НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

02 января 2022, 14:00

Наука в 2021 году

Снимок, сделанный марсоходом «Персеверанс» в апреле 2021 года. Вертолет «Индженьюити» виден чуть выше центра кадра
Снимок, сделанный марсоходом «Персеверанс» в апреле 2021 года. Вертолет «Индженьюити» виден чуть выше центра кадра
NASA/JPL-Caltech

Подводя итоги года, мы расскажем о нескольких научных новостях, показавшихся нам особенно важными.

Генная терапия — CRISPR внутривенно

Хотя в последнее десятилетие генная терапия добилась наибольших успехов за свою историю, а метод редактирования генома CRISPR/Cas9 стал настолько знаменит, что в 2020 году принес своим разработчикам Нобелевскую премию в области химии, нельзя сказать, что CRISPR сумел преодолеть все преграды на пути дальнейшего применения генной терапии. Дело в том, что эффективность этого метода не всегда велика. CRISPR лучше всего справляется с задачей, когда надо выключить («нокаутировать») какой-либо ген, тогда как в лечении генных заболеваний чаще требуется не выключать, а включать дефектные гены.

Из-за низкой эффективности обычно CRISPR применяют так: забирают из организма пациента требуемые клетки, модифицируют их геном в условиях лаборатории, затем отбирают те клетки, где модификация прошла успешно, и возвращают их пациенту. Это вносит дополнительные сложности и делает терапию дороже. Хотелось бы, чтобы требуемую генетическую конструкцию и инструменты CRISPR можно было прямо вводить пациенту. Но при этом также хотелось бы и избежать рисков, связанных с таким действием, то есть чтобы CRISPR редактировал только целевой ген и не повреждал других участков ДНК.

Первая подобная попытка была сделана в 2020 году для лечения одной из форм врожденной слепоты — амавроза Лебера 10-го типа. Эта болезнь вызывается мутацией в одном гене, ответственном за правильное формирование светочувствительных клеток сетчатки. Содержащий молекулы CRISPR/Cas9 раствор пациенту ввели под наркозом при помощи тонкой иглы прямо под сетчатку. Но в этом случае терапевтическая генетическая конструкция не должна была проникнуть за пределы глаза.

И вот летом 2021 года стало известно, что впервые CRISPR-терапия была проведена путем внутривенной инъекции. Это сделали для лечения транстиретинового амилоидоза — генетической болезни, при которой из-за мутации молекулы белка транстиретина сворачиваются неправильно и в итоге откладываются в виде во внутренних органах. До сих пор единственным способом полного излечения этой болезни оставалась лишь пересадка печени, так как именно в ней синтезируется этот белок. CRISPR-терапия должна была удалить ген транстиретина из клеток печени.

Джулиан Гилмор (Julian Gillmore) из Университетского колледжа Лондона вместе со специалистами компаний Intellia Therapeutics и Regeneron Pharmaceuticals сделали терапевтические инъекции шести пациентам. Спустя полтора месяца содержание транстиретина в крови всех пациентов снизилось. Побочные эффекты оказались незначительными и скоротечными. Теперь исследователи продолжают наблюдать за пациентами, чтобы подтвердить безопасность нового метода.

Конечно, для первой CRISPR-терапии in vivo был выбран относительно легкий случай — нужно было лишь удалить ген, а не внести в него исправление. Но первый опыт дает надежду, что в дальнейшем CRISPR смогут применять внутривенно и в других случаях.

 

«Персеверанс» и «Чжужун»на Марсе

18 февраля марсоход NASA «Персеверанс» совершил посадку в кратере Езеро на Марсе. В мае посадочный модуль зонда «Тяньвэнь-1» доставил на поверхность планеты китайский марсоход «Чжужун».

