Сегодняшняя дата, 8 февраля, обозначена в календаре как День российской науки. И нам есть что отметить, ведь за свою многовековую историю Россия подарила миру множество гениев. В каждую эпоху сияли яркие имена наших соотечественников: от Ломоносова и Лобачевского до Ковалевской и Менделеева, от Попова и Мичурина до Циолковского и Ландау. Работы российских и советских ученых стали неоценимым вкладом в мировую науку и навсегда изменили жизнь человечества.
Принято считать, что вместе с советской эпохой ушли и самые выдающиеся умы. Но это вовсе не так – и в 90-е, и в начале нулевых наши «светлые головы» не сидели без дела. Чтобы доказать это, мы составили для вас подборку самых ярких открытий российских ученых за последние 20 лет.
1. Сверхтяжелые элементы
Именно российским ученым уже в новом тысячелетии удалось продолжить таблицу Менделеева. С 2000 по 2010 год физикам из Объединенного института ядерных исследований в Дубне удалось синтезировать шесть сверхтяжелых элементов с атомными номерами со 113 по 118. Новые элементы получили названия нихоний, флеровий ( в честь советского физика-ядерщика, одного из основателей института ядерных исследований в Дубне, академика Георгия Флерова), московий, ливерморий, теннессин и оганесон (в честь первооткрывателя академика Юрия Оганесяна).
Сейчас ученые готовятся приступить к синтезу 119-го и 120-го элементов периодической таблицы. По их словам, это не только позволит расширить наши знания о материи, но и, вероятно, пошатнет сам фундаментальный закон Менделеева в области очень тяжелых, еще не открытых людьми элементов.
Для дальнейших исследований в этой области в Дубне уже построили новую лабораторию, которую назвали «Фабрика сверхтяжелых элементов». Центр этой «фабрики» – ускоритель частиц ДЦ-280. С его помощью ученые планируют получать ядра элементов, которых никогда не существовало в природе. Эти эксперименты имеют большое значение для проверки современной теории ядер и атомов.
2. Самые мощные лазеры на Земле
В 2006 году российские ученые создали уникальную технологию, которая позволяет получать самое мощное световое излучение на Земле. Сотрудники Института прикладной физики РАН создали установку под названием PEARL (PEtawatt pARametric Laser), работающую по принципу усиления света в нелинейно-оптических кристаллах. В ходе эксперимента установка выдала импульс мощностью 0,56 петаватта: эта цифра в сотни раз превосходит мощность всех электростанций нашей планеты.
Теперь исследователи хотят увеличить мощность установки до 10 петаватт. Кроме того, в недалеком будущем планируется создать лазер мощностью до 200 петаватт, а в дальнейшем – до 1 экзаватта. Проект получил название XCELS. Как говорят ученые, такие лазерные системы позволят исследовать экстремальные физические процессы. Кроме того, на их основе можно создавать лазерные источники нейтронов с уникальными свойствами и инициировать с их помощью термоядерные реакции.
3. Графен, добытый на скотч
В 2010 году произошло знаменательное событие для всего российского научного сообщества. Двое выпускников МФТИ, Андрей Гейм и Константин Новоселов, были удостоены Нобелевской премии по физике. Награду они получили за то, что первыми в истории смогли получить стабильный двумерный кристалл углерода – графен.
Графен представляет очень тонкий слой углерода толщиной в один атом. Ученые нашли простое и гениальное решение: они взяли кусок скотча и отодрали слой графена от куска графита. В настоящее время Гейм и Новоселов, ранее работавшие в Институте физики твердого тела РАН в Черноголовке, продолжают изучать свойства графена в Университете Манчестера в Великобритании.
Благодаря своей структуре графен обладает рядом полезных свойств: отлично проводит электричество, обладает большой гибкостью, прозрачностью и высокой прочностью. Его широко применяют в микроэлектронике: из него изготавливают дисплеи, электроды и солнечные батареи.
4. Озеро Восток
Вы наверняка не знали, что именно наши соотечественники совершили, возможно, последнее крупное географическое открытие на Земле. В 1996 году группа российских ученых совместно с британскими коллегами открыла в Антарктиде подледное озеро площадью 15 790 км². Оно получило название Восток – от советской (сегодня – российской, с международным экипажем) научной станции Восток, которая действует в этом районе с 1957 года.
