10 самых больших научных историй 2022 года, выбранных учёными

1. Миссии «Дротик» и «Орион»

Год открылся на ура. Вернее, не было. Успешный фильм « Не смотри вверх», в котором обнаружено, что комета движется по курсу столкновения с Землей, был выпущен незадолго до Рождества 2021 года. В мрачные дни послепраздничного мрака средства массовой информации были на пике адреналина, гоняясь за любой историей о потенциальной столкновения астероидов, чтобы подбодрить нас всех. Только в январе рядом с Землей должны были пройти пять астероидов! К счастью для здоровья и благополучия человечества, никто не предсказывал, что он окажется в шаге от столкновения с планетой. Тем не менее возможность столкновения астероида с Землей вполне реальна — земной шар покрыт кратерами от предыдущих столкновений, и хорошо известно, что 65 млн лет назад динозавры вымерли после падения астероида диаметром около 10 км. Можно ли что-нибудь сделать, чтобы спасти нас от этой экзистенциальной внеземной угрозы? К счастью, международное космическое сообщество предприняло первые шаги к снижению риска того, что астероид застанет нас врасплох. Совместная миссия НАСА и ЕКА Dart (Double Asteroid Re-Direction Test) была амбициозной попыткой изменить траекторию небольшого астероида (Диморфос), когда он вращался вокруг немного более крупного астероида (Дидим), отправив космический корабль, чтобы врезаться в него. В октябре мы узнали, что миссия оказалась даже более успешной, чем ожидалось, и что орбита Диморфоса изменилась , показывая, что мы могли бы, если бы у нас было достаточно времени, изменить траекторию движения астероида, если бы он двигался по курсу столкновения с Землей. .

Помимо активности астероидов, наша Луна была в новостях как пункт назначения для нового поколения астронавтов. В этом году исполняется 50 лет с момента полёта Аполлона-17, когда в последний раз человек ступил на Луну. Так что это повод для празднования, что Artemis, еще одна совместная программа NASA и ESA, начала свою операцию по возвращению людей на Луну. Первая фаза миссии, капсула Орион, была запущена в середине ноября и успешно вернулась на Землю на прошлой неделе. Капсула рассчитана на шесть астронавтов, хотя на борту этого первого полета вокруг Луны никого не было. Теперь мы можем ожидать серию все более сложных полетов Ориона, кульминацией которых станет высадка экипажа астронавтов на Луну уже в 2025 году.

Моника Грейди

Моника Грейди — профессор планетарных и космических наук в Открытом университете.

2. Covid подтолкнул исследования иммунитета

В технологии вакцин наблюдается беспрецедентное ускорение инноваций, которые вскоре могут принести нам множество преимуществ. Вакцина работает, подавая сигнал «инфекции» (что-то от микроба) и сигнал «предупреждения» (чтобы разбудить иммунный ответ). По мере того, как расширялись наши знания в области иммунологии, росла и наша способность внедрять инновации в вакцины, передающие эти сигналы. Разработка любой новой вакцины требует много времени, значительных инвестиций и большого количества нетерпеливых добровольцев, и все это было ускорено во время пандемии, что привело к множеству новых разработок.

Осенние бустерные прививки от Covid-19, которые нам только что предложили, являются одним из таких примеров: эти бивалентные вакцины нацелены на исходный штамм Sars-CoV-2 (вирус, вызывающий Covid-19) наряду с вариантом Omicron. Бивалентные вакцины имеют преимущества по сравнению с оригинальными вакцинами, поскольку они укрепляют и расширяют наш иммунитет . Но что, если бы вы могли еще больше расширить свой иммунитет — не только к двум, но и к нескольким штаммам вируса? Многообещающими выглядят так называемые поливалентные вакцины от Covid-19 и гриппа . Другой подход, который мы скоро увидим, — это использование вдыхаемых или вдыхаемых вакцин — мукозальных вакцин . Они уже используются в Китаедля борьбы с Covid-19 и может обеспечить долгосрочную защиту от респираторных вирусов. Они также гораздо более привлекательны для тех из нас, кто боится игл. Если эти новые разработки оправдают свое обещание, то вскоре призывы к ежегодным прививкам могут уйти в прошлое. Шина Круикшенк

Шина Круикшанк — профессор биомедицинских наук и взаимодействия с общественностью Манчестерского университета.

