Что нового в фундаментальной науке?

В последние годы ученые активно пытаются понять, существует ли физиологические, эволюционные или химические особенности в работе мозга у женщин и мужчин, или же если все различия в нашем поведении обусловлены воспитанием, гормонами и культурными традициями.

К примеру, в декабре 2013 года биологи из США выяснили, что некоторые отделы мозга у мужчин и женщин общаются друг с другом не так, как это делают аналогичные регионы нервной системы у представителей противоположного пола.

Дафна Джоэл (Daphna Joel) из университета Тель-Авива (Израиль) и ее коллеги показали, что подобные различия в работе мозга у мужчин и женщин не могут быть обусловлены эволюционной разницей в устройстве их мозга, сопоставив размеры и структуру всех отделов мозга у более 1,4 тысячи мужчин и женщин, прошедших недавно магнитно-резонансную томографию.

Как рассказывают ученые, на этих снимках мозга они пытались найти следы так называемого полового диморфизма – различий в устройстве тела, которые характерны для самцов и самок у почти всех видов животных, обусловленные половым отбором и необходимостью привлекать внимание особей противоположного пола.

Древние люди, как сегодня считают антропологи, привлекали внимание представительниц слабого пола не мускулами или своей красотой, а умением добыть пищу и заботиться о потомстве, что могло "выстраивать" работу их мозга в определенном направлении. Это могло породить определенные различия в работе и устройстве мозга у представителей и того и другого пола.

По словам Джоэл, если подобные изменения происходили в ходе истории эволюции человечества, то тогда в мозге мужчин должны присутствовать особые "мужские" структуры, которые всегда будут отсутствовать у женщин, и наоборот. Именно их попытались найти ученые.

Как показал анализ томограмм, эксклюзивно "мужских" и "женских" черт и структур мозга не существует – на самом деле мозг человека представляет собой своеобразную мозаику из черт, которые преимущественно, но не обязательно, встречаются или у мужчин, или у женщин.

По словам ученых, мозг каждого участника эксперимента включал в себя по крайней мере один регион, который обычно встречался только у представителей противоположного пола, и один регион, характерный для представителей "своего" пола. В целом, число таких редких участков было крайне невелико и их общее число колебалось от 0 до 8% в зависимости от подбора томограмм.

Все это, как считает Джоэл, говорит о том, что половой диморфизм не характерен для мозга человека, что позволяет исключить эволюционный фактор из спора о тех различиях в поведении мужчин и женщин, которые можно заметить в повседневной жизни. Мозаичное устройство мозга, как надеется ученая, заставит ее коллег отказаться от бинарной концепции типично "мужского" и "женского" мозга и перейти к более комплексному подходу к изучению различий между полами.

"Мы абсолютно не ожидали того, что мы выясним, что предки динозавров намного моложе с геологической точки зрения, чем считалось ранее", — заявил Рэндалл Ирмис (Randall Irmis) из университета Юты в Солт-Лейк-Сити (США).

Как объясняет Ирмис, известный палеонтологам набор окаменелостей самых первых динозавров, эорапторов и их родичей, и их предположительных предков, различных небольших двуногих хищников, не дает возможности определить время их появления из-за слишком большого разброса в датировках.

Его научная команда смогла решить эту проблему, обнаружив пласт пород на северо-востоке Аргентины, который сформировался в предположительную эпоху рождения динозавров, начало Триасового периода.

В этих породах, по словам палеонтолога, авторам статьи удалось найти весь набор нужных окаменелостей – и самих "ужасных ящеров", и их предположительных предков, которых Ирмис называет "тетками, дядями и кузенами" динозавров.

По словам ученого, породы этого региона, формации Чаньярес, сформировались в результате мощного извержения вулкана, в ходе остывания пород которого сформировались небольшие кристаллы, так называемые цирконы, по долям изотопов урана и свинца в которых Ирмис и его коллеги смогли впервые оценить возраст первых динозавров и их непосредственных предков.

