Десетте най-големи постижения за 2022 г. според списание Science

Както всяка година и тази списание Science определи научните постижения за 2022 г. Традиционно екипът посочва едно от тях, което е научен пробив за годината, и девет други, които са негови подгласници.

Пробивът за 2022 г.

Въвеждането в експлоатация на космическия телескоп „Джеймс Уеб“ (JWST) е постижението, определено от редакционната колегия на списанието като основния пробив на годината.

Космическата лаборатория, чиято цел е да изучава Вселената в инфрачервения диапазон на дължината на вълната, излита в космоса на Коледа през 2021 г. Но списанието определя като пробив не самото излитане, а полета на телескопа, изпратеното от него първо техническо изображение на 11 февруари 2022 г. и първото научно изображение, което е пример за гравитационна леща на светлината от далечна галактика на ранната Вселена, публикувано на 11 юли 2022-а.

От Science припомнят, че на този ден в предаване на живо от Белия дом президентът на САЩ нарича новия космически телескоп „чудотворен“.

Наричат създадения от НАСА с помощта на европейски и канадски космически агенции JWST позлатено чудо на астрономията. Не само защото представлява най-сложната научна мисия, изпращана някога н Космоса, но и защото е една от най-скъпите, за която са изразходвани над 10 милиарда долара.

Пътят до безспорния успех през 2022-а обаче е сложен и много труден, съпроводен с множество неуспехи. Изграждането му продължава 20 години. Общо 334 критични ситуации, всяка от които е била в състояние да обрече мисията, са отбелязали инженерите.

Но всичко това си е заслужавало. Както посочват от списанието, астрономите, с които са разговаряли определят първите изображения, изпратени на Земята, като „умопомрачителни“ и „красиви“. „Беше като да си сложиш инфрачервени очила и да видиш отново Вселената“, казва един от тях.

„Безспорно е, че космическият телескоп „Джеймс Уеб“ ще революционизира нашата представа за космоса и точно затова го определяме като пробива на годината“, аргументират се от списанието.

В дните след като пуска първите изображения, изследователите започват да откриват галактики по-отдалечени от всички документирани преди това. За сравнение – най-дълбоките изображения на Хъбъл отнемат повече от 100 часа наблюдение, а най-далечната галактика, която той открива е от времето, когато Вселената е на 3% от възрастта си от 13,8 милиарда години. Докато само за 12 часа JWST открива две галактики. Едната добавя още 50 милиона години назад към възрастта на Вселената, а другата – 100 милиона години.

През ноември 2022-а телескопът улавя спектър на звездна светлина, която се филтрира през атмосфера на екзопланета. Спектърът показва, че планета с маса на Сатурн, наречена WASP-39b, която обикаля близо до звезда, намираща се на разстояние 700 светлинни години от Земята, е обвита от газове, сред които водни пари, натрий, калий и въглероден оксид, открики са и неравномерни облаци.

В момента проучванията са интензивни и задълбочени. Предстои учените да отговорят на множество въпроси. Но, както подчертават от списанието, ако JWST покаже, че ерата след раждането на Вселената е толкова ярка и оживена, колкото изглежда, то „теоретиците ще трябва да пренапишат разказите си за ранната история на Вселената и да обяснят как толкова много галактики могат да се образуват толкова бързо.“

Останалите девет открития, които са в челната десетка

Не по-малко значими са и другите научни постижения, които влизат в десетката за най-добрите на годината.

• Многогодишен ориз
• Невронните мрежи, които създават изображения
• Голямата бактерия
• Ваксините срещу респираторния синцитиален вирус
• Херпесният вирус, виновен за множествената склероза
• Законът за климата на САЩ
• Чумата и генетичният отпечатък, който тя оставя
• Успехът на мисията DART
• ДНК на 2 000 000 години, чрез което е реконструирана древна екосистема

Многогодишен ориз

Защо многогодишният ориз е сред важните научни открития на годината? Аргументите на списанието са ясни. На първо място, защото така трудът на земеделските производители ще се облекчи сериозно. Не е за подценяване и възможността да се намали ерозията на почвата, което е сериозен екологичен проблем.

