Десять лет спустя. Часть 1

С апреля 2015 года N + 1 следит за наукой и технологиями. Многие истории, на которые мы обратили внимание тогда, в течение этих десяти лет развивались вместе с изданием — о чем мы продолжали писать. Одни вспыхнули и погасли, другие повернули в неожиданном направлении, третьи — до сих пор на пике интереса. Мы выбрали десять самых ярких из этих историй, проследили за их динамикой и сравнили нынешнее положение вещей с тем, что было, когда мы написали на ту или иную тему нашу первую новость.

Тогда, в 2015, у нас было две основных рубрики, которыми сейчас мы почти не пользуемся: наука и технологии. Рубрики с тех пор стали куда разнообразнее, но в этом материале мы в ностальгическом порыве вернемся к классической дихотомии. Поэтому в первой части подборки — авторы N + 1 рассказывают шесть историй про науку.

Полина Лосева — о редактировании геномов с помощью CRISPR/Cas

23 апреля 2015 года мы написали о том, как ученые из Гуанчжоу первыми в мире — или, по крайней мере, первыми, кто об этом открыто рассказал, — отредактировали человеческие эмбрионы с помощью молекулярных ножниц CRISPR/Cas. Они попробовали исправить мутацию в одном из генов гемоглобина внутри оплодотворенных яйцеклеток. И у них получилось, хотя далеко не во всех яйцеклетках. Зародыши изначально были нежизнеспособными, так что не могли развиваться дальше, но мировое научное сообщество забеспокоилось: сегодня мы лечим болезни крови, а дальше что? Генетическое улучшение человека?

И действительно, уже в 2018 году родились первые люди с модифицированным геномом. Еще один китайский исследователь, Хэ Цзянькуй, рассказал о том, что сделал по меньшей мере трех детей устойчивыми к заражению ВИЧ. Статья Хэ до сих пор нигде не опубликована, так что о том, удалось ему это или нет, можно судить лишь по косвенным данным. Но его выступление подняло такую волну возмущения, что казалось, никто больше не рискнет заняться чем-то подобным. Вскоре собралась Международная Комиссия, чтобы придумать правила, по которым можно будет регулировать редактирование эмбрионов. А сам Хэ за пренебрежение медицинскими стандартами оказался в китайской тюрьме.

В 2020 году Комиссия обнародовала свой вердикт: эмбрионы редактировать все-таки можно, но только если медицинские плюсы от этого существенно превышают риски, в том числе этические. А через месяц после этого Нобелевскую премию по химии присудили разработчицам молекулярных ножниц Дженнифер Дудне и Эмманюэль Шарпантье. Технология была реабилитирована.

Но кое-что еще мешало редактировать людей в зародыше — «правило 14 дней», согласно которому дольше этого срока нельзя выращивать эмбрион в лаборатории, а значит — нельзя проверить, как отредактированный геном повлияет на его развитие. В некоторых странах оно прописано в законе, а в других ученые опираются на рекомендации Международного общества исследований стволовых клеток. В 2021 году Общество обновило свои рекомендации: если получить разрешение местного этического комитета и использовать эмбрионы только для экспериментов, то редактировать и выращивать их in vitro — можно. 

Осталось придумать, откуда взять зародыши, чтобы отрабатывать технологию. В 2023–2024 годах и на этот вопрос нашелся ответ: десяток групп по всему миру научились собирать искусственные эмбрионы из стволовых клеток. Некоторые из них вышли настолько удачными, что даже непонятно, считать ли их настоящими зародышами или только моделью.

Теперь, казалось бы, для генетического редактирования людей почти не осталось препятствий. Где взять эмбрионы — известно, выращивать их в лаборатории — можно. Сложнее всего будет убедить коллег в том, что эти эксперименты этически оправданы. Но и здесь ставки не так уж высоки — Хэ уже отсидел свой срок, вышел на свободу и вернулся в науку. А пока научное сообщество ждет нового героя (или антигероя), исследователи из Стэнфорда предложили другой способ применить эти технологии — выращивать бодиоиды, искусственные человеческие тела без нервной системы. Получать их предлагается из синтетических эмбрионов, развитие мозга выключать генетически — с помощью тех же CRISPR/Cas, а использовать — как модель для экспериментов и источник донорских органов и тканей. 