Эти оценки указали на два совершенно неожиданных факта. Во-первых, оказалось, что динозавры появились не 231 миллион лет назад, а примерно 236-234 миллиона лет назад, что на 3-5 миллионов лет раньше. Во-вторых, их предки появились неожиданно поздно – первые динозавроморфы появляются всего за 5 миллионов лет до появления настоящих динозавров, а не за 10-20 миллионов лет до этого, как считалось ранее.

Все это, как считает Ирмис, должно заставить палеонтологов пересмотреть те теории, которые описывают появление динозавров, а также провести повторные датировки тех окаменелостей динозавроморфов, на основе которых ранее делались выводы о долгой эволюции динозавров в начале Триаса.

Сейчас станция находится на расстоянии более 5 миллиардов километров от Земли. Она уже успела передать на Землю огромное количество уникальных данных и будет присылать новые сведения еще 16 месяцев. Так астрономы уже узнали, что на Плутоне есть ледяные равнины и вулканы, которые выбрасывают в воздух замерзшую смесь из льда, азота, аммиака или метана. Миссия "Новых горизонтов" позволила также установить, что размер Плутона больше, чем предполагалось ранее, а это значит, что ему могут вернуть статус планеты. Плутон был исключен из этого семейства на Конгрессе астрономов в 2006 году.

Второе место журнал отдал инструменту генной инженерии CRISPR. Этот "скальпель" позволяет редактировать геном живого организма, находя и заменяя его поврежденные участки. Он поможет лечить различные наследственные заболевания. Авторам этого метода немцу Эммануэлю Шарпантье и американцу Дженниферу Дудна в 2015 году прочили Нобелевскую премию по химии. Пока не получилось, впрочем, специалисты уверены, что награда найдет своих героев.

На третье место журнал поставил открытие в мозге человека лимфатической системы. Это стало настоящим прорывом в медицине и биологии. Ведь всегда считалось, что мозг совершенно обособлен от всего тела и в него не проникают антитела и иммунные клетки. И вот британские ученые ее отыскали. Это открытие позволит науке по-новому взглянуть на работу лимфатической системы и понять, откуда берутся патологии мозга и как с ними бороться.

Конечно, в научную десятку включен новый вид человека - Homo naledi. Его останки обнаружены в Южной Африке, в пещере недалеко от Йоханнесбурга. Это существо поразило антропологов. Нашедший его Ли Бергер называет этого предка человека "длинноногим", "долговязым" и "безмозглым". Такие эпитеты характеризуют анатомические особенности находки. Причем удивляют не отдельные "детали", а вся "конструкция" предка человека. Это существо словно собрано из узлов, которые взяты из разных времен. Во всяком случае, именно такими они известны науке. Скажем, мозг почти такой же маленький, как и у австралопитеков. Примерно такие же, как у него, кости таза, ребер и плеч, короткие ноги и длинные руки. Но другие "узлы" тела почти современные. Очень напоминают уже совсем близкого к нам человека прямоходящего (homo erectus). Прежде всего это почти современная стопа, которая позволяет даже бегать. Кроме того, длинные ноги и вообще пропорции тела тоже современные.

Этот наш новый предок создал настоящую научную интригу. Дело в том, что сегодня неизвестно, к какому времени относятся эти кости. Если возраст два миллиона лет, то все просто. Homo naledi становится еще одним звеном эволюции, очередной переходной формой. А если 3 миллиона? Тогда грядет сенсация. Значит, открыт еще один, неизвестный доселе путь эволюции. А если возраст находки 100 тысяч лет? Тогда это вариант, напоминающий ситуацию со знаменитым хоббитом, найденным в 2003 году в Индонезии. И naledi будет считаться причудливой аномалией эволюции, ее тупиком.

