Мысль остановить нельзя

Ученый и популяризатор науки Илья Гулькаров рассказывает о новых открытиях и достижениях науки и техники в уходящем году.

Американский журнал «Discover» за январь/февраль 2018 г. рассказывает о 100 крупнейших открытиях в 2017 году. Они включают разнообразные разделы науки и техники и являются впечатляющими – от уточненной теории эволюции Дарвина до новой истории возникновения первого человека на Земле, от нового компактного прибора, позволяющего «увидеть» неуловимое нейтрино до открытия метода, позволяющего уничтожать рак с помощью иммунотерапии. Эти открытия существенно продвигают нас к пониманию нашего мира и нахождению ответов на некоторые нерешённые проблемы. Рассмотрим некоторые из этих открытий.

Как известно, рассказывая об истории возникновения человека на Земле, мы говорим, что Homo sapiens впервые появился в Африке около 200 тысяч лет назад, став около 100 тысяч лет назад современным человеком, и постепенно распространялся по всему миру. Около 50 тысяч лет назад Homo sapiens встретился со своим кузеном Неандертальцем в Европе. Однако новые открытия показывают, что Homo sapiens появился, по меньшей мере, на 100 тысяч лет раньше, чем мы думали, и его возраст составляет на самом деле около 350 тысяч лет. Другое интересное открытие, связанное с раскопками в других частях мира, – Германии, Китае, Австралии, Восточной Сибири (на Алтае), Америке (на юге Калифорнии), пещерах Индонезии и Израиле – показывает, что первый человек возник не только в Африке, но и в других частях планеты. Были найдены не только фрагменты человека, но и многочисленные орудия труда, артефакты, помогавшие ему выжить в тех суровых условиях, когда люди мало чем отличались от стада животных.

Недавно о сенсационной находке сообщили и из Израиля. Эта находка, возможно, перепишет историю человечества. В одной из пещер были обнаружены остатки зубов и артефакты «некоего человека» возрастом 400 тысяч лет, который был прямым потомком как неандертальцев, так и Homo sapiens. До Homo sapiens неандертальцы сосуществовали с нашим видом, но затем они исчезли. Иногда они вступали в браки и любопытно, что в нашем геноме сегодня имеются незначительные примеси генов неандертальцев.

Весьма вероятно, что новые раскопки могут существенно увеличить места обитания древних людей. Эти трудоёмкие работы требуют многих усилий и проведения раскопок под землёй до глубины в 10 метров и даже больше. Как правило, они осуществляются «вручную», т.к. применение сложной техники может существенно исказить результаты находок. Известно, что в военных исследованиях применяются методы, позволяющие глубоко «заглянуть» внутрь морей и океанов с целью выявить подводные лодки противника, т.е. осуществить лазерную локацию подводных лодок. Подобный метод может быть использован и для проведения находок глубоко под землёй с помощью мощных электромагнитных излучений подобных лазерным локациям. Естественно, применяемый метод исследования должен обладать высокой разрешающей способностью, чтобы обнаружить небольшие фрагменты человека и его артефакты.

Раковые болезни являются бичом современного человечества. Применяемые методы лечения – химиотерапия, радиация и хирургические операции – малоэффективны и не решают проблему избавления от рака. В связи с этим развиваются другие методы и, в частности, иммунотерапия. Суть иммунотерапии состоит в том, чтобы организм сам уничтожал раковую опухоль путём усиления его иммунной системы. Для этого нужно взять капельку крови больного и в белые кровяные клетки (так называемые Т сells) добавить гены, которые могут распознавать специфические раковые клетки. Эти гены перепрограммируют кровяные клетки, т.е. Т сеlls и образуют рецепторы, которые направляются против протеинов, имеющихся на поверхности раковых клеток. Модифицированные таким образом клетки выращивают в лаборатории в течение 10 дней и затем вводят обратно в кровь больного (infusion on figure). Эти модифицированные клетки размножаются, ловят раковые клетки и уничтожают их. Этот метод был разработан иммунологом Карлом Джуном (Carl June) из Пенсильванского университета ещё в 2010 г. В проводимом им клиническом испытании (clinical trial) участвовали больные лейкемией, которым уже не помогали никакие другие методы лечения. Благодаря этому методу 80% из них находятся в состоянии ремиссии. Учёные пытаются использовать иммунотерапию для лечения и других видов рака, например, злокачественных опухолей мозга, которые не поддаются стандартному лечению. Развитие и усовершенствование этого метода может стать решающим при лечении онкобольных. Другие методы лечения рака включают популярные сегодня naturopathic medicine, nutrition therapy, а также hormone and targeted therapy.

