События в науке обычно разворачиваются неторопливо. И несмотря на появление время от времени сенсационных новостей, ощутить научный прогресс бывает довольно сложно. Но сейчас заканчивается год, а с ним и первое десятилетие XXI века. Это хороший повод бросить взгляд назад и оценить, насколько значительны изменения, случившиеся в науке за прошедшие 10 лет.
Прежде всего, надо сказать, что самой науке в том виде, как мы ее знаем, всего около 400 лет. Так что десять лет – это довольно большой срок: 2,5% от всего времени существования настоящей науки. Даже не 400, а всего 100 лет назад атом были только гипотезой, Вселенная считалась стационарной, возраст Земли оценивался в 30 миллионов лет, а о генах вообще никто не слышал, хотя сегодня – это главное направление научного прорыва. Так что 10 лет – это действительно серьезных срок. И можно говорить о том, что за это время наука меняет свое лицо.
Что за последние 10 лет больше всего повлияло на общий ландшафт научных исследований?
Журнал Science отмечает огромное влияние на развитие науки интернета. Вся наука пронизана интернетом. И даже малые исследовательские группы очень часто не работают в одном месте, а разбросаны по всему миру. Во-вторых, прогресс тесно связан с появлением принципиально новых приборов. Например, появилась технология очень быстрого считывания геномов. Сейчас их читают сотнями и тысячами. Хотя в прошлом десятилетии прочли всего один большой геном – человеческий. Очень большой прогресс в области микроскопии: появилась возможность преодолеть так называемый дифракционный предел. То есть, можно видеть объекты размером меньше половины длины волны света. Это считалось принципиально невозможным ранее. Теперь нашли способ обойти этот предел. Очень велики достижения в области телескопостроения. Появились телескопы с адаптивной оптикой, которые практически полностью избавили астрономов от помех со стороны земной атмосферы. И теперь с поверхности Земли небесные объекты видны почти не хуже, чем из космоса. Ну, и нельзя не упомянуть развитие суперкомпьютеров, производительность которых за десять лет выросла на несколько порядков. Теперь с их помощью можно спокойно моделировать работу, скажем, работу рибосомы (элемента клетки, который занимается синтезом белков). В этой молекулярной машинке миллион атомов – и все это можно смоделировать в динамике на современных суперкомпьютерах.
Основные направления развития науки за последнее десятилетие.
Подводя итоги десятилетия, журнал Science выделил 10 направлений, в которых наблюдался наиболее заметный научный прогресс. И пять из этих 10 направлений относятся к биологическим наукам, причем из них четыре тесно связаны с генетикой. Из остальных пяти, три – это науки о Вселенной. Ну, и по одному направлению из области наук о Земле и из физики, которая была наукой XX века, но теперь ее потеснила биология.
Принципиальные особенности современных биологических исследований. Что изменилось по сравнению с прошлым десятилетием?
В биологии – это, конечно, принципиальный прорыв в области генетики: возможность считывать геном даже в ходе единичного конкретного исследования. А не так, как это было в прошлом десятилетии, когда всем миром почти 10 лет, потратив 10 миллиардов долларов, прочли один геном человека. Теперь по заказу можно сделать себе прочтение генома. Читаются геномы множества животных, растений, бактерий, и идет их сравнение. В результате получены совершенно новые доказательства в области эволюционной биологии. Мы получили доступ к генетическим часам, можно читать геномы древних организмов, сравнивать их с современными...
Когда в самом начале этого десятилетия был расшифрован геном человека, считалось, что в нем около 100 тысяч генов, кодирующих белки. Удивительным образом их количество сейчас только сокращается: сегодня считается, что в геноме человека всего 21 тысяча генов. А все остальное, – 98,5% некодирующих частей ДНК – считалось генетическим мусором. И вот сейчас, в последнее десятилетие выполнены исследования, которые показывают, что в этой некодирующей части содержится какая-то очень важная регулятивная информация. Например, от этой информации зависит, как укладываются молекулы ДНК в ядре клетки, а от их укладки зависит, какие гены будут активными, а какие нет.
Далее открыта возможность перепрограммирования клеток. В теле человека около 200 разных тканей, и в каждой из них клетки ведут себя по-своему, несмотря на то, что у них у всех одинаковый геном. То есть, у них включена соответствующая программа. И вот, оказывается, что можно переключить эту программу. То есть вернуть клетку в то состояние, в котором она была до того, как в ней запустилась специальная программа для определенной ткани – сделать стволовой клеткой – и потом заставить ее специализировать снова, став клеткой совсем другого типа, другой ткани.
