Приостановление работы правительства США, смертельные вирусы, тайфуны и метеориты – значительная часть научных новостей этого года, казалось, прямиком идет из голливудских фильмов-катастроф. Но было и много хороших моментов. Космонавтика вышла на новый уровень, потекли рекой деньги на исследование самого загадочного органа человека – мозга, огромные скачки были сделаны в методах лечения стволовыми клетками и лечении ВИЧ. Что же было главным по версии Nature?

Мироздание

Отрицательный результат стал важнейшим для космологии в этом году. Расположенный на Сэнфордской подземной экспериментальной установке «Большой подземный ксеноновый» детектор (LUX, Large Underground Xenon) – 370 килограмм жидкого ксенона, расположенных в шахте бывшего золотого рудника на глубине около 1,5 километров – не обнаружил пролетающие сквозь Землю частицы темной материи.

Но этот результат установил самые жесткие на данный момент ограничения на массу частиц темной материи и возможность их взаимодействия с видимой материей.

Мэтью Стрэсслер, физик-теоретик из Университета Ратджерса, заявил, что

складывается единое мнение, что результаты предыдущих экспериментов, в которых за последние три года отмечались признаки темной материи, вероятно, являются лишь статистической флуктуацией.

Независимо от того, чем является темная материя, она составляет около 84% всей материи Вселенной, в соответствии с опубликованными в марте результатами наблюдений микроволнового фонового излучения (реликтового излучения), выполненных европейским космическим телескопом «Планк».

Карта реликтового излучения «Планка» твердо поддерживает теорию инфляции, согласно которой полагается, что Вселенная стремительно расширялась после Большого взрыва. Более точная проверка теории инфляции может быть проведена проверкой предсказанной ею картины поляризации фотонов реликтового излучения на небесной сфере (B-мода поляризации).

Первые надежды на получение такой картины появились в этом году, когда расположенный на южном полюсе телескоп SPT (South Pole Telescope) впервые зарегистрировал B-моду поляризации микроволнового фонового излучения.

Другой антарктический телескоп – подземная обсерватория IceCube – подтвердил в этом году, что зафиксированные им высокоэнергетичные нейтрино пришли из глубокого космоса, наводя на мысль о целом мире нейтринной астрономии.

Бюджет

Последовательно снижавшийся в США уровень федеральной поддержки научно-исследовательских и опытно конструкторских работ – с 2010 года траты по данной статье уже снизились на 16,3% – в октябре достиг нового минимума, когда политические разногласия привели на 16 дней к приостановлению работы правительства. Выделяемые по грантам средства прекратили течь; остановилась работа на основных телескопах, антарктических базах США и в большинстве федеральных лабораторий; ключевые поддерживаемые правительством США базы данных перешли в оффлайн. Многие правительственные исследователи были объявлены «второстепенными» (‘non-essential’), им было законом запрещено посещать свои офисы и лаборатории, а также проверять учетные записи рабочей почты. С возобновлением работы правительства США отставания работ по грантам и пропущенные крайние сроки привели к беспорядку в работе агентств.

В сторону от проблем США, Европейский союз согласовал исследовательский бюджет на 2014–2020 годы размером почти в €80 млрд, в реальном выражении увеличение относительно предыдущего бюджета 2007–2013 составило 27%. Кроме того, ассигнования на науку продолжили расти в Южной Корее, Китае, Германии и Японии (в Великобритании и Франции по данным статьям произошли лишь небольшие изменения).

За щедростью Японии стояло ясное понимание, что данные инвестиции в науку дадут скорую коммерческую отдачу. Подобно этому, представители республиканской партии США призывают Национальный научный фонд подтверждать каждый выдаваемый ими грант на предмет соответствия «национальным интересам».

Мозг

Нейробиологи США в апреле этого года были в равной степени взволнованы и сбиты с толку – Барак Обама объявил о BRAIN Initiative – программе исследования мозга человека – в своей области масштаб программы сопоставим с программой «Аполлон». И ощущения нейробиологов все еще не утихли: то, что началось с предложения по картированию мозга человека, быстро превратилось в более общие усилия по стимулированию развития новых технологий расшифровки мозга, которым не хватает четкого понимания и финансирования целей.

Совместно с анонсированным в январе проектом Европейского союза (бюджет за 10 лет – €1 млрд) по моделированию человеческого мозга на суперкомпьютере проект Обамы отражает постепенный переход нейробиологии от молекулярных и клеточных исследований к исследованию того, как сети нейронов формируют мысли, воспоминания и поступки.

В числе технических достижений этого года, способствующих воплощению данных идей в реальность, кальций-чувствительный краситель, который исследователи использовали для получения первых снимков нервных клеток, активирующихся по всему мозгу позвоночного – прозрачной личинки полосатого данио. Усилия по картированию архитектуры мозга получили мощный толчок благодаря методу CLARITY, химической обработке, которая делает непрозрачные ткани прозрачными и позволяющая выявить нейронные сети без необходимости нарезки мозга тонкими слоями.

