Журнал Science — один из немногих в своем роде научных журналов, публикующий важные научные работы, которые интересны ученым многих направлений. В этом году обзор научных успехов, опубликованный Science, показал, что 2005 год на самом деле был годом промежуточных научных достижений. Оказалось, что по многим научным направлениям итоги подводить рано.

Эволюционная биология: сравнение генома человека и шимпанзе, происхождение видов

Самым передовым научным направлением журнал Science считает эволюционную биологию. В первую очередь были отмечены новые результаты исследований генома: например, сравнение генома человека и ближайшего к нему из существующих видов — шимпанзе. Найдены 40 миллионов эволюционных событий, то есть различий, возникших за время, в течение которого расходились ветви эволюции человека и шимпанзе. В тех местах, которые однозначно сопоставляются друг другу, различия составляют всего 1 процент. Но есть еще такие участки генома, которые отсутствуют либо у одного, либо у другого вида. С их учетом — различия достигают 4 процента.

При анализе различий был обнаружен целый ряд генов, которые активизируются именно у человека, в то время как у шимпанзе они не работают, или работают не так активно, однако принципиальны для развития мозга. Вполне возможно, что это как раз и есть те гены, которые обеспечивают отличие человека от обезьяны.

Чрезвычайно интересные факты обнаружены при исследованиях видообразования. Противники эволюции считают, что теория эволюции – это просто гипотеза. Никто не наблюдал, как возникает вид. Долгие годы проводятся исследования в этом направлении, и сейчас они входят в завершающую стадию.

Как раз сейчас наука стоит на пороге обнаружения процесса видообразования. Одно дело рассуждать об образовании видов на основании открытий палеонтологии и совсем другое дело рассуждать о них, исходя из анализа генома, строя теоретические реконструкции. В идеальном случае хотелось бы пронаблюдать, как вид возникает непосредственно в живой природе. Конечно, пронаблюдать в реальном времени невозможно, это нужно наблюдать, по крайней мере, тысячи лет, но можно увидеть шаги к пониманию видообразования.

Вид — это группа особей, которые не скрещиваются с особями другого вида. Первый шаг к образованию вида совершается, когда особи перестают скрещиваться, хотя еще могут это делать. Это может произойти, например, из-за географического разделения. Но еще оказалось, что могут возникать разделения популяций на одной территории из-за поведенческих различий. Например, птицы одного вида прилетают для гнездования на одну и ту же территорию с разницей во времени, так что эти две популяции не смешиваются между собой и постепенно идут к разделению видов.

Эволюция вирусов сейчас может наблюдаться непосредственно: совсем недавно вирус птичьего гриппа распространялся только среди птиц, но сейчас он заражает человека. Мутации идут постоянно, есть опасения, что с вирусом птичьего гриппа может случиться критическая мутация, — и он станет передаваться от человека к человеку.

Недавно из трупа, обнаруженного в вечной мерзлоте на Аляске, был выделен генетический код вируса «испанки», который вызвал огромные потери — в несколько десятков миллионов человек в 1918 году. Ученые убедились, что вирус «испанки» действительно мог образоваться путем мутации одного из птичьих вирусов гриппа. Следовательно, подозрения ученых о том, что птичий грипп крайне опасен и что он может вызвать очень серьезную эпидемию среди людей, не такие беспочвенные.

Масштаб планетных исследований в Солнечной системе в 2005 году был наибольший за всю их историю. В первую очередь, на Марсе работала целая серия космических аппаратов. Весь год работали Opportunity и Spirit,весь год летал MarsExpress. Сейчас к Марсу отправился Mars Reconnaissance Orbiter, — это следующий этап исследования Марса. Но исследовался не только Марс. Уникальный проект Cassini-Huygens впервые высадил космический аппарат на спутник Сатурна — Титан, единственный спутник с плотной атмосферой. Были получены интересные данные и по динамике атмосферы, и по составу, и по ее эволюции. Сейчас аппарат Cassini, вращаясь по вокруг Сатурна, исследуе кольца, другие спутники, саму планету.
Имели место в этом году два проекта исследования комет. Один аппарат бомбардировал комету: выброс вещества с ее поверхности наблюдался с земли. Другой аппарат захватил пробу вещества с кометы и сейчас доставляет ее на землю.
К астероиду Itokava летал космический аппарат и получил массу интересных сведений. Но, судя по всему, он не смог взять пробы и, по всей вероятности, не долетит до земли. Сейчас он на три года оставлен возле астероида, потому что из-за сбоев аппарат не смог стартовать вовремя — в пределах «окна» старта к Земле. Японские ученые теперь вынуждены будут три года ждать нового «окна». Космический аппарат Messenger отправился к Меркурию впервые после того, как в начале 70-х годов его исследовали аппараты проекта Mariner. Также в 2005 году к Венере был отправлен аппарат европейского проекта.