3. ИИ открывает новые антибиотики

За последние несколько лет ИИ изменил область молекулярной биологии. Революция началась с алгоритма AlphaFold, который быстро предсказывает сложные трехмерные структуры белков, тем самым способствуя пониманию функций белков и идентификации мишеней для лекарств. В этом году ИИ добился еще одного прорыва, на этот раз на другом конце конвейера разработки лекарств: в 2022 году несколько групп сообщили о первых успешных применениях ИИ для выявления новых антибиотиков.

Устойчивость к противомикробным препаратам представляет собой серьезную глобальную угрозу. В этом году отчет о глобальном исследовании устойчивости к противомикробным препаратам, опубликованный в Lancet , показал, что в 2019 году во всем мире 4,95 миллиона смертей были связаны с лекарственно-устойчивыми бактериями, что сделало неизлечимые инфекции одной из основных причин смерти.

Разработка новых лекарств, которые преодолевают резистентность и пополняют наш арсенал эффективных противомикробных препаратов, — это постоянная борьба. И именно здесь ИИ начинает вносить большой вклад. Например, Юэ Ма и его коллеги из Китайской академии наук использовали методы машинного обучения, изначально разработанные для обработки естественного языка, для идентификации антимикробных пептидов , кодируемых геномными последовательностями микробов в кишечнике человека. Алгоритм идентифицировал 2349 потенциальных антимикробных пептидных последовательностей. Из них 216 пептидов были синтезированы химическими методами, 181 из них показал антимикробную активность. Это впечатляющий показатель успеха, который был бы невозможен без помощи ИИ.

Еще более поразительно, что почти половина обнаруженных пептидов были совершенно новыми, без очевидного сходства последовательностей с известными противомикробными препаратами, что увеличивало шансы обойти существующие механизмы резистентности. Эксперименты на животных показали, что три новых пептида можно использовать для безопасного и эффективного лечения бактериальной пневмонии у мышей. Подобные исследования — хорошая новость, обещающая беспрецедентно быстрый путь к новым методам лечения некоторых из самых страшных патогенных угроз, с которыми мы сталкиваемся в настоящее время. Эрико Такано

Эрико Такано — профессор синтетической биологии Манчестерского института биотехнологии.

4. Ранние предупреждения о погоде

В 2022 году наука смогла увидеть ураган, обрушившийся на побережье США еще до того, как он сформировался в море. Мы могли представить, как река Брисбен впадает в австралийские дома еще до того, как выпадет капля дождя. И мы отправили пожарных на боевые посты до того, как зажглась искра, которая сожгла южную Францию. Теперь у нас есть технология, позволяющая предвидеть появление многих из этих стихийных бедствий за несколько дней до их наступления.

И все же 2022 год был полон смертельных событий. В Европе более 20 000 человек умерли от рекордной жары этим летом, впервые в Англии температура превысила 40°C (104F). В августе треть территории Пакистана оказалась под водой во время чудовищного сезона дождей, в результате которого погибло 1700 человек . Глобальное потепление усугубляет подобные бедствия.

Вот почему ключевая научная история прошлого года — это не передовые исследования или высокотехнологичная инженерия, а стремление Генерального секретаря ООН Антониу Гутерриша к тому, чтобы мир имел равный доступ к ранним предупреждениям . Предупредить людей об опасности, чтобы они могли принять меры, — лучший способ предотвратить трагедию. Нам нужен равный доступ к навыкам и системам, которые впервые появились много лет назад. Критически важно также, чтобы руководство делилось информацией и действовало в соответствии с вытекающими предупреждениями. Ханна Кло Ке

Ханна Клок — профессор гидрологии в Университете Рединга .

5. Инклюзивное проникновение

В этом году был достигнут небольшой, но важный прогресс в лечении серповидно-клеточной анемии, группы наследственных заболеваний, при которых эритроциты приобретают серповидную форму и могут привести к анемии. Было обнаружено, что препарат, разработанный для лечения дефицита фермента (пируваткиназа), улучшает состояние при анемии и уменьшает острые эпизоды сильной боли при серповидно-клеточной анемии. Хотя исследование все еще находится на ранней стадии, исследователи отмечают, что их прорыв произошел в результате изучения характеристик людей с серповидно-клеточной анемией, а не сосредоточения внимания только на их красных кровяных тельцах. Было обнаружено, что это развитие приносит пользу людям с другими заболеваниями и дает надежду миллионам людей во всем мире, но преимущественно в Африке, на Индийском субконтиненте и в Южной Америке.

Это также был год, когда миссия НАСА «Артемида», цель которой — «высадить на Луну первую женщину и первого цветного человека» к 2025 году, отправила женские торсы Хельги и Зоар в космос , чтобы проверить воздействие радиации на том основании, что женщины появляются подвержены большему риску космической радиации, чем мужчины. Это может показаться непримечательным, но только в 2022 году шведская исследовательская группа разработала новый манекен для краш-тестов, представляющий «обычную женщину» , а не уменьшенную версию мужского манекена размером с 12-летнего мальчика. старая девочка.