Обнаружить озеро удалось путем сейсмического зондирования и радарных наблюдений. Его существование еще в 50-х годах прошлого века предсказывал знаменитый советский географ Андрей Капица. В 1959 и 1964 годах экспедиция под его руководством провела сейсмическое зондирование ледникового щита под станцией Восток, что позволило определить его толщину. Впоследствии возникло предположение, что пойманный сигнал – это сигнал отражения от границы льда с водой.
В 2012 году российские полярники впервые смогли достичь дна озера. Ученые считают, что оно было изолировано от внешнего мира на протяжении нескольких миллионов лет, то есть является реликтовым. Самое интересное, что в глубинах озера, возможно, есть жизнь. Об этом свидетельствуют и температура воды, и высокое содержание кислорода (примерно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде). Микроорганизмы, которые могут обитать в озере, представляют большой интерес для ученых: из-за того, что они так долго были изолированы от земной биосферы, они могут обладать уникальными свойствами и многое рассказать об эволюционных процессах. Впрочем, даже к этому моменту ученые, изучающие озеро, смогли получить уникальные данные о земном климате за последние полмиллиона лет. В частности, им удалось определить, как менялась температура и концентрация углекислого газа в далеком прошлом.
5. Третий вид людей
В 2010 году российские археологи потрясли мир своим открытием – они обнаружили новый вид человека. До этого было известно лишь о двух высших видах древних людей – кроманьонцах и неандертальцах. Но все изменилось после исследования, которое провели ученые из Института археологии и этнографии СО РАН во главе с академиком Анатолием Деревянко. Они изучили останки, обнаруженные археологами в Денисовой пещере на Алтае. Было установлено, что кости принадлежат взрослому человеку и маленькой девочке, которые, вероятно, погибли около 30-50 тысяч лет назад.
Ученые расшифровали образцы ДНК, полученные из костей умерших, и выяснили, что те принадлежали к третьему, ранее неизвестному виду древних людей, живших в одно время c сапиенсами и неандертальцами. Новый вид людей окрестили денисовцами – по названию пещеры, в которой были обнаружены останки. Предполагается, что они поселились здесь около 300 тысяч лет назад.
6. Задача тысячелетия
Российский математик Григорий Перельман в 2002 году совершил то, что никто из людей не мог сделать целую тысячу лет – доказал гипотезу Пуанкаре. Она была сформулирована в 1904 году французским математиком Анри Пуанкаре, и ее суть заключается в том, что всякий трехмерный объект без сквозных отверстий топологически эквивалентен сфере. Гипотеза Пуанкаре входит в список «задач тысячелетия», сформулированный Математическим институтом Клэя в 2000 году. Эти задачи считаются важнейшими классическими проблемами в математике, которые до сих пор не решены. За решение каждой из них институт гарантирует вознаграждение в размере 1 миллион долларов.
Сотни математиков по всему миру бились над решением гипотезы Пуанкаре, и лишь петербуржцу Григорию Перельману в серии публикаций 2002-2003 годов удалось это сделать. Понадобилось три года для того, чтобы проверить доказательство и признать открытие ученого. В итоге Перельман был номинирован на Филдсовскую премию (одну из самых престижных международных премий в области математики), а Математический институт Клэя присудил ему премию в миллион долларов. Но математик, ко всеобщему удивлению, отказался от всех вознаграждений. Прокомментировал он это так: «Меня не интересуют деньги или слава. Я не хочу быть выставленным перед людьми, как животное в зоопарке. Я не герой математики. Я даже не так и успешен, вот почему я не хочу, чтобы все на меня смотрели». Кроме того, в 2011 году ученый отверг предложение стать членом РАН.
Но как бы то ни было, имя Григория Перельмана теперь навсегда вписано в историю науки. В 2006 году научный журнал Science назвал доказательство гипотезы Пуанкаре научным «прорывом года». Это первый случай, когда работа по математике удостоилась такого звания. Как отмечают в научном сообществе, труд Перельмана в будущем окажет огромное влияние на различные ветви математики и, вероятно, даже теоретической физики. Уже сейчас в мире начали появляться работы, основанные на его доказательстве.