Были получены интересные результаты в области наблюдения всплесков гамма-излучения и их интерпретации. В частности, была произведена регистрация мощных гамма-всплесков. Главный вопрос в этих исследованиях ставился об источнике таких мощных кратковременных вспышек. Возникла целая серия теорий, как будто бы подтверждаемая новыми данными, заработали новые инструменты. В частности, один класс вспышек объясняется так называемыми магнитарами, то есть нейтронными звездами, у которых происходит резкая перестройка магнитного поля. При этом возникает магнитное поле такой интенсивности, что только само поле весит сто килограмм в кубическом сантиметре, только магнитное поле, не вещество. При перестройке такого поля излучается гигантское количество энергии.

Еще получен целый ряд подтверждений того, что гамма-всплески происходят в результате слияния нейтронных звезд или нейтронной звезды с черной дырой. Это происходит, когда две нейтронных звезды вращаются друг вокруг друга, излучают гравитационные волны очень интенсивно, теряют энергию и сближаются.

Исследования по гравитационным волнам являются одним из ожиданий 2006 года. В этом году должны будут запуститься мощные гравитационные детекторы.

Получены серьезные указания на то, какие именно генетические механизмы приводят к развитию, например, таких отклонений, как шизофрения или дислексия. Пока что получены такие результаты: были проведены определенные генетические модификации в мышах. У мыши шизофрению невозможно определить по поведению. Однако исследования мозга мертвой мыши обнаружили аналогичные незначительные изменения, похожие на те, которые обнаруживают у людей, страдавших шизофренией при жизни.

Достигнута договоренность по международному проекту строительства термоядерного реактора ITER. Собственно научных достижений в этом направлении нет, но есть выход из тупика: после трех лет договорного процесса проект наконец сдвинулся с места. Этот реактор станет прототипом настоящих промышленных термоядерных реакторов.

Кроме исследований вируса «птичьего гриппа» и гравитационных волн — к прорывным направлениям 2006 года Science относит лазерную интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию LIGO. В будущем году будут получены результаты по спутнику Gravity Probe B, который отработал в 2005 свою программу по проверке общей теории относительности. Должны быть опубликованы результаты этих исследований, по которым можно будет проверить справедливость общей теории относительности.

Еще Science отмечает большие ожидания, связанные с введением в строй новой обсерватории имени Пьера Оже (PierreOge) в Аргентине. Эта обсерватория предназначена для изучения самых высокоэнергичных космических лучей. Одна элементарная частица, приходящая на землю, может нести энергию, сопоставимую с энергией брошенного камня. За такими частицами будет наблюдать обсерватория Пьера Оже. Собственно она уже работает, уже есть первые результаты, но впереди еще несколько этапов введения ее в строй.

Еще ожидается, что в будущем году может быть получена теория высокотемпературной сверхпроводимости, открытой 20 лет назад. Высокотемпературная сверхпроводимость достигается при температурах жидкого азота, то есть больше 77 градусов по Кельвину. Это важно, потому что жидкий азот дешев.

Science считает, что самой проблемной научной отраслью 2005 года оказалась физика высоких энергий в Соединенных Штатах. И причина — сокращение финансирования. Есть два крупнейших ускорителя: Теватрон в Национальной Атомной Лаборатории имени Энрико Ферми (FermiNationalAtomicLab) и Линейный суперколайдер. Сейчас поставлен вопрос: один из этих двух проектов должен быть закрыт, хотя на каждом из них еще ведутся исследования. Теватрон — самый мощный ускоритель на сегодня в мире. Журнал Science отмечает, что сокращение работ на этом направлении в Америке может сказаться на всей физике элементарных частиц в целом.

Провалом нужно назвать ситуацию с корейскими исследованиями стволовых клеток, ситуацию вокруг исследователя Ву Сук Хвана (Woo Suk Hwang). Она развернулась совсем недавно. В ноябре появились первые подозрения и к концу декабря уже все разрешилось. Таким образом, работа Ву Сук Хвана, получившая мировую известность и широкий резонанс, оказалась фальсификацией. Естественно, скоро возникнут вопросы по финансированию этих исследований.
Следует заметить, журнал Science не успел написать об этой истории.