Подходы традиционной нейроанатомии также дали свои плоды: проект BigBrain был завершен, представив первый мелкомасштабный трехмерный атлас мозга человека. Получение ложных воспоминаний у мышей путем активирования светом генетически модифицированных нейронов в гиппокампе означает, что не так далеко возможность точного управления нейронными сигналами.

Вирусы

Полиомиелит сегодня эндемичен лишь в трех странах на планете, но 2013 год показал, что путь к ликвидации не будет гладким. Хотя ареал вируса в двух эндемичных странах (Пакистан и Нигерия) был сокращен, усилия, направленные на достижение дальнейшего прогресса, встретили серьезное противодействие с убийствами в обеих странах сотрудников, производивших вакцинацию от полиомиелита. В третьем эндемичном районе – на юге Афганистана новых случаев не зарегистрировано. Однако вирус продолжает вызывать спорадические вспышки в других местах, более 180 случаев зарегистрировано в Сомали. Вспышки полиомиелита начались в раздираемой войной Сирии. Дикий полиовирус продолжает существовать на юге Израиля, приводя к массовым вакцинациям по всему Ближнему Востоку в попытках остановить его укоренение в регионе.

Этот год увидел появление нового врага: вирус птичьего гриппа H7N9.

Апрельская вспышка в Китае была быстро взята под контроль после закрытия рынков живой птицы в основных пострадавших городах, колокол прозвучал в 143 подтвержденных в лабораториях случаях и 45 смертях.

Ученые пристально наблюдают за возможным зимним возрождением, работа осложняется тем, что вирус не взывает видимого протекания болезни у домашней птицы, кроме того, пока неизвестны виды-переносчики данного вируса.

Менее успешна была борьба с коронавирусом ‘MERS’: 185 подтвержденных в лабораториях случаев или подозрений, 74 смертельных исхода на 12 декабря 2013 года главным образом в Саудовской Аравии (другие районы Ближний Восток и Европа).

Исследователи критиковали отсутствие прогресса Саудовской Аравии в отслеживании путей заражения и животных источников, статистика случаев показывает, что их число продолжит расти.

Последний рубеж

Космический телескоп «Кеплер» будут помнить за соблазнительные результат, полученный им до поломки в мае: аппарат обнаружил более 3500 возможных экзопланет. Когда на космическом аппарате из четырех гиродинов исправных осталось лишь два, ученым пришлось распрощаться со своей мечтой о продленной миссии «Кеплера». Сейчас изучается вопрос о возможности дальнейшего использования аппарата.

Другим космическим миссиям в этом году повезло больше.

Китайский космический корабль с тремя космонавтами на борту совершил стыковку с китайской орбитальной лабораторией. Марсоход НАСА Curiosity продолжил свое путешествие по Красной планете, пройдя отметку в 4,5 километра на своем одометре. В ноябре Индия и США запустили исследовательские зонды к Марсу. Китай в декабре стал третьей страной, осуществившей мягкую посадку на поверхность Луны.

Космический аппарата НАСА «Вояджер-1» после 36 лет и 19 млрд километров путешествия, наконец, вышел в межзвездную среду. Это произошло еще в августе 2012 года, но лишь в этом году ученые миссии получили достаточно свидетельств, чтобы окончательно объявить о выходе в межзвездное пространство.

Гены и патенты

Почти 20 лет патентной практики США было поставлено с ног на голову, когда в июне Верховный суд США постановил, что естественные гены человека не могут быть запатентованы. Лишь теперь ощущаются последствия этого решения. Иск, выдвинутый против медико-диагностической компании Myriad Genetics, оспаривал действительность патентов на два связанных с раком гена (BRCA1 и BRCA2), используемых для защиты являющихся собственностью компании тестов на предрасположенность к раку молочной железы. Сразу после объявления решения Верховного суда несколько компаний запустило конкурирующие BRCA1/2 тесты по более низким ценам. Компания Myriad подала в суд на шесть фирм, утверждая, что они держат другие патенты, защищающие тесты. Последствия судебного решения на этом не прекратились. В октябре судья федерального суда сослался на решение по делу Myriad при отмене принадлежащих компании Sequenom патентов на циркулирующее в крови беременных женщин эмбриональное ДНК, которые используются компанией в некоторых ее предродовых тестах. Адвокаты сообщают, что патентные эксперты США отвергают больше патентов, чем прежде, на продукты природы, такие как гены и клетки.

Экология

Не считая знакового соглашения по сокращению выбросов ртути, подписанного более чем 90 странами, крупных природоохранных соглашений в политической повестке этого года было не так много. Но никто не ожидал увидеть регресс. Япония отказалась от любых ближнесрочных обязательств по сокращению выбросов углерода, Канада вышла из конвенции ООН по борьбе с опустыниванием, а избранное в сентябре правительство Австралии решило закрыть агентства по изменению климата и упразднить налог на выброс углеродсодержащих газов. Хотя бы Европейский союз пришел к соглашению прекратить чрезмерный промысел рыбы, уменьшив установленные ограничения на вылов до уровня, определенного учеными как экологически устойчивый.

