Семерка самых значимых и необычных событий в науке и технике 2021 года

№ 1. Огромный успех сразу двух новых типов вакцин от коронавируса

Хотя препараты от Pfizer, Moderna, а также «Спутник» были созданы в 2020-м («Спутник», например, в начале весны), всерьез оценить их эффективность в том году было невозможно. Во-первых, достаточно крупных исследований по миллионам привитых тогда еще не проводили. Во-вторых, новые штаммы — «альфа», потом «дельта» и, наконец, «омикрон» — еще не успели стать массовой проблемой. В-третьих, было неясно, насколько быстро удастся привить население планеты. От всего этого зависел ответ на важнейший вопрос: когда закончится пандемия?

Чтобы понять его масштаб, напомним: официальные цифры коронавирусной смертности во многих странах так или иначе занижены. В одной Индии от коронавируса, судя по косвенным данным, умерли миллионы людей, а не сотни тысяч, как в официальных данных. В России избыточная смертность с начала эпидемии (как справедливо отмечает российский Минздрав, вся она вызвана Covid-19) и до этого декабря достигла миллиона человек. Однако «официальные» цифры Оперштаба в разы ниже. Если считать жертв пандемии по всему миру с учетом занижений, их даже сейчас больше, чем погибло в Первой мировой. Согласно расчетам The Ecomonist, их более 11,6 миллиона человек по самой консервативной оценке (до 21 миллиона). В ряде стран (например, Нигерии и других) никакой учет избыточной смертности просто не ведут. А в Белоруссии, скажем, он есть, но с какого-то момент итоги перестали публиковать.

К счастью, вакцины от коронавируса в основном справились со своей задачей на «отлично». У Moderna и «Спутника» эффективность против заражения «дельтой» была на уровне 80-90% в первые полгода после прививки. Для «уханьца» и «альфы» их защитная сила оказалась еще выше. Привитые «Спутником» в случае «альфы», как отмечалось в крупном венгерском исследовании, умирали от коронавируса в 40 раз реже, чем непривитые. Высокой оставалась защитная эффективность и против «дельты». Это поистине блестящий результат, и Moderna к нему довольно близка (Pfizer немного отставала). Даже с сегодняшним «омикроном», как Naked Science уже писал, защита вакцинированных и ревакцинированных «Спутником» остается весьма неплохой.

Но почему мы оцениваем это как огромный успех? Разве вакцины, спросит читатель, не должны защищать на 100 процентов и на всю жизнь, а не в первые полгода? До нынешней пандемии об эффективности вакцин широкая публика мало что знала. Слова «от оспы прививали один раз, и прививка надежно защищала всю жизнь» мало у кого из наших читателей вызывали внутренний протест. Но в реальности ревакцинировали при каждой вспышке, многие были привиты от оспы более пяти раз. Привитые, но не ревакцинированные умирали в одном случае из 15 (ни разу не привитые — в одном из трех). То, что человечеству удалось сверхбыстро сделать антиковидные вакцины с эффективностью выше, чем у оспенных, — огромное достижение.

Вдобавок новые платформы оказались безопаснее, чем старые. Та же вакцина от оспы, круглый шрам от которой мы видим на своем плече, вызывала не менее одной смерти на миллион привитых. Люди с ослабленной иммунной системой не могли предотвратить размножение в них живого вакцинного вируса — и умирали.

С новыми технологическими платформами — мРНК и векторными вакцинами от коронавируса — подобной смертности нет. Да, в Израиле от миокардита после Pfizer умерла одна девушка 22 лет. Да, у AstraZeneca и Johnson & Johnson было более десятка смертей от каждых. Но это все на огромное число доз — с вероятностью смерти намного ниже одной к десятку миллионов. У «Спутника» подобных последствий вообще не выявлено.

За счет чего разработчикам новых вакцин удалось добиться столь впечатляющего результата? Ответ прост: в этих препаратах не использовали живой вирус (как в том же оспенном). мРНК от Moderna и аденовирус-вектор от «Спутника» заставляли небольшое число наших клеток вырабатывать S-белок SARS-CoV-2, то есть натаскивали иммунитет только на его оболочку. В итоге механизмы обмана иммунитета, имеющиеся у «цельного» вируса, не могли работать: прививка просто не использовала цельный вирус. Риск смерти при введении вакцины человеку с пониженным иммунитетом тоже резко упал: нет живого вируса — некому размножаться в привитом.

