Важнейшие научные события 2020 года
Котоглиф в Перу, пилотируемый полет Crew Dragon, расследование гибели динозавров, связь 5G, карта Вселенной в рентгене, расшифровка структуры белка с помощью искусственного интеллекта… Эти и другие открытия вошли в наш топ-10 достижений 2020 года. Обзор начнем с приятного — с котиков!
Кот-геоглиф
В Перу на пустынном плато Наска археологи обнаружили изображение гигантского кота. Ему больше 2000 лет. Годом ранее на этом плато были обнаружены огромные изображения животных, птиц, фантастических фигур с помощью лазерной аэросъемки и искусственного интеллекта. Но вот геоглиф на довольно крутом склоне холма замечен впервые, и впервые это изображение кота! Как считают ученые, кот этот не простой — он едва ли не праотец всех остальных зооморфных геоглифов.
«Эта новая находка, естественно, взбудоражила общественность, поэтому появился даже такой неофициальный термин — "котоглиф", — рассказал Дмитрий Беляев, доцент Мезоамериканского центра имени Ю. В. Кнорозова исторического факультета РГГУ. — Традиционно считалось, что на этом более раннем этапе в качестве геоглифов в основном были фигуры геометрические, абстрактные». По словам Беляева, техника нанесения кота заставила людей думать, будто это дети нарисовали кота мелом на асфальте. Линии неровные, рваные, уши странные, несимметричные. Но кот не подделка! И весьма вероятно, что найденный 37-метровый геоглиф стал пробой пера древних художников культуры Наска в новом для них зооморфном стиле.
К слову, есть множество гипотез о происхождении и назначении геоглифов. По одной из версий, это божества индейских племен или тотемные основатели семейных родов — животные, от которых произошли древнейшие предки человека.
Специалисты гадают, какой биологический вид кошкообразного зверя попытались изобразить перуанцы, ведь домашних котов у древних индейцев Южной Америки не было. Зато с дикими малыми кошками они точно были знакомы. «Это так называемая пампасская кошка — научное название Leopardus colocolo, — поясняет Дмитрий Беляев. — Широкая морда, хвост короткий, но при этом довольно толстый и массивный. Он, конечно, очень похож».
Пилотируемый полет Crew Dragon
В 2020 году на МКС побывал 21 человек, большинство было доставлены на орбиту российскими ракетами-носителями «Союз». Но есть исключение. 30 мая 2020 года со стартового комплекса космоцентра во Флориде стартовала тяжелая ракета Falcon 9 с пилотируемым кораблем Crew Dragon. На следующий день астронавты НАСА Роберт Бенкен и Дуглас Херли благополучно достигли Международной космической станции.
Весь мир следил за их полетом, как за финалом футбольного чемпионата. Дело не только в том, что США вернулись к пилотируемым полетам в космос после перерыва длительностью в девять лет. Главное в другом: космонавтика окончательно перестала быть прерогативой больших государств. В игру успешно вступила частная компания Илона Маска SpaceX.
Одно из достижений компании состоит в том, что она научилась вторично использовать до 80% оборудования, улетающего с Земли на орбиту. «Сейчас используется ракета Falcon 9 Block 5 компании SpaceX. И их первая ступень используется по несколько раз… Это реально снижает стоимость доставки при нагрузке на орбиту. Сама капсула, сам корабль является многоразовым. Это тоже снижает стоимость. К примеру, так же делает Россия для своего корабля ПТК НП "Федерация", или, как сейчас называется, «Орел». Там тоже возвращаемая многоразовая капсула у космического корабля. У кораблей "Союз" их спускаемый аппарат частично многоразовый», — рассказал Александр Хохлов.
2020-й год стал той вехой, после которой частная инициатива в освоении космического пространства перестала казаться чем-то фантастическим. И кто знает, может быть, лет через тридцать мы будем садиться за штурвал собственного космического корабля, как сейчас — за руль личного автомобиля.
Эволюция человека: лишнее сухожилие
В 2020-м году социальные сети послужили массовой популяризации науки, а именно — эволюционной антропологии. В середине лета пользователи, соскучившись от ковидных ограничений, бросились искать у себя на запястье длинное ладонное сухожилие Musculus palmaris longus. Чтобы определить его наличие, надо соединить большой палец с мизинцем, нагнуть запястье немного на себя и посмотреть, выпирает ли жилка у основания ладони.
ладно давайте все у себя искать мышцу-атавизм, которая отвечает за выпуск когтей. соединяем мизинец и большой пальцы и нагибаем кисть на себя pic.twitter.com/NG5s78SZE7
— Кромешничек в розовом аду (@kr0mesha) July 20, 2020
Соцсети запестрели сообщениями: «Это сухожилие помогало прыгать по деревьям. У кого оно есть, тот недалеко ушел от обезьяны!» Другие возражали: «Эта мышца отвечала за выпускание когтей хищниками. У меня она есть, значит, я подобен благородному льву!» Серьезные ученые не могут не приветствовать такое внимание к анатомии Homo sapiens, но считают своим долгом разъяснить наблюдаемую картину.
«Вот в любое место у себя тычете и находите эволюционирующий признак, — говорит к. б. н. Станислав Дробышевский, доцент кафедры антропологии биологического факультета МГУ. — Из ярких промеров — это зубы мудрости, которые исчезают, аппендикс, малая берцовая кость, мизинец». По словам антрополога, это абсолютно ничего не говорит о примитивности или архаичности, просто у современного человека может проявиться то, что было у предков, а может и не проявиться. «Потому что у нас признаков много, в геноме они так или иначе прописаны», — поясняет Дробышевский. Таким образом, наличие или отсутствие тех или иных рудиментарных признаков определяется не вашей близостью к обезьяне, а тем, какие родительские гены, доминантные или рецессивные, проявились в вашем фенотипе, то есть внешнем облике.
Причины вымирания динозавров
Ученым давно известно, что причиной Великого мел-палеогенового вымирания стало резкое изменение климата, но не было ответа на вопрос: из-за чего началось это катастрофическое потепление, приведшее к гибели динозавров?
«Основная причина — это потепление, которое фиксируется по льдам Антарктиды того времени. Недавняя статья говорит о том, что в это время средняя годовая температура в районе Антарктиды составила примерно 7 °С. Это катастрофа», — рассказал доктор геолого-минералогических наук Павел Плечов, директор Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана, профессор РАН.
В конце XX века доминировала метеоритная версия. Следы падения подходящего по времени гигантского небесного тела были обнаружены на полуострове Юкатан в Карибском бассейне. Одновременно существовала и вулканическая теория. И в уходящем году в ее пользу появились новые аргументы. Итальянские ученые из Университета Падуи провели анализ магматического углекислого газа в базальтах Центральной Атлантики. И оказалось, что супервулкан, извергавшийся 66 млн лет назад на территории современной Индии, охватил своим влиянием практически всю планету!
Теперь ученые объединили эти гипотезы и считают, что на резкое потепление повлияли сразу два фактора: метеорит и супервулкан. Природа просто не оставила шансов несчастным динозаврам, зато сохранились мелкие рептилии и получили эволюционное преимущество первые млекопитающие, а через 65 млн лет появились люди!
Доставка на Землю лунного грунта
17 декабря 2020 года впервые за 44 года на Землю прибыл свежий образец лунного грунта. Его доставил китайский возвращаемый зонд «Чанъэ-5», который был запущен в конце ноября. Китай стал третьей страной после Советского Союза и Соединенных Штатов, заполучившей в свое распоряжение кусочек спутника Земли.
Исследования доставленной породы сейчас только начинаются. Если они подтвердят ожидаемый возраст грунта — 1,2 млрд лет, значит, в распоряжении человечества оказался в два раза более молодой «кусок Луны», чем те, которые в XX веке доставляли советские и американские аппараты. И это позволит уточнить историю происхождения нашего спутника.
«Основная загадка Луны — это ее происхождение, — говорит Александр Родин, заведующий Лабораторией прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ. — Состав Луны похож на состав земной мантии. И в этом смысле мы находим подтверждение ударной гипотезе происхождения Луны, связанной с так называемым мегаимпактом». Имеется в виду, что Луна сформировалась вследствие столкновения Земли с очень крупным протопланетным телом на ранней стадии. Какие аргументы в пользу или против этой гипотезы представят свежие образцы лунного грунта, станет известно уже в наступающем году.
Никто из современных астрономов и планетологов не сомневается, что освоение Луны — неизбежная веха, которую человечество должно преодолеть на пути в большой космос. В полярных областях на Луне открыта вода. Луна богата полезными ископаемыми. Мощная солнечная энергия достигает ее поверхности безо всякого экранирования атмосферой. Вот почему Луна для человечества — это будущая обсерватория, исследовательская и производственная база, а также площадка подскока для исследования Солнечной системы и дальнего космоса.
Связь 5G и конспирология
Системы скоростной цифровой связи пятого поколения охватили большинство развитых стран мира: уже к лету 2020 года они были доступны в 42-х государствах. Эксперты по телекоммуникациям отмечают, что 5G — это не просто возможность за секунды скачать полнометражный фильм в идеальном качестве. Этот стандарт связи позволяет взаимодействовать в реальном времени огромному количеству умных устройств, что поднимает возможности автоматизации на новый уровень.
«Зачем же нужен такой сверхнадежный и требовательный к задержкам трафик? Тут ничего нового нет, — поясняет к. т. н. Дмитрий Лаконцев, завлабораторией беспроводной связи и интернета вещей "Сколтеха". — Это подключение самых разных систем охраны и систем обеспечения жизнедеятельности, которые сейчас в основном проводные, так как им нужна надежность. Так вот в мобильной сети наконец появилась сверхнадежная передача».
Многие сторонники заговора связали 5G и коронавирус в абсурдную конспирологическую теорию. «27 января 2020-го года в блоге конспирологов появилось мнение, что новая китайская болезнь может быть как-то связана с разными новыми технологиями, в том числе и с вышками 5G, и эта информация начала репоститься, — рассказала к. ф. н. Александра Архипова, старший научный сотрудник лаборатории фольклористики РАНХиГС. — Чем больше люди понимали, что их жизнь необратимо изменится, тем больше они впадали в панику и тем больше они искали простые объяснительные модели: новый вирус возник из-за вышек 5G в Китае. При этом всякая биология, понимание происхождения вирусов — это все им не надо. Такая объяснительная модель дает надежду на избавление: не ставь вышки 5G или убери вышку — и тогда все исчезнет. В начале марта 2020-го года эта история охватила весь мир». Этот миф остался непобежденным, несмотря на все доводы ученых и правительств, прививки от него также не существует.
Орбитальная обсерватория «Спектр-РГ»
С Земли нам практически не видно интереснейших объектов: галактических ядер, черных дыр, нейтронных звезд, квазаров и других источников излучений высоких энергий. Но в 2020 году случился прорыв: у человечества появилась максимально подробная и точная карта Вселенной именно в рентгеновском диапазоне. Ее удалось составить по результатам годовой работы двух рентгеновских телескопов — российского и германского, — установленных на борту российской астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». С конца 2019 года эта обсерватория совершает орбитальный полет вокруг так называемой второй точки Лагранжа, где уравновешены гравитация Земли и Солнца.
«Буквально 15 декабря 2020 года обсерватория завершила свой второй обзор неба. Она получила вторую карту Вселенной», — рассказал Александр Лутовинов, замдиректора Института космических исследований. Обе карты были наложены друг на друга, и получилась одна, более точная и полная.
Рентгеновский «глобус Вселенной», построенный «Спектром-РГ», — это около миллиона источников излучения с ярко-белой черной дырой в центре. Звучит парадоксально, но светится в рентгене, конечно, не сама дыра, а космическое вещество, которое раскаляется, падая в нее. Посередине, вдоль карты простирается наша галактика — Млечный Путь. А прямо за ней виднеется похожее на большой желто-зеленый гриб гигантское облако раскаленного газа, изучая который можно многое узнать об эволюции галактики. Каждая белая точка, окруженная синеватой сброшенной оболочкой, — это скопление недавно взорвавшихся сверхновых звезд.
С помощью карт, которые строит «Спектр-РГ», можно будет путешествовать среди звезд так же уверенно, как мы ездим по земным дорогам, руководствуясь спутниковой навигацией. «На небе есть сотни нейтронных звезд, которые мигают, как маяки, и при этом сигнал у каждой из них уникален. То есть фактически мы имеем природную систему маяков во Вселенной, относительно которой можно построить систему навигаций космических аппаратов», — рассказал Александр Лутовинов.
Катастрофическое потепление в Арктике
Научное достижение, которого нет: мы не смогли остановить изменение климата. И это грозное предупреждение человечеству: в Арктике теплеет в два раза быстрее, чем в среднем на планете. И в 2020 году впервые за всю историю наблюдений Восточно-Сибирское море оставалось без ледового покрова до конца октября.
«Если говорить о морях Восточной Арктики — это море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, российская часть Чукотского моря, — они теплеют даже более значимо. Они уже достигли температур, которые прогнозируются через десятки лет. То есть мы опережаем график», — говорит Игорь Семилетов, завлабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН.
Морской лед — это платформа, на которой живут млекопитающие: моржи, тюлени, белые медведи. Когда животные лишаются льда, они вынуждены выходить на сушу, где их ждут бескормица и гибель. Ужас арктического потепления заключается еще и в том, что это процесс с положительной обратной связью. Чем меньше становится льдов, тем меньше они отражают солнечных лучей и тем сильнее прогревается вода. К сожалению, пока нет даже фантастического сценария, как можно было бы повернуть этот процесс вспять.
Искусственный интеллект разобрался в структуре белка
В конце ноября о своей очередной победе заявила международная корпорация DeepMind, которая уже десять лет занимается развитием систем искусственного интеллекта. На этот раз нейросеть под названием AlphaFold научилась с большой точностью предсказывать пространственную структуру белковых молекул. Эту задачу более 50 лет называли величайшей проблемой биологии.
«Белок — это основа жизни, строительный материал клетки. Но для того, чтобы влиять на процесс, нужно понимать, как это происходит на молекулярном уровне, как белок организован в трехмерном пространстве», — рассказала д. х. н. Мария Зверева, замдекана химического факультета МГУ по научной работе. До сих пор ученые не умели определять пространственную структуру белков по их формулам, а именно от пространственной структуры зависит, как белковая молекула поведет себя в живом организме. И помочь не могли даже современнейшие суперкомпьютеры.
Программисты DeepMind не стали решать задачу в лоб, а, как нормальные герои, пошли в обход. Они создали обучаемую нейросеть, которая моделирует работу человеческого мозга. Изучив структуру 170 000 известных белковых молекул, эта система научилась по аналогии предсказывать пространственную структуру новых белков с точностью около 90%! При этом сами создатели этой нейросети не могут объяснить, она это делает.
Это достижение трудно переоценить. Надежное моделирование пространственной структуры белков позволит предсказывать их свойства и откроет новые страницы химии, биологии, фармакологии и других наук.
«Получается, что машина, вот этот машинный алгоритм — он нас опередил, — говорит к. ф.-м. н. Дмитрий Иванков, старший преподаватель Центра наук о жизни "Сколтеха". — Конечно, мы рады, что задача сейчас настолько хорошо решается. Но можно и посожалеть, что не мы первые, а машины, метод искусственного интеллекта, нас опередил».
Президент РАН — о российской науке в 2020 году и ближайшем будущем