10 революционных научных открытий XXI века (13 фото + 1 видео)
1. Искусственная матка
В 2014 году весь мир замер, разглядывая кадры, поражающие воображение. Полупрозрачный белый мешок, в котором лежит козленок, опутанный проводами и гибкими трубочками - не что иное, как искусственная матка, которую создал профессор Есинори Кувабара.
Этот ученый заведует кафедрой акушерства и гинекологии в университете Juntendo в Токио, и не понаслышке знает о проблемах поддержания жизни недоношенных детей. Одна из них - позднее развитие легких, и не всегда успешная их искусственная вентиляция. В этом смысле искусственная матка с амниотической жидкостью, с хорошим газообменом, является более оптимальной средой для поддержания жизни и развития недоношенного ребенка. Риск инфицирования в ней гораздо ниже, чем при выращивании недоношенного ребенка в открытом инкубаторе отделения интенсивной терапии. Кроме того, в искусственная матка может стать резервуаром для доращивания нескольких эмбрионов при многоплодной беременности ( в ряде случаев, часть их них погибает или развивается хуже, чем остальные).
Японский ученый занялся проблемой искусственной матки еще в 1995 году. Им было изобретено небольшое устройство, куда помещались около 20 яйцеклеток мышей. В такой мультиматке они могли быть оплодотворены и расти до момента имплантации в матку мыши. После профессор занимался разработкой поддержания жизни зародышей в стерильных пластиковых емкостях, наполненных составом, близким к среде, в которой они развиваются в организме животного.
Эксперименты на животных (козлятах и ягнятах), родившихся на 105 -120 дней раньше положенного срока (эквивалентно младенцам в возрасте 22 – 24 недель беременности), помещенных для доращивания на 4 недели в искусственную матку, показали, что самые уязвимые органы - мозг и легкие - развивались у таких малышей точно так же, без патологий и задержек, как и у тех, которые были выношены и рождены естественным путем.
2. Ученые трансплантологи освоили пересадку донорской матки, которая оказалась успешной. На свет появился здоровый ребенок
В 2014 году 36-летняя шведка стала первой женщиной, которая сумела родить здорового ребенка после трансплантации матки. В Швеции на сегодняшний день было проведено семь таких операций, и после пяти из них женщинам удалось забеременеть и родить.
Около 15% женщин детородного возраста страдают абсолютным бесплодием, связанным с патологиями матки или ее отсутствием. Рождение ребенка для них было возможно только от суррогатной матери. Успешная трансплантация матки от донора дает возможность этим женщинам стать матерями и самим родить малыша. Это сложная и на данный момент достаточно дорогостоящая операция (около 500 000 долларов), которая проходит в несколько этапов, включающих ЭКО, собственно трансплантацию (операция длится около 5 часов), прием иммунодепрессантов для минимизации риска отторжения пересаженного органа и имплантацию эмбриона.
3. Управление протезом при помощи импульсов головного мозга
В феврале 2017 года на сайте Имперского колледжа Лондона появилось сообщение о бионическом протезе руки, разработанном командой ученых из США, Канады, Австрии и Великобритании. Он реагирует на сигналы нейронов спинного мозга и управляется силой мысли человека, лишенного конечности.
До этого момента даже самые продвинутые и совершенные протезы могли реагировать только на мышечные импульсы, однако при ампутации нервные и мышечные волокна повреждены и лишены возможности давать четкие сигналы. Поэтому спектр движения руки был довольно ограничен.
Для эксперимента спинальные двигательные нейроны 6 добровольцев с ампутированными руками до плеча или чуть выше локтя были соединены с неповрежденными мышцами их тела - грудной или бицепсом руки. Дирао Фарина, профессор биоинженерии в Королевском колледже Лондона, говорит, что подобная технология позволяет обнаруживать и декодировать сигналы более четко, чем раньше. А значит, существует возможность разработать протез, который приблизится по функциям к недостающей конечности человека.
После обучения пациенты с таким протезом научились сжимать и разжимать кисть протеза, двигать локтевым суставом, перемещать запястье из стороны в сторону.
4. Получение стволовых клеток "этичным" путем
В 2012 году Нобелевской премии в области медицины и физиологии за работы со стволовыми клетками были удостоены Синъя Яманака (профессор Киотского университета) и профессор Кембриджского университета британец Джон Гердон. Они выявили механизм, благодаря которому взрослые, специализированные клетки эпителия могли быть "перепрограммированы" таким образом, что становились универсальными, подходящими для формирования любой ткани организма. Такое открытие позволит выращивать ткани из собственных клеток, что снизит до минимума их отторжение иммунной системой.
Ранее считалось, что процесс специализации необратим, и что взрослая клетка неспособна вернуться к плюрипотентному состоянию.
5. Открытие Эриды (Eris)
В 2005 в Паламарской обсерватории ученый Майк Браун и его помощники обнаружили совершенно новый космический объект в нашей солнечной системе, который был крупнее Плутона. Этому объекту дали название 136199 Эрида, и его открытие заставило изменить прежние астрономические данные: Плутон не является десятой планетой Солнечной системы, а лишь одной из других, самой крупной из которых и стала Эрида.