Колоссальный успех вакцин спас множество жизней. Ученые, пытавшиеся посчитать число спасенных, сходятся на том, что эта цифра огромна: речь идет о многих миллионах. Мы не можем называть другой научный прорыв последних десятилетий, который спас бы столько жизней всего за год. Именно мРНК и векторные вакцины (и в меньшей степени менее эффективные цельновирионные аналоги) — главный научно-технический прорыв 2021 года.

№ 2. Братья Райт по-марсиански и вода, найденная российским прибором в марсианском хаосе

Восемнадцатого апреля робовертолет Ingenuity совершил первый полет на Марсе. Это, бесспорно, событие огромного значения: до того человек совершал длительные полеты (а не падения) в атмосфере других планет только на Венере — это делали советские аэростаты. Но те были легче воздуха, с совсем другой управляемостью и возможностями.

В начале года Naked Science писал, почему это так важно: активно исследовать Марс архисложно. Автоматы там зачастую просто бессильны. Вообще, планетоходы даже не вполне автоматы: каждый день, по два раза в сутки, они связываются с Землей и получают оттуда суточные команды о том, куда можно проехать несколько десятков метров, чтобы не застрять, как с планетоходами не раз бывало. 

Но Ingenuity летает, застревать ему негде. Проблемы остаются: на Красной планете воздух в 100 с лишним раз разреженнее, чем у нас, поэтому  Ingenuity имеет огромные для своего веса винты (1,2 метра на общую массу устройства в 1,8 килограмма). Но все же он способен улетать на дистанцию до 600 метров от марсохода Perseverance, где базируется дрон. В перспективе такие системы смогут забирать образцы и возвращать их для исследования на крупный наземный аппарат типа того же Perseverance. Это возымеет огромное значение для изучения крутых склонов (а на них на Марсе наблюдаются иногда подтеки, подозрительно напоминающие водяные) и других видов местности, недоступных колесным машинам.

Из вышесказанного ясно, почему в NASA вертолету придают такое значение и почему на его борту поместили частичку самолета братьев Райт.

Но не только освоением атмосферы Марса славен уходящий год. В 2021-м российские ученые из Института космических исследований РАН при помощи нейтронного детектора FREND (российского производства) на борту европейского аппарата TGO обнаружили в Хаосе Кандор (хаос — деталь рельефа других планет) огромную область, покрытую водным льдом. Площадь ее — как у Московской области, более 40 тысяч квадратных километров, причем лед находится в верхнем метре, то есть легко доступен для будущих космонавтов и астронавтов. 

Трудно преувеличить как научную, так и практическую ценность этого открытия. Хаос Кандор лежит близко к экватору. Получается, на Марсе есть огромные зоны водяного льда у экватора. С практической точки зрения это резко упрощает освоение планеты. С научной — ставит вопрос о том, почему он не испарился в низкоширотном районе, хотя находится буквально у самой поверхности?

№ 3. Намечающаяся космологическая революция?

Сто лет назад Общая теория относительности казалась далекой от повседневности, а сегодня она помогает нам иметь точную спутниковую навигацию (и не только). Похожая история, возможно, развивается и в наши дни — с темной материей и темной энергией.

Напомним: в последние годы стало полностью ясно, что частицы-вимпы никак не могут объяснять то, что астрономы и космологи называют «темной материей». Но те же последние годы показали: без темной материи (ТМ) нас всех вообще бы не было. Без тяготения ТМ галактики просто не могли бы собраться с той плотностью материи, которую мы в них видим. А значит, звезд во Вселенной или не было бы вовсе, или было очень мало. В последнем случае не хватило бы процессов термоядерного синтеза в звездах, чтобы образовать все эти атомы элементов тяжелее гелия, из которых (в основном) состоим и мы с вами, и все, что нас окружает.

В 2021 году вышла научная работа физика Николая Горькавого, которая (вместе с его более ранними работами по теме) повернула всю историю с темной материей в неожиданном направлении. Ему удалось предложить убедительную гипотезу, по которой темная материя — вовсе не некие неизвестные науке частицы, а черные дыры, причем не простые, а собранные в компактные шаровые скопления (за счет чего их трудно заметить гравитационным линзированием). Тут надо бы написать «пока это просто гипотеза», но в том и дело, что гипотеза Горькавого, отметим, предлагает довольно простые и доступные пути проверки. Если она верна, во Вселенной должно быть множество гравитационных волн очень высокой частоты — и проект NanoGRAV уже обнаружил похожие гравиволны вокруг нас.