Журнал Science отметил также расшифровку ДНК кенневикского человека - одной из самых противоречивых находок американской археологии. Выяснилось, что мужчина возрастом 9300 лет - близкий родственник современных индейцев. Среди всех современных народов генетически ближе всего к кенневикскому человеку именно индейцы резервации, рядом с которой и обнаружили останки.

Отмечено журналом и удивительное явление физики - так называемая квантовая запутанность. Она означает, что измерение свойств одной квантовой частицы, например фотона, влияет на другую квантовую частицу, которую в момент измерения от первой частицы могут отделять не просто тысячи километров, а световые годы. В десятку открытий года Science также включил вакцину от лихорадки Эбола, эффективность которой 75-100 процентов, превращение обычных дрожжей в микробиологическую фабрику по производству морфия и других лекарств.

Черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса массивных звезд, обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

Знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг предсказал, что судьба частиц, рождающихся рядом с горизонтом событий, может сильно отличаться — одна из пары может попасть за него и исчезнуть из нашего мира, а вторая может остаться "на свободе". Таким образом, черные дыры должны являться источником потока элементарных частиц, который и получил название "излучение Хокинга". Благодаря этому излучению черные дыры могут постепенно "испаряться".

О природе этого излучения ученые спорят уже почти четыре десятилетия. Проблема заключается в том, что если черные дыры действительно ведут себя так, как их описывает Хокинг, то тогда информация о состоянии материи, попадающая в них вместе с поглощаемой "пищей", будет безвозвратно теряться по мере их испарения, что напрямую противоречит законам квантовой механики.

Шон Кэрролл (Sean Carroll) из Калифорнийского технологического университета в Пасадене (США) и его коллеги разработали "план побега" информации из черной дыры, который бы не нарушал всех законов классической и квантовой физики, и рассказали о том, как подобный эксперимент можно было бы провести на практике.

Для его осуществления нужно три вещи – астронавт у горизонта событий, имеющийся у него в руках электрон, а также информация по спину — направлению вращения — черной дыры. Измерив спин черной дыры и то, какими свойствами обладают частицы света, порождаемые излучением Хокинга, астронавт "отпускает" электрон за горизонт событий, безвозвратно теряя его, казалось бы, без возможности узнать его судьбу.

Однако, как показывают расчеты группы Кэрролла, за его судьбой следить все же можно – для этого достаточно еще раз измерить спин всей черной дыры и то, какими свойствами будут обладать "сбежавшие" фотоны излучения Хокинга.

Это происходит благодаря тому, что электрон "спутывается" на квантовом уровне с фотоном, который остается внутри черной дыры, и при измерении состояния "сбежавшей" частицы информация о свойствах электрона, в соответствии с законами квантовой механики, будет телепортирована за пределы черной дыры.

Конечно, такой эксперимент вряд ли когда-либо можно будет осуществить на практике – пока у ученых нет способов мгновенно измерить спин всей черной дыры и вести мгновенные наблюдения за индивидуальными частицами, которые возникают в результате формирования излучения Хокинга.

Тем не менее даже теоретическое объяснение того, как подобный "побег" информации может происходить, оставляет надежду на то, что ученым в конечном итоге удастся примирить квантовую физику и теорию относительности Эйнштейна, которые пока невозможно "состыковать" при описании черных дыр, и сформулировать квантовую теорию гравитации.

Ученый пояснил, что как только на Большом адронном коллайдере был открыт знаменитый бозон Хиггса, в ЦЕРНе задумались о строительстве новых перспективных установок. В 2014 году там стартовала программа FCC – амбициозный проект создания "коллайдера будущего" с периметром в 100 километров, в то время как окружность Большого адронного коллайдера – около 30 километров.

"Это беспрецедентная установка для изучения физики микромира, такой в истории Земли еще не было. Нам этот проект показался очень интересным, и мы решили предложить в ЦЕРН свой проект. Какое-то время он существовал вместе с тем, что предложили наши коллеги в ЦЕРНе, а в этом году именно наш вариант принят как базовый. Дальше именно этот вариант будет развиваться", — заявил Левичев.