Кратер Езеро, выбранный в качестве места посадки и дальнейшей работы марсохода «Персеверанс», образовался около 3,9 миллиарда лет назад. Размер кратера составляет около 49 километров. В далекую эпоху, когда климат на Марсе был более теплым и влажным, кратер представлял собой крупное озеро, куда впадало две реки. Геологические остатки речной дельты и озерные отложения станут основным объектом исследований. Марсоход, хотя и испытал некоторые проблемы со взятием образцов марсианского грунта, в дальнейшем действовал успешно.

Если всё пойдет по плану, за первый марсианский год своей работы (чуть меньше двух земных лет), «Персеверанс» пройдет более 15 километров, собирая и исследуя образцы. Всего ученые рассчитывают получить 15–20 кернов горной породы различных типов. Часть из них марсоход упакует и отложит, чтобы их можно было потом доставить на Землю. Этим займется аппарат NASA Sample Retrieval Lander, который должен прибыть на Марс в 2027 году. Он совершит посадку, поместит образцы в специальную ракету Mars Ascent Vehicle, а она доставит их на орбиту Марса, где их будет ждать разработанный Европейским космическим агентством аппарат Earth Return Orbiter, на который возложена миссия по доставке образцов на Землю.

Хотя взятые марсоходом образцы пока недоступны ученым, первые научные результаты его работы уже известны. Они получены в ходе анализа сделанных марсоходом снимков. Николас Мангольд (Nicolas Mangold) из Лаборатории планетологии и геодинамики Университета Нанта и его коллеги рассказали о характеристиках осадочных отложений в кратере Езеро. Снимки подтвердили, что в древности на этом месте существовало озеро, но позволили внести целый ряд существенных уточнений. Ранее считалось, что существовала река, вытекающая из древнего озера, но теперь ученые пришли к выводу, что озеро Езеро было закрытым, то есть не имело вытекающих из него рек. В истории озера было несколько наводнений, причиной которых было таяние снега и льда.

Помимо этого «Персеверанс» доставил на Марс первый в истории внеземной вертолет «Индженьюити». Вес вертолета — всего 1,8 килограмма, размеры базовой части — 13,6 х 19,5 х 16,3 см, общая высота — 49 см, лопасти — 1,20 метра. Двойные лопасти, вращающиеся в противоположные стороны, делают почти 2400 оборотов в минуту, что в десять раз больше, чем у вертолетов на Земле. Такая частота вращений необходима для удержания аппарата в разреженной атмосфере Марса. В апреле «Индженьюити» совершил первый пробный полет, и с тех летал уже более десяти раз, поднимаясь на высоту до 12 метров и занимаясь аэрофотосъемкой поверхности Марса. Ее результаты используются при планировании дальнейших перемещений марсохода к наиболее интересным для изучения объектам.

Марсоход «Чжужун» к середине августа успел проехать 889 метров по поверхности Марса, сделать множество снимков Марса, включая мультиспектральные снимки, по которым можно определить примерный состав марсианских пород, а также собрать данные о состоянии атмосферы. На этом его программа, рассчитанная всего на 90 марсианских суток (солов), была завершена, но Китайское национальное космическое управление объявило, что работа марсохода будет продолжена по специальной расширенной программе.

 

ДНК из грунта пещер

Еще одно активно развивающееся направление науки последнего десятилетия — исследования «средовой ДНК» (environmental DNA, eDNA). Начали ученые с водной среды. Выделение ДНК из воды озер, ручьев и морей позволило отслеживать инвазивные виды, а также обнаруживать редкие организмы. Совсем недавно некоторые ученые стали определять насекомых по eDNA на листьях, а также обнаружили eDNA млекопитающих в почве.

В 2021 году появились первые сообщения о выделении ДНК животных из воздуха. Две исследовательские группы независимо друг от друга показали, что в воздухе может содержаться достаточное количество ДНК для определения многих видов животных, обитающих в данной местности. Эксперименты проводились сначала в лаборатории (где из воздуха выделили ДНК содержавшихся в этой голых землекопов), а затем в двух зоопарках в Англии и Дании.

