Уроки года. Часть 4: главные события 2020-го, не считая коронавируса

Все самое значительное в уходящем году было, конечно, так или иначе связано с пандемией COVID-19: изучение новой болезни и ее возбудителя, поиски средств для лечения и профилактики, способов сдержать ее распространение, спешная разработка и тестирование вакцин... Но это не значит, что ученые, не связанные с медициной и вирусологией, сидели «на удаленке» без дела.

За 2020-й мы узнали немало нового о галактиках и планетах, о человеческом организме и о том, что происходит на нашей Земле. Редакция «ПМ» решила вспомнить главные находки недавно прошедшего года и отдать ему должное за новые знания, которые он принес. Мы терпеливо пролистали новостные ленты и агрегаторы, отобрав десятки открытий и событий. В фокусе очередной подборки самых интересных открытий – биология, генетика и медицина.

В 2020-м биологи выяснили, что, потирая лапками свой длинный полосатый хвост, самцы кошачьих лемуров смазывают их пахучими феромона, привлекая потенциальных партнерш для спаривания. Установлен и состав этого «любовного зелья», в котором выделены три ключевых соединения, включая додеканаль, который придает характерный аромат цитрусовым. Кроме того, обнаружилось, что миссисипские аллигаторы способны частично отращивать потерянный из-за травмы хвост. Регенерация эта лишь частична: восстановлению подлежит лишь кончик хвоста (максимально зафиксирована длина до 45 см) и без потерянных позвонков и скелетных мышц.

Также в 2020-м ученые показали, что рыбы способны распространяться из водоема в водоем в виде икринок. Проглоченные птицами, некоторые из них выживают при прохождении через пищеварительный тракт, и оказавшись в подходящих условиях, вырастают. Кроме того, была окончательно установлена «прародина» домашних кур: генетический анализ показал, что они были одомашнены на территории современной Мьянмы, севера Таиланда и юго-запада КНР, а непосредственными предками «не птиц» был подвид банкивских джунглевых куриц Gallus gallus spadiceus.

Дельфины удивили открытой в 2020 г. способностью «сознательно» замедлять ритм своего сердцебиения. Наблюдения показали, что, планируя погружение и расход кислорода, они замедляют пульс тем сильнее, чем дольше предстоит оставаться на глубине. А в образцах породы, поднятых с глубины до 125 ниже морского дна, были обнаружены сообщества крайне необычных бактерий. Они были изолированы от остальной биосферы более 100 млн лет и с тех пор ведут самостоятельное существование.

На протяжении всего 2020-го бактерии не раз демонстрировали новые грани своих поразительных способностей выживать где угодно. Так, было показано, что некоторые микробы поселяются прямо в ядерных могильниках, а знаменитые своей «неубиваемостью» бактерии Deinococcus radiodurans перенесли трехгодичное пребывание в открытом космосе, на борту МКС . Появились даже предложения использовать таких микробов для заселения потенциально ценных астероидов и обогащения их руды прямо в космосе, еще перед доставкой на Землю.

Растут и возможности применения бактерий и на поверхности планеты: в 2020-м ученые сообщили о создании новых полезных ГМ-линий. В частности, были получены псевдомонады Rhodopseudomonas sulfidophila, способные производить спидроины – ключевые белки паутинного шелка, и ГМ-бактерии Ideonella sakaiensis, готовые быстро перерабатывать инертные пластики, такие как ПЭТ и ПЭФ. А российские генетики совершили очередной важный шаг к созданию ГМ-растений, светящихся в темноте.

Одним из самых больших сюрпризов 2020-го стало обнаружение в человеческой крови свободно плавающих и полностью функциональных митохондрий. А эксперименты на мышиных моделях позволили идентифицировать в мозге популяции нейронов, контролирующих торпор – род гибернации. Стимуляция этих нейронов запускает замедление метаболизма и снижает температуру тела; возможно, что нечто аналогичное можно будет реализовать и на людях, погружая их в длительный «анабиоз».

Тем временем медикам удалось вырастить вилочковую железу (тимус) из стволовых клеток. Для сохранения полноценной структуры органа клетки размещались на скаффолде – подложке, заранее распечатанной на 3D-принтере из коллагеновых волокон. Кроме того, технологии генной модификации CRISPR-Cas9 были впервые применены на живом человеке. Пациенту с редким наследственным заболеванием сетчатки, амаврозом Лебера, провели операцию, инъецировав в глаз несколько капель ГМ-вирусов. Их содержимое включало новый «исправленный» ген и средства для его внедрения в ДНК, что должно запустить регенерацию клеток сетчатки.