В мае концентрация углекислого газа в атмосфере, вероятно, впервые в истории человечества на некоторое время превысила 400 ppm (частей на миллион).

Не стало сюрпризом, когда в опубликованном в сентябре докладе Межправительственной комиссии по изменению климата прозвучало предостережение, что «беспрецедентное в течение десятилетий за тысячелетия» изменение климата меняет естественную среду таким образом, что это скажется на миллиардах людей.

Ветры рекордной скорости тайфуна «Хайян» продемонстрировали разрушительные силы, которые может обрушить атмосфера, хоть нет единого мнения о том, оказало ли и насколько свое влияние глобальное потепление.

Однако появились и небольшие признаки надежды: за последние годы немного упали выбросы в США и Европейском союзе, глобальное производство возобновляемой электроэнергии достигло приблизительно 5000 ТВт-часов, превысив общее потребление электроэнергии Китаем.

В исследованиях акцент был сделан на заметном замедлении роста глобальной средней температуры на протяжении прошедших 15 лет. Опубликованное в августе исследование поддерживает идею, что «пропавшая» теплота теперь хранится в океанских глубинах и что потепление поверхности вскоре возобновится.

Однако ноябрьское исследование полагает, что наблюдаемый пробел – лишь статистический артефакт, созданный неполным охватом областей Арктики набором данных по температурам.

Открытая наука

Движение, направленное на то, чтобы сделать научные публикации и данные более открытыми в этом году продолжилось. В феврале США объявили, что результаты финансируемых правительством исследований должны быть общедоступными (не скрываться за платным доступом), однако исследователи имеют 12 месяцев после публикации, чтобы выполнить данное требование. Великобритания же хочет сделать, чтобы статьи сразу были в бесплатном доступе, однако в ближайшие несколько лет страна будет использовать комбинацию двух подходов. Одно из исследований показало, что

половину всех научных работ, опубликованных в 2011 году, уже можно прочитать бесплатно где-нибудь в Интернете, хоть в большинстве случаев и не на сайте их издателя. Возникающие дебаты на данную тему касаются стоимости предлагаемых изменений, а также того, в какой степени (результаты) вроде бы «открытых» исследований могут быть использованы другими.

Тем временем генетики основали международное объединение с целью поощрения более широкого обмена данными по ДНК-последовательностям и клинической информацией. В медицинских исследованиях правительство Великобритании начинает реорганизацию, чтобы дать ученым доступ к историям болезни пациентов. Регулирующие органы возобновили свои усилия по открытию хранилищ данных клинических испытаний. Европейское агентство по лекарственным средствам попыталось инициировать изменения, но было остановлено исками от фармацевтических компаний, пытающихся предотвратить опубликование некоторых данных их испытаний.

Прогресс по ВИЧ

В марте исследователи сообщили, что

ранняя антиретровирусная терапия излечила младенца от ВИЧ, до этого январское исследование продемонстрировало, что ранняя терапия помогает сохранить целой иммунную систему.

Это побудило Всемирную организацию здравоохранения (ВОЗ) рекомендовать начинать данное лечение раньше, чем предлагалось ранее. Но преграда к излечению все еще огромна. В июле доктора заявили, что лечение стволовыми клетками, по всей видимости, излечило двух человека от ВИЧ, однако к декабрю они обнаружили, что вирус вернулся.

Вакцинологи были ободрены детализацией структуры протеинов ВИЧ, первым исследованием, отслеживающим развитие нейтрализующих антител широкого спектра действия и демонстрацией того, что вакцины на их основе могу защитить обезьян против ВИЧ.

Стволовые клетки

В этом году японское экспериментальное исследование начало набирать людей с болезнью глаз – дегенерацией желтого пятна, целью является трансплантация в глаза пациентов листов эпителиальных клеток сетчатки, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, в свою очередь перепрограммированных из зрелых человеческих клеток.

В ноябре Япония приняла закон по регенеративной медицине, чтобы ускорить разрешение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и связанных (с ними) лечений.

Идентификация

В год откровений о шпионаже и слежке вопрос о том, что можно выяснить о личности по якобы анонимным данным ДНК поднялся в генетике. В январе вычислительный биолог Янив Эрлих (Институт биомедицинский исследований Уайтхеда) показал, как

данные ДНК из баз данных могут (создать) перекрестную ссылку с общедоступными данными для идентификации участников исследований. Кроме того, «геномный хакер» по данным с генеалогических сайтов создал родословную 13 миллионов лиц, уходящую назад до 15 века.

ДНК анализ продолжает раскрывать историю человеческого рода. Например, останки сибирского мальчика, умершего 24000 лет назад, предполагают, что до одной трети предков коренных американцев могут быть отслежены назад до Европы. Отматывая десятки тысяч лет назад в прошлое, исследование последовательностей генома неандертальцев и денисовцев явило большое число скрещиваний между этими двумя группами нашего рода (люди), кроме того, было обнаружено скрещивание современных людей с другой неизвестной древней популяцией.

К другой загадке, окаменелый череп возрастом 1,8 миллиона лет навел на мысль, что три отдельных вида гомининов могут на самом деле быть одним.