Чагырская пещера. Фото: Ксения Колобова

Но наиболее интересными стали результаты выделения древней ядерной ДНК из грунта пещер. Коллектив ученых из Германии, Испании, Австралии, России, Польши и Канады получил образцы из трех пещер, в которых жили неандертальцы: Чагырской и Денисовской в Горном Алтае на юге Сибири и в Галерее статуй (Galería de las Estatuas) в Атапуэрке (Испания). Для сибирских образцов удалось сравнить результаты ядерную ДНК из пещерных отложений и взятую из найденных там ранее неандертальских костей. Как показал анализ, данные из двух этих источников согласуются между собой, а значит, даже без находок костей, ученые могут получать надежные образцы ДНК из осадков.

Тремя месяцами позже была опубликована другая работа, авторы которой проанализировали образцы отложений из грузинской пещеры Сацурблия и обнаружили древние фрагменты ДНК волка, зубра, а также людей, живших около 25 тысяч лет назад.

 

Поиск эффективного лекарства от рассеянного склероза

В Великобритании было начато первое в мире клинического испытание, в ходе которого врачи намерены оценить, насколько уже имеющиеся на рынке препараты для лечения рассеянного склероза способны замедлить развитие болезни или даже способствовать излечению пациентов.

В мире рассеянным склерозом страдают около 2,5 миллионов человек, в Великобритании — около 130 тысяч, в России — более 150 тысяч. Он относится к аутоиммунным заболеваниям: собственная иммунная система пациентов разрушает миелиновые оболочки нервных волокон в спинном и головном мозге, что ведет к постепенному нарастанию неврологических нарушений — потере кожной чувствительности, нарушениям зрения, тремору, нарушениям координации движений и так далее. Симптомы обычно обнаруживаются у людей в возрасте от 20 до 50 лет. У многих вначале наблюдается рецидивирующий рассеянный склероз — форма болезни, при которой симптомы периодически появляются и исчезают. Но около половины пациентов страдают прогрессирующей формой болезни, когда постепенно накапливающиеся повреждения нервов ведут к нарастающему ухудшению состояния. На поздних стадиях болезни возникают проблемы с речью, мышечная ригидность или спазмы, пациентам требуются вспомогательные приспособления для ходьбы или же они вовсе вынуждены использовать инвалидное кресло. Полностью излечить рассеянный склероз современные врачи не могут. Пока они в состоянии только замедлить развитие болезни.

В клиническом испытании, получившем кодовое название Ocpotus, будут оцениваться три препарата. Сотни пациентов-добровольцев будут случайным образом распределены на четыре группы. В контрольной группе они будут получать стандартное современное лечение прогрессирующего рассеянного склероза, в трех остальных к этому лечению будет добавлено одно из трех испытуемых лекарств. Спустя восемнадцать месяцев состояние нервных волокон участников будет оценено при помощи МРТ, а также электрофизиологических тестов, определяющих, насколько хорошо передаются сигналы по нервной системе.

 

Гигантская комета

Обнаруженная астрономами комета поставила сразу два рекорда: это самый крупный известный науке объект облака Оорта и комета, открытая на самом далеком расстоянии от Солнца.

Комета, известная как C/2014 UN271, получила название в честь астрономов Пенсильванского университета Педро Бернардинелли и профессора Гэри Бернштейна, которые заметили ее на архивных снимках Обзора темной энергии (Dark Energy Survey). Размер кометы Бернардинелли — Бернштейна составляет сейчас от 100 до 200 километров, что примерно в десять раз больше размера большинства комет Солнечной системы. Она должна приблизиться к Солнцу в 2031 году.

NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Самая дальняя точка орбиты кометы Бернардинелли — Бернштейна лежит на расстоянии более 40 000 астрономических единиц от Солнца, для сравнения среднее расстояние между Плутоном и Солнцем составляет всего 39 астрономических единиц. Сейчас комета уже значительно приблизилась к Солнцу. Впервые она была замечена в Обзоре темной энергии в 2014 году на расстоянии 29 а. е., а по состоянию на июнь 2021 года находилась на расстоянии 20 а. е. от Солнца. Орбита кометы перпендикулярна плоскости Солнечной системы. Комета достигнет своего перигелия в 2031 году, когда будет на расстоянии около 11 а. е. Даже в этот момент для ее наблюдения любителям астрономии потребуется телескоп.

«Мы имели честь открыть, возможно, самую большую комету из когда-либо виденных — или, по крайней мере, большую, чем любая хорошо изученная комета, — и поймали ее достаточно рано, чтобы люди могли наблюдать, как она эволюционирует по мере того, как приближается [к Солнцу] и нагревается», — говорит профессор Бернштейн.

 

Причина «Великого потускнения» Бетельгейзе

Красный супергигант Бетельгейзе (альфа Ориона) входит в число самых ярких звезд. Ее видимая звездная величина колеблется обычно от 0 до 1,3 и в среднем составляет 0,6, а абсолютная звездная величина (видимая звездная величина на расстоянии 10 парсек от наблюдателя) равна в среднем −5,14. Но в октябре 2019 года Бетельгейзе начала тускнеть и к середине февраля 2020 потеряла более двух третей своей яркости. Такую разницу можно заметить невооруженным глазом. Затем блеск Бетельгейзе вновь стал усиливаться, и к апрелю 2020 года звезда вернулась к своей обычной яркости.

Группа астрономов во главе с Мигелем Монтарже (Miguel Montargès) вела наблюдения Бетельгейзе с конца 2019 года при помощи Очень Большого телескопа Европейской Южной обсерватории (ESO VLT). «Мы впервые наблюдали изменение вида звезды в реальном времени на протяжении нескольких недель, — говорит Монтарже, сотрудник Парижской обсерватории (Франция) и Католического университета в Лёвене. — Публикуемые изображения — уникальное свидетельство изменений яркости поверхности Бетельгейзе». Результаты выполненного группой исследования, опубликованные в журнале Nature, показывают, что таинственное потускнение звезды было вызвано пылевой завесой, закрывшей ее поверхность, а это, в свою очередь, было обусловлено понижением температуры поверхности Бетельгейзе.

Поверхность Бетельгейзе постоянно меняется: внутри звезды надуваются, движутся и опадают гигантские газовые пузыри. Астрономы заключили, что за некоторое время до наступления «Великого потускнения» звезда выбросила такой пузырь, который стал от нее удаляться. Вскоре после этого его температура настолько понизилась, что газ сконденсировался в пылевые частицы. «Мы непосредственно наблюдали образование космической пыли», — говорит Монтарже. Из его наблюдений следует, что этот процесс может происходить очень быстро и вблизи поверхности звезды.

 

Жуки из экскрементов архозавра

Ученые обнаружили новый вид жука в окаменевших фекалиях предка динозавров возрастом 230 миллионов лет. Жук, получивший научное название Triamyxa coprolithica, стал первым насекомым, которое было научно описано при изучении копролитов.

Чтобы выяснить, могут ли в копролитах сохраняться останки насекомых, палеонтолог из Упсальского университета Мартин Кварнстрём (Martin Qvarnström) и его коллеги исследовали окаменевшие экскременты триасового периода, найденные в Польше. Предположительно, они принадлежали силезавру (Silesaurus opolensis) — представителю архозавров, достигавшему 2,3 метра в длину.