Подобные разработки вселяют надежду на инклюзивную науку, в которой пол, этническая принадлежность и местонахождение не являются ни привилегиями, ни исключениями. Энн Феникс

Энн Феникс — профессор психосоциальных исследований в Институте образования UCL.

6. Элитные математики

Медаль Филдса отмечает выдающиеся математические достижения за существующие работы. Часто называемая Нобелевской премией по математике, она присуждается каждые четыре года лицам моложе 40 лет.

Поздравляем профессора Джеймса Мейнарда, который в этом году был награжден Филдсовской медалью за «выдающийся вклад» в аналитическую теорию чисел, «который привел к значительным достижениям в понимании структуры простых чисел и в диофантовом приближении».

Одним из его выдающихся доказательств было доказательство следующего: существует бесконечно много простых чисел, десятичное представление которых не содержит цифры 7.

Такое простое утверждение для понимания, но не очень легко доказать. Мейнард присоединяется к элитному списку британских математиков, завоевавших медаль.

Поздравляем также одного из других медалистов Филдса, украинского математика Марину Вязовскую , вторую женщину, получившую награду. Математик Генри Кон заявил: «Вязовской удается делать совершенно неочевидные вещи, которые пытались сделать многие люди, но не смогли». Ее цитировали за многие математические достижения, в частности за доказательство того, что структура, называемая решеткой E8, представляет собой самую плотную упаковку сфер в восьми измерениях. Нира Чемберлен

Профессор Нира Чемберлен является президентом Института математики и ее приложений .

7. Мягкая клетка, жесткая клетка…

Когда мы думаем о том, что влияет на развитие клеток внутри нашего тела, мы часто думаем о биологических или химических факторах. Но физические силы — то, что известно как «механическая» среда — могут иметь столь же важное значение для путешествия клетки. Способность клеток воспринимать механическое окружение и реагировать на него известна уже несколько десятилетий: например, стволовые клетки, выращенные на мягких желеобразных гелях, станут другими типами клеток по сравнению со стволовыми клетками, выращенными на жестких стеклоподобных поверхностях.

Ранние признаки таких заболеваний, как рак и болезнь Альцгеймера, часто связаны с изменениями жесткости клеток. Однако было трудно измерить жесткость клеток и органов внутри нашего тела и то, как они меняются в процессе развития и болезни. Инструменты для измерения механических свойств клеток основаны на приложении сил к клетке — по сути, протыкая или разрезая клетку и наблюдая, как она реагирует. Это часто является инвазивным и повреждающим, и его нелегко провести на живых клетках или органах внутри животных, не говоря уже о людях.

В этом году две исследовательские группы, одна из Германии , а другая из США , опубликовали отдельные исследования, демонстрирующие новаторские улучшения в методе измерения жесткости клеток, известном как бриллюэновская микроскопия. Этот оптический метод не повреждает и позволяет «увидеть» жесткость материала, не прикасаясь к нему. Разработки в этом методе в этом году значительно повысили скорость и разрешение изображений, а также уменьшили фотоповреждение, что сделало этот метод теперь широко применимым для наблюдения за изменениями механических свойств клеток у живых животных.

Этот метод станет мощным инструментом для ранней диагностики таких заболеваний, как рак, атеросклероз и болезнь Альцгеймера. Это также произведет революцию в том, как ученые могут измерять и отслеживать механические изменения наших клеток во время нормального развития, и критически улучшит наше понимание важности механических сил в биологии. Янлан Мао

Янлан Мао — профессор биофизики развития в Университетском колледже Лондона .

8. Квантовая запутанность распутана

«Жуткое действие на расстоянии». Это то, что Альберт Эйнштейн назвал квантовой запутанностью, когда две квантовые частицы должны рассматриваться как единое целое, поскольку влияние на одну из них влияет на другую, даже если они находятся далеко друг от друга.

В октябре этого года трое пионеров квантовой информатики — Ален Аспект из Университета Париж-Сакле, Джон Клаузер из JF Clauser & Associates и Антон Цайлингер из Венского университета — были удостоены Нобелевской премии по физике за вклад в понимание квантовой запутанности.

