Обзор самых важных научных открытий 2015 года
2015 год начался с вечного вопроса "Есть ли жизнь на Марсе?". Учёные изучили снимки, присланные ровером NASA Curiosity, и выявили сходство между древними осадочными породами на Красной планете и породами, подвергшимися воздействию микроорганизмов на Земле. Полученные данные позволили предположить, что жизнь на Марсе вполне могла существовать, но однозначных доказательств тому всё же пока нет.
Январь запомнился и другой космической новостью: международная команда исследователей предположила, что вся наша галактика является стабильной проходимой "кротовой норой". Гипотеза учёных основана на последних моделях развития Вселенной и исследованиях тёмной материи.
Конечно, авторы работы не утверждают, что их версия о "червоточине" абсолютно верна. Они лишь показывают, что теоретические модели допускают такую возможность. Для поиска других доказательств необходимо сравнить ряд характеристик разных галактик, но современные технологии пока ещё не позволяют проводить такого рода исследования.
В феврале ВМС США в очередной раз показали, что тушение пожаров на судах лучше поручить роботам. Двуногий гуманоидный робот SAFFiR способен передвигаться по любым неровным поверхностям и преодолевать препятствия. Две основные задачи робота – тушить огонь и спасать боеприпасы.
Инженеры в дальнейшем намерены повысить скорость передвижения робота и его автономность, наладить систему коммуникаций между машиной и базой дистанционного управления. Возможно, в будущем SAFFiR будет выполнять не только роль пожарного, но сможет проводить и профилактические работы на военных кораблях.
Исследователи из Йельского университета в феврале 2015-го удивили мир предостережением о том, что солнечный свет наносит вред коже даже в полной темноте. Учёные выяснили, что излучение ультрафиолетовой лампы приводит к возникновению вещества под названием пиримидиновый димер. Из-за его производства информация, закодированная в ДНК, не читается верным образом. Исследователи также выяснили, что пиримидиновый димер продолжает производиться спустя несколько часов после УФ-облучения. Но процесс протекает медленно и для возникновения рака кожи необходимо накопление достаточно большого количества димеров.
В марте швейцарские физики впервые смогли получить фотографии фотонов, ведущих себя одновременно и как частица, и как волна. Учёные достаточно давно пытались подтвердить двойственную природу фотонов, частиц света, однако все такие эксперименты заканчивались безрезультатно.
В ходе нового исследования учёные использовали так называемые поляритоны. Они создали такие поляритоны, за изменениями которых они могли следить при помощи просвечивающего электронного микроскопа. Этого удалось достичь благодаря плазмонным резонаторам. Роль такого резонатора играла небольшая серебряная нанонить, которую учёные периодически облучали короткими лазерными импульсами. В зависимости от состояния поляритонов, электроны ускорялись или замедлялись. Таким образом, впервые удалось посмотреть на то, как ведёт себя свет одновременно как частица и как волна.
Также в начале весны японским исследователям удалось передать энергию беспроводным способом на расстояние в 55 метров. По мнению исследователей, это первый шаг на пути к получению солнечной энергии из космоса для её применения на Земле. Впрочем, пока что речь идёт об успешной передаче всего 1,8 киловатт энергии посредством микроволн и точно направленного передатчика.
Использовать в качестве источника питания космическую энергию Солнца очень выгодно: она всегда доступна в нужном количестве, независимо от погодных условий и времени суток. Учёные предлагают получать энергию звезды через микроволновые спутники-передатчики, удалённые от Земли на 36 тысяч километров и оснащённые панелями и антеннами для сбора солнечной энергии. Однако воплощение технологии в реальность потребует ещё несколько десятилетий инженерных усилий.
В апреле команда из Стэнфордского университета создала потенциальную замену для ставших традиционными литиево-ионных аккумуляторов. Батареи на основе алюминия способны полностью заряжаться за одну минуту. Инженеры отмечают, что алюминиево-ионный аккумулятор будет существенно безопаснее существующих батарей.
Несмотря на то, что алюминиево-ионные аккумуляторы изобретены уже давно, ранее они никогда не применялись в потребительской электронике. Батареи на основе алюминия были недолговечными, выдерживая всего лишь 50-100 циклов перезарядки. Исследователям удалось повысить этот показатель до 7500 циклов перезарядки.