7. Редактирование генома
Редактирование генома – одно из самых перспективных направлений в современной биологии. Благодаря достижениям генной инженерии уже сегодня можно делать очень многое: от получения гипоаллергенных овощей и фруктов, которые хранятся в несколько раз дольше обычных и устойчивы к вредителям, до лечения самых тяжелых наследственных и хронических заболеваний.
Для того чтобы отредактировать геном, ученые используют так называемые «молекулярные ножницы» – технология, которая позволяет «разрезать» молекулу ДНК в необходимом месте. Открыли данную технологию в 2020 году микробиолог Эммануэль Шарпантье и биохимик Дженнифер Дудна. За свою разработку они получили Нобелевскую премию по химии. Однако еще в 2006 году исследования в этой области начал проводить наш бывший соотечественник – советский и американский биолог Евгений Кунин. Он обратил внимание на то, что в ДНК бактерий встречаются регулярно повторяющиеся группы нуклеотидов. При этом участки ДНК между повторами очень схожи с ДНК вирусов, которые могут эти бактерии заразить и даже убить. Однако часть бактерий после воздействия вируса выживает. Кунин предположил, что эти повторяющиеся участки ДНК – своеобразные «трофеи», которые позволяют однажды «атакованной» бактерии при повторной встрече с вирусом опознать и уничтожить его. Сохраняя в своем геноме фрагмент генома вируса, бактерия «режет» собственную ДНК на две части ровно в том месте, где этот фрагмент был обнаружен.
Таким образом, Евгений Кунин стал одним из первых исследователей, открывших механизм противовирусной защиты бактерий. В 2012 году его исследования были подтверждены экспериментально, а систему молекулярных ножниц стали использовать для коррекции любой ДНК, включая человеческую. Основываясь на работах Кунина и других биологов, ученые уже разработали несколько моделей «молекулярных ножниц». Наиболее перспективной среди них считается система CRISPR/Cas9, в основу которой как раз лег механизм защиты бактерий от вирусов.
9. Девятая планета
В январе 2016 года было сделано, пожалуй, самое громкое открытие в области астрофизики за последние несколько сотен лет. Ученые обнаружили в Солнечной системе еще одну – девятую планету. Среди авторов открытия оказался и родившийся в России Константин Батыгин – 34-летний астроном, который в настоящее время живет в Америке и преподает в Калифорнийском университете.
До недавнего времени последней планетой Солнечной системы считался Нептун. Однако Батыгин и его коллега Майкл Браун изучили движение шести космических тел, находящихся за орбитой Нептуна, и при помощи вычислений показали, что вокруг нашего Солнца, вероятно, вращается еще одна планета. Согласно их данным, расстояние между ней и светилом в семь раз больше, чем от Нептуна до Солнца. При этом предполагаемая планеты в десять раз больше Земли и примерно вдвое больше Нептуна.
Результаты своих исследований астрономы опубликовали в журнале The Astronomical Journal. Шансы, что расчеты Батыгина и Брауна оказались верны, весьма велики: вероятность ошибочности их доказательств составляет всего 0,007%. И все же открытие планеты должно быть подтверждено прямым наблюдением. По мнению Константина Батыгина, уйти на это может до восьми лет.
10. Вакцина от COVID-19
Учитывая тот факт, что главным событием прошлого года стала пандемия коронавируса, нельзя обойти стороной вклад отечественных ученых в борьбу с этим заболеванием. Вакцина «Спутник V» (иначе «Гам-КОВИД-Вак»), разработанная российским Национальным исследовательским центром эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи, была зарегистрирована 11 августа 2020 года Минздравом РФ как первая в мире вакцина от коронавируса.
Данная вакцина была получена биотехнологическим путем, поэтому она не содержит в своем составе РНК вируса SARS-CoV-2. Препарат состоит из двух компонентов, в состав каждого из которых входит рекомбинантный аденовирусный вектор на основе аденовируса человека. Вакцину необходимо вводить в два приема c интервалом 4-12 недель.
Согласно недавней публикации в журнале «The Lancet», эпидемиологическая эффективность вакцины «Спутник V» по промежуточным результатам третьей фазы клинических испытаний составила 91,6 %. Эффективность вакцины против средней или тяжелой степени COVID-19 составила 100%. При этом в результате исследований никаких серьезных побочных эффектов выявлено не было. Таким образом, мировое научное сообщество официально признало эффективность и безопасность российской вакцины. На данный момент уже более 19 стран одобрили «Спутник V» для использования.