Есть много причин, чтобы насладиться этой долгожданной наградой. За чистую красоту предоставления нового понимания захватывающей области фундаментальных явлений. За создание основы для прорывов в квантовых компьютерах для выполнения сложных вычислений, которые были бы невозможны на обычном компьютере, и в квантовом шифровании, которое могло бы обеспечить безопасную связь. За стимулирование большего количества экспериментов для решения одного из величайших вопросов науки — как согласовать квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна.

И, наконец, за демонстрацию еще одного примера важности основанной на любопытстве фундаментальной науки, ведущей к реальным приложениям, которые могут изменить то, как мы живем и работаем. Сайфул Ислам

Сайфул Ислам — профессор материаловедения Оксфордского университета .

9. Природа позитивная

Пока я пишу, важный момент для биоразнообразия все еще продолжается: долгожданное 15-е совещание сторон Конвенции о биологическом разнообразии в Монреале, которое установит курс на восстановление природы с сегодняшнего дня до 2050 года. Эти международные соглашения находят отражение в национальном законодательстве. , такие как Закон Великобритании об окружающей среде. Наряду с этим компании берут на себя смелое обязательство стать «позитивными по отношению к природе», что означает, что их деятельность в целом должна привести к улучшению состояния природы.

Природо-позитивные обязательства должны трансформироваться в реальное, измеримое и определяемое восстановление природы. Однако это очень сложно, отчасти потому, что многие продукты имеют запутанные цепочки поставок, так что сами компании не всегда знают, каково воздействие их деятельности на биоразнообразие. Например, никель является важнейшим компонентом нашей повседневной жизни, поскольку он используется в производстве нержавеющей стали. Тем не менее, как часто мы останавливаемся и задумываемся о том, откуда взялся никель в наших столовых приборах или аккумуляторах электромобилей и как его производство повлияло на окружающую среду?

Одним из последствий является вырубка лесов в районах добычи никелевой руды. Никелевый рудник Амбатови, крупнейший рудник на Мадагаскаре, является одним из растущего числа предприятий, взявших на себя обязательство оставить природу в не худшем состоянии в результате своей деятельности. Шахта компенсировала вырубку леса, приняв меры, чтобы остановить вырубку леса местными жителями для ведения сельского хозяйства в других местах. В этом году Кэти Девениш и ее коллеги из Бангорского университета опубликовали статьюглядя на то, удалось ли им. Используя сложные методы, чтобы отделить последствия деятельности шахты от других факторов, ведущих к потере леса, исследователи продемонстрировали, что шахта находится на пути к предотвращению обезлесения, по крайней мере, в той же степени, что и вызвала. Исследование представляет собой модель того, как ученые могут проводить тщательную и независимую оценку экологических обязательств компаний, уменьшая искушение «зеленой промывкой».

Нам нужно еще много таких исследований, которые связывают эзотерический мир принятия решений на высоком уровне с реальностью на местах во всех секторах, от добычи полезных ископаемых до продуктов питания, транспорта и инфраструктуры. Тогда у нас будет гораздо больше шансов призвать к ответу наши правительства и компании и обратить вспять утрату природы, где бы она ни происходила. Э. Дж . Милнер-Гулланд

Э. Дж. Милнер-Гулланд — профессор биоразнообразия Оксфордского университета .

10. Заряд батареи

Это одна из величайших недооцененных историй нашего времени: невероятно быстрое усовершенствование аккумуляторных технологий, которые сформируют основу электрифицированного мира, когда мы отвыкнем от ископаемого топлива.

Конечно есть вопросы. Как насчет затрат? Будут ли аккумуляторы когда-нибудь действительно хранить достаточно энергии для своего размера, чтобы питать что-то вроде большого самолета? И где мы возьмем все редкие металлы, необходимые для их постройки?

Вот почему моя история года — это октябрьская статья Chao-Yang Wang и соавторов Nature , описывающая способ невероятно быстрой зарядки энергоемких аккумуляторов — всего за несколько минут. Это действительно подчеркивает феноменальную скорость, с которой химики, инженеры и технологи принимают вызов. Если вы можете зарядить автомобильный аккумулятор за 10-12 минут, более частая зарядка становится гораздо меньшей проблемой, позволяя производить более дешевые и менее ресурсоемкие аккумуляторы меньшего размера.

Мы также наблюдаем огромный прогресс в технологиях аккумуляторов, основанных на дешевом, широко распространенном натрии вместо дорогого и относительно редкого лития, а также в методах, позволяющих упростить переработку всех этих аккумуляторов.

Основные принципы работы батареи не изменились, но возможности новейших версий поражают и постоянно совершенствуются. Хелен Черски

Хелен Черски — научный сотрудник факультета машиностроения Университетского колледжа Лондона .

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.