Сортът е създаден чрез кръстосване на азиатски ориз с многогодишен див ориз, който расте в Африка. Повече от две десетилетия продължават опитите за подобряване на качеството и добива му. През 2018-а учени от Университета в Юнан предоставят на земеделците в Китай многогодишния ориз, наречен PR23. Това е мащабен експеримент, който цели да се разбере колко пъти може да се събере реколта и какъв ще бъде добивът от нея.

Резултатите са обявени през ноември 2022-а в Nature Sustainability. През първата година от засаждането, количеството ориз е колкото и на сезонния, разходите са почти същите. През втората година обаче няма нужда от пресаждане на разсада. Това е изключително изтощителна работа, която най-често се извършва от жени и деца. Разходите спадат наполовина. Увеличават се и хранителните вещества в почвата, където е засаден многогодишният ориз.

През 2021 г. с него са засети 15 000 хектара в Южен Китай.

Невронните мрежи, които създават изображения

Невронните мрежи, които се използват за създаването на изображения и видеоклипове, са другото научно откритие, заемащо място сред най-добрите за 2022 г.

Според списанието най-впечатляващо е навлизането на изкуствения интелект в социалните медии. Става дума да моделите от текст към изображение, които използват машинното обучение, за да анализират сдвояването на текст и изображения онлайн като откриват модели, които от своя страна им позволяват да създадат нови изображения на основата на нов текст.

Един от примерите е софтуерната система DALL-E2, която е продължение на създадената от изследователската лаборатория OpenAI през 2021 г. DALL-E.

>>> Система, базирана на изкуствен интелект, диагностицира с точност рак на простатата

Става дума за техника, наречена дифузия, при която изображенията се появяват вследствие на шум и се ръководят от текстови описания или от контекст. Този метод създава реалистични и привлекателни картини. След разширяването на креативните алгоритми за видео, сега невронните мрежи са в състояние да генерират видеоклипове въз основа на текстови описания.

Голямата бактерия

Откриването на гигантска бактерия, която при това има сложни вътрешности, буквално разтърси света на биологията през 2022-а.

Вероятно защото представата ни за бактериите е, че те са микроскопични. Оказа се обаче, че Thiomargarita magnifica може да бъде 5000 пъти по-голяма от всички останали. Единичните нишковидни клетки са забелязани с за първи път върху повърхностите на загнили лиса в мангрово блато във Френските Антили.

>>> Най-голямата бактерия в света – Thiomargarita magnific достига дължина от 2 см и може да се види с очите

Бактериите, които са част от групата организми, наречени прокариоти, не притежават вътрешни мембрани, които отделят генетичен материал. Така се смяташе до откриването на Thiomargarita magnifica. Оказа се, че тя притежава вътрешни мембрани, в които се съхранява ДНК, освен това съдържа 11 788 гена. Това е в пъти повече в сравнение с гените, които са открити в останалите прокариоти – 3935.

Всъщност, откриването на огромната бактерия, която на дължина достига два сантимертра, разклаща сериозно разделението на еукариоти и прокариоти. Най-вероятно тя е някъде по средата и отразява предходни форми, които са еволюирали преди милиади години.

Ваксините срещу респираторния синцитиален вирус

Като сериозно постижение и истински пробив определят мащабните клинични изпитания на две ваксини срещу респираторния синцитиален вирус (RSV). Както подчертават от редакционната колегия, тестовете доказват, че ваксините са в състояния да защитят две от групите, които са най-силно засегнати от инфекцията – бебетата и възрастните хора.

И двете ваксини предотвратяват тежко заболяване при хората над 60 години. Няма сериозни странични ефекти. Едната от тях защитава бебетата през първите шест месеца от живота им. Тя се поставя на майките в края на бременността.

Разработването на RSV ваксина продължава десетилетия. Преди повече от 50 години една от експерименталните ваксини води до смъртта на две деца и хоспитализация на повече от 80% от имунизираните с нея. Причината затова се корени, както откриват учените, във факта, че тя е направена от химически инактивирана версия на целия вирус и предизвиква създаването на относително слаби антитела, които не само не успяват да спрат вируса, но и чрез слабите механизми помагат на респираторния синцитиален вирус да увреди сериозни дихателните пътища.

Д-р Барни Гръм и колегите му от Националния институт по алергии и инфекциозни болести постигат ключов напредък през 2013 г. Вирусният повърхностен протеин, който използват във ваксините, променя формата си и след като се прикрепи към клетъчен рецептор, вирусът се слива с клетката като създава инфекция. Екипът намира начин да заключи протеина при предварителното сливане и така ваксинацията провокира много по-високи нива на антитела.

Компаниите „Глаксо Смит Клайн“ (GSK) и Pfizer потвърждават стратегията на Барни Гриъм с добрите резултати от изпитанията през 2022 г. В момента още две фармацевтични компании – Janssen Pharmaceuticals и Bavarian Nordic провеждат тестове да ефективност на техните RSV ваксини за възрастни хора.

Очакванията са през 2023-а няколко от кандидатите да получат одобрение от регулаторите в света.

Херпесният вирус, виновен за множествената склероза

Друг голям пробив на науката е откритието, че обикновения херпесен вирус е основният виновник за множествената склероза.

Откритието става възможно, след като учените изследват огромен брой военни медицински досиета. Така те разбират, че обикновения херпесен вирус е в основата на заболяването множествена склероза, при което имунната система атакува невроните. Благодарение на това със сигурност ще бъдат открити нови начини както за лечение, така и за предотвратяване на болестта.

Отдавна е известно, че вирусът на Епщайн-Бар, който заразява повечето хора в детството и остава латентен, е водещ заподозрян за развитието на множествена склероза. Когато се предава чрез слюнката, той може да доведе до така наречената болест на целувката или инфекциозна мононуклеоза най-вече при юноши и млади хора. Всички хора, които са с диагнозата „Множествена склероза“ имат антитела срещу вируса на Епщайн – Бар, такива обаче притежават и 95% от възрастните, а това създава трудности да се определи дали точно този вирус е наистина в основата на МС.

За да потвърдят връзката епидемиолозите проучват 20-годишни медицински досиета на повече от 10 000 000 американски новобранци и анализират съхраняваните им кръвни проби.

801 са войниците, които са развили множествена склероза, от тях 800 са били положителни за вируса на Епщайн – Бар.

Другото откритие е, че сред войниците, които първоначално са били отрицателни, следващата инфекция повишава риска от МС 32 пъти. Резултатите от проучването са публикувани в Science.

>>> Иновативна имунотерапия подобрява състоянието на животни с множествена склероза

Друга изследователска група съобщава в Nature, че латентният вирус може да се събуди и да причини увреждане на нервите чрез молекулярна мимикрия. Възможно е, защото един от протеините на Епщайн – Бар прилича на протеин, произведен в гръбначния мозък, който подмамва имунната система да атакува обвивката около нервните клетки, а тя от своя страна има съществено значение да провеждането на електрически сигнали. До 25% от взетите проби от болни от МС имат антитела в кръвта си, които свързват и двата протеина.

Това е сериозен напредък, защото в момента ако само една от ваксините срещу Епщайн – Бар, които в момента са в процес на клинични изпитвания, се окаже ефективна и започне да се прилага на децата, то множествената склероза може да тръгне по пътя на полиомиелита и на практика да бъде унищожена.

Законът за климата на САЩ

Законът за намаляване на инфлацията, подписан през август 2022 г. от президента Джо Байдън, е най-голямата стъпка, предприета от САЩ за забавяне на глобалното затопляне. Според него в следващите десет години в подкрепа на електроенергията от възобновяеми източници и ядрената енергия се предоставят 369 милиарда долара. Средствата са предназначени още да се стимулира преминаването към електрически превозни средства и за изследвания, посветени на начините за намаляване на промишлените емисии. Според изчисленията на независими изследователски групи това ще доведе до намаляване на емисиите на парникови газове с 40%.

Чумата и генетичният отпечатък, който тя оставя

Чумата убива между една трета и половината от живеещите в Европа преди седем столетия. Какъв е отпечатъкът обаче, който тя оставя върху оцелелите? Този въпрос вълнува изследователите от години. Очевидно, казват те, тя е действала като мощна селективна сила, а от нея са се спасили хората, които имат ефективна имунна защита. Проблемът е, че наследството не може да бъде открито при живи хора, защото гените ни се променят чест в отговор на нови патогени.

Като използват инструментите за изучаване на древна ДНК, учените разглеждат разликите в имунните гени на хората, които са живели и умрели по време на чумата. Екипът изследва костите на повече от 500 души преди и по време на чумата в Лондон и в Дания.

Резултатите, които публикуват през октомври 2022 г. в Nature, показват, че оцелелите носят генни варианти, които засилват имунния им отговор към Yersinia pestis, бактерията, която се пренася от бълхи и причинява чума. Общо 245 генни варианта се увеличават или намаляват по своята честото след чумата в Лондон, четири от тях променят древната ДНК от хора в Дания. Специално обаче се откроява един ген. Това е ERAP2, който кодира протеина аминопептидаза 2 на ендоплазмения ретикулум, за който е доказано, че помага на имунните клетки да разпознават и да се борят с вирусите.

Екипът от учени открива два варианта на ERAP2. Те се различават по една буква в генетичния код. Два пъти по-склонни да оцелеят от чумата са хората, наследили две копия от варианта, който кодира протеина в пълен размер. За разлика от онези, наследили две копия от другия вариант.

Изследователите култивират и имунни клетки от 25 съвременни великобританци и установяват, че тези от тях, които имат пълната защитна версия на ERAP2, когато са изложени на бактерията, причиняваща чума, произвеждат повече цитокини, протеини на имунната система.
Бързото разпространение на този вариант на защитен ген в Европа след чумата е най-сериозният пример за естествения подбор в човешкия геном.

Успехът на мисията DART

Сателитът за пренасочване на астероиди (DART) успява да промени завинаги орбитата на малка луна на име Dimorphos и така демонстрира стратегия, която в бъдеще може да спаси човечеството.

Целта на НАСА е да покаже начин за предотвратяване на реални заплахи, ако бъдат открити бъдещи астероиди.

Голямото събитие от септември 2022-а се предхожда от години на работа, на компютърни симулации и взривявания на малки копия на астероиди.

Две седмици след сблъсъка учените потвърждават, че почти 12-часовата орбита на луната се е съкратила с 32 минути. Това е решаващ момент, тъй като позволява да бъдат проектирани бъдещи мисии за отклоняване на астероиди.

От Science припомнят, че до момента изследователите са открили около 40% от почти 25 000 близки до Земята астероида. Те са достатъчно големи, за да унищожат голям град.

ДНК на 2 000 000 години, чрез което е реконструирана древна екосистема

2022-а е знаменателна и за още едно научно откритие. Учените успяха да извлекат фрагменти от ДНК, която е на възраст най-малко 2 000 000 години и е открита в замръзналата почва на арктическата пустиня. До този момент се смята, че срокът на годност на ДНК е 1 000 000 години, защото ако е по-стар, ще бъде сериозно разграден и невъзможен за проучване.

Откритието показа силата на еДНК или ДНК на околната среда, която е в състояния да възстановява изгубени светове. В случая става дума за крайбрежна гора, различна от съществуващите днес, която е в Северна Гренландия.

ДНК фрагменти от 41 органични проби от дебел слой сегмент, натрупан в устието на фиорд, разкриват гора от тополи, туи и други иглолистни дървета, черни гъски, северни елени, мастодонти и други бозайници.

ДНК се е запазила през вековете не само заради естествената ледена кутия на вечната замръзналост, но и благодарение на зърната от глина, кварц и смектит, чиито повърхности я защитават.

Години наред учените усъвършенстват техники за извличане на ДНК фрагменти от минерали и декодирането им чрез секвениране.

Профилирането на еДНК от древните сегменти може да позволи разкриването на генетични адаптации, които ще позволят на растения и животни да живеят далеко на север при температури, които са по-високи от днешните.

Това се десетте най-важни научни постижения за 2022 г., определени от редакционната колегия на списанието. Тук е важно да се уточни, че този списък е посветен на учените и екипите им, които са осъществили пробива, а на самите открития и ефекта от тях.