Проте не обов’язково мати на меті відшукувати нові дослідження для своєї наукової роботи, аби цікавитися науковими новинами. Це дає змогу бути в курсі розвитку нашої цивілізації, адже майбутнє твориться в тисячах лабораторій по всьому світу, і вже потім із цих досліджень виростає наше сьогодення (ось чому треба читати про науку). В оглядах ми говоритимемо про астрофізику, квантову фізику, створення нових матеріалів, ядерні взаємодії, нанотехнології, генетику, еволюцію, хімічні досліди, сучасні технології, а також про цікавинки із життя наукової спільноти — від історій успіху до скандалів.
Цього тижня поговоримо про останні дослідження зародження життя, надійне виявлення ранніх стадій раку, про дослідження спіну квантових частинок, надпровідність, нанороботів на основі ДНК, квантові комунікації, а також про другий раунд суду щодо псевдонауки, який відбувся нещодавно в Києві.
Наука в Україні
Поки провідні виші країни зачиняють до весни через брак коштів на опалення, а країною йде епідемія кору, спричинена як недоліками вітчизняної медицини, так і страхом людей перед щепленням, спостерігаються й позитивні події. Наприклад, 16 січня відбулося перше засідання Наукової ради з питань розвитку науки і технологій. Консультативний орган при Кабінеті Міністрів було створено ще 5 квітня торік, а його склад обрано наприкінці травня. На засіданні обговорювалося фінансування науки у 2018–2020 роках, створення Національного фонду досліджень, зв’язки науки й бізнесу, реформування системи присудження наукових ступенів, аби не видавати їх псевдонауковцям і плагіаторам. Як видно з тез виступів членів комітету, загалом виголошувалися тверезі ідеї. Особливо щодо створення Національного фонду досліджень. Він має до 2022 року оперувати 20% усіх коштів, що виділяються на науку, забезпечити прозорість у фінансуванні фундаментальних досліджень, а також прикладних робіт за основними напрямами розвитку науки й техніки.
Читайте також: ГМО: слово з трьох букв
19 січня відбулося друге судове засідання у справі «Тесля проти Єгорченко». Тиждень уже публікував деталі цієї справи. Декан факультету інформаційних технологій КНУ Юрій Тесля подав до суду на старшу наукову співробітницю Інституту математики НАНУ Ірину Єгорченко через те, що у виступі у Верховній Раді вона назвала його псевдонауковцем за його «теорію несилової взаємодії». Теорія Теслі описує взаємодію між фізичними об’єктами через обмін інформацією, і гравітація в нього — це як заклик одних тіл летіти до них іншим тілам, а не як викривлення простору-часу. Теорія не має жодного наукового підґрунтя, і сторона Єгорченко приклала до справи негативні рецензії на теорію зі сторони провідних українських науковців. На другому засіданні Тесля відкликав позов до Верховної Ради, залишивши тільки позов до Єгорченко на 50 тис. грн. Причому якщо спочатку Тесля вимагав спростувати інформацію на сайті Верховної Ради, то тепер, незрозуміло на якій підставі, в разі програшу Єгорченко має відмовитися від своїх слів. Суд не залучив університет третьою стороною, а також поки що не залучив вчених, що написали негативні відгуки на роботу Теслі, як експертів. Третє засідання відбудеться 21 березня.
Фізика
Загадка надпровідних купратів. Одна з великих проблем, що стоїть перед фізикою, — створення високотемпературних надпровідників, які могли б не втрачати властивостей за атмосферного тиску й більш-менш прийнятних температур. У надпровідниках немає опору, тому електричний струм не витрачає енергію на розігрів. Ідеальні матеріали для електротехніки. У разі створення матеріалів із надпровідними властивостями, що працюють за кімнатної температури та атмосферного тиску, технології просунулися б дуже далеко в енергоефективності. Проте проблема в тому, що відомі надпровідники працюють за дуже малих температур — нижчих від –200 °C, або ж за тиску в мільйони атмосфер. Так звані високотемпературні надпровідники корисні й за більших температур — «лише» в районі –100 °C. Перші такі матеріали на основі оксиду міді — купрати — було відкрито 1986-го, але з того часу їхня фізика не була остаточно прояснена. Торік у грудні в журналі Science вийшов матеріал, де описано утворення у купритах смуг із електронів з упорядкованими спінами (про спіни трохи нижче). У січневому матеріалі пояснюється, що в купратах спостерігається незвичайна для інших матеріалів електронна кореляція, тобто взаємодія між електронами, яка не зникає повністю під час переходу в надпровідний стан і, схоже, є його важливим складником. Можливо, прояснення фізики купритів призведе до того, що стане можливим зробити надпровідник за нормальних умов.