Другое открытие связано с регистрацией нейтрино. Нейтрино являются «неуловимыми» частицами и могут проникать через огромные толщи вещества, не взаимодействуя с ним. Так, они легко могут пересечь Землю без какого-либо взаимодействия с ней. 65 миллиардов нейтрино от Солнца ежесекундно ударяют на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли и выходят с её обратной стороны без изменений. Для их регистрации физики применяют довольно сложные и весьма громоздкие установки весом в десятки тысяч тонн. Так, эти установки применялись физиками в Канаде и США для регистрации нейтрино, излучаемых Солнцем. Цель заключалась в том, чтобы понять механизм термоядерных реакций на Солнце, а также причину излучения им гигантской энергии. Это позволило физикам создать водородную бомбу или «рукотворное» солнце на Земле с такой же цепью термоядерных реакций, какие приводят к излучению энергии Солнцем. Астрофизик Хуан Коллар (Juan Collar) из University of Chicago создал очень компактный чувствительный прибор, который можно установить даже на лабораторном столе (!) и использовать его в качестве детектора нейтрино. Когда нейтрино соударяются с атомами, их атомные ядра начинают дребезжать, что позволяет их зарегистрировать. Прибор позволяет изучать свойства нейтрино и использовать его для их регистрации вблизи ядерных реакторов, что раньше было невозможным ввиду громоздкости применяемых систем регистрации. Напомню, что нейтрино является одной из фундаментальных частиц в физике, и Нобелевский комитет неоднократно присуждал Нобелевскую премию учёным, изучающим свойства нейтрино и его роль во Вселенной.

Интересное открытие произошло и в мире элементарных частиц. Известно, что сотни из известных нам сегодня частиц состоят из так называемых кварков. Они являются составными частицами, например, протонов и нейтронов. Физиками было открыто шесть видов кварков u, d, s, c, b, t. Они имеют соответствующие названия – вверх, вниз, странный, очарованный, красивый, правдивый. Например, протон состоит из uu и d кварков, нейтрон из dd и u, мезоны – из кварков и антикварков и т.д. Кварки не существуют в свободном состоянии, т.к. их невозможно отделить от частиц, внутри которых они находятся. До сих пор не были открыты частицы с двумя сс и зарядом в два заряда электрона (+2е), хотя теоретически они были предсказаны ещё 30 лет назад. Они включают также кварк u и т.о. состоят из ссu – кварков. Эти частицы были открыты в ЦЕРНе в июле этого года. Они в пять раз тяжелее u-кварка, поэтому их трудно было обнаружить. Открытие этих частиц позволит исследовать их взаимодействие друг с другом, а также понять, как эти маленькие частицы Вселенной вписываются в полную картину мира, включая необычные, экзотические частицы.

Интересное открытие осуществили учёные из Гарвардского и Корнельского университетов. Они создали искусственные стволовые клетки крови в лаборатории, которые является предвестником получения нормальной крови. Кровь, как известно, состоит из трёх главных компонентов – красных кровяных клеток (red blood cells), тромбоцитов (platelets) и белых кровяных клеток (WBC). Гемопоэтические стволовые клетки производят кровяные клетки, которые должны постоянно пополняться. Если костный мозг продуцирует недостаточно крови (например, при таких болезнях, как миелофиброз или лейкемия), возможны угрожающие жизни формы анемии, летальные инфекции или трудноостановимые кровотечения. В этих случаях применяется новый метод переливания крови, полученной путём использования клеток кожи больного (using human skin cells). Такая кровь не отторгается от больного, что возможно в случаях несовместимости при применении «чужой» крови.