Кстати, идея выращивать не усовершенствованных, а, наоборот, неполноценных людей опубликована на страницах той же MIT Technology Reviews, где семь лет назад появились первые сообщения об экспериментах Хэ.

Анастасия Кузнецова-Фантони — о межвидовой трансплантации органов

12 августа 2015 года мы рассказали о том, что пересаженная бабуину свиная почка . Это был рекорд — до сих пор иммунная система донора отвергала трансплантат значительно быстрее. К тому времени органы животных уже пробовали пересаживать и людям, но операции заканчивались неудачей из-за . Тогда врачи обратились к генетикам, чтобы те научились выращивать животных, ткани которых будут больше похожи на человеческие. И генетики нашли решение: вырезать из генома животных те кодирующие участки ДНК, которые отсутствуют у человека, и, напротив, добавить те фрагменты, которых не хватало в геноме животных. Для донорства органов выбрали свиней — этих животных легко выращивать и содержать, а их органы похожи на человеческие по размерам и физиологии. С тех пор медики пересаживают свиные органы с разным количеством генетических модификаций. Именно такую почку и получил бабуин.

Уже в 2019 году ученые перешли к экспериментам на людях: кусочек свиной кожи пересадили человеку, и с ней пациент прожил пять дней. В 2021 году к женщине с диагностированной смертью мозга впервые подключили почку свиньи, которая исправно работала и фильтровала кровь. Спустя трое суток врачи не нашли следов отторжения трансплантата.

В 2022 году хирурги впервые пересадили сердце свиньи живому реципиенту — мужчине с терминальной болезнью сердца. Пациент продержался чуть более двух месяцев и умер от внутривенных иммунноглобулинов. Уже в 2023 году хирурги предприняли вторую попытку трансплантации свиного сердца умирающему мужчине — он прожил с новым сердцем еще меньше первого пациента и умер всего через шесть недель из-за отторжения трансплантата.

На фоне этих неудач врачи вернулись к попыткам трансплантации свиных почек. В 2023 году они пересадили мужчине со смертью мозга генетически модифицированную почку — и она успешно проработала больше месяца. В 2024 году хирурги попробовали повторить эксперимент с живым пациентом. Операция прошла успешно, но спустя два месяца 62-летний мужчина умер. Врачи утверждали, что не увидели признаков того, что смерть связана с операцией. Вторым живым реципиентом стала женщина, которой, кроме свиной почки, пересадили еще и сердечный насос. Спустя три месяца после операции она умерла от сердечной недостаточности. Больше повезло третьему и четвертому реципиенту свиной почки, которые получили новые органы в конце 2024 и начале 2025 года. Третий реципиент прожил с новым органом четыре месяца, а затем почку изъяли из-за начавшегося отторжения трансплантата. Четвертый реципиент живет со свиной почкой до сих пор. О пересадке свиных органов человеку и выращивании человеческих органов внутри свиней читайте в материалах «Свиное сердце» и «О свиньях и людях».

Возможно, почки продержались в организме людей разное время, поскольку отличались по набору генетических изменений. Однако какие из них наиболее важны для успешной трансплантации, врачам еще только предстоит узнать. В 2025 году хирурги планируют еще как минимум две подобные операции. Кроме этого, врачи также изучают и возможность пересадки других органов человеку: в марте этого года они впервые пересадили печень пациенту со смертью мозга.

