«Квантовая машина» пришла первой

Журнал Science подвел итоги 2010 года.

Создание рукотворного квантового устройства, расшифровка генома неандертальца и значительные успехи профилактики ВИЧ названы самыми важными научными событиями 2010 года по версии журнала Science. В список важнейших работ десятилетия снова попали расшифровка генома, труд об изменении климата и успехи в поисках экзопланет.

В пятничном (и последнем в этом году) выпуске влиятельный научный журнал Science подводит итоги года. Мы вместе с ним вспомним о важных научных открытиях, с которыми в уходящем году знакомила своих читателей «Газета.Ru».

Самым важным открытием года редакция журнала назвала создание первой рукотворной «квантовой машины».

«До этого года все рукотворные объекты двигались согласно законам классической механики. Однако в марте коллектив ученых под руководством Эндрю Клеланда и Джона Мартиниса из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре создали цифровое устройство, движение которого может быть описано только законами квантовой механики – сводом правил, который используется для описания поведения мельчайших частиц – молекул, атомов и элементарных частиц», – отмечается в сообщении редакции журнала.

Квантовая машина – это набор маленьких полупроводников, видимых невооруженным глазом. Чтобы перевести его в «квантовое состояние», физики сначала охладили его настолько, что система достигла основного состояния – самого нижнего энергетического уровня, разрешенного законами квантовой механики, а затем сообщили системе квант энергии. Журнал Science и его издатель, некоммерческое сообщество AAAS, признали создание рукотворного квантового устройства открытием года. Кроме того, были названы еще несколько важных научных открытий в разных областях знания.

Следующим в списке важнейших научных достижений года стоит создание бактерии с полностью синтетическим геномом коллективом скандально известного ученого Крейга Вентера.

Биологам удалось полностью заменить ДНК бактерии новым синтетическим геномом, который успешно включился в управление синтезом белков.

Исследователи полагают, что в будущем синтетический геном принесет пользу при создании новых видов биотоплива, лекарств и других химических веществ.

Генетики достигли значительного успеха в расшифровке генома неандертальца. Подробному изучению подверглись три самки неандертальца, жившие на территории современной Хорватии в период 38–44 тыс. лет назад. Новые методы исследования позволили ученым провести прямое сравнение генетики неандертальцев и современных людей.

Достигли в этом году успехов и специалисты по профилактике ВИЧ. Вагинальный гель, содержащий противовирусный препарат тенофовир, позволил сократить заражаемость тестовой группы женщин в Африке на 39%, а превентивное пероральное применение препарата профилаксис привело к снижению заражаемости ВИЧ на 43,8 % в группе мужчин.

Генетика помогает не только смотреть в далекое прошлое, но и лечить болезни. Разработанный метод секвенирования (определения последовательности генов) в так называемом экзоне, небольшом участке генома, который кодирует белки, исследователям удалось определить генетические мутации, ответственные за возникновение ряда редких наследственных заболеваний.

Редакция журнала также отметила важность ряда теоретических исследований. В этом году были значительно усовершенствованы расчетные методы молекулярной динамики, которые необходимы для моделирования движения белков. Кроме того, был создан «квантовый симулятор», который позволяет визуализировать квантовые эксперименты.

Симулятор представляет собой особый кристалл, где «точки» лазера играют роль ионов, а атомы – электронов. Устройство позволяет разобраться в сложных проблемах физики конденсированных сред, а также точнее описать явление сверхпроводимости.

«Геномика нового поколения» также активно развивалась. Усовершенствование технологий секвенирования позволило проводить масштабные исследования ДНК ископаемых и современных организмов. Так, проект «тысячи геномов» уже помог полностью определить вариации генов, которые в прямом смысле этого слова делают нас людьми.

Исследования в области стволовых клеток ознаменовались достижениями в репрограммировании обычные клеток (то есть их фактическом превращении в стволовые). В этом году биологи научились делать это с помощью синтетической РНК. По сравнению с ранее разработанными эта технология вдвое быстрее, в сто раз эффективнее и теоретически заметно безопаснее при терапевтическом использовании.

Кроме того, в этом году биологи признали, что «вошедшие в моду» исследования на мышах несовершенны: пресловутая лабораторная крыса представляет собой куда более совершенную модель для испытания действия препаратов на человеческий организм. 2010 год завершает первое десятилетие нового века, поэтому Science подвел первые итоги «науки в XXI веке».

В число «прорывов десятилетия» снова вошли генетические исследования, определившие, какая часть генома отвечает за кодирование белков, а также функции других его участков.

Наши знания о Вселенной в XXI веке также расширились. Человек получил новые представления о составляющих мира материи, темной материи и темной энергии. Кто знает, может быть в ближайшие 10 лет или меньше ученые наконец «увидят» и сами частицы темной материи?

Кроме того, за эти 10 лет палеобиологи обнаружили «живые» биомолекулы – ДНК и коллаген – в частицах древних растений, останках людей и животных. Так генетика подключилась к исследованиям в области археологии, палеонтологии и эволюции.

Большие успехи сделала астрономия. Удалось выяснить, что Марс когда-то был достаточно богат водой, чтобы на нем возникла жизнь.

Впечатляющими темпами развиваются поиски экзопланет – планет за пределами Солнечной системы. Если в 2000 году известно было всего 26 таких небесных тел, то на сегодня уже 502.

Также ученые смогли перепрограммировать работу клеток, изучили геном микробов (оказалось, что 90% (по числу) клеток в нашем теле – бактериальные), подробнее изучить воспалительные процессы в человеческом организме, создать метаматериалы (даже «плащи-невидимки» в определенных диапазонах длин волн), а также прояснить тенденции изменения климата Земли.