54. Новые направления развития науки в ххi веке и их социальное значение.

Журнал Science отмечает огромное влияние на развитие науки интернета. Вся наука пронизана интернетом. И даже малые исследовательские группы очень часто не работают в одном месте, а разбросаны по всему миру. Во-вторых, прогресс тесно связан с появлением принципиально новых приборов. Например, появилась технология очень быстрого считывания геномов. Сейчас их читают сотнями и тысячами. Хотя в прошлом десятилетии прочли всего один большой геном – человеческий. Очень большой прогресс в области микроскопии: появилась возможность преодолеть так называемый дифракционный предел. То есть, можно видеть объекты размером меньше половины длины волны света. Это считалось принципиально невозможным ранее. Теперь нашли способ обойти этот предел. Очень велики достижения в области телескопостроения. Появились телескопы с адаптивной оптикой, которые практически полностью избавили астрономов от помех со стороны земной атмосферы. И теперь с поверхности Земли небесные объекты видны почти не хуже, чем из космоса. Ну, и нельзя не упомянуть развитие суперкомпьютеров, производительность которых за десять лет выросла на несколько порядков. Теперь с их помощью можно спокойно моделировать работу, скажем, работу рибосомы (элемента клетки, который занимается синтезом белков). В этой молекулярной машинке миллион атомов – и все это можно смоделировать в динамике на современных суперкомпьютерах.

 Подводя итоги десятилетия, журнал Science выделил 10 направлений, в которых наблюдался наиболее заметный научный прогресс. И пять из этих 10 направлений относятся к биологическим наукам, причем из них четыре тесно связаны с генетикой. Из остальных пяти, три – это науки о Вселенной. Ну, и по одному направлению из области наук о Земле и из физики, которая была наукой XX века, но теперь ее потеснила биология.

Принципиальные особенности современных биологических исследований. Что изменилось по сравнению с прошлым десятилетием?

В биологии – это, конечно, принципиальный прорыв в области генетики: возможность считывать геном даже в ходе единичного конкретного исследования. А не так, как это было в прошлом десятилетии, когда всем миром почти 10 лет, потратив 10 миллиардов долларов, прочли один геном человека. Теперь по заказу можно сделать себе прочтение генома. Читаются геномы множества животных, растений, бактерий, и идет их сравнение. В результате получены совершенно новые доказательства в области эволюционной биологии. Мы получили доступ к генетическим часам, можно читать геномы древних организмов, сравнивать их с современными... Когда в самом начале этого десятилетия был расшифрован геном человека, считалось, что в нем около 100 тысяч генов, кодирующих белки. Удивительным образом их количество сейчас только сокращается: сегодня считается, что в геноме человека всего 21 тысяча генов. А все остальное, – 98,5% некодирующих частей ДНК – считалось генетическим мусором. И вот сейчас, в последнее десятилетие выполнены исследования, которые показывают, что в этой некодирующей части содержится какая-то очень важная регулятивная информация. Например, от этой информации зависит, как укладываются молекулы ДНК в ядре клетки, а от их укладки зависит, какие гены будут активными, а какие нет. Далее открыта возможность перепрограммирования клеток. В теле человека около 200 разных тканей, и в каждой из них клетки ведут себя по-своему, несмотря на то, что у них у всех одинаковый геном. То есть, у них включена соответствующая программа. И вот, оказывается, что можно переключить эту программу. То есть вернуть клетку в то состояние, в котором она была до того, как в ней запустилась специальная программа для определенной ткани – сделать стволовой клеткой – и потом заставить ее специализировать снова, став клеткой совсем другого типа, другой ткани. Другое важное изменения в биологической мысли связано с целостным пониманием того, как работает живой организм. Здесь можно сказать об изменении отношения к бактериям, которые обитают в человеческом теле. Помимо тех, которые являются опасными патогенами, остальные раньше рассматривались как паразиты, как симбионты, а сейчас все более укрепляется взгляд, что это неотъемлемая часть человеческого организма, подобно его собственным внутренним органам. И, соответственно, работать с ними нужно как с частью человеческого организма.

Вторым по значимости направлением в науке за десять лет стала астрономия. Чем обусловлен прорыв именно в этой области?

Как и в области биологии, это связано с принципиально новыми инструментами. В первую очередь это космические обсерватории, такие, например, как зонд Уилкинсона (WMAP), который в начале века провел сверхточные измерения микроволнового космического фона. По нему мы видим, как выглядела Вселенная всего через 300 тысяч лет после Большого взрыва. Мы ее тогдашнее состояние можем теперь наблюдать непосредственно. Благодаря этим измерениям космология обрела новое дыхание. Теперь можно проводить экспериментальную проверку космологических теорий, которые раньше считались умозрительными. В прошлом году запущен новый аппарат "Планк", который должен еще на порядок повысить точность измерения микроволнового космического фона. Очень большие результаты получены в области исследования планет. Совершенно на новый уровень вышла космогония – теория возникновения и эволюции планетных систем. Это связано, в первую очередь, с массовым открытием экзопланет, то есть, планет у других звезд. На сегодня их число превысило 500, в то время как первая экзопланета была открыта всего 16 лет назад. И еще одно направление – конечно впечатляющая одиссея марсоходов "Спирит" и "Оппортьюнити", которые шесть лет проработали на Марсе вместо запланированных 90 дней. За это время они радикально изменили наше представление об этой планете. Стало ясно, что в древности на Марсе совершенно точно была вода. И последняя станция "Феникс", совершившая посадку и работавшая у границы марсианской полярной шапки, подтвердила это тем, что просто обнаружила водяной лед на небольшой глубине под поверхностью Марса. То есть, теперь мы твердо знаем: на Марсе была вода, и на Марсе до сих пор есть водяной лед. И, кто его знает, возможно, в следующем десятилетии мы сможем там отыскать какие-то следы жизни

