. Планети світло не випромінюють, а лише відбивають, тому їх видно гірше. Та все ж телескоп Kepler виявив екзопланети, що за своїми параметрами близькі до нашої планети. Далі поки що наука закінчується — й починається фантастика.
Зазначимо Нобелівську премію з економіки, яку здобули американські вчені Томас Сарджент і Кристофер Сімс, — з Нью-Йоркського та Принстонського університетів. Як пояснили співробітники Російської економічної школи, професори Костянтин Стирін і Сергій Ізмалков: «Сарджент десятками рівнянь моделює поведінку різних груп економічних агентів, а Сімс — основні макроекономічні показники: випуск, інфляцію, ставки й ін. Це взаємодоповнюючі методи, вони завжди використовуються разом».
Наприклад, центральний банк (ЦБ) якоїсь країни змінює грошову політику. Досі ЦБ реагував на зростання інфляції на одновідсотковий пункт підвищенням облікової ставки на два відсоткових пункти — й відомо, що з цього виходило. Модель дозволить зробити розрахунок, якою буде реакція економіки, якщо ЦБ підвищить ставку на 2,5 пункта. Зрозуміло, яке це має значення під час фінансової кризи. Праці Сімса передусім й орієнтовані на аналіз шокової ситуації. Головне дорікання розробникам моделі складається з двох частин. По-перше, модель вельми складна, вимагає вирішення десятків рівнянь. Проте її з успіхом застосовують банки та інші крупні суб’єкти економіки. По-друге, наявність моделі не перешкодила центральним банкам провідних країн буквально проґавити виникнення фінансової кризи. Відповідь досить банальна, й її дав Томас Сарджент: вони дали економістам і фінансистам інструмент для досліджень і аналізу, а вже як ним користуються — то вже не вчених справа. Адже молоток не винен, що хтось замість головки цвяха вдарив по власному пальцю.
Та все ж найбільші відкриття цього року сталися в біології. Ральф Стейнман із Рокфеллерівського університету, Жуль Хоффман із Французької академії наук і Брюс Бетлер із Дослідницького інституту Скріппса були удостоєні Нобелівської премії за відкриття дендритних клітин і вивчення їхнього значення для придбаного імунітету та за дослідження активації природженого імунітету. Бетлер виявив, що токсини провокують різну активність клітин: одні виробляють сигнальні молекули, інші, розпізнавши сигнал, починають реагувати на токсин. Жуль Хоффман займався дрозофілами й навіть не думав про імунні проблеми, та раптом виявив у клітинах дрозофіл рецептори, одні з яких реагують на бактерії, а інші — на грибки. Личинки дрозофіл, у яких відсутні такі рецептори, стають чутливі до інфікування бактеріями або грибками. Хоффман назвав їх тол-рецепторами (англ. toll — мито, дань).
Дендритні клітинки, які відкрив Стейнман, — це проміжна ланка між природженим і придбаним імунітетом. Ці клітинки містяться в тканинах пограничних середовищ, наприклад у слизових оболонках шлунково-кишкового тракту або бронхолегеневої системи. Дендритні клітинки мають відростки, вони захоплюють чужорідний антиген — бактерію, вірус або грибок. Якщо не вдається його повністю знищити, дендрити переробляють антиген не до кінця й «знайомлять» з ним тоншу імунну систему — придбану, механізм роботи якої роз’яснили Бетлер і Хоффман.
Відкриття Нобелівських лауреатів перекликається з проривом цього року. За версією авторитетного американського журналу Science, найважливіше відкриття цього року, безумовно, належить праці міжнародної групи віл-дослідників, які вивчали дію антиретровірусних препаратів (ARV). Використання ARV настільки ефективно запобігає передачі ВІЛ від однієї людини до іншої, що багато хто назвав цю працю початком кінця епідемії СНІДу у світі.