Читайте також: Нагодувати 9 мільярдів
Дивна поведінка поляризованих протонів. «Неочікувані результати шокували фізиків, які вивчають спін» — із такими заголовками, що личать жовтій пресі, вийшли численні новини про роботу фізиків із Брукгейвенської національної лабораторії, США. Співробітник лабораторії Олександр Базилевський пояснює своє дослідження на прикладі більярду. Якщо закручений проти часової стрілки шар стикається з іншим шаром, то він трохи відхилиться праворуч. Тепер направимо цей шар на футбольний м’яч, і він відхилиться більше й уже ліворуч, що зовсім неочікувано. Взаємодія частинок значно складніший процес, ніж зіткнення більярдних шарів. Проте аналогія доцільна, аби пояснити, що відбувається.
Спін — це внутрішній магнітний момент, невід’ємна характеристика квантових частинок. Частинки можна поляризувати, тобто вирівняти їхні спіни вздовж якогось напрямку. Це відповідатиме закрученому більярдному шару. Якщо такий протон налітає на інший протон, утворюється нейтрон, який трохи відхиляється праворуч. Коли протон налітає на велику частинку, як ядро атома золота, то утворений нейтрон відхиляється ліворуч, причому на більший кут.
Один із авторів дослідження Ітару Накаґава називає такі результати вкрай неочікуваними і вважає, що річ у зарядах частинок. Кожен протон несе позитивний невеликий заряд, і під час їхнього зіткнення електронне відштовхування не відіграє такої значної ролі, як у випадку протона та золота, що і може змінювати напрямок нейтрона.
Якщо поляризований протон (тобто такий, у якого спін вирівняно в якомусь напрямку) співударяється з іншим протоном, утворюється нейтрон, що відлітає трохи праворуч. Якщо ж протон налітає на велику частинку, як-от ядро атома золота, то утворений протон відхилятиметься ліворуч, причому на значно більший кут (фото: phys.org)
Квантова комунікація. Між китайським Сінлунем та австрійським Грацем здійснили рекордний за дистанцією квантовий зв’язок. Сигнал подолав відстань 7600 км завдяки супутнику «Мо-цзи». Квантова криптографія важлива для надійного обміну даних, захищеного від перехвату. Звичайні криптографічні технології здебільшого базуються на тому, що для перехоплення сигналу потрібно розшифрувати ключ — для чого знайти множники дуже великого числа, що називається факторизацією. Факторизація — складне математичне завдання, що потребує великої кількості комп’ютерних ресурсів. Проте хакерам все ж таки є на чому паразитувати. Зламати ж квантовий шифр неможливо без викривлення сигналу, про що стане відомо відразу. Науковці з Китаю та Австрії використали метод квантового поширення ключа, коли інформація передається завдяки фотонам. До вимірів неможливо дізнатися поляризацію фотонів, і якщо хакер під’єднається до схеми, то це призведе до неминучих викривлень у сигналі. Передавання через оптоволоконні кабелі можливе лише на кілька сотень кілометрів, на більших відстанях через розсіяння фотонів інформація втрачається. Супутник «Мо-цзи» запустили в 2016 році якраз для квантових комунікацій без оптичних волокон. Китайці відправили зображення філософа Мо-цзи, австрійці — фізика Ервіна Шредінґера, усього кілька кілобайт. Попередній рекорд у квантових комунікаціях — 1200 км.
Біологія
ДНК-рука. У 80-х роках минулого століття науковцю Неду Сіману спала на думку ідея створювати наноструктури на основі ДНК. Його метод назвали ДНК-оригамі, а перший успіх — куб, кожним ребром якого була окрема молекула ДНК, — приніс Сіману престижну Фейнманівську премію з нанотехнологій. У 2006 році Пол Ротемунд показав, що з ДНК доволі легко складати будь-які фігури. Відтоді на ДНК почали записувати інформацію, робити з молекул коробочки для транспортування ліків всередині організму. А 18 січня в журналі Science опублікували матеріал, у якому описано винахід наукової групи Фрідріха Зіммеля з Технічного університету Мюнхена — керовану наноруку з ДНК розміром 25 нм (1 нанометр — одна мільярдна метра). ДНК-рукою керують за допомогою електричного поля, адже за нормальних умов ДНК — заряджена молекула. Вона може пересувати молекули з точністю 2,5 нм, переміщуючись платформою розміром 55×55 нм. Саме можливість керувати нанорукою і є ноу-хау матеріалу.