Александр Дубов — о гидридных высокотемпературных сверхпроводниках

Спустя несколько дней после новости о пересадке свиной почки в Nature опубликовали результаты другой важнейшей работы, которую N + 1 тоже не пропустил. У сероводорода обнаружили сверхпроводящие свойства при аномально высокой температуре: -70 градусов Цельсия. Это был кристалл практически обычного сероводорода, но сжатого до огромного давления — в полтора миллиона атмосфер — и с дополнительно введенным в структуру .

Попытки создать сверхпроводник, который работает при комнатной температуре и атмосферном давлении, — одна из важнейших задач современной физики твердого тела. Физики не без оснований полагают, что такие материалы кардинально преобразят и технологический ландшафт, и весь мир вокруг нас: изменится транспорт, изменится высокотехнологичная техника, изменятся бытовые электроприборы, изменятся практики энергопотребления. Правда к моменту выхода этой публикации предыдущая большая волна интереса к высокотемпературным сверхпроводникам уже почти сошла на нет: с даты последнего рекорда 1993 года прошло больше 20 лет. Теперь же прошлый результат удалось улучшить сразу на 39 градусов. И пусть препринт с данными работы ученые опубликовали в самом конце 2014 года, но статья в Nature и официальный старт гидридной сверхпроводимости пришелся как раз на самое начало работы N + 1.

Высокотемпературная сверхпроводимость была тогда хорошо известным (хоть и не до конца объясненным) эффектом, но в совсем других материалах — в первую очередь сложных купратах и бинарных соединениях железа — и при куда более низких температурах. Для сероводорода же классические модели сверхпроводимости на основе теории Бардина — Купера — Шриффера толком не подошли, поэтому до сих пор не все ученые считают эти материалы настоящими сверхпроводниками. Зато оказалось, что для нее хорошо подходит альтернативное расширение той же классической теории — модель Мигдала — Элиашберга, которая как раз объясняла сверхпроводимость благодаря «избыточному» водороду в кристаллической решетке. Согласно этой модели, и другие гидриды тоже должны были переходить в сверхпроводящее состояние, только для них нужны феноменальные давления — больше миллиона атмосфер.

Поэтому, получив эмпирическое подтверждений теоретической модели, физики после статьи о сверхпроводящем сероводороде запустили целую серию поисковых исследований: теоретики и вычислители перебирали различные гидридные системы и искали потенциальные сверхпроводники все ближе и ближе к комнатной температуре, а экспериментаторы проверяли эти вычисления на практике. В итоге в 2018 году ученые синтезировали гидрид лантана, сверхпроводящий при -23 градусах Цельсия (1, 2), целое семейство гидридов урана (-219 градусов Цельсия, зато давления поменьше), в 2019 — гидрид тория (-105 градусов) и гидрид церия (-156 градусов), в 2021 — гидрид иттрия (-30 градусов).

Кульминацией этих исследований стала работа группы Ранги Диаса 2020 года, в которой физики сообщили о сверхпроводимости в смешанном кристалле сероводорода, водорода и метана. Им удалось вплотную подобраться к желанной комнатной сверхпроводимости: кристалл приобретал нужные свойства при 15 градусах Цельсия. Казалось бы, наконец! Но — спустя два года после публикации из-за методологических ошибок статью отозвали (подробнее об этой истории читайте в материале «Под давлением»).

Через год после этого история почти в точности повторилась. В 2023 году та же самая группа опубликовала в том же Nature статью уже о новом рекордном материале — на этот раз допированном азотом гидриде лютеция, который якобы переходил в сверхпроводящее состояние уже при 21 градусе Цельсия. Спустя 8 месяцев и эту статью отозвали (об этой истории читайте в материале «Сверхнедоверие»).

Поскольку статью Диаса о гидриде иттрия со сверхпроводящим переходом при 11 градусах с публикации тоже сняли, формальный температурный рекорд сейчас удерживает гидрид лантана. И хотя после серии отозванных статей Рочестерский университет все-таки уволил Рангу Диаса, на целом классе сверхпроводящих соединений методологические погрешности и недобросовестность одного ученого вряд ли поставят крест. Добравшись до комнатной температуры и сами материалы, и изучающие их исследователи подвесили большую интригу. Все ли там взаправду? Какой материал будет дальше? Найдется ли практическое применение у материалов, которые работают при таком огромном давлении? А параллельно мы продолжаем следить и за другими одиозными попытками синтезировать, наконец, комнатный сверхпроводник.