У дослідженні взяли участь 1763 гетеросексуальні подружжя з дев’яти країн світу (Бразилія, Індія, Таїланд, США, Ботсвана, Кенія, Малаві, ЮАР і Зімбабве), в кожній із яких одна людина була віл-інфікованою. Половині цих подружжів із 2007 року почали робити ін’єкції коктейлю з ARV, тоді як решта була контрольною групою й цих ін’єкцій не могли отримувати доти, доки в них не виникне серйозна небезпека розвитку СНІДу. Цього року, фактично не закінчивши дослідження, вчені вирішили поширити ARV-терапію на всі досліджувані подружжя, оскільки виявилось, що вона в 96 % випадків запобігала передачі віл партнерові, й дослідники визнали таким, що перечить медичній етиці, позбавляти будь-кого такого лікування.
Спосіб інтенсифікації лікування ВІЛ, можливо, знайдений ученими з Каліфорнії на чолі з нобелівським лауреатом Девідом Балтімором. Встановлено, що віруси ВІЛ цілими колоніями ховаються в заражених ними клітинах, як в захисних скафандрах, уникаючи тим самим атак імунної системи, яка їх в цьому випадку «не бачить». Аналогічно — з антивірусними препаратами. Уникнувши таким чином поразки, віруси ВІЛ за першої слушної нагоди піддають здорові клітини масованим атакам.
ВІЛ може заражати імунні клітини людського організму двома способами — він може нападати на них, перебуваючи «у вільному плаванні» по плазмі, або брати участь у передачі «клітина-в-клітину», використовуючи вже заражені ним клітини як транспортний засіб. У останньому випадку клітина-донор при зустрічі зі здоровою клітиною випускає в неї цілу армію вірусів, які перебувають у ній. Обидва ці способи вивчила у своєму дослідженні група дослідників із Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом Девіда Балтімора, лауреата Нобелівської премії 1975 року з формулюванням: «За відкриття, що стосуються взаємодії між онкогенними вірусами та генетичним матеріалом клітини».
Дослідники влаштовували «битви» між вірусами ВІЛ або зараженими клітинами-донорами і здоровими клітинами-цілями в присутності антиретровірусних препаратів або без них. У ході досліджень з’ясувалося, що антиретровірусні препарати добре справляються з вільно плаваючими вірусами та істотно зменшують кількість заражених клітин-цілей. У випадку ж з передачею «клітина-в-клітину» їхній успіх був набагато скромніший — препарати погано спрацьовували навіть при дуже високих дозах.
За словами Алекса Сігала, одного з авторів дослідження, все пояснюється простою обставиною: будь-який антивірусний препарат, навіть дуже дієвий, вбиває не всі 100 відсотків вірусів.
Тому при зустрічі з одним вільно плаваючим ворогом він знищує його з великою вірогідністю, проте з армією повністю впоратися не в змозі. А оскільки для зараження здорової клітини вистачає лише одного вірусу, то запобігти йому за допомогою такого препарату практично неможливо.
Сігал також вважає, що є й інша причина, чому антиретровірусні препарати не спрацьовують при передачі «клітина-в-клітину»: вони просто не помічають клітин-донорів, якщо віруси сидять в клітинній ДНК в латентному стані. Сігал вважає, що в зараженні беруть участь обидва типи клітин-резервуарів — латентні й не латентні, — й що вони, можливо, якимсь чином взаємодіють між собою.
Якщо це так, то з’являється нова дорога якщо не впоратися з хворобою повністю, то хоча б істотно поліпшити якість лікування, позбавивши організм від шкідливих латентних резервуарів. Наприклад, активізувавши в таких клітинах «сплячі» віруси, а коли такі віруси виявлять себе, їх можна знищити вже відомими препаратами, не даючи їм проникати в здорові клітини. За словами Сігала, наступним кроком цього дослідження стало вивчення процесу передачі «клітина-в-клітину» в реальному середовищі, тобто — в лімфатичних вузлах, де зараження відбувається насправді.
Безперечні проривні відкриття в справі вивчення і лікування ВІЛ і СНІД вселили дуже великі сподівання, що вдасться найближчим часом впоратися з епідемією. Проте якщо це й початок кінця всесвітньої епідемії, то ще зовсім не її кінець, попереджають вчені. По-перше, залишилися проблеми з лікуванням тих, хто вже інфікований, хоча коктейлі ARV в цьому сенсі виглядають вельми багатообіцяючими; а по-друге, більш як половина тих, що потребують негайної ARV-терапії (7,6 млн осіб), не мають доступу до цих медикаментів.