А биохимики в апреле смогли обратить вспять процесс образования опухолей. Результаты нового исследования показали, что раковые клетки поджелудочной железы могут вернуться обратно к нормальному состоянию.
Учёные добились этого путём введения белка под названием E47. Вещество связывается со специфическими последовательностями ДНК и контролирует гены, участвующие в росте и дифференциации клеток. Авторы исследования рассчитывают, что их научная работа даст надежду более чем 40 тысячам людей ежегодно только в США.
В конце весны исследователи из Массачусетского технологического института научили робота-гепарда перепрыгивать через препятствия и двигаться автономно. Это стало возможным благодаря системе определения дальности при помощи лидаров и специальным алгоритмам. Команда вдохновляется движениями реального животного, способного развивать небывалую скорость. Учёные хотят в итоге представить первого четвероногого робота, работающего автономно и способного перепрыгивать через препятствия.
В мае 2015 года был найден компромисс между вертолётами и самолётами. Инженеры NASA объявили об улучшении конструкции электрического самолёта – теперь он может взлетать и приземляться как вертолёт, а летать как самолёт.
Новый беспилотный прототип самолёта Lightning (GL-10) успешно совершил манёвры — вертикальный взлёт и переход к горизонтальному полёту. Инженеры оснастили электрический GL-10 наклонными крыльями, на каждом из которых расположено по 4 электрических двигателя, и ещё два электродвигателя установлено в хвостовой части самолёта. Таким образом, летательный аппарат может задерживаться в горизонтальном полёте в течение 24 часов. Разработчики надеются, что GL-10 найдёт применение в небольших службах доставки и миссиях долгосрочного наблюдения для сельского хозяйства.
В начале лета учёные создали особую систему получения энергию за счёт испарения. Исследователи из Колумбийского университета изучали бактериальные споры, которые набухают, когда набирают влагу из воздуха, и уменьшаются, чтобы выпустить излишки обратно.
Учёные повели эксперимент, который показал, что споры могут совершать свыше миллиона циклов сжатия и расширения, что позволит обеспечить длительную автономную работу различных миниатюрных приборов. Специалисты считают, что результаты работы могут стать отправной точкой для развития новой технологии в энергетике.
В июне исследователи впервые обнаружили внутри живого организма органический "компас". В ноябре другая группа учёных также выявила белок, отвечающий за магнитную навигацию. Биологи надеются с помощью этих данных понять, как другие виды, обладающие внутренними компасами, используют магнитное поле планеты для навигации.
Дата 14 июля 2015 года вошла в историю изучения космоса. В этот день межпланетная станция New Horizons подошла на минимальное расстояние к карликовой планете Плутон. С момента запуска аппарата прошло почти девять лет, и New Horizons пришлось преодолеть почти шесть миллиардов километров. New Horizons сделал измерения и снимки подсвеченной стороны Плутона и его спутника Харона, находясь на расстоянии в 12500 километров от карликовой планеты.
В июле физики впервые продемонстрировали белые лазеры. Революционную разработку представила команда из Университета Аризоны. Учёные доказали, что полупроводниковые лазеры способны излучать полный видимый цветовой спектр, который в сумме даст белый свет. Устройство способно генерировать излучение любой длины волны видимого спектра и при суммировании этих цветов давать белый свет.
Белые лазеры обладают большим потенциалом для различного рода применений. Прежде всего они могут стать заменой светодиодам, поскольку являются более энергоэффективными и излучают более яркий свет.
В августе японские исследователи обнаружили, что необходимо человеку, чтобы стать долгожителем: отсутствие в его организме воспалительных процессов, сопровождающих массу возраст-зависимых заболеваний, таких как диабет, артрит и многие другие. Эта работа ещё раз показывает важность борьбы с воспалительными заболеваниями и потенциал медикаментозных и других препаратов, имеющих противовоспалительные свойства.
В конце лета учёные установили, что полезнее всего спать лёжа на боку. Именно в таком положении наиболее эффективно происходит очистка мозга от токсинов, отметили исследователи. Это в свою очередь помогает снизить риск развития болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также ряда других неврологических заболеваний.