Другое важное изменения в биологической мысли связано с целостным пониманием того, как работает живой организм. Здесь можно сказать об изменении отношения к бактериям, которые обитают в человеческом теле. Помимо тех, которые являются опасными патогенами, остальные раньше рассматривались как паразиты, как симбионты, а сейчас все более укрепляется взгляд, что это неотъемлемая часть человеческого организма, подобно его собственным внутренним органам. И, соответственно, работать с ними нужно как с частью человеческого организма.
Вторым по значимости направлением в науке за десять лет стала астрономия. Чем обусловлен прорыв именно в этой области?
Как и в области биологии, это связано с принципиально новыми инструментами. В первую очередь это космические обсерватории, такие, например, как зонд Уилкинсона (WMAP), который в начале века провел сверхточные измерения микроволнового космического фона. По нему мы видим, как выглядела Вселенная всего через 300 тысяч лет после Большого взрыва. Мы ее тогдашнее состояние можем теперь наблюдать непосредственно. Благодаря этим измерениям космология обрела новое дыхание. Теперь можно проводить экспериментальную проверку космологических теорий, которые раньше считались умозрительными. В прошлом году запущен новый аппарат "Планк", который должен еще на порядок повысить точность измерения микроволнового космического фона.
Очень большие результаты получены в области исследования планет. Совершенно на новый уровень вышла космогония – теория возникновения и эволюции планетных систем. Это связано, в первую очередь, с массовым открытием экзопланет, то есть, планет у других звезд. На сегодня их число превысило 500, в то время как первая экзопланета была открыта всего 16 лет назад.
И еще одно направление – конечно впечатляющая одиссея марсоходов "Спирит" и "Оппортьюнити", которые шесть лет проработали на Марсе вместо запланированных 90 дней. За это время они радикально изменили наше представление об этой планете. Стало ясно, что в древности на Марсе совершенно точно была вода. И последняя станция "Феникс", совершившая посадку и работавшая у границы марсианской полярной шапки, подтвердила это тем, что просто обнаружила водяной лед на небольшой глубине под поверхностью Марса. То есть, теперь мы твердо знаем: на Марсе была вода, и на Марсе до сих пор есть водяной лед. И, кто его знает, возможно, в следующем десятилетии мы сможем там отыскать какие-то следы жизни.
Прежде всего, надо сказать, что самой науке в том виде, как мы ее знаем, всего около 400 лет. Так что десять лет – это довольно большой срок: 2,5% от всего времени существования настоящей науки. Даже не 400, а всего 100 лет назад атом были только гипотезой, Вселенная считалась стационарной, возраст Земли оценивался в 30 миллионов лет, а о генах вообще никто не слышал, хотя сегодня – это главное направление научного прорыва. Так что 10 лет – это действительно серьезных срок. И можно говорить о том, что за это время наука меняет свое лицо.
Что за последние 10 лет больше всего повлияло на общий ландшафт научных исследований?
Журнал Science отмечает огромное влияние на развитие науки интернета. Вся наука пронизана интернетом. И даже малые исследовательские группы очень часто не работают в одном месте, а разбросаны по всему миру. Во-вторых, прогресс тесно связан с появлением принципиально новых приборов. Например, появилась технология очень быстрого считывания геномов. Сейчас их читают сотнями и тысячами. Хотя в прошлом десятилетии прочли всего один большой геном – человеческий. Очень большой прогресс в области микроскопии: появилась возможность преодолеть так называемый дифракционный предел. То есть, можно видеть объекты размером меньше половины длины волны света. Это считалось принципиально невозможным ранее. Теперь нашли способ обойти этот предел. Очень велики достижения в области телескопостроения. Появились телескопы с адаптивной оптикой, которые практически полностью избавили астрономов от помех со стороны земной атмосферы. И теперь с поверхности Земли небесные объекты видны почти не хуже, чем из космоса. Ну, и нельзя не упомянуть развитие суперкомпьютеров, производительность которых за десять лет выросла на несколько порядков. Теперь с их помощью можно спокойно моделировать работу, скажем, работу рибосомы (элемента клетки, который занимается синтезом белков). В этой молекулярной машинке миллион атомов – и все это можно смоделировать в динамике на современных суперкомпьютерах.
Основные направления развития науки за последнее десятилетие.