Он отметил, что, по планам ЦЕРНа, к 2018 году должен быть готов полноценный концептуальный проект, на основе которого затем будет принято окончательное решение, будет ли этот масштабный проект реализован.

Ученый объяснил, что весь будущий проект является комплексом коллайдеров. Первая очередь – электрон-позитронный коллайдер с максимальной энергией в одном пучке 175 ГэВ (гигаэлектронвольт). Он предназначен для изучения свойств бозона Хиггса, но главная задача – создать инфраструктуру (тоннель и другие сложные инженерные сооружения), которые затем будут использоваться протон-протонным коллайдером с тем же периметром, но уже энергией в одном пучке 50 ТэВ (тераэлектронвольт), недостижимой в настоящее время.

"Согласно последнему сообщению из ЦЕРНа, есть указание на возможное обнаружение за пределами Т-кварка новой частицы. Это говорит о том, что коллайдеры на сверхвысокую энергию могут быть очень интересны. То есть там, где еще не ступала нога человека, есть новая физика", — сказал ученый.

Левичев добавил, что ЦЕРН принял за основу именно проект Института ядерной физики, так как сибирские ученые применили и уже опробовали на своих коллайдерах новаторский метод встречи пучков Crabwaist, который позволяет увеличить производительность (светимость) коллайдера примерно в 100 раз по сравнению с традиционным методом.

"Поскольку мы досконально этот эффект изучили, то тут же пришла идея применить его для этой большой машины, и на удивление он очень хорошо подошел. Потребовалось какое-то время, чтобы наших коллег из ЦЕРНа убедить, что это будет работать. В конце концов, они согласились, что это даст серьезное увеличение производительности и имеет смысл это использовать", — рассказал ученый.

"В Бронзовом веке Европу захлестнула целая волна геномных изменений, которая прошла по всей ее протяженности, от понтийских степей у Черного моря и до самого западного ее острова. Высокая степень этих изменений в Ирландии заставляет нас задуматься о других переменах, в частности, о появлении на острове языка, послужившего предком для западно-кельтских языков", — заявил Дэн Брэдли (Dan Bradley) из Тринити-колледжа в Дублине (Ирландия).

Брэдли и его коллеги установили родство между древними жителями Причерноморья и современными ирландцами, восстановив и расшифровав ДНК древней ирландки, жившей на территории острова 5,2 тысячи лет назад, и трех мужчин, живших в Ирландии заметно позже, примерно 4 тысячи лет назад.

Останки женщины и одного из мужчин сохранились достаточно неплохо, что позволило генетикам восстановить их геном с достаточно высокой точностью для "ископаемой" ДНК – каждый сегмент их был прочитан по 10 раз.

Это позволило ученым сделать крайне важное сравнение – проследить за тем, как менялась архитектура ДНК ирландцев в добронзовый период, что произошло с ними после открытия металлургии и сравнить геномы древних и современных жителей острова. Расшифровка этой ДНК и ее сравнение с другими образцами древних геномов раскрыла несколько крайне интересных деталей из жизни древних жителей всей Европы в целом.

К примеру, первые фермеры острова, к числу которых принадлежала женщина, были почти поголовно мигрантами с Ближнего Востока – Брэдли и его коллегам почти не удалось найти следов охотников-собирателей, первых жителей Европы, которые должны были жить в Ирландии до пришествия новых племен людей примерно 10-12 тысяч лет назад.

Эти люди были совершенно не похожи на современных ирландцев – они обладали смуглой кожей, карими глазами, темными волосами и прочими признаками типично южных народов Старого Света. В свою очередь, эти ближневосточные племена были почти так же сильно вытеснены и заменены новыми "пришельцами" – людьми из причерноморских и прикаспийских степей.