В начале осени учёные рассказали, что яд бразильских ос вида Polybia paulista способен убивать раковые клетки, не влияя на здоровые. Молекулы яда "настроены" на взаимодействие с веществами, которые присутствуют только на поверхности раковых клеток.
Выяснилось, что нормальные клетки тела содержат в себе два слоя липидов, каждый из которых состоит из разных молекул. Когда определённый участок превращается в опухоль, химический состав этих слоев нарушается, и молекулы, составляющие внутреннюю половину мембраны, нередко попадают в наружный слой.
Результаты эксперимента показали, что появление двух таких жиров на поверхности раковой клетки приводит к тому, что молекулы яда начинают "приклеиваться" к ней в 7-8 раз лучше, чем к оболочке здоровой клетки.
Прикрепление токсичного вещества к мембране клетки приводит к тому, что в ней начинают появляться поры, чей диаметр стремительно растёт вместе с числом молекул-"киллеров". В результате этого содержимое раковой клетки просто "вытекает" наружу, и она гибнет. Биологи надеются, что яд ос или его синтетический аналог можно будет использовать в качестве основы будущих лекарств от рака.
В сентябре учёные также заявили, что они намерены реанимировать 30-тысячелетний гигантский вирус, найденный в вечной мерзлоте на северо-востоке Сибири. Вирус получил название Mollivirus sibericum.
В лабораторных условиях исследователи будут пытаться вновь возродить вирус, поместив его рядом с одноклеточной амёбой, которая послужит в качестве принимающего организма. В 2013 году та же команда обнаружила ждругой гигантский вирус в сибирской вечной мерзлоте. Команда в конце концов "воскресила" его в чашке Петри.
В октябре учёные из Массачусетского технологического института создали искусственный интеллект, способный эффективнее человека выбирать новые пути научных исследований.
По словам исследователей, уникальность разработанного ими искусственного интеллекта состоит в том, что в процессе обработки научной информации он может анализировать данные в несколько раз быстрее, чем это делают учёные. Так, если исследователи смогут обработать определенное количество информации за месяц, новый искусственный интеллект справится с этой задачей за 8-12 дней. Таким образом, программа поможет экономить время при обработке больших объёмов информации.
Международная группа астрономов, проводя наблюдения за кометой Лавджоя, сделала сенсационное открытие. Учёные зафиксировали, что эта комета выделяет в космическое пространство большое количество спирта, а также один из видов сахара. Это открытие является дополнительным свидетельством в пользу гипотезы, согласно которой кометы могли быть источником сложных органических молекул, необходимых для зарождения жизни.
В ноябре учёные из Университета Северной Каролины объявили, что новый материал Q-углерод превращается в алмаз при обычном давлении. Исследователи создали новую модификацию твёрдого углерода (тот самый Q-углерод). Она оказалась твёрже алмаза, способна светиться под действием излучения низких энергий и в отличие от других видов твёрдого углерода обладает ферромагнитными свойствами.
Важной особенностью новой технологии является то, что изготовление синтетических алмазов происходит при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Таким образом, этот способ получения алмазных структур прост в исполнении и не требует больших затрат на реализацию.
Учёные из Университета Орегона создали особую технологию криоконсервации живой ткани, которая позволяет замораживать отдельные части тела и даже органы, не разрушая клеток, и использовать их для пересадки в дальнейшем. Криотехнологии такого рода позволят без фатальных последствий заморозить и сохранить сперму, кровь, эмбрионы, семена растений и прочий биологический материал.
Под конец года учёные выяснили, что находясь под наблюдением, люди ведут себя иначе.
Исследователи выяснили, что на самом деле нет никакой разницы, наблюдают ли за человеком живые люди, находящиеся рядом, или же просто глаза с изображения. Работа психологов показала, что, даже если на улицах раздают рекламные буклеты с изображением смотрящего в объектив человека, количество мусора в этом районе сокращается на две трети.
В декабре в США также родились первые щенки из пробирки. Животные появились на свет благодаря искусственному оплодотворению. Учёные полагают, что в дальнейшем подобные методики помогут сохранить виды, находящиеся под угрозой исчезновения, а также с помощью технологий генетического редактирования избавить многие породы собак от наследственных заболеваний.