6. На Марсе найдена вода
Космический аппарат под названием Phoenix 4 августа 2007 года был запущен с помощью ракеты-носителя Дельта-2 7925 с мыса Канаверал во Флориде, США. В ходе работы он прибыл на территорию Северного полюса планеты Марс 25 мая 2008 года для взятия образцов грунта. В процессе поиска был собрана замерзшая субстанция, которая в итоге оказалась водой. Ученые надеялись найти во льду или осадочных породах органические вкрапления, но, к сожалению, их не обнаружили.
20 июня на пресс-конференции Питер Смит (Peter Smith), научный глава миссии, подтвердил, что яркий белый материал под верхним слоем грунта Марса представляет собой лед.
7. Найден австралопитек Кадануумуу ("Большой человек")
В 2005 году в в Эфиопии в регионе Афар команда ученых обнаружила фрагменты скелета австралопитека, обитавшего на территории Центральной Африки задолго до знаменитой "Люси" - гоминида чей возраст оценивался примерно в 3,2 млн. лет. Находку назвали Kadanuumuu ("великий человек" афарском языке). В мире науки она фигурирует под названием KSD-VP-1/1. Кадануумуу старше Люси на 400 000 лет.
Рост "Великого человека" приближен к современному и составлял около 1, 5- 1,8 м. С момента обнаружения Люси в 1974 году ученые спорили о способах и скорости передвижения австралопитеков. Эти существа были прямоходящими, но насколько быстро и ловко они пользовались своим положением. Теперь, после нахождения Kadanuumuu, ученые, после анализа особенностей его скелета уверены, что
«афарцы» могли ходить и даже бегать. На это указывают удлиненные берцовые кости, строение таза и крестца. Кроме того, исследования показали, что их ребра, ключицы, кости рук по строению гораздо ближе к человеку, чем к обезьяне.
8. Обнаружен предсказанный ранее бозон Хиггса
Существование элементарной частицы бозон предсказано британским физиком Хиггсом в его статьях, вышедших в 1964 году. Скалярную частицу с нулевым спином обнаружили 4 июля 2012 года, в результате исследований на Большом адронном коллайдере. А спустя время было подтверждено, , что ранее найденная, она действительно является бозоном Хиггса. Тара Ширс, физик элементарных частиц из Ливерпульского университета, в интервью Би-би-си сказала, что не будь у частиц массы, не было бы звезд, галактик и даже атомов. Бозон Хиггса является последней найденной частицей Стандартной модели.
В 2013 году Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию за предсказание бозона.
Адронный коллайдер
Многие ученые пытались объяснить среднестатистическим обывателям, далеким от науки, что такое бозон Хиггса. Более того, министр науки Великобритании даже объявил конкурс на простое объяснение этого понятия. Самым доступным был признан вариант с вечеринкой:
1. В большой зал, в котором начинается вечеринка, входит известный человек;
2. За ним в зал входят другие гости- все они хотят пообщаться с известным человеком, поэтому пытаются приблизиться к нему, двигаясь с большей скоростью, чем он сам;
3. Эти люди встречают других знакомых и в общей массе образуются отдельные группы, скопления людей, которые начинают обсуждать какую-то новость;
4. Эту новость передают от группы к группе, для чего отдельные люди отходят от своей "кучки" знакомых и примыкают к другим скоплениям;
5. Общая картина выглядит так, как будто люди обсуждают новость, окружив известную личность, но без ее участия.
Физики-теоретики предположили, что бозонами Хиггса заполнено все окружающее нас пространство, При взаимодействии с другими видами частиц они сообщают им свою массу. Важность выявления бозона Хиггса неоспорима. Она необходима для расчетов в теоретической физике для изучения Вселенной.
9. Доказана теорема Пуанкаре
В 2002 году российский математик Григорий Перельман доказал одну из важнейших 7 задач тысячелетия. К ним относят важные математические проблемы, решение которых не найдено много десятков лет. Григорий Перельман за эту работу получил аналог Нобелевской премии в математике - медаль Филдса. Он показал, что исходная трехмерная поверхность (если в ней нет разрывов) обязательно будет эволюционировать в трехмерную сферу.
10. Получен графен - второй по прочности материал на планете
Впервые этот материал был получен Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году. За его создание ученые в 2010 году были удостоены Нобелевской премии. Графен - прочный (второй после карбина) и тонкий материал, чья кристаллическая решетка (двухмерная, толщиной в один атом) обладает необычными электрофизическими свойствами. Двухмерная модификация углерода под названием "графен" примерно в 200 раз прочней стали и обладает отличной электропроводностью. Исследователи из Колумбийского университета заявили: «Чтобы порвать пленку графена толщиной в 0.01 мм, понадобится слон, при этом его вес должен уместиться на площади равной кончику карандаша». Его планируется широко использовать в электронике (в сверхтонких и сверхбыстрых транзисторах), композитах, электродах.