Предисловие
В конце года принято подводить итоги. Мы решили предоставить слово людям, которые занимаются непосредственно наукой, – чтобы они смогли поделиться самыми захватывающими событиями 2023 года.
Астрономия
Владимир Сурдин, кандидат физико-математических наук, ст. научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга
Для науки о космосе 2023 год был очень насыщенным. Пока все следили за развитием новой лунной гонки, ученые совершили множество открытий.
1. Астрономы опробовали новый способ поиска признаков жизни на других планетах.
Как искать жизнь в Солнечной системе, понятно: можно прилететь на Марс и откопать там какую-нибудь бактерию. Но до других звезд и их планет мы не долетим, может быть, вообще никогда. Поэтому ученые используют неочевидный способ: искать в атмосфере планеты газы-биомаркеры. Придумали его давно, но чувствительности телескопов стало хватать только сейчас. В этом году телескоп «Джеймс Уэбб» засек метан и углекислый газ на планете К2-18b в созвездии Лев (это 120 световых лет от нас). Она на таком расстоянии от звезды, что там может быть жидкая вода. Планета в 2,6 раза больше Земли – это супер-Земля или мини-Нептун. Атмосфера там, скорее всего, водородно-гелиевая. Но «Уэбб» показывает также углекислый газ и метан, а еще диметилсульфид. На Земле последний газ выделяет только жизнь.
2. Еще одно интересное открытие года: на Марсе мог идти снег всего 500 тысяч лет назад. По астрономическим меркам это совсем недавно. Китайский марсоход «Чжужун» исследовал покрытые плотной коркой толщиной несколько сантиметров дюны. Испарив этот материал лазером, марсоход установил его состав. Коктейль оказался богатый: сульфаты, силикаты, хлориды, оксиды железа и другие минералы, появление которых обычно связано с воздействием воды.
Откуда в марсианских дюнах взялась вода? Это мог быть растаявший снег. Наклон оси Марса меняется от 10° до 50° с периодом около 2 млн лет – земную ось стабилизирует Луна, а у Марса нет такого огромного спутника. Вслед за наклоном оси мог меняться и климат. Полярные шапки на полюсах частично таяли, вода попадала в атмосферу и выпадала в виде снега. А снег мог таять при контакте с солью, ведь марсианский грунт очень соленый.
Биология
Александр Марков, доктор биологических наук, профессор РАН, заведовал кафедрой на биофаке МГУ
1. Биологи превратили одноклеточные организмы в многоклеточные, более того – видимые невооруженным глазом. Изобретение многоклеточности – один из важнейших этапов в истории планеты. Интересно, что многоклеточность возникала много раз: животные, зеленые растения, несколько разных линий водорослей и грибов «открыли» ее независимо друг от друга. Как это происходило, до сих пор не вполне ясно, ведь наблюдать за процессом было некому. Однако теперь экспериментаторы могут повторить его в миниатюре. В 2012 г. группа Уильяма Рэтклиффа вывела многоклеточные дрожжи-снежинки (исходно дрожжи – одноклеточные грибы). Отбирали дрожжи, образующие самые большие скопления клеток, давали им размножаться и повторяли процесс. В итоге появились дрожжи, клетки которых не до конца разделяются при почковании. Сросшиеся клетки образуют причудливые структуры, похожие на снежинки – отсюда и название.
В предыдущих экспериментах они никогда не достигали макроскопических размеров. Любая часть «снежинки» была соединена с целым всего одной клеткой, и такая хрупкая связь легко рвалась. Но в 2023 г. Рэтклифф с коллегами опубликовал итоги 600-дневного эксперимента. Биологи взяли «снежинки» средним размером около сотни клеток и устроили им отбор на размер. В результате отдельные колонии дрожжей достигли полумиллиона клеток и нескольких миллиметров в диаметре. Так биологи всего за 600 дней получили макроскопические многоклеточные организмы. Впечатляюще!
Еще один важный результат касается не только прошлого жизни, но и ее будущего.
2. Много лет биологи упорно двигаются к великой цели – созданию искусственных организмов с заданными свойствами. Еще в 2010 г. ученые получили первое живое существо с синтетическим геномом (штамм syn1.0). В 2016 г. сделали следующий шаг: убрали из этого генома все гены, кроме необходимых для жизни и размножения. От 901 гена осталось 493. Из них 474 жизненно важны, а 19 обеспечивают приемлемую для экспериментаторов скорость размножения бактерии. Этот «минимальный» штамм обозначили syn3B.
Авторов нового исследования интересовал вопрос: сможет ли «бактерия на минималках» эволюционировать? Материал для эволюции – случайные мутации. Некоторые из них оказываются полезными, и отбор их закрепляет (хотя гораздо чаще мутации оказываются вредными). Поскольку у syn3B остались только жизненно важные гены, можно было предположить, что вредные мутации убьют ее быстрее, чем успеют накопиться полезные. С другой стороны, улучшать плохое легче, чем улучшать хорошее. Случайное вмешательство в еле-еле функционирующий «полуразобранный» геном с большей вероятностью окажется полезным, чем такое же вмешательство в геном, вылизанный миллиардами лет эволюции. Без эксперимента трудно было сказать, какой эффект перевесит.