Итог десяти лет науки третьего тысячелетия

По традиции еженедельник Scienceподводит в конце декабря итоги научного года. Однако нынешний год завершает первое десятилетие века, и редакция Science решила подвести итоги за все десять лет.  

1. На первом месте журнал ставит изучение ДНК в той ее части, которая не кодирует белки. Это большая часть генома – 98,5%. Ее функции до сих пор непонятны, но за 10 лет стало ясно, что это далеко не "генетический мусор", как считалось в конце прошлого века. Оказалось, что 80% ДНК считывается и порождает молекулы РНК. Среди них открыто несколько сотен так называемых микро-РНК, способных регулировать работу генов. Также за 10 лет на новый уровень вышли исследования в области эпигенетики – того, как химическая модификация ДНК регулирует работу генома.

2. На втором месте в списке Science – превращение космологии в точную экспериментальную науку. Раньше математические модели в этой науке были практически непроверяемыми. Теперь сверхточные измерения спутников WMAP и "Планк" позволили прочитать информацию о рождении Вселенной, записанную на небесном своде едва заметными вариациями температуры микроволнового излучения.

3. На третьем месте Science помещает исследование ДНК вымерших видов. Удалось полностью расшифровать геномы мамонта и неандертальца. Выделены даже некоторые фрагменты генома динозавров. И это дает новые инструменты для изучения эволюции жизни.

4. На четвертом месте идут исследования Марса. Многолетняя одиссея марсоходов "Спирит" и "Оппортьюнити" совместно с работой орбитальных зондов резко расширила наши знания о Красной планете. А два года назад зонд "Феникс", опустившийся вблизи полярной шапки Марса, обнаружил под поверхностью присутствие значительного количества водяного льда.

5. Пятое место занимает открытие перепрограммирования клеток. Все клетки организма происходят от стволовых клеток эмбриона. По мере развития зародыша клетки специализируются. В них запускаются программы, порождающие разные такни. Эти изменения считались необратимыми. Но оказалось, что добавление в клетку всего нескольких копий определенных генов может повернуть время вспять. Клетка снова станет стволовой и может заново специализироваться, давая начало другой ткани.

6. Шестое место занимает изменение отношения к микробам и вирусам, обитающим в человеческом теле. Если раньше на них смотрели преимущественно как на паразитов или, в лучшем случае, симбионтов, то теперь становится ясно, что они, подобно органам, – неотъемлемая часть человеческого тела. Совокупно ее называют микробиомом человека. В нем в 10 раз больше клеток и в 100 раз больше различных генов, чем собственно в человеческом организме. Только в кишечнике обитает тысяча разных видов бактерий. Их геномы дополняют человеческий, позволяя нам усваивать пищу, которая иначе была бы недоступна.

7. На седьмом месте журнал Science помещает прорыв в области исследования экзопланет. Первая планета вне Солнечной системы открыта в 1995 году, а сейчас счет идет уже на сотни и скоро пойдет на тысячи. Быстрое совершенствование наблюдательной техники позволило вплотную подойти к открытию планет подобных Земле.

8. Пересмотр отношения к воспалительным процессам занимает восьмое место в списке научных достижений десятилетия журнала Science. Раньше воспаление считалось лишь побочным эффектом, сопровождающим восстановление поврежденных тканей. Теперь ясно, что воспаления – это движущая сила, стоящая за развитием многих хронических заболеваний, таких как рак, диабет, атеросклероз. Например, при раке опухоль повреждает ткань и вызывает воспаление, которое стимулирует рост клеток и кровеносных сосудов, питающих опухоль. Отсюда вытекает новая медицинская идея о том, что для профилактики хронических заболеваний важен контроль за воспалительными процессами.

9. На девятом месте по версии Science идут разнообразные трюки со светом. Были созданы среды, в которых свет может замедляться в тысячи раз, а также удивительные метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления. С помощью таких материалов можно создавать плоские линзы, фокусирующие свет, лучше обычных выпуклых. А в перспективе замаячила возможность достижения невидимости за счет обтекания светом объекта, спрятанного за оболочкой из метаматериала. Первые подобные опыты уже проводятся в микроволновой области спектра.

10. Наконец, десятое место в обзоре занимают исследования климата и его изменений. За десять лет сам факт глобальных изменений климата стал общепризнанным. Но еще продолжаются спора относительно причин этого явления и роли человека в глобальном потеплении. Здесь очень трудно отличить науку от политики. Громкий скандал вокруг подгонки климатических данных некоторыми учеными значительно повредил репутации всей климатологической науки. Но ситуация постепенно выправляется. Например, Соединенные Штаты стали серьезно относиться к изменениям климата, которые практически отрицались в период президентства Джорджа Буша.