Мы выбрали самые нужные и интересные достижения современной науки и техники за прошлый год, которые принесут пользу человечеству.
Выращивание органов
Хирург Харальд Отт и его команда разработали метод «выращивания» донорских органов. В экспериментах используются органы лабораторных мышей и свиней.
Ученые берут орган животного и с помощью растворителя удаляют с него слой функциональных клеток. То что остается после, представляет собой белую клеточную матрицу, коллагеновый каркас, который придает органу его трехмерную структуру.
Матрица заполняется стволовыми клетками человека, и в биореакторе выращивается новый, уже человеческий орган, который не будет отторгаться иммунной системой.
До сих пор команде удалось пересадить органы, созданные с помощью человеческих стволовых клеток, обратно в свиней и мышей. Учитывая, что у органов есть человеческие клетки, чуждые животным, они остаются в живых только около недели. Но эксперименты свидетельствуют о том, что эти органы могут работать в живом организме, говорят исследователи.
По оценкам Отта, у него уйдет еще около 10 лет на то, чтобы провести все необходимые исследования и перейти к практике пересадки обновленных органов людям.
Сердце на 3D-принтере
В Университете Тель-Авива впервые в мире на 3D-принтере напечатали живое сердце. В качестве чернил использовались человеческие жировые клетки и соединительная ткань.
Правда оно вряд ли подойдет человеку. Его размер около 2,5 см. При этом печать заняла больше трех часов. Печать полноценного человеческого сердца, по предположению ученых, займет около суток.
В течение этого года израильские ученые планируют проверять напечатанные сердца на кроликах и крысах, а затем начнут работать над созданием сердца для человека.
В мире уже есть примеры, когда врачам удавалось не только создать искусственные органы на 3D-принтере, но и успешно их пересадить, например, несколько лет назад в России напечатали щитовидную железу, которая прижилась пациенту. А в прошлом году ученые из Иерусалима имплантировали пациенту протез для черепа, и его тоже создали с помощью трехмерных технологий.
Ученые считают, что в будущем необходимые органы можно будет печатать прямо в больницах. И возможно это произойдет уже в ближайшие 10 лет.
Мыши с инфракрасным зрением
В отличие от многих видов, обитающих на Земле, зрение человека ограничено лишь узким участком электромагнитного спектра.
Ученые задумались, а можно ли его расширить, не прибегая к громоздкому оборудованию и генетическим манипуляциям? Для эксперимента традиционно были привлечены лабораторные мыши, спектр зрения которых схож с человеческим.
Тиан Сюэ и Ганг Хан разработали специальные наночастицы, повышающие частоту излучения, и способные функционировать в уже существующих глазных структурах грызунов. В глаза животных наночастицы попадали банально с помощью капель жидкости. Затем они плотно прилегали к фоторецепторным клеткам.
Эксперимент оказался более чем успешным. Как показали многочисленные исследования, наночастицы позволили мышам видеть ближний инфракрасный свет (NIR), при этом сохранив свою естественную способность видеть нормальный свет.
Эффект продолжался около 10 недель. Без побочных эффектов. Во всяком случае при однократном применении.
Так что вполне возможно, что через какое-то время и человек сможет примерить на себя зрение, к примеру, змеи. Более того, эта технология уже заинтересовала офтальмологов с точки зрения возможности ее применения в терапевтических целях.
Впрочем, говорить о появлении человека-тепловизора пока рано. У людей все же несколько иное строение сетчатки. То есть для того, чтобы эта технология работала у человека, ее придется изменить. Но, как отметил Тиан Сюэ, новые эксперименты показывают, что это возможно.
Квантовое превосходство
В этом году ученые значительно продвинулись в создании квантового компьютера. В частности, Google громко заявил о своем «квантовом превосходстве» над Intel и IBM. Менее чем за 3 минуты 20 секунд 53-кубитный процессор Sycamore, решил задачу, на которую у суперкомпьютера ушло бы около 10 тыс. лет.
Правда представители IBM объяснили, что произведенные Sycamore вычисления имеют лишь технический характер, и их суперкомпьютер Summit сможет провести аналогичные вычисления всего за два с половиной дня, но…
Главное не это. Главное, что как только квантовые вычислительные устройства смогут решать проблемы, которые «не по зубам» классическим компьютерам, человечество достигнет так называемого квантового превосходства. По прогнозам ученых, это событие сулит нам настоящую революцию во всех сферах жизни.
Кристальные звезды
Используя данные спутника Gaia Европейского космического агентства, международная команда астрофизиков из США, Канады и Великобритании нашли подтверждение 50-летней гипотезе, о том, что в ядрах белых карликов идут процессы кристаллизации ионов углерода и кислорода. Эти процессы высвобождают из ядра огромное количество тепла, что в итоге значительно замедляет процесс остывания звезды.
Это открытие привело не только к новому пониманию эволюции звезд и поведения вещества с огромной плотностью, но и к пересмотру данных о возрасте многих космических объектов.
«Все белые карлики кристаллизуются в какой-то момент своей эволюции, но более массивные белые карлики проходят через процесс раньше. Это означает, что миллиарды белых карликов в нашей галактике уже по сути являются большими кристаллическими сферами» - подвел итог исследования его руководитель, Пьер-Эммануэль Тремблей из Университета Уорика (Великобритания).
Возможной судьбой этих теплых сердец умирающих звезд в конечном итоге станет замороженный труп, называемый черным карликом. Учитывая, сколько времени нужно, чтобы белые карлики остыли, лишь немногие (если таковые имеются) должны были достичь этой точки. Поиск одного из них сильно изменит наше представление о возрасте Вселенной.