Когда возникла жизнь на Земле? Ответ на этот вопрос дали японские учёные. Они изучали структуру различных камней в Канаде. Результаты своих исследований опубликовали в сентябрьском номере журнала Nature. Обнаруженные ими микроископаемые (microfossils) имели возраст около 4 миллиардов лет. Это был период, когда Солнце было молодое, а Земля интенсивно подвергалась бомбардировкам астероидами и кометами. Эти микроископаемые были обнаружены вокруг гидротермальных выходов кратеров и затем вследствие эволюции появлялись всё более и более сложные живые структуры. Вследствие Кембрийского взрыва 540 миллионов лет назад появились в огромном количестве млекопитающие животные, а около 2 миллионов лет назад человекоподобные существа (hominins). Следы этих существ были обнаружены в Греции, остров Крит, около 5,7 млн. лет назад и в Танзании 3,6 млн. лет назад. 13 миллионов лет назад в Кении впервые был обнаружен общий предок всех ныне живущих обезьян, включая человека. Антрополог И. Ненго сказал по этому поводу: «We now have a face», после того как впервые учёные обнаружили лицо hominin.

Перечислим кратко некоторые другие открытия года. Учёные нашли генетические следы ДНК древних людей (distant hominins) в пещерах Европы и России из обыкновенной пыли, не используя при этом для анализа кости или зубы hominins. Известно, что человек образовался из земной пыли и превратится снова после смерти в земную пыль (from а dust to а dust).

В Доминиканской Республике удалось обнаружить красные кровяные клетки старых мамонтов, возраст которых 15 – 45 миллионов лет. Это самая старая кровь когда-либо обнаруженная на Земле.

Внутренняя структура Земли содержит много тайн или, говоря иначе, мы знаем нашу Землю хуже, чем всю нашу Вселенную. Структура Земли исследовалась с помощью сейсмических и электромагнитных волн. Было обнаружено, что различные волны (так называются P and S – волны), распространяются внутри Земли с разной скоростью и показывают, что часть ядра Земли жидкая ввиду огромной температуры (6000 С), в то время как другая часть твёрдая и состоит из металлов – железа, никеля и других элементов.

В течение десятилетий рак оставался «чёрным ящиком» и учёные не знали, какие гены ответственны за те или иные виды раковых заболеваний. Исследователи из the Broad Institute впервые путём изучения различных мутаций генов установили, какие изменения генов приводят к развитию рака и его распространению. Эти знания помогут применять новую терапию для лечения рака (a targeted therapy), которая исправит изменившийся ген.

Как мы определяем свой возраст? Разумеется, по числу прожитых лет. Но почему-то люди с одинаковым возрастом могут выглядеть по-разному – старыми или не очень. Как говорила В. Токарева, у человека нет возраста, т.е. имеет значение не сколько вам лет, а как вы себя чувствуете. Как мы себя чувствуем, зависит от наших биологических часов или от гипоталамуса, т.е. маленькой части нашего мозга, который регулирует, когда нам нужно есть, спать, температуру тела и т.д. Число стволовых клеток гипоталамуса уменьшается с возрастом. Учёный Д.Кэй (D. Cai) из Albert Einstein College of Medicine провёл ряд исследований с гипоталамусом двух групп мышей. Идея опыта заключалась в добавлении в гипоталамус (нормальных мышей и мышей с удаленным гипоталамусом) молекул RNA, которые контролируют функцию генов. В обеих группах мышей применяемый метод показал их омоложение. Этот метод пока не разработан для омоложения человека.

Все эти и другие открытия года свидетельствуют об одном – наше понимание мира расширяется, сегодня мы знаем гораздо больше, чем вчера. Этот процесс познания мира и использования открытий для улучшения качества нашей жизни будет происходить всегда, пока существует наша цивилизация, потому что мысль остановить нельзя.

Илья Гулькаров