Компьютерная реконструкция копролита с Triamyxa coprolithica внутри. Martin Qvarnström et al., 2021

Для исследования был выбран фрагмент копролита длиной почти 2 сантиметра, который, судя по его сломанным концам, предположительно, был частью гораздо более крупного фрагмента. Ученые подвергли образец интенсивному рентгеновскому излучению на синхротроне. Вращая копролит, они создали трехмерную реконструкцию его содержимого. Увиденное поразило их: невероятно сохранившиеся, почти целые насекомые длиной всего 1,4 миллиметра, а также отдельные фрагменты: головы, усики и ноги. По словам одного из авторов исследования Мартина Фикачека (Martin Fikáček), энтомолога из Национального университета имени Сунь Ятсена, вымерший жук, вероятно, принадлежал к подотряду миксофагов (Myxophaga) — мелких жуков, которые живут в водной среде и питаются водорослями. Исследователи отметили сходство некоторых его характеристик — например, количества сегментов брюшка и положения усиков, — с четырьмя видами современных жуков-миксофагов.

В музеях хранится довольно много древних копролитов. Но долгое время исследователи не пытались проверить в них наличие насекомых, так как никто не подозревал, что маленькие насекомые могут успешно пройти через пищеварительную систему и в конечном итоге сохранить узнаваемую форму. Палеонтологи получали большую часть информации об эволюции насекомых благодаря экземплярам, обнаруженным в янтаре. Но эти окаменелости не очень старые с геологической точки зрения: самые древние из них датируются примерно 140 миллионами лет назад. Так что новый метод открывает перед учеными широкие перспективы.

 

Детеныш Homo naledi

Международная группа палеоантропологов обнаружила частичный череп и зубы детеныша Homo naledi, недавно открытого вида древних гомининов. Находка дает редкую информацию о взрослении Homo naledi.

Ископаемые останки ранее неизвестного вида из рода Homo были впервые найдены в 2013 году палеоантропологом Ли Бергером (Lee Berger) из Университета Витватерсранда и его коллегами на территории ЮАР, в пещерной системе под названием «Восходящая звезда». Всего было обнаружено 1550 фрагментов окаменевших костей, которые составляют останки 15 особей. Название Homo naledi дано в честь пещеры Диналеди. На языке сесото слово naledi означает «звезда». Позже в пещере Леседи той же пещерной системы было найдено еще 133 фрагмента от трех особей. Рост Homo naledi был 144–147 сантиметров. Ряд черт Homo naledi весьма примитивен и роднит их с такими ранними предками человека, как Homo habilis и Homo rudolfensis и даже австралопитеки. К таким признакам относятся размеры черепа и объем его мозгового отдела (мозг Homo naledi был примерно в три раза меньше нашего). Но некоторые их анатомические признаки, напротив, указывали на относительное сходство с современными людьми — например, маленькие и тонкие кости челюстей и особенности строения стопы. Однако в целом анатомически Homo naledi были примитивными представителями нашего рода. Существовал этот вид, как предполагается, до 236 000–335 000 лет.

Реконструкция Homo naledi. John Gurche/Mark Thiessen/National Geographic

Раскопки пещерной системы «Восходящая звезда» продолжаются по сей день. Новые находки — шесть зубов и 28 фрагментов черепа, принадлежащих одному незрелому индивиду, — были обнаружены в месте, обозначенном U.W.110, в узкой трещине подсистемы Диналеди. «Обнаружение одного черепа ребенка в таком удаленном месте внутри пещерной системы усиливает загадку о том, как многочисленные останки оказались в удаленных темных местах системы пещер "Восходящая звезда". Это еще одна из множества загадок, окружающих этого очаровательного вымершего родственника человека», — говорит Ли Бергер.

Детеныш жил около 250 тысяч лет назад и умер в возрасте 4–6 лет. Ученые дали ему имя Лети — от слова «летимела», на языке сетсвана означающего «потерянный». «Это первый частичный череп ребенка Homo naledi, который был реконструирован, и это дает нам представление обо всех этапах жизни этого замечательного вида», — говорит Джульетта Броф из Университета штата Луизиана. Объем мозга Лети оценивается в 480–610 кубических сантиметров. «Это составляет примерно от 90 до 95 % объема мозга взрослой особи», — говорит Дебра Болтер (Debra Bolter) из отделения антропологии Университета Витватерсранда.

Обсудите в соцсетях

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Facebook Twitter Telegram Instagram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2022.