Также был найдеен новый подход к борьбе с деградацией костно-мышечного аппарата во время долгих космических полетов. Эксперименты на мышах, отправленных на орбиту, показали, что ингибитор миостатина ACVR2B вдвое замедляет потерю костной и мышечной тканей в условиях микрогравитации. В том же 2020-м были продемонстрированы искусственные эритроциты. Новая методика позволяет производить такие полые и гибкие «мешочки», наполняя их нужными функциональными молекулами – например, гемоглобином для переноски кислорода. Кроме того, удалось «усовершенствовать» и хлоропласты – фотосинтезирующие органеллы растений; новая синтетическая версия работает эффективнее «натуральной».

Было найдено несколько новых видов антибиотиков, включая корбомицин (corbomycin), гликопептид с прежде неизвестным действием. Его эффект основан на том, что антибиотик накрепко связывается с пептидогликаном клеточной стенки бактерий и препятствует их делению. Впрочем, для молекулярной биологии главным достижением года станет, по-видимому, успешное применение искусственного интеллекта к проблеме фолдинга белков. Реконструировать трехмерную форму белка по его аминокислотной последовательности – ключевая задача, решить которую до сих пор не удавалось. Лишь в 2020-м британский стартап DeepMind представил нейросеть AlphaFold, способный проводить такие реконструкции.

Массовый анализ геномов современных жителей Западной Африки показал, что почти 20% их ДНК получены от ныне вымершего и пока неизвестного вида людей. Судя по последовательности этих участков, «призрачная популяция» отделилась от нашей линии еще до неандертальцев, более 360 тыс. лет назад, однако скрещивания с ними продолжались вплоть до 124 тыс. лет назад, а возможно, и позднее. Вообще, по новым оценкам, межвидовые скрещивания среди древних людей происходили весьма широко. Около трех процентов генома неандертальцев было получено ими от сапиенсов, а один процент генома денисовцев – от еще одной неизвестной популяции, около 15 процентов которого затем оказались в геномах некоторых современных людей.

Челюсти и частичный череп животного возрастом 28500 лет, найденный на палеолитической стоянке в Чехии, были идентифицированы как «прото-собачьи». По-видимому, история одомашнивания этого вида уходит еще дальше в прошлое, чем считалось до 2020-го. Более древним, чем казалось, может быть и шитье: в прошлом году ученые нашли свидетельства о широком использовании нитей неандертальцами Франции еще 50 тыс. лет назад. Также были обнаружены: древнейшая из известных «кроватей» – ложе, устроенное из травы еще 200 тыс. лет назад, – и древнейшие свидетельства применения лука и стрел (Шри-Ланка, ок. 48 тыс. лет назад). Наконец, еще дальше в прошлое было отодвинуто и появление первых людей в Америке; судя по найденному в Мексике каменному инструменту, их прибытие состоялось не позднее 33 тыс. лет назад.

Кроме того, в 2020-м ученые сообщили о первом успешном получении генетической информации из останков древнейших предков – Homo antecessor (возрастом ок. 850 тыс. лет) и Homo erectus (1,8 млн лет). ДНК в них не сохранилась, однако состав белков зубной эмали (протеом) позволил частично реконструировать и фрагменты генома. Кстати, в 2020-м же сообщили и о находке древнейших останков Homo erectus. Датированные возрастом более 2 млн лет кости были обнаружены в ЮАР, где эректусы тогда обитали бок о бок с другими гоминидами, включая архаичных австралопитеков.

Авторы сразу нескольких значимых антропологических работ 2020-го использовали математическое моделирование. Так, было показано, что ключевую роль в вымирании тех же неандертальцев сыграла конкуренция с сапиенсами, а не климатические изменения. Кроме того, на основе митохондриальной ДНК была составлена модель «репродуктивной совместимости» близких видов млекопитающих. Она показала, что с этой точки зрения сапиенсы, неандертальцы и денисовцы были ближе друг к другу, чем полярные и белые медведи, что позволяло без проблем заводить общее потомство.

В 2020-м ученые продолжили поиски древних мезоамериканских городов и строений, давно заросших непролазными джунглями. Составляя 3D-карты местности с помощью лидаров, установленных на самолетах и беспилотниках, удалось обнаружить древнейшую и, видимо, самую грандиозную постройку цивилизации майя. Даже сегодня «Агвада Феникс» (Aguada Fénix) тянется более чем на километр в длину и поднимается на десятки метров. Ее возраст оценивается в 2500-3000 лет. Наконец, археологи, работающие на руинах Помпей расчистили великолепно сохранившийся термополий, древнеримскую «закусочную».

В следующей подборке главных итогов года читайте о новых открытиях в химии и энергетике, о новых технологиях и материалах, о том, как вел себя в 2020-м климат Земли – обо всем, кроме коронавируса.