Из этой гипотезы следует и множество других предсказаний: в частности, получается, что вокруг нас должно быть множество реликтовых нейтронных звезд, которые тоже можно обнаружить уже в ближайшее время, а также то, что наша Вселенная может иметь циклическую природу, а не быть «одноразовой». Все это существенно меняет наши представления о мире вокруг — и его будущем. Возможно, мироздание вовсе не обречено на неизбежную «тепловую смерть», да и пресловутый «великий разрыв» всего и вся нам тоже не грозит.

№ 4. Наконец-то мы нашли череп денисовца?

В этом году китайские антропологи опубликовали статью с научным описанием черепа некоего Homo longi. С точки зрения латыни, на которой дают такие названия, форма второго слова не вполне корректна: подобные окончания должны быть в честь человека, но не в честь места. А китайские исследователи назвали нового «хомо» именно в честь места — провинции Хэйлунцзян, где и был найден еще в 1930-х череп этого, предположительно, нового вида человека. То есть правильно было бы назвать его Homo longensis. Но уж как называли, так и назвали, ничего не поделаешь.

Правда, множество антропологов считают, что это… не совсем новый вид. Во-первых, череп похож на поздних китайских хомо эректусов, а равно на «гейдельбергских людей» (их часто отождествляют с ранними неандертальцами). Сам череп, сравнительно с нашим, меньшей высоты, но большей длины. По объему мозга в 1420 кубических сантиметров он примерно равен черепам современных людей, хотя меньше черепов среднего кроманьонца — жителя Евразии в последнем ледниковом периоде. Еще у нового (?) «хомо» — развитые надбровные дуги, широкие глазницы, большой рот, нос и исключительно большой зуб (сохранился один). Большой настолько, что это, очевидно, не видовый признак, а аномалия развития единичного индивида — у других Homo зубов такого размера нет. При этом лицо плоское, как у нас с вами.

Возраст черепа определили весьма примерно: согласно урановой датировке, он не моложе 148 тысяч лет. Вероятно, он не может быть сильно старше 300 тысяч лет. То есть по возрасту новый «хомо» может быть как эректусом или гейдельбергцем, так и денисовским человеком. Последняя версия — очень интересная.

Дело в том, что мы до сих пор не располагали целым черепом денисовца. В Денисовской пещере на Алтае есть только мелкие кости, хотя из них удалось извлечь ДНК. У описываемого черепа ДНК извлечь пока не удалось (вообще, эта молекула часто не сохраняется в обычных условиях надолго). Однако, судя по большому объему черепа, это вполне может быть именно он.

Денисовцы — одна из наименее понятных ветвей древнего человечества. Считается, что они могли создать известнейший алтайский браслет возрастом около 50 тысяч лет, имеющий отверстие для шнурка. Специфика браслета в том, что на нем есть следы скоростного сверления на станке (каменным сверлом). Следующему образцу такого сверления — менее десятка тысяч лет. Похоже, денисовцы имели не просто большой, но весьма развитый мозг. Если новые находки подтвердят, что Homo longi — один из них, — мы, наконец, сможем узнать, как выглядел один из древних предков части человечества.

№ 5. Starship, наконец, научился садиться без взрыва

Испытания самого крупного из когда-либо созданных людьми космического носителя начались довольно давно, но до мая этого года заканчивались взрывами. И вот, наконец, полет — пусть пока и атмосферный:

Это не рядовое испытание еще одного космического корабля. И это не очередной проект для космических туристов. Перед нами — крайне амбициозный проект. Разработчики планируют, что это новинка будет взлетать и садиться без серьезного ремонта более 100 раз, а стоимость вывода ею грузов в космос снизится в 100 раз — в сравнении с существующими носителями.

Если так и случится, то все, что мы знаем о космической индустрии, устареет в ближайшие годы. Не будет никакого смысла в новой МКС: у нового корабля (второй ступени Starship) —герметичный объем размером как раз с МКС. Станет возможной высадка не только на Луне, но и на Марсе. Главный инженер SpaceX Илон Маск не скрывает, что носитель создали именно для Красной планеты — а точнее, ее колонизации. 

:

В начале 2022-го Starship предстоит первый полет на орбиту. Впереди у нас всех еще немало остросюжетных зрелищ, связанных с этим прорывом 2021 года.

№ 6. Недовымирание мамонтов в Евразии вплоть до бронзового века

В этом году вышли две новые работы о том, что мамонты, оказывается, вовсе не вымерли в конце прошлого ледникового периода на материках Северного полушария. И на Аляске, и на Таймыре они жили еще до 3900 лет назад. 