Модель ДНК-руки, а також її зображення, отримане завдяки просвітлювальній електронній мікроскопії (зображення — Science)
Запакувати геном. У тому самому номері Science надано розгадку до проблеми, яка хвилювала біологів 136 років. Хромосоми в клітинах мають вигляд розплутаних мотків пряжі. Проте, коли клітина готова до мітозу, тобто поділитися надвоє й передати генетичний матеріал дочірній клітині, ці хромосоми, кожна завдовжки близько 6 м, збираються в дуже маленькі й щільні пакунки. Як клітини це роблять? Дослідники з Медичного інституту Говарда Г’юза з’ясували, що кільцеподібні білки конденсини пропускають хромосомну «пряжу» крізь кільця, утворюючи петлі. Конденсин II заплітає хромосоми у великі петлі, а сам розташовується у вигляді спірального каркасу. Білок конденсин I розбиває ці петлі на менші, які потім намотуються на каркас із конденсину II. Таким чином поєднано два несумісні погляди на структуру хромосом під час мітозу: вони або ланцюжки петель, або ж схожі на гвинтові сходи. Виявляється, і ланцюжки з петель, і спіралі.
Читайте також: Псевдонаука в СРСР
Зародження життя. Згідно із сучасними оцінками життя на Землі зародилося близько 4 млрд років тому, проте поки що незрозуміло, як саме. Дослідники із Інституту Скріпса вважають, що ми наблизимося до розгадки, якщо отримаємо аналог циклу Кребса з речовин, які були доступні первинним організмам. Цикл Кребса притаманний усім живим істотам, які дихають повітрям, — це набір хімічних реакцій, що забезпечують послідовне, контрольоване спалювання поживних речовин, котрі надходять в організм. Раніше вже намагалися отримати «доісторичний» цикл Кребса з тих речовин, що зараз використовують живі організми. Проте деяких потрібних каталізаторів на Землі 4 млрд років тому могло й не бути.
Тому логічніше створити аналог процесу й із молекул, які точно були наявними. Наукова група Рамаяна Крішнамурті отримала два цикли реакцій, які поєднуються на одному з етапів. Вони окислюють органічні речовини до вуглекислого газу й виділяють амінокислоту, з якої можна синтезувати інші амінокислоти та з’єднати їх у білки. Причому всі реакції відбуваються за температури не вище ніж 50 °С, що також відповідає умовам первинної Землі. Схожа система хімічних реакцій могла дати початок еволюційному розвитку життя й привести до всього наявного біорозмаїття.
Виявити рак. Рак значно легше лікувати, якщо виявити пухлину до того, як вона дала метастази — поширилася по всьому тілу. Деякі види раку розвиваються десятиліттями, перш ніж людина відчує проблеми зі здоров’ям. Проте детектувати рак на ранній стадії дуже важко. Наразі є лише один вид тестів, який за кров’ю людини може виявити рак — і то лише рак простати, причому ефективність тесту під питанням. Інші наявні тести базуються не на аналізах крові, а на колоноскопії, мамографії, цитології шийки матки.
Метод CancerSEEK, запропонований великою групою з Університету Джона Гопкінса, схоже, здатен виявляти ранні стадії восьми типів раку: печінки, шлунка, яєчника, підшлункової залози, стравоходу, легень, молочної залози та раку кишок. Коли протестували 1000 пацієнтів із детектованим клінічними методами раком, успіх в діагностиці становив від 69% до 98% залежно від типу пухлин. Серед здорових людей тест дав похибку менш ніж 1%, тобто діагностував рак у тих, у кого його немає. Тест здатен детектувати мутації в 16 генах, що пов’язані з виникненням раку, та знаходить 8 білків, які виділяються в разі хвороби. Попри вражаючі результати, метод поки що не готовий для широкого використання: він має пройти клінічні випробування на значно більшій кількості людей, ніж тисяча.