Михаил Подрезов — об исследованиях Homo naledi

За минувшие десять лет археологи и палеоантропологи «состарили» наш биологический вид примерно на 100 тысяч лет, обнаружили кусочек кости девочки-гибрида от союза между неандертальской мамой и денисовским папой и выяснили, что еще 30 тысяч лет назад человек мог пережить ампутацию ноги. Но, пожалуй, новость о самом захватывающем открытии, связанном с эволюцией человека, пришла из «Колыбели человечества». Осенью 2015 года, когда N + 1 еще не было и полугода, антрополог Ли Бергер (Lee Berger) из Витватерсрандского университетата опубликовал находки из пещерной системы Райзинг Стар и описал ранее неизвестный вид древних гоминин — Homo naledi.

Люди вряд ли бы узнали об этом виде, если бы не два спелеолога, которые в 2008 году нашли в труднодоступной и удаленной от входа пещерной камере Диналеди кости древних существ. Они настолько заинтересовали Бергера, что в 2013–2014 годах он организовал первые раскопки. Уже в течение первых двух полевых сезонов специально найденные исследователи, которые могли проползти по «шкуродерам», подняли на поверхность с маленького участка больше полутора тысяч целых и фрагментированных костей, принадлежавших по меньшей мере 15 индивидам или особям. Именно эти беспрецедентные находки и послужили поводом для того, чтобы описать новый вид.

Внимательный анализ хорошо сохранившихся останков и их сравнение с ранее найденными костями различных австралопитеков, парантропов и представителей рода Homo показали, что гоминины из Диналеди выделялись странным сочетанием как присущих Homo прогрессивных признаков, так и очень примитивных, характерных для австралопитеков. Например, они ходили на двух ногах, но при этом строение некоторых костей было приспособлено для лазанья по деревьям; их маленький головной мозг объемом всего около 500 кубических сантиметров, что неприлично мало для Homo, обладал при этом более сложным строением, чем у австралопитеков. Тем не менее исследователи заключили, что, скорее всего, перед нами представители рода Homo, а не австралопитеков или парантропов.

Одна из первых проблем, с которой столкнулись ученые, — определение возраста находок. Стандартные методы и подходы в этом случае сработали не сразу. Прошло почти два года, прежде чем в 2017 году коллектив Бергера представил еще три публикации, одна из которых была посвящена датировке и удивила ученых неожиданным результатом. Используя комбинацию различных физических методов датирования, в том числе метод урановых рядов в сочетании с электронным парамагнитным резонансом, исследователи определили, что Homo naledi попали в пещеру между 335 и 236 тысячами лет назад — примерно в то же время, когда в Африке возник наш вид, а в Европе жили ранние неандертальцы или поздние гейдельбергские люди.

В то же время археологи и палеоантропологи обнаружили останки H. naledi и за пределами камеры Диналеди, но все в той же пещерной системе. К сожалению, они не дали ответа на главный вопрос — как эти гоминины вообще оказались там, где их нашли. Геологи не обнаружили другого входа в пещерную систему, который в древности позволял бы без труда проникнуть в эти камеры. При этом на костях людей не нашлось признаков того, что их притащили туда животные, или что останки замыло в глубокие части пещерной системы водными потоками. Поэтому неудивительно, что уже много лет Бергер с коллегами продвигает идею о преднамеренных захоронениях.

