Что произошло в мировой и российской науке в 2024 году
Важные открытия в фармацевтике, биологии, астрономии и физике
Завершающийся 2024 г. стал третьим годом в объявленном президентом 10-летии науки и технологий. В конце ноября на IV Конгрессе молодых ученых заместитель председателя правительства РФ Дмитрий Чернышенко сообщил, что расходы на развитие российской науки по итогам 2024 г. превысят 1,6 трлн руб. «Ведомости» выбрали наиболее яркие открытия уходящего года в отечественной и мировой науке.
Первый в мире препарат для лечения болезни Бехтерева
Болезнь Бехтерева – хронический тип артрита, при котором антитела принимают хрящевую ткань и суставы организма за инородные тела. Боль и скованность в позвоночнике могут вызывать ограничения в подвижности. Болезнь Бехтерева встречается приблизительно у 0,3% населения Земли. В России насчитывается около 250 000 человек с таким диагнозом, писал ТАСС.
Лекарство создали ученые Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова (РНИМУ) и Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ). В разработке препарата также принимала участие российская биотехнологическая компания Biocad.
Лекарство, получившее название сенипрутуг, позволяет уничтожать патологические Т-лимфоциты, которые атакуют собственные клетки организма. Первые клинические исследования показали, что прогрессирование заболевания останавливается, что никак не влияет на активность иммунной системы.
В июне в гражданский оборот выпустили первую серию сенипрутуга (выпускается под брендом «трибувиа»). А в июле первый российский пациент получил терапию препаратом, писал ТАСС. Инфузия была проведена в клинике Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ). «После проведения инфузии пациент чувствует себя хорошо и находится под наблюдением медицинского персонала», – отметили в медучреждении.
Космическая лазерная связь
В январе российские исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) разработали макет компактного терминала лазерной связи для космических аппаратов, сообщал ТАСС. Установка позволит российским орбитальным зондам обмениваться информацией как между спутниками на орбите, так и связываться с наземными станциями.
«В отличие от радиоволн, луч лазера не так сильно рассеивается, а плотность его излучения в целевом секторе больше, чем у радиопередатчика, что позволяет обойтись без приемников длиной в десятки метров», – рассказали в пресс-службе МФТИ.
Согласно проведенным расчетам, макет терминала космической лазерной связи будет потреблять около 15 Вт энергии и способен передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с на расстояниях порядка 1500 км. Все компоненты системы умещаются в небольшой коробке, которую потенциально можно установить на борт микроспутников.
Через несколько месяцев российская аэрокосмическая компания «Бюро 1440» успешно провела первые тесты собственного лазерного канала межспутниковой связи.
«Более 200 Гбайт были переданы на скорости 10 Гбит/сек между космическими аппаратами на расстоянии более 30 км друг от друга. При этом средний коэффициент битовых ошибок (BER) составил менее 10e^-11, что сопоставимо с оптоволоконными линиями связи», – говорится в сообщении в официальном Telegram-канале компании.
Прошедшие тесты стали первым успешным опытом российской лазерной межспутниковой связи в космосе.
Год на орбите Луны: завершился изоляционный эксперимент SIRIUS-23
14 ноября в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН завершился наземный изоляционный эксперимент SIRIUS-23, моделировавший долговременную экспедицию на Луну. Он начался 14 ноября 2023 г. и продлился 366 дней.
В проекте участвовали шесть человек: двое мужчин и четыре женщины из России и Беларуси. Экипаж имитировал работу космической экспедиции на окололунной орбитальной станции и поверхности Луны. За год участники эксперимента выполнили более 70 научных исследований, включая три опыта по совместной работе человека и антропоморфного робота. Также были смоделированы облет Луны с поиском места для посадки и пять имитационных выходов на лунную поверхность.
SIRIUS-23 стал четвертым проектом в серии изоляционных экспериментов ИМБП РАН. Предыдущие три длились 17, 120 и 240 суток. До 2028 г. планируется провести еще три годовых эксперимента по моделированию полетов в дальний космос.
Цель подобных проектов заключается в том, чтобы выработать меры адаптации к длительному пребыванию космонавтов в искусственной среде обитания, например, во время полета на Луну или Марс. Полученные данные позволят понять, как человеческий организм адаптируется к условиям длительного полета в космос, и научно обосновать методы профилактики негативного воздействия подобной среды обитания.
Запуск коллайдера ускорительного комплекса NICA
В июне в Дубне был запущен сверхпроводящий коллайдер тяжелых ионов ускорительного комплекса Nuclotron based Ion Collider Facility (NICA). Проект относится к классу «мегасайенс» и «знаменует собой начало подготовки к физическому запуску комплекса, намеченному на рубеж 2024–2025 гг.», отмечается в сообщении Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).
Строительство NICA началось в сентябре 2015 г. В создании комплекса участвуют ученые из 32 стран мира, а также Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Проект объединяет более чем 130 научных институтов, университетов и предприятий.
«Опыты на этом коллайдере позволят совершить открытия поистине мирового уровня, двигать вперед научно-технический прогресс на благо не только наших двух стран (России и Китая. – "Ведомости"), но и, без всякого преувеличения, на благо человечества», – заявил президент России Владимир Путин (цитата по «РИА Новости»). Он также подчеркнул, что проект связан с познанием того, каким образом произошла Вселенная и как она развивалась.
Сейчас на NICA установлены все 206 сверхпроводящих магнитов арок колец коллайдера. После завершения остальных работ по созданию комплекса его инфраструктура позволит изучать такие инновационные направления, как энергоэффективность, ядерные, космические и медицинские технологии.
Вакцина против ВИЧ
Исследователи из Университета Эмори подтвердили в третьей фазе клинических испытаний, что противовирусный препарат ленакапавир предотвращает 96-99% случаев заражения ВИЧ, писал ТАСС. Средство нужно вводить подкожно дважды в год. Препарат разработан американской биофармацевтической компанией Gilead Sciences.
Ленакапавир действует как ингибитор, препятствуя разрушению капсида – белковой оболочки, которая защищает генетический материал вируса и способствует его доставке в клетку-мишень. Попав внутрь клетки, капсид разрушается, высвобождая вирусный геном в цитоплазму, где вирус начинает использовать клеточные ресурсы для своего размножения.
Журнал Science назвал ленакапавир научным прорывом года. По мнению редакции, «мир получил представление о том, что может стать следующей большой вещью в борьбе с ВИЧ», а препарат «открывает захватывающую перспективу того, что подобные ингибиторы капсида помогут в борьбе с другими вирусными заболеваниями».
Создатели вакцины надеются, что препарат получит одобрение для коммерческого использования уже в 2025 г. При этом важнейшей задачей исследователи называют увеличение доступности лекарства: сейчас стоимость годовой дозы превышает $40 000.
В Китае клонировали макака-резуса
Китайские ученые успешно клонировали макака-резуса (Macaca mulatta) с помощью технологии переноса ядер соматических клеток. Ранее не удавалось получить жизнеспособного обезьяну этого вида путем клонирования, но теперь три клона прожили больше двух лет.
Перенос ядер соматических клеток (SCNT) используется для клонирования различных видов млекопитающих: мышей, кроликов, свиней, крупного и мелкого рогатого скота, свиней и собак. Например, с помощью этой технологии в 1996 г. клонировали овечку Долли. Однако эффективность подобного подхода низка: он приводит к рождению живого животного лишь в 1–3% случаев и часто сопровождается отклонениями в развитии.
До китайских исследователей клон макака-резуса удалось получить лишь однажды, в 1999 г., при помощи расщепления эмбрионов, но тогда обезьяна прожила 12 часов и умерла из-за мультиорганной дисплазии. Чжэнь Лю и Цян Сунь оптимизировали протокол SCNT и клонировали обычных и генно-модифицированных макак-крабоедов (Macaca fascicularis) в 2018–2019 гг., добившись уровней живорождения 2,5% и 1,5% соответственно.