Наша собственная звезда станет кристаллическим карликом через 10 миллиардов лет.
«Живое» фото черной дыры
Вплоть до прошлого года самые загадочные объекты нашей вселенной представлялись учеными лишь схематично. На бумаге или в виде рендеров после компьютерных расчетов. А «видели» их исключительно по косвенным признакам - быстрому вращению объектов вокруг них или по следам пожирания звезд-компаньонов.
B 2019 году ученые, наконец, увидели объект исследовния «живьем». Это стало одним из самых громких научных открытий не только прошлого года, но и за всю историю исследований в целом.
На самом деле увидеть черную дыру невозможно. Эти сверхтяжелые объекты поглощают любые виды электромагнитного излучения, что делает их невидимыми. Но ученые получили изображение очертаний черной дыры — так называемого горизонта событий Горизонт событий (условная линия за внешними границами черной дыры, после которой любой свет, попадающий туда, навсегда исчезает из нашего поля зрения).
Это стало возможным благодаря слаженной работе восьми телескопов проекта Event Horizon Telescope (EHT) или «Горизонт событий», которые последние несколько лет исследовали ближайшие к Земле черные дыры.
После расшифровки около 500 терабайт данных в начале апреля 2019-го руководители проекта EHT получили первое детальное изображение отражения горизонта событий черной дыры в центре галактики Messier 87 в созвездии Девы.
Она имеет массу в 6,5 миллиардов Солнц и находится на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли.
«Сфотографировать тень, которую отбрасывает горизонт событий черной дыры — это все равно, что сфотографировать DVD-диск на поверхности Луны из Земли» — говорил астрофизик из Университета Аризоны Димитриос Псалтис.
Жизнь в луже
Прошлый год стал богатым на исследования причин возникновения жизни на земле. В результате исследований, ученые выдвинули теорию, что жизнь на нашей планете зародилась не в океане, а в небольших водоемах. Скорее даже в лужах.
Неглубокие водоёмы, не более десяти сантиметров в глубину, содержат более высокую концентрацию азота. А это ключевой ингредиент для зарождения жизни.
И именно в неглубоких водоемах азот в виде оксидов имел хорошие шансы накопиться, чтобы вступить в реакции с другими соединениями и дать начало первым живым организмам. Тогда как в глубоких морях азоту было бы труднее установить достаточную для запуска жизнедеятельности концентрацию.
К окончательному решению ученые пока не пришли, но в целом, многие пребиотические пути синтеза, с точки зрения химии, кажутся легче в прудах, чем в океанах.
Супер-реакция
Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте, а также их коллеги из Университета Миннесоты открыли новую технологию, потенциально позволяющие ускорять химические реакции в 10 000 раз.
Суть исследования заключается в том, что обычно для ускорения реакций применяются катализаторы, однако скорость процесса все равно ограничена. Но если применить осциллирующий катализатор, то ограничения можно нарушить.
Волны определенной частоты (от килогерц до мегагерц), на основе которых работает осциллирующий катализатор, могут ускорять реакции в жидкой среде в тысячи раз.
Это, по словам исследователей, может может спровоцировать настоящую революцию в науке и промышленности. Привести к снижению стоимости тысяч соединений и материалов — удобрений, продуктов питания, топлива, пластмасс и многого другого.
Солнечные ванны
Солнечный зонд NASA Parker Solar Probe стал первым аппаратом в истории космонавтики, который настолько подошел к Солнцу на расстояние около 20 млн километров.
Четыре прибора Parker способны измерять частицы в атмосфере Солнца, его магнитные поля, солнечный ветер и то, как электроны, протоны и ионы вырываются из недр светила. Измерения, полученные во время двух его сближений с нашей звездой значительно расширит наши познания о Солнце и его влиянии на всю Солнечную систему.
К примеру благодаря Parker ученые уже разобрались с природой медленного солнечного ветра.
Если космический аппарат выдержит жесткие условия в окрестностях Солнца, то за семь лет он сменит 24 орбиты, с каждым разом подходя все ближе к звезде. Во время самого близкого подлета Parker приблизится к солнцу на 6 млн километров.
Путешествие по обратной стороне луны
3 января 2019 года китайский космический аппарат «Чанъэ-4» впервые в истории приземлился на обратной стороне Луны и сделал снимок ее поверхности.
Посадочный модуль прилунился в кратере Карман, в бассейне Южный полюс — Эйткен. Это самая крупная и одна из древнейших ударных структур на Луне. Согласно данным спектрометров, здесь на поверхность выходит вещество верхней мантии: габбро, нориты, бедные кальцием пироксены. Они помогут ученым пролить свет на происхождение спутника Земли.
Сразу после прилунения луноход «Юйту-2» приступил к исследованию геологических и химических особенностей лунного грунта. Выяснилось, что обратная сторона Луны имеет более сложный рельеф, чем видимая с Земли сторона. Лунная поверхность в зоне высадки посадочного модуля «Чанъэ-4» изобилует складками, многочисленными камушками и небольшими кратерами.
Луна очень привлекательный для науки объект. Лунная кора образовалась 4,4 миллиарда лет назад. На Земле горные породы такого возраста не сохранились из-за геологических процессов. Самым древним всего около 3,7 миллиарда лет. Поэётому ученые считают, что Луна поможет раскрыть тайну образования Земли.