Ще одне важливе відкриття стосується палеогенетичних робіт із порівняння геномів сучасної людини та його древніх, «архаїчних» предків. Завдяки цьому історія людської еволюції виглядає не так просто, як торік. Існувало уявлення, що наші африканські предки сто тисяч років тому здійснили похід до Європи й поступово витіснили там неандертальців. Насправді через схрещення між неандертальцями і людьми сучасного типу, наш геном є сумішшю з геномів усіх гілок генеалогічного дерева людства, зокрема, й дивного підвиду з Денисової печери на Алтаї.
Також варто зазначити дослідження мікробів, що населяють наш кишечник. Виявлено, що з трьох домінуючих видів цих мікробів одні віддають перевагу виключно білковій дієті, а інші — лише вегетаріанській. Ця праця прояснює вельми складний зв’язок між дієтами, мікробами й захворюваннями кишечника. Цього року неабияк просунулися в спробі створити вакцину проти малярії — її доки не існує, але останні дослідження показали, що така вакцина можлива.
Завершимо огляд проривів у біології працею з очищення мишачого організму від постарілих клітин, які вже не можуть ділитися. Життя піддослідним мишкам ця процедура не продовжила, але позбавила їх суто старечих неприємностей, як то катаракти або м’язової слабкості. Інакше кажучи, в людей з’явився шанс якщо не віддалити старість, то принаймні зробити її менш дискомфортною.
Хоч як це дивно, та цього року не було особливих сенсацій у сфері електроніки та комп’ютерної техніки, засобів зв’язку. Звісно, новинки були, але головні наукові журнали віддали перевагу створенню цеолітів — пористих мінералів, що очищають воду, повітря, перетворюють нафту на бензин тощо. Нові цеоліти дешевше, їхні пори тонші, й вони краще пристосовані для роботи з великими органічними молекулами. На них покладають надії й екологи. Проблему надійного захисту від забруднення нафтою, що розлилася, до теперішнього часу не вирішено повністю. Як, втім, і не дуже дорогого очищення води.
Рік приніс сенсацію у фізиці. Саме такий ефект мав обнародуваний 23 вересня прес-реліз Європейською радою з ядерних досліджень (ЦЕРН), присвячений новим результатам інтернаціональної дослідницької групи OPERA. У ході експерименту вони накопичили інформацію, яка дозволила припустити, що деякі види елементарної частки нейтрино рухаються дещо швидше за світло. Це була заявка на супервідкриття, яка викликала величезний шум і чималі дискусії в середовищі фізиків і філософів. При цьому абсолютна більшість фахівців, включаючи плеяду Нобелівських лауреатів, поставилися до неї з неабиякою долею скепсису.
Сенсація проіснувала недовго. Фізики групи ICARUS мають у своєму розпорядженні власний детектор нейтрино, який діє на інших принципах, ніж детектор OPERA. Вчені провели аналіз своїх даних, отриманих протягом 2010 року, й зробили висновок, що нейтрино не випереджають світло. Теорія стверджує, що надсвітові нейтрино повинні швидко втрачати енергію за рахунок випускання гамма-квантів і електронно-позитронних пар. Як свідчать обчислення, якби швидкість нейтрино відповідала висновкам групи OPERA, вони б дорогою втрачали понад 60 % первинної енергії. Нічого такого група ICARUS не виявила. Таким чином, загальна теорія відносності Ейнштейна встояла. Напевно, тому в рейтингу відкриттів року, що добігає кінця, фізики немає.
І насамкінець. Наука стала інструментом політичної боротьби. Одне з гасел мітингувальників на Болотній площі в Москві мало суто математичний зміст: «Чурову не віримо! Віримо Гауссу» та «Ми за гауссівський розподіл!». Фальсифікаторам із російської ЦВК нагадують, що голоси на виборах розподіляються за законом теорії вірогідності, який сформулював великий німецький математик Карл Гаусс. Відхилення від нього є точною й безумовною ознакою фальсифікацій. Непогано було б і українській ЦВК проконсультуватися з фахівцями у зв’язку з наближенням жовтня 2012 року. Свої чурови й у нас є.