Позже китайские ученые разработали новую технологию клонирования – перенос ядер соматических клеток с заменой трофобластов (SCNT-TR). Исследователи заменили в клонированных эмбрионах часть трофобластов, из которых формируется плацента, на их аналоги из зародышей, полученных при помощи искусственного оплодотворения. Так удалось получить первый жизнеспособный клон примата. Как отмечается в отчете о работе, опубликованном в журнале Nature Communications, исследование может оказаться полезным при моделировании нейродегенеративных заболеваний и сохранении исчезающих видов.
В США оцифровали мозг плодовой мухи
Ученые из Принстонского университета США полностью оцифровали мозг взрослой дрозофилы (Drosophila melanogaster), состоящий из 139 255 нейронов и 50 млн синаптических связей.
Это первый оцифрованный мозг сложного организма, который можно не только изучать, но и воспроизводить. Ранее удалось оцифровать только коннектомы мозга червя C. elegans (302 нейрона) и мозг личинки плодовой мухи Ceratitis capitata (3000 нейронов).
«Любой мозг, который мы по-настоящему понимаем, говорит нам что-то о мозге и других организмов. Благодаря оцифровке мозга мухи у нас есть потенциал для дальнейших детальных и глубоких исследований», – рассказал профессор неврологии Принстонского университета Себастьян Сын.
Достижение американских ученых приближает науку к пониманию и лечению таких заболеваний мозга, как деменция, болезни Паркинсона и Альцгеймера.
Квантовый чип Google Willow
В декабре компания Google Quantum AI представила квантовый чип Willow. Он способен за пять минут решать задачи, требующие от самых быстрых суперкомпьютеров 10 септиллионов лет.
«Ошибки – одна из главных проблем при квантовых вычислениях, поскольку кубиты быстро обмениваются информацией со своим окружением, что затрудняет защиту информации, необходимой для завершения вычислений. Обычно чем больше кубитов вы используете, тем больше возникает ошибок», – говорится в сообщении компании.
Кубит – наименьшая единица информации в квантовом компьютере, использующаяся для квантовых вычислений.
Willow обладает 105 кубитам и показывает наилучшие результаты в двух ключевых для квантовых компьютеров тестах. Чип уменьшает количество ошибок по мере масштабирования, что решает проблему, которой ученые занимались почти 30 лет. Оказалось, что увеличение числа кубитов в системе не приводит к ее нестабильности. Наоборот, чем больше кубитов и мощнее компьютер, тем меньше ошибок совершает чип.
В пресс-релизе компании также отмечается, что цель создания Willow – «шагнуть в область алгоритмов, которые недоступны классическим компьютерам и которые полезны для решения реальных, коммерчески значимых задач».
Одна из самых ранних галактик и самая удаленная черная дыра
Международная команда астрономов с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» определила, что галактика GN-z11 существовала спустя 430 млн лет после Большого взрыва. Тогда как возраст Вселенной составляет 13,8 млрд лет.
Испущенный GN-z11 свет достигает Земли спустя 13,4 млн (световых) лет. Первоначально галактика была обнаружена телескопом «Хаббл» в 2015 г. Долгое время ученые не могли понять, почему эта галактика настолько яркая, однако новые исследования дали ответ на этот вопрос.
Группа исследователей нашла первое подтверждение того, что в GN-z11 находится сверхмассивная черная дыра, которая на сегодняшний день является самой удаленной от Земли из обнаруженных.
«Мы обнаружили чрезвычайно плотный газ, который часто встречается вблизи сверхмассивных черных дыр. Это были первые четкие признаки того, что в GN-z11 находится черная дыра, поглощающая материю», – объяснил профессор Кембриджского университета Роберто Майолино.
Кроме того, ученые зафиксировали очень мощный ветер, излучаемый галактикой. Такие высокоскоростные ветры обычно вызываются процессами, связанными с интенсивной аккрецией, процессом приращения массы сверхмассивными черными дырами. Масса черной дыры, находящейся в GN-z11, предположительно составляет 2 млн солнечных масс, что и вызывает повышенную яркость галактики.