Авторы одной работы пришли к выводу, что новая дата снимает с людей вину за вымирание шерстистых гигантов, в то время как авторы второй посчитали ровно наоборот. Раз те пережили потепление климата и были истреблены только 3900 лет назад, когда стало холоднее, чем в голоценовом климатическом оптимуме, — значит, виноват никак не климат, а все же человек.

Кто прав: первая группа исследователей или вторая? Почитайте статью Naked Science по этому поводу.

Но если совсем вкратце, то концепция «мамонты не были истреблены людьми» опирается на идеи о том, что нашим предкам было сложно убивать настолько крупных существ с такой толстой шкурой. Подобной точки зрения придерживаются немало ученых, но только не те, кто знакомы с этнографическими материалами (включая видеозаписи) об охоте пигмеев на слонов уже в XX веке: они вполне справлялись со слонами с помощью копий. А судя по скелетам людей палеолита Евразии, они по росту и силе намного превосходили пигмеев.

Кроме того, мамонты 120 тысяч лет назад уже переживали потепление до уровня, который был заметно выше голоценового. Средняя температура на планете тогда поднялась до плюс 16 градусов (сегодня — всего плюс 15). Леса покрыли Евразию и Северную Америку, редкие островки тундростепи остались только у берега Северного Ледовитого океана. Несмотря на то что, по данным генетиков, численность мамонтов тогда резко сократилась, они выжили. Да, мамонт — слон, неприспособленный для жизни в лесу и тайге, поэтому его ареал тогда резко сжался. Примерно до голоценового уровня, как мы понимаем после работ 2021 года. И все-таки он не вымер.

:

Скорее всего, гибель мамонтов 3900 лет назад обусловлена чем угодно, но не потеплением. В противном случае она случилась бы на 120 тысяч лет раньше.

№ 7. Открытие первого города, полностью уничтоженного астероидом

Более 15 лет назад один археолог (его звали Стивен Коллинз) решил попробовать найти библейский Содом, опираясь на топонимы и указания из Ветхого Завета. Он обнаружил один холм к северу от Мертвого моря, где было некое разрушенное поселение. Тщательное изучение выявило странное: сверхвысокотемпературный пожар. Оставленные на его месте капли расплавленных металлов, включая иридий, говорили о нагреве до пары тысяч градусов. Возраст города — примерно 3600 лет: тогда люди не могли стабильно нагревать что бы то ни было даже до полутора тысяч градусов.

На то, чтобы охватить раскопками весь холм, тщательно изучить все следы и понять, что все это вообще значит, потребовалось много лет. И вот в 2021 году вышла работа, обобщающая результаты многолетних раскопок. Вывод: город был уничтожен воздушным взрывом астероида, имевшим многомегатонную мощность. Что-то подобное, только существенно слабее, взорвалось над Челябинском в 2013 году. 

Работа показывает: традиционные представления о том, что «астероиды падают на Землю редко и опасности для городов не представляют», были неверны еще в среднем бронзовом веке. Получается, тем более они неверны сегодня — и это повод задуматься над созданием действительно эффективных систем противоастероидной защиты. Ну или ждать исчезновения в пламени еще одного города.

После открытия Содома борьба мнений в науке (и в околонаучной среде) развернулась в полную силу. Некоторые ученые даже обещали добиваться отзыва работы. К сожалению, дискуссия, обещавшая быть жаркой, почти мгновенно сошла на нет — после того, как Стивен Коллинз предложил провести публичные дебаты с противниками.

Дискуссия пока замерла. Будем надеяться, что оппоненты открытия решат перейти от публикаций в форумах и соцсетях к научным работам в рецензируемых журналах, и мы увидим интересное ее продолжение. Вы тем временем можете почитать наш разбор того, почему критика открытия Содома вызывает намного больше вопросов, чем само это открытие.

Подведем итоги. О последних 12 месяцах так и тянет сказать: сложный был год. Привычное нам функционирование общества, как и науки тоже, продолжало испытывать серьезные сбои. Тем отраднее, что, несмотря на все это, прогресс человечества (науки, в частности) не остановился. И пусть обществу временами не хватает внимания к ее, науки, достижениям, включая вакцинацию, мы все равно потеряли в этой борьбе намного меньше, чем если бы были на уровне столетней давности, как во времена эпидемии испанского гриппа.