Убедительных доводов в пользу того, что H. naledi тащили сородичей в глубокие части пещеры, чтобы похоронить, до сих пор нет, несмотря на старания и уверения исследовательского коллектива. Очередные споры на этот счет развернулись в 2023 году, когда Бергер с коллегами прямо заявил, что у гоминин с маленьким мозгом был погребальный обряд (подробнее об этом читайте в блоге «Отмена Ли?»). Правда, доводы критиков и на этот раз выглядели более убедительными.

Не менее спорными находками, связанными с H. naledi, выступают и гравировки, обнаруженные на стенах пещерной системы Райзинг Стар. По мнению работающих там ученых, авторами этих произведений, по-видимому, были люди из Диналеди. Но и здесь аргументов, ставящих такие заявления как минимум в разряд «преждевременных», предостаточно: действительно ли они рукотворные, а если да, то каков их возраст, и не могли ли глубокие части пещеры на самом деле посещать и представители других видов. Ответов на эти вопросы придется подождать, как и публикации еще одной потенциально очень значимой находки из системы Райзинг Стар. Еще в конце 2022 года Бергер объявил, что в пещерах обнаружили многочисленные следы огня, но статьи об этом в научных журналах до сих пор нет.

Александр Войтюк — о гравитационной и многоволновой астрономии

Еще одна история, к началу которой мы как раз успели, — экспериментальное наблюдение гравитационных волн. В самом начале 2016 года команды гравитационно-волновых обсерваторий Advanced LIGO и Virgo, использующих три наземных лазерных интерферометра, наконец, объявили о первой в истории регистрации сигнала от гравитационных волн акустического диапазона, который был порожден слиянием двух черных дыр.

К этому моменту человечество уже умело наблюдать Вселенную во всем диапазоне электромагнитных волн и ловить огромными детекторами космические нейтрино. Однако гравитационные волны, хотя и были предсказаны еще век назад в рамках Общей теории относительности Эйнштейна, физикам и астрономам до этого никак не давались.

Косвенные подтверждения их существования были получены уже давно — за это физики Рассел Халс и Джозеф Тейлор еще в 1993 году получили Нобелевскую премию. Однако прямая регистрация всплеска гравитационных волн от слияния пары компактных объектов в виде белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр долгое время была недостижимой из-за малой чувствительности детекторов. 
Вскоре за первым успехом в том же году последовало второе подобное открытие, а затем и другие: в 2017 году физики зарегистрировали гравитационные всплески от очень легких черных дыр, в 2020 — асимметричной по массам пары черных дыр и даже от рождения неуловимой черной дыры промежуточных масс. В 2017 году за экспериментальную регистрацию гравитационных волн была вручена Нобелевская премия по физике. Подробнее о расцвете гравитационно-волновой астрономии можно прочесть в наших материалах «На гребне метрического тензора», «Точилка для квантового карандаша» и «Тоньше протона».

Одними только черными дырами астрономы не ограничились — а для альтернативных источников гравитационных волн данные гравитационных интерферометров удалось совместить с другими методами наблюдений. В 2017 году на свет появилась многоканальная астрономия: тогда астрофизики впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния нейтронных звезд, а последовавшие за ними гамма-всплеск и вспышку килоновой поймали несколько десятков наземных и космических обсерваторий. Теперь космические катаклизмы можно было одновременно наблюдать в электромагнитном диапазоне и при помощи гравитационно-волновых детекторов.

В 2021 году ученые впервые достоверно зарегистрировали гравитационные волны от слияния нейтронной звезды и черной дыры, а в 2023 году многолетние наблюдения за пульсарами Млечного Пути коллаборации NANOGrav подтвердили существование наногерцового гравитационно-волнового фона во Вселенной. Теперь физики и астрофизики с нетерпением ждут старта наблюдений уже космической гравитационно-волновой астрономии, который намечен на 2029 год, когда будут запущены три аппарата космического лазерного интерферометра LISA.

Марина Попова — о вездесущем микропластике

Впервые про микропластик мы написали в 2017 году, когда исследователи обнаружили его в образцах водопроводной воды из 14 стран. Стало очевидно, что микропластик незаметно просочился в каждый дом, и отчетливо проступил вопрос: а не опасен ли он для здоровья?

