Наукові досягнення року

Журнал "Наука" здійснив серйозні прориви у 2010 році

Квантова машина сприймає "Наука" як досягнення 2010 року © Science / AAAS
читати вголос

Науковий журнал "Science" оголосив про досягнення та прориви 2010 року у своєму останньому номері. Вражаюче: майже всі походять з квантової фізики або генетичних досліджень. Як науковий прорив року, редактори "науки" оцінили першу квантову машину: перший макроскопічний об'єкт, який привів дослідників у стан суперпозиції, щось таке, що насправді можливо лише у царині атомів та крихітних частинок.

До цього року всі рукотворні предмети переміщалися за законами класичної механіки. Але в березні 2010 року фізики навколо Ендрю Кліленда та Джона Мартініса з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі вперше розробили макроскопічний об’єкт, який рухається за законами квантової механіки. Зазвичай вони справедливі лише у царині найдрібніших частинок, молекул, атомів та субатомних частинок. Для наукового журналу "Science" ця "квантова машина" є науковим проривом 2010 року.

Міні-весло гойдалки в накладці

Машина складається з крихітного, видимого неозброєним оком весла, виготовленого з алюмінієвого нітриду алюмінію. Це охолоджувалося до найменшого можливого енергетичного стану і майже не коливалося. Цей генератор був оточений надпровідником, який вибірково випромінював окремі кванти енергії у свій салон при опроміненні мікрохвилями. Справжнє відчуття: коли весло збуджувалося рівно одним квантом, воно не тільки почало вібрувати, воно також прийняло обидва стани - навряд чи будь-які вібрації та багато коливань - одночасно. Таке накладання раніше було можливе лише у квантовому світі.

"Цьогорічний прорив знаменує вперше, коли вчені продемонстрували квантові ефекти в русі об'єкта, що зміцнюється людиною", - пояснює письменник з питань науки Адріан Чо. "На концептуальному рівні це круто, тому що воно приносить квантову механіку в цілком нову сферу. На практичному рівні це відкриває цілий новий спектр експериментів з квантового зерна, що котиться над світлом, електричними струмами та рухом, можливо, одного дня перевіряючи межі квантової механіки та нашого відчуття реальності ».

Ці дев'ять інших наукових досягнень перетворилися на рекламу "Наука" - десять:

Синтетична біологія: перший штучний геном

Вчені під керівництвом піонера GM Крейга Вентера вперше створили штучний спосіб життя в травні 2010 року: вони виробили повноцінний синтетичний геном і пересадили його в бактеріальну клітину, раніше звільнену від власного геному. Цей прорив має далекосяжні наукові, а також біоетичні наслідки і швидко викликав слухання Конгресу США з синтетичної біології.

Скелет неандертальця та команда, яка розшифрувала його геном Science / AAAS

Розшифрований геном неандертальця

Майже через десять років після розшифровки геному Homo sapiens, в травні 2010 року дослідники вперше представили послідовність генів неандертальця, вимерлого гомініду, який також є найближчим вимерлим родичем людини. Аналіз на основі аналізу понад мільярда фрагментів ДНК, виділених з кістки неандертальця, показав, серед іншого, що деякі люди, що живуть сьогодні, все ще несуть від неандертальців від одного до чотирьох відсотків ДНК.

ВІЛ: Успіх з двома профілактичними засобами

Хоча початок епідемії СНІДу становить понад 25 років, реальні прориви в контролі та лікуванні рідкісні. Цього року було проведено два клінічні дослідження різних підходів до профілактики ВІЛ. Вагінальний гель, доповнений противірусними препаратами, зменшив ВІЛ-інфекцію у жінок на 39 відсотків, а «профілактична таблетка» виробила на 43, 8 відсотка менше статевих контактів. Хоча жоден із цих препаратів не є "магічною кулею", у поєднанні з іншими заходами, дослідники СНІДу вважають, що вони могли б привести до нової ери профілактики.

Квантова фізика: квантові симулятори розв’язують рівняння

Реалізація універсального квантового комп'ютера, який може впоратися з будь-яким завданням, ще не досягла. Однак так звані квантові симулятори довели цього року, що вони можуть вирішити складні задачі теоретичної фізики. В принципі такі тренажери складаються з штучного кристала, в якому сфокусований лазерне світло відіграє роль іонів, а атоми «захоплені» у світлі ролі електронів. П’яти групам дослідників вдалося відтворити результати чотирьох уже відомих рішень так званих гамільтонових рівнянь за допомогою таких квантових симуляторів.

Генетичні дослідження: Перший щур "нокауту"

Біла миша все ще є класичною лабораторною твариною. Але є райони, де щури більше підходять через їх розміри та схожість з людьми, наприклад, у дослідженнях Альцгеймера. Поки, однак, не було жодного функціонуючого методу, за допомогою якого цільові гени могли б вимикати або маніпулювати щурами. Цього року дослідникам не лише вдалося створити таких "нокаутованих" щурів, але й відкрили нові методи цілеспрямованої продукції мутацій. Це дозволить щуру незабаром замінити своїх менших родичів у багатьох лабораторіях.

Послідовність Екзона: простіша ідентифікація причин рідкісних захворювань

У так званих рідкісних захворюваннях ідентифікація збудницьких генів є особливо важкою, оскільки уражених людей майже немає, і тому мало можливостей порівняння. Однак цього року дослідникам вдалося застосувати новий метод секвенування, щоб точно визначити ДНК, що відповідає за щонайменше десяток цих захворювань. Не весь генетичний матеріал секвенували та порівнювали, а лише екзони геному, частина ДНК, що кодує білки.

Ембріональні стовбурові клітини людини, досі недиференційовані © CC2.5

Дослідження стовбурових клітин: перепрограмування за допомогою РНК

Перепрограмування клітин повертається в недиференційований стан і, таким чином, у стан стовбурових клітин, стало однією із стандартних технологій в лабораторіях дослідників генетичних та стовбурових клітин. Однак процес відносно складний і приносить лише низький урожай. Цього року дослідники відкрили спосіб перепрограмувати м’язові клітини за допомогою штучної РНК. Нова технологія в сто разів ефективніша і вдвічі швидша, а також може зробити генну терапію більш безпечною.

Молекулярна динаміка: прорив у моделюванні складання білка

Моделювання складання білка вважається комбінаторним кошмаром: навіть простий білок, що складається зі ста амінокислот, має три дуже різні способи складання в тривимірну структуру. Однак, оскільки ця структура може мати вирішальне значення для функціонування та зв'язування поведінки білків, їх знання є важливим. Цього року дослідницькій групі з використанням нового суперкомп'ютера вдалося змоделювати перші 15 циклів атомних рухів у процесі складання білка - і тим самим набагато довше, ніж у всіх попередніх експериментах.

Геноміка: секвенсор наступного покоління

У цьому році успіхи в обчислювальній техніці та розвиток більш потужних паралельних обчислень також значною мірою залежать від генних досліджень. Найважливішим для цього стала розробка дешевих і швидких машин для послідовного введення наступного покоління. З їх допомогою дослідники секвенували, наприклад, геном вимерлого людського виду вперше, створили найбільш обширну карту генетичних відмінностей всередині людства та визначили функціональні елементи в геномі плодової мухи Drosophila та нематоди Caenorhabditis elegans.

(Американська асоціація просування науки, 17.12.2010 - НКО)