Эти племена, носители так называемой ямной культуры, привезли с собой на "изумрудный остров" голубые глаза, светлые и рыжие волосы, "ирландский" вариант мужской Y-хромосомы. Кроме того, черноморско-каспийские народы принесли необычную мутацию в гене C282Y, появление которой приводит к развитию гемохроматоза – нарушениям в выводе железа из организма, от чего особенно часто страдают ирландцы сегодня.

Все это, и в особенности мутация в C282Y, говорит в пользу того, что ближайшими родичами потомков кельтов в Ирландии, Шотландии и Уэльса являются не западно-европейские народы, а те степные индо-европейские племена, которые жили в степях Причерноморья 4-5 тысяч лет назад.

Соответствующее заявление было сделано в четверг министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии, сообщило агентство Киодо. Создатели элемента в случае официального признания имеют право дать ему название. Скорее всего, 113-й элемент будет назван "японием". Он станет первым "японским" элементом в таблице Менделеева.

Борьба за звание "первооткрывателя" 113-го элемента ведется уже более 10 лет между японскими учеными и российско-американской группой ученых. Доказательства и материалы исследований по синтезу 113-го элемента на протяжении всего этого времени изучались международными организациями.

В сентябре 2004 года японские ученые во главе с Косукэ Моритой синтезировали 113-й элемент, разогнав на ускорителе и столкнув цинк-30 и висмут-83. В результате им удалось зафиксировать три цепочки распада, соответствующие событию рождения 113-го элемента в 2004, 2005 и 2012 годах.

В свою очередь, в феврале 2004 года в Дубне российско-американская группа ученых объявила о создании 113-го элемента в процессе синтеза 115-го элемента и предложила назвать его беккерелием. Однако Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) посчитал недостаточными доказательства того, что был создан именно 113-й элемент.

В природе не существует элементов тяжелее урана, то есть с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92. Их получают путем искусственного синтеза.

"Полученные нами результаты показывают, что самые базовые представления о чтении появляются у детей поразительно рано. Опираясь на эти данные, теперь мы сможем оценивать в очень раннем возрасте, какие дети будут преуспевать при обучении чтению, а кому потребуется дополнительная помощь", — заявила Ребекка Трейман (Rebecca Treiman) из университета Вашингтона в Сент-Луисе (США).

Трейман и ее коллеги пришли к выводу, что детей можно и нужно начинать учить чтению в три года, наблюдая за поведением и развитием умственных способностей свыше ста детсадовцев в возрасте от трех до пяти лет, которых до этого родители ни разу не пытались научить читать и писать.

Эти эксперименты были достаточно простыми – ученые показывали детям фотографии слов и схематические картинки, на которых была изображены собаки, часть из которых была подписана словом "собака" (dog по-английски). Показывая очередную картинку ребенку, экспериментаторы читали слово, написанное на карточке, а через некоторое время показывали эти картинки им еще раз и просили назвать, какое слово написано на фотографии.

В некоторых случаях психологи "ошибались" и говорили не "собака", а "щенок" (puppy). Сравнивая то, как часто дети повторяли эту ошибку экспериментатора, смотря на чистые слова и на подписанные картинки, авторы статьи пытались понять, ассоциируют ли дети определенное значение с конкретными словами.

Иными словами, Трейман и ее единомышленники, проверяли, понимает ли ребенок, что слово "собака" обозначает исключительно собаку, а не собаку и щенка одновременно, как это делает схематический рисунок пса.

Как показал этот опыт, дети даже в возрасте трех лет способны осознавать это различие, что говорит о том, что они понимают, что такое символ и какую роль они играют в письменной речи. Подобные результаты, как считает Трейман, говорят в пользу того, что детей можно и следует учить читать в самом раннем возрасте – это даст родителям и воспитателям больше времени на понимание того, отстает ли их ребенок или подопечные в своем развитии от сверстников.