Сам термин «микропластик» для обозначения частиц появился еще в начале 2000-х. В 2004 году в журнале Science вышла статья, авторы которой задались вопросом, что происходит с пластиком в океане, и впервые обнаружили микропластик в морской воде. Но вплоть до 2015 года термин почти не покидал страницы специализированных изданий: ученые только начали активно изучать распространение и последствия микропластикового загрязнения. А начиная как раз с 2017 поток публикаций про микропластик стал резко расти, и о нем все чаще заговорили даже непрофильные медиа. Оказалось, что микрочастицы попадают человеку в желудок буквально с первых дней жизни: младенцы, пьющие детскую смесь из полипропиленовых бутылок, проглатывают в среднем по 1,58 миллиона частиц микропластика в сутки. Даже если избегать полипропиленовых бутылок, микропластик можно получить из соли — в 2018 году выяснилось, что он присутствует в 36 из 39 рассмотренных видов этого продукта. Но что происходит дальше? Известно, что микропластик покидает наш организм так же легко, как попал в него. Но вдруг часть его проникает сквозь стенки сосудов, проходит гематоэнцефалический барьер и накапливается в органах?

Поначалу, в 2019 году, ВОЗ не смогла найти доказательств вреда микропластика. Однако уже в 2022 году коварные частицы впервые обнаружили в человеческой крови у 17 из 22 испытуемых. Эта тревожная находка означала, что существует риск их накопления в почках и селезенке. В 2024 году в эксперименте на мышах было обнаружено влияние микропластика на другой орган — предстательную железу: при попадании совсем его количеств в организм грызунов с питьевой водой у самцов снижались численность и подвижность сперматозоидов, а эпителий в предстательной железе становился тоньше, причем нарушения усугублялись высокожировой диетой. Еще через полгода микропластик обнаружили уже в обонятельных луковицах мозга. Предполагается, что частицы могли проникнуть в организм через обонятельный эпителий, а затем по обонятельному нерву достигли мозга. Выходит, микропластик может попадать в тело человека даже .

Наконец, важную веху дискуссия о вреде микропластика прошла в конце 2024 года: его негативное влияние на здоровье назвали «предположительным». И хотя термин звучит несколько беззубо, на самом деле это третья из четырех степеней градации, серьезнее только «доказанное влияние». Систематический обзор литературы показал, что микропластик влияет на здоровье пищеварительной, половой и дыхательной систем организма, усиливает воспалительные процессы и окислительный стресс, подавляет иммунную систему и даже может быть связан с раком прямой кишки.

При этом воздействие микропластика на здоровье человека — далеко не единственная потенциальная угроза, которую он создает. За прошедшие 10 лет накопилось большое количество данных о его негативном влиянии на окружающую среду. Микропластик вездесущ: во французской обсерватории Пик-дю-Миди на высоте 2877 метров его обнаружили во всех пробах аэрозолей, а в американских заповедниках он составляет уже до четырех процентов всей пыли — это говорит о свободном тропосферном переносе микрочастиц. Но, может быть, окружающей среде повезло больше, чем человеку, и для нее микропластик — просто еще один вид безобидных твердых частиц, который со временем прочно встроится в литосферу? Увы, за последние годы оснований надеяться на лучшее остается все меньше. Микропластик не просто летает в воздухе и оседает на поверхностях, он влияет на климат, снижает качество почвы и губит растения.

Спустя 10 лет наблюдений мы можем с уверенностью говорить, что микропластик повсюду: от вершин Эвереста до кишечника антарктических беспозвоночных. И хотя от микрочастиц не спрячешься, можно уменьшить их поступление с пищей, например, если кипятить питьевую воду и отказаться от чайных пакетиков. Так что, пожалуй, к юбилейному торту чай редакция заварит листовой, и — в пузатом заварочном чайнике.