Назовём несколько эпохальных открытий, совершённых в естествознании.
В 1962 г. трое учёных — Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за расшифровку структуры молекулы ДНК. Это открытие имело огромные последствия. Если сравнить биологическую жизнь нашей планеты с системой роботизированных компьютеров разных видов, то ДНК будет биологическим языком программирования. Именно эта макромолекула хранит наследственную информацию и механизм развития организмов из, условно говоря, одной первоначальной клетки.
Научившись делить ДНК на отдельные гены и затем соединять их друг с другом, биологи заложили основы генной инженерии. Генетическая модификация — основа для создания ценных сортов растений, улучшения пород сельскохозяйственных животных, штаммов микроорганизмов. Отношение к генетически модифицированным организмам (ГМО) неоднозначное. С одной стороны, их создание помогает решить одну из глобальных проблем — продовольственную. Но, с другой стороны, многие опасаются, что пища, полученная из ГМО небезопасна, а их выращивание может оказать неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
| Законы о маркировке генетически модифицированных пищевых продуктов (2015): серый цвет — законы не приняты; зелёный — приняты законы об обязательной маркировке; красный — законы о запрете на импорт и выращивание. Co9man |
Трудно преувеличить значение открытия структуры ДНК для развития медицины. Можно узнать о заболевании раньше, чем проявятся его симптомы, скорректировать образ жизни, чтобы отдалить или предотвратить его наступление.
В конце концов, изменить «дефектный» ген. В 1999 г. началось осуществление международного научного проекта «Человеческий геном». Через четыре года структура генома человека была в основном определена, но работа над проектом продолжается. Он уже дал значительные практические результаты, в частности были разработаны способы проведения тестов для определения предрасположенности людей к различным генетическим заболеваниям.
В 2010 г. методами генной инженерии был создан первый в мире искусственный организм — синтетическая бактерия «Синтия». В перспективе исследования в этом направлении дадут возможность значительно ускорить создание вакцин против мутирующих вирусов (оптимисты утверждают, что это будет занимать всего несколько часов). Ещё один ожидаемый результат — создание эффективного биотоплива и новых пищевых продуктов.
Другим способом создания живых существ искусственным путём является клонирование — получение генетически однородных организмов при помощи бесполого размножения. В принципе, оно достаточно широко распространено в природе, например, у растений. Но в 1996 г. впервые удалось клонировать позвоночное животное. Шотландские учёные Йен Уилмут и Кит Кэмпбелл путём пересадки в цитоплазму яйцеклетки одной овцы ядра неполовой клетки другой создали копию овцы-донора этой самой неполовой клетки — знаменитую овечку Долли.
| Овца Долли, первое теплокровное животное-клон. Фотография Maltesedog |
Были проведены удачные эксперименты по клонированию других животных. Планировались эксперименты и с вымершими видами, например, мамонтами, отдельные экземпляры которых отлично сохранились в вечной мерзлоте. Вот-вот ожидалось успешное клонирование человека. Кинематографисты Бразилии даже сняли сериал, где рождение клона было свершившимся фактом.
| Федеральный закон «О временном запрете на клонирование человека» от 20.05.2002 (в редакции Федерального закона от 29.03.2010) «Настоящий Федеральный закон вводит временный запрет на клонирование человека, исходя из принципов уважения человека, признания ценности личности, необходимости защиты прав и свобод человека и учитывая недостаточно изученные биологические и социальные последствия клонирования человека. С учетом перспективы использования имеющихся и разрабатываемых технологий клонирования организмов предусматривается возможность продления запрета на клонирование человека или его отмены по мере накопления научных знаний в данной области, определения моральных, социальных и этических норм при использовании технологий клонирования человека. |
Во многих странах, как и в России, запрещено клонирование человека, в том числе под угрозой уголовного преследования. Но терапевтическое клонирование человека — для получения стволовых клеток — в некоторых странах разрешено. Стволовые клетки — большая надежда человечества. В перспективе они могут быть использованы для замедления старения организма, а также для клонирования органов, которые будут идеально подходить для трансплантации. Многие исследователи связывают с использованием стволовых клеток прогресс в лечении рака.
Но получать их из эмбрионов — тоже неэтично. Поэтому большим прорывом стало открытие возможности превращать любые клетки в стволовые, перепрограммируя их работу. За него английский учёный Джон Гёрдон и японец Синъя Яманака в 2012 г. получили Нобелевскую премию по медицине.
В развитии физики уже складывалась ситуация, когда казалось, что ничего нового открыть не удастся. Но природа бесконечна в своих проявлениях, а значит, бесконечен и процесс её познания.
В 1964 г. британский физик Питер Хиггс предсказал существование особой элементарной частицы, которая играет особую роль во Вселенной: она придаёт другим частицам массу. Это очень важно для существования материи. Если электроны, кварки и другие частицы были бы безмассовыми, то они летали бы со скоростью света и не смогли бы объединяться в атомы. Эту теоретически описанную частицу назвали бозон Хиггса. Но обнаружить её и тем самым доказать реальность существования не представлялось возможным. Пока в 2008 г. не начал работать Большой адронный коллайдер — самый крупный ускоритель заряженных частиц (синхрофазотрон).
| Сегмент Большого адронного коллайдера. Фотография Максимилиана Брайса |
В 2012 г. бозон Хиггса был обнаружен. Тем самым завершилось создание Стандартной модели элементарных частиц. В общей сложности их насчитывается 61, все они связаны четырьмя типами взаимодействий: электромагнитным, сильным ядерным, слабым ядерным и гравитационным. Но время от времени появляются сообщения, что данные некоторых экспериментов не согласуются со Стандартной моделью, что, возможно, существуют и другие, ещё неизвестные элементарные частицы и виды взаимодействий. Так что можно ждать новых открытий в физике.
Крупнейшим достижением в астрофизике стало открытие гравитационных волн. Их наличие было теоретически предсказано Альбертом Эйнштейном ещё в начале ХХ в. в его общей теории относительности. Но зафиксировать их удалось лишь в 2016 г. Они образовались в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в 1,3 млрд световых лет от Солнца. Ценность этого открытия заключается в том, что оно подтверждает искривление пространства-времени под воздействием массивных объектов. Проще говоря, это даёт надежду, что многократно описанные в фантастических книгах и фильмах «гиперпереходы» космических кораблей через «нуль-пространство» пусть и в очень отдалённом будущем всё-таки возможны.
А в настоящем развитие естественных наук привело к созданию наноматериалов. Нанотехнологии дают возможность создавать несуществующие в природе вещества, манипулируя отдельными атомами и молекулами. Наноматериалы обладают заданными свойствами, идеально подходящими для достижения нужных человеку целей.
Пожалуй, наибольшую известность получил графен — наноматериал, за создание которого двое российский учёных, работающих в Великобритании — Андрей Гейм и Константин Новосёлов — получили в 2010 г. Нобелевскую премию.
Графен представляет собой модификацию углерода — одного из самых распространённых на Земле элементов. Его кристаллическая решётка имеет толщину всего лишь в один атом. Графер очень гибок при прочности, в 200 раз превышающей прочность стали. К тому же он сверхтонкий (и поэтому суперлёгкий), сверхэлектроёмкий, обладает высочайшими показателями теплопроводности. Перспективы его применения очень широкие, например, в создании суперёмких аккумуляторов, которые так необходимы для электромобилей.