Подводя итоги десятилетия, журнал Science выделил 10 направлений, в которых наблюдался наиболее заметный научный прогресс. И пять из этих 10 направлений относятся к биологическим наукам, причем из них четыре тесно связаны с генетикой. Из остальных пяти, три – это науки о Вселенной. Ну, и по одному направлению из области наук о Земле и из физики, которая была наукой XX века, но теперь ее потеснила биология.
Принципиальные особенности современных биологических исследований. Что изменилось по сравнению с прошлым десятилетием?
В биологии – это, конечно, принципиальный прорыв в области генетики: возможность считывать геном даже в ходе единичного конкретного исследования. А не так, как это было в прошлом десятилетии, когда всем миром почти 10 лет, потратив 10 миллиардов долларов, прочли один геном человека. Теперь по заказу можно сделать себе прочтение генома. Читаются геномы множества животных, растений, бактерий, и идет их сравнение. В результате получены совершенно новые доказательства в области эволюционной биологии. Мы получили доступ к генетическим часам, можно читать геномы древних организмов, сравнивать их с современными...
Когда в самом начале этого десятилетия был расшифрован геном человека, считалось, что в нем около 100 тысяч генов, кодирующих белки. Удивительным образом их количество сейчас только сокращается: сегодня считается, что в геноме человека всего 21 тысяча генов. А все остальное, – 98,5% некодирующих частей ДНК – считалось генетическим мусором. И вот сейчас, в последнее десятилетие выполнены исследования, которые показывают, что в этой некодирующей части содержится какая-то очень важная регулятивная информация. Например, от этой информации зависит, как укладываются молекулы ДНК в ядре клетки, а от их укладки зависит, какие гены будут активными, а какие нет.
Далее открыта возможность перепрограммирования клеток. В теле человека около 200 разных тканей, и в каждой из них клетки ведут себя по-своему, несмотря на то, что у них у всех одинаковый геном. То есть, у них включена соответствующая программа. И вот, оказывается, что можно переключить эту программу. То есть вернуть клетку в то состояние, в котором она была до того, как в ней запустилась специальная программа для определенной ткани – сделать стволовой клеткой – и потом заставить ее специализировать снова, став клеткой совсем другого типа, другой ткани.
Другое важное изменения в биологической мысли связано с целостным пониманием того, как работает живой организм. Здесь можно сказать об изменении отношения к бактериям, которые обитают в человеческом теле. Помимо тех, которые являются опасными патогенами, остальные раньше рассматривались как паразиты, как симбионты, а сейчас все более укрепляется взгляд, что это неотъемлемая часть человеческого организма, подобно его собственным внутренним органам. И, соответственно, работать с ними нужно как с частью человеческого организма.
Вторым по значимости направлением в науке за десять лет стала астрономия. Чем обусловлен прорыв именно в этой области?
Как и в области биологии, это связано с принципиально новыми инструментами. В первую очередь это космические обсерватории, такие, например, как зонд Уилкинсона (WMAP), который в начале века провел сверхточные измерения микроволнового космического фона. По нему мы видим, как выглядела Вселенная всего через 300 тысяч лет после Большого взрыва. Мы ее тогдашнее состояние можем теперь наблюдать непосредственно. Благодаря этим измерениям космология обрела новое дыхание. Теперь можно проводить экспериментальную проверку космологических теорий, которые раньше считались умозрительными. В прошлом году запущен новый аппарат "Планк", который должен еще на порядок повысить точность измерения микроволнового космического фона.
Очень большие результаты получены в области исследования планет. Совершенно на новый уровень вышла космогония – теория возникновения и эволюции планетных систем. Это связано, в первую очередь, с массовым открытием экзопланет, то есть, планет у других звезд. На сегодня их число превысило 500, в то время как первая экзопланета была открыта всего 16 лет назад.
И еще одно направление – конечно впечатляющая одиссея марсоходов "Спирит" и "Оппортьюнити", которые шесть лет проработали на Марсе вместо запланированных 90 дней. За это время они радикально изменили наше представление об этой планете. Стало ясно, что в древности на Марсе совершенно точно была вода. И последняя станция "Феникс", совершившая посадку и работавшая у границы марсианской полярной шапки, подтвердила это тем, что просто обнаружила водяной лед на небольшой глубине под поверхностью Марса. То есть, теперь мы твердо знаем: на Марсе была вода, и на Марсе до сих пор есть водяной лед. И, кто его знает, возможно, в следующем десятилетии мы сможем там отыскать какие-то следы жизни.
