2007. Прорывы года. Версия учёных

Журнал Science опубликовал десятку самых заметных научных достижений уходящего года. В списке: клеточное программирование, космические лучи, сверхпроводники и шашки.

6. НОВАЯ ИПОСТАСЬ ЭЛЕКТРОНОВ
В прошлом году группа калифорнийских физиков-теоретиков сделала интересное предсказание, согласно которому в «бутерброде» из полупроводников с тонким слоем теллурида ртути (HgTe) посередине электроны будут вести себя очень необычно, демонстрируя спин-эффект Холла. В этом году соответствующий бутерброд сделали физики-экспериментаторы и из Германии. И обнаружили в нем именно то, