Спасибо за науку: российские ученые продолжают удивлять мир высокими достижениями
Ученый из Московского физтеха Максим Никитин совершил научный прорыв мирового уровня. Он открыл новый механизм хранения информации в ДНК. Его открытие поможет исцелить неизлечимые болезни и замедлить старение. Как развивалась российская наука в последние годы? Какими научными достижениями, продвинувшими науку вперед и сделанными в последние годы, могут гордиться российские ученые? Способна ли Россия вновь стать научной державой, как был СССР?
Максим Никитин — ученый, работающий в Московском физико-техническом институте. В свои 36 лет он доктор физико-математических наук и автор более 70 научных статей, опубликованных в том числе в престижных журналах группы Nature. Вот и последнюю — сенсационную — работу он опубликовал в Nature Chemistry, одном из самых авторитетных научных журналов мира. Кстати, наш ученый стал единственным автором статьи, что в подобных изданиях встречается крайне редко. Что дает его открытие человечеству?
Очередной взгляд на ДНК
Еще в 1953 году британские биологи Уотсон и Крик сделали важное открытие. Они выяснили, что молекула ДНК имеет две спирально закрученные цепи, которые связаны парами оснований. Считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счет структуры двойной спирали — однозначно соответствующих друг другу, т.е. комплементарных, молекулярных цепей.
Этот закон показывал возможность восстановления одной цепи за счет другой и объяснял сущность процессов передачи наследственной информации на молекулярном уровне. Теория двойной спирали была настолько понятна, что следующие 70 лет ученые придерживались ее, не учитывая возможности существования иных взаимодействий.
А Максим Никитин экспериментально доказал, что ДНК может хранить и передавать информацию за счет иных взаимодействий, которые реализуются, если молекулы имеют низкое «сродство» друг к другу. Также он показал, что короткая ДНК может регулировать работу гена, даже если не комплементарна ему.
— Раньше все говорили, что если ДНК регулирует работу гена, то она должно максимально с геном совпадать. А я доказал, что если мы возьмем ДНК, максимально не похожую на ген, то выясним, что она тоже на ген влияет, — рассказывает Максим Никитин. — Если нам удастся доказать, что этот механизм влияния тоже используется природой, чтобы, допустим, работала наша память, или этот механизм обуславливает процесс старения, то у нас появляется входная дверь, чтобы с этим знанием поработать. Например, улучшить память. Или замедлить старение. В своей статье в Nature Chemistry я даю четкие инструкции, как сделать так, чтобы применяемые сейчас генотерапевтические препараты стали безопаснее — как убрать их возможные побочные эффекты. Ведь сейчас, например, ученые не могут понять, почему в лекарствах появился тот или иной побочный эффект. А секрет может быть именно в коротких цепях ДНК, которые никто никогда не учитывал. А ведь мои эксперименты показали, что цепи влияют на гены, они могут ими управлять. Есть шанс, что мы нашли ключ к разгадке, например, возникновения многих болезней.
Открытие нашего ученого стало прорывным в мире науки. Фундаментальный феномен позволит ученым познать природу самых разнообразных процессов, начиная от сложных заболеваний, тайн генетики, мгновенной памятии старения до вопросов возникновения жизни на Земле и ее эволюции. Это же позволит улучшить специфичность генной терапии и безопасность ДНК/РНК-вакцин за счет выявления и снижения побочных реакций на препараты во время лечения.
Все надо проверять
Валерий Мамаев, геронтолог, научный сотрудник Института биохимической физики РАН, считает, что речь пока идет не о теории, а о гипотезе.
— Чтобы понять, как именно работает ДНК, в свое время была выдвинута масса разнообразных гипотез. По всей видимости, мы имеем дело с одной из них, — пояснил Валерий Борисович. — Теперь задача ученых найти этой гипотезе экспериментальное подтверждение и превратить ее в полноценную теорию. А потом работать уже с ней.
Эксперт привел пример: в свое время была выдвинута гипотеза, что замедлить старение способны антиоксиданты. Ну, например, витамины С или Е. Однако эксперименты ученых показали, что нет — далеко не все антиоксиданты и не во всех случаях старение замедляют. Плюс многое зависит от дозировки. Таким образом, выдвинутую Максимом Никитиным гипотезу тоже нужно самым тщательным образом проверять.
Впрочем, как следует из опубликованной Максимом Никитиным статьи, экспериментальное подтверждение ряда его выводов о природе молекулярной коммутации уже получено. Таким образом, речь все же идет не о гипотезе, а о научной теории. И эту свою теорию исследователь, используя принятые протоколы наблюдения, измерения и оценки результатов, подтвердил.
Лучшие в мире вирусологи
Еще одним научным прорывом последних лет стало создание российскими вирусологами вакцины «Спутник V». Во всяком случае, так считает редакция Science — ведущего научного журнала в мире. Создание «Спутника V» журнал назвал не просто достижением, а главным научным прорывом 2020 года. Что интересно, каждый год редакция Science выбирает десять важнейших открытий или прорывов, наиболее повлиявших на развитие науки, проводя читательское голосование. Но в 2020-м проводить голосование не стали: журнал сам назвал победителя — настолько для популяризаторов науки все было очевидно.
— Долгое время нам казалось, что на появление вакцины от коронавируса можно и не надеяться. Однако ее не только быстро изобрели, но и оперативно запустили в производство, и процесс вакцинации населения Земли был фактически запущен, — заявил главный редактор журнала Голден Торп.
Кстати, о вакцинах. В 2016 году российские ученые зарегистрировали собственный препарат от лихорадки Эбола. Лекарство оказалось более эффективным, чем все применяемые на тот момент средства. Вакцина полностью нейтрализует вирус у привитых людей — даже при низкой концентрации средства. Что интересно, разработки вакцины шли на «родине» болезни — в Гвинее, где работали ведущие российские специалисты.
— Многие из местных медиков учились в советских либо российских медицинских университетах. Они хорошо знают, как устроена наша система профилактики, и, больше того, хорошо говорят на русском, — отмечает врач-эпидемиолог Евгений Ковалев.
Новый вид человека
В 2008 году археологи под руководством новосибирского академика Анатолия Деревянко обнаружили на Алтае фрагменты костей и зубов первобытных людей. Эксперты Института эволюционной антропологии общества Макса Планка провели анализ ДНК, извлеченной из останков. Как выяснилось, в далеком прошлом, помимо кроманьонцев и неандертальцев, существовал еще один вымерший вид либо подвид людей — денисовцы. Их назвали в честь Денисовой пещеры, где и обнаружили останки. Это новый вид человека. Как заявил помощник президента РФ Андрей Фурсенко, открытие академика Деревянко «реально меняет представление науки о том, как происходила эволюция, продвижение человека».
Президент Академии фундаментальных наук Андрей Тюняев пояснил:
— По сути, была подтверждена полицентрическая теория происхождения человека. Человек появился не где-то в одном месте, а в разных. После открытия Деревянко выяснилось, что есть четыре вида человека. Самый молодой — африканский вид. Есть также средиземноморский — потомки неандертальцев, русскоравнинный вид — кого сейчас называют «человеком современного вида». И — азиатский вид: потомки того самого денисовского человека. В общем, взгляд на мир у антропологов расширился. Новое открытие российских ученых обеспечило их работой на много лет.
Отказался от миллиона
В 2002 году питерский математик Григорий Перельман решил одну из семи «задач тысячелетия»: доказал гипотезу Пуанкаре. Она была сформулирована еще в 1904 году. Суть проста: трехмерный объект, например стакан, можно преобразовать в шар путем лишь одной деформации. Иными словами, его не нужно будет ни разрезать, ни склеивать. Пуанкаре, таким образом, больше века назад предположил, что пространство не трехмерно, а содержит гораздо больше измерений.
Спустя почти 100 лет Перельман эту задачу решил. За этот научный подвиг ему собирались вручить премию в миллион долларов, но наш ученый даже не приехал на церемонию, отказавшись от вознаграждения. «Зачем мне миллион, если я могу управлять Вселенной?» — сказал в одном из интервью великий математик. Уже упомянутый журнал Science назвал доказательство гипотезы Пуанкаре научным «прорывом года». Работа Перельмана стала первой в области математики, которая смогла заслужить столь высокое звание.
Солнечная батарея под дождем
Одно из последних российских открытий напрямую связано с энергетикой. В 2022 году ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» сумели сконструировать солнечную батарею нового поколения. В отличие от своих кремниевых «предков», ее основа — перовскит, другой минеральный материал. Что важно в плане выработки электроэнергии, перовскит другим материалам не уступает. Даже превосходит: он способен работать в помещении, да еще и при любых климатических условиях. Таким образом, получать солнечную энергию теперь можно даже под дождем.
Наши ученые доказали: перовскит лучше подходит для изготовления фотоэлектрических панелей и светодиодов, поскольку имеет больший КПД. Его возможность наращивать полученную энергию, а не гасить ее делает его весьма ценной находкой для развития солнечной генерации.
Как выяснилось, батарея из перовскита проще, дешевле, экологичнее. И самое главное, область ее применения гораздо шире. Устройство можно использовать и для зарядки гаджетов, и для автономного питания стационарных приборов. Уже сейчас специалисты говорят, что открытие наших ученых станет новым витком в промышленной и потребительской электронике.
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Данила Саранин рассказывает:
— Устройство солнечной батареи из перовскита напоминает сэндвич. Но — довольно тонкий. В этом сэндвиче нескольких слоев. Первый, фотоактивный, поглощает свет, второй генерирует положительные и отрицательные заряды. Есть у сэндвича и «транспортные» слои. Они способны переносить заряды к электродам: плюсу — аноду и минусу —катоду.
Еще в 2013 году Science даже включил перовскит в список десяти главных научных достижений года: «Перовскиты дешевы, просты в производстве», — написал журнал. И вот создана первая батарея. Сейчас речь можно вести о внедрении ее в производство.
Прибор от террористов
Российская компания «ЮТТА» изобрела антитеррористическое оборудование «Анкер-Р». Прибор может быстро и на расстоянии обнаружить самодельные, механические и радиоуправляемые взрывные устройства. Аналогов в мире нет.
— Наш прибор способен обнаружить на террористе «пояс шахида» с расстояния пяти-шести метров, — рассказывает гендиректор компании Владимир Ткач. — Прибор имеет небольшой плоский экран, его нетрудно укрыть под одеждой. Человек с прибором идет в толпе, надев наушники, и через них слышит шум, который создает электромагнитное поле от поражающих элементов «пояса шахида».
По словам Владимира Николаевича, «Анкер-Р» ничего не покажет, если взрывное устройство будет безоболочное — без поражающих элементов. Однако, как показывает печальная статистика, «пояс шахида» имеет поражающие элементы почти всегда — чтобы погубить как можно больше людей. Поэтому прибор вполне эффективен. Кстати, его действие основано на облучении объекта высокочастотным сигналом и анализе принятых откликов. Именно их и прослушивают с помощью специальных наушников. Детектор уже вовсю используют — для обследования подозрительных предметов, багажа, предметов интерьера, мебели, сувениров и даже подарков.
Без остановки сердца
Болезни сердечно-сосудистой системы — самая распространенная причина смертности в России. Для борьбы с ее последствиями в 2018 году ученые Национального медицинского исследовательского центра им. Мешалкина создали первый отечественный протез митрального сердечного клапана для имплантации через катетер.
— Порок митрального клапана — одна из самых часто встречающихся форм патологии сердечно-сосудистой системы, — рассказывает кардиолог, врач высшей категории Вадим Евтушенков. — Долгое время эту патологию лечили на открытом сердце, используя искусственное кровообращение. Проблема в том, что подобные операции были противопоказаны многим пожилым людям: слишком велик риск смерти. А если имплантировать митральный клапан через катетер, то работу сердца можно не останавливать. В итоге многие пожилые пациенты будут в буквальном смысле слова спасены.
Озеро подо льдом
Его открыли очень поздно — в ХХ веке, но не исследовали никогда. А как исследовать, если озеро — на глубине около четырех километров подо льдами Антарктиды? Но в 2012 году российская антарктическая станция «Восток» сумела достичь одноименного подледного озера. Впервые в истории у ученых появилась возможность изучить его непосредственно.
— Бурить скважины на станции «Восток» полярные исследователи начали еще в конце 1960-х. Работы велись с научными целями, — рассказывает российский океанолог, полярник Валерий Лукин. — То, что в месте бурения находится озеро, стало ясно лишь в 1994 году, когда сопоставили данные сейсмического зондирования в районе станции «Восток», авиационной разведки и некоторые другие научные сведения. Глубина скважины к тому времени составила 3053 метра.
Когда до воды оставалось всего около 150 метров, Международное Антарктическое сообщество попросило работы приостановить — чтобы изобрести для их продолжения новую, более экологичную технологию. И ее разработали. Последние десятки метров бурили долгих шесть лет. Но — добурили! Проникновение в озеро Восток стало одним из главных географических событий ХХI века. Ученые, в частности, установили, что оно было изолировано от атмосферы Земли примерно 15 миллионов лет. За это время в озере сформировалась своя особая водная экосистема. Как выяснилось, условия жизни в озере такие же суровые, как условия в воде, обнаруженной на других планетах. Многие из живущих там организмов, вероятно, эволюционировали, отрезанные от остального мира.
А еще оказалось, что в озере Восток есть слои соленой и пресной воды. У него также могут быть гидротермальные источники на дне, перекачивающие энергию и питательные вещества. Как оказалось, содержание кислорода в воде Востока в 50 раз выше, чем в других озерах. Сейчас ученые пытаются обнаружить там сложные многоклеточные организмы.
— Изучать озеро Восток, без сомнения, необходимо для будущих космических исследований, чтобы найти жизнь на иных планетах, — пояснил Валерий Лукин. — Восток — это своего рода площадка, где необходимо отработать технологии, инженерные решения и разные методические основы создания приборов для исследования космоса.
Вот так: российская наука продолжает шагать вперед. СССР, как известно, был одной из передовых научных держав, и Россия старается повторить его путь. То, что вчера было фантастикой — например, работа солнечных батарей под дождем или определение террористов на расстоянии, — сегодня становится реальностью. Не все умные головы, к счастью, уехали в Силиконовую долину. Кто-то и в нашем Московском физтехе успешно делает важнейшие научные открытия, способные вывести человечество на новую орбиту. Дело за «малым» — не растерять научный потенциал и одновременно сделать все возможное, чтобы важнейшие открытия ученых воплощались в конкретные технологические прорывы. Причем — не на Западе, а в нашей стране.
ЦИТАТА
Владимир Путин, президент России:
— Я уверен: в российской науке возможен большой скачок. Да, многое утрачено в 1990-е, все разваливалось, и наука разваливалась, образование, возникли проблемы, но тем не менее фундаментальные основы были мощными, развалить все не удалось.
СПРАВКА
В 1990 году Россия занимала первое место в мире по числу ученых, но с тех пор их количество снизилось с 992 тысяч до 348 тысяч, то есть на 65 процентов. Эти цифры привел главный ученый секретарь Российской академии наук (РАН) Николай Долгушкин. По его словам, перед российской наукой сейчас стоит три главных вызова, на которые предстоит ответить: повышение финансирования, замена отсталой инфраструктуры и третий, самый главный — «кадровый, интеллектуальный потенциал».
ТОЛЬКО ЦИФРЫ
Россия занимает 9-е место в мире по объему научных исследований и разработок. Почти 170 тысяч отечественных технологий используются реальным сектором экономики. Также в России растет доля исследователей младше 39 лет, и почти 80 процентов кандидатов наук, защитившихся в последние годы, связывают свою жизнь с наукой и образованием. Также за прошлый год на 14 миллиардов рублей вырос объем исследований университетов — участников программы «Приоритет-2030». При этом почти на 40 процентов выросло количество студентов, имеющих право на получение бесплатной дополнительной квалификации. Эти цифры озвучил глава Минобрнауки Валерий Фальков.
КСТАТИ
Более четверти научной приборной базы России обновлено в 2022 году. За прошлый год 273 научных организации приобрели почти семь тысяч приборов. При этом треть закупленного оборудования — отечественного производства, сообщил вице-премьер РФ Дмитрий Чернышенко.
Сейчас, по его словам, в России реализуется программа по развитию приборной базы отечественной науки. Одно из обязательных условий — закупка передового оборудования российского производства. «Крайне важно, что наша наука остается среди мировых лидеров, несмотря на то что нас пытаются выкидывать из различных международных рейтингов. Мы продолжаем лидировать во многих направлениях высоких технологий, таких как искусственный интеллект, — сказал вице-премьер. — Россия сейчас входит в первую десятку стран по числу научных публикаций».
Нам нужная своя Силиконовая долина
Александр Сафонов, профессор Финансового университета при Правительстве России:
— Научный потенциал России, к сожалению, ниже советского. И по числу ученых, и по числу исследовательских проектов, и по числу направлений, в которых ведется работа. Почему это произошло?
Главная причина — реформы 1990-х, когда наука стала по большому счету не нужна. Многие действующие ученые, как только открыли границы, уехали на Запад или ушли в разного формата бизнес, потому что науку стали плохо финансировать. Молодежь, соответственно, тоже в эту сферу не шла — слишком мало платили. В итоге возникла проблема преемственности: передавать опыт стало некому и не для кого. Тем не менее даже сейчас, спустя 30 лет, российская экономика во многом держится на разработках советских ученых. Разведка, добыча и транспортировка полезных ископаемых, энергетика, вся космическая отрасль, оборонная промышленность — все это советские еще наработки.
Что в науке происходит сейчас? Есть несколько разнонаправленных тенденций — как хороших, так и плохих. Плохая — отъезд многих перспективных ученых, поскольку Россия живет в условиях открытого рынка труда. Хороших тенденций больше. Во-первых, государство взялось формировать национальные исследовательские лаборатории с самым современным оборудованием. Во-вторых, молодые ученые, предлагающие интересные проекты, теперь могут получить от государства гранты.
Теперь, на мой взгляд, главная задача властей — создавать универсальные научные технопарки по подобию Силиконовой долины. Пусть ученые находятся вместе, создавая питательную творческую среду, обмениваются знаниями, навыками и опытом, пусть пользуются самым современным оборудованием. Так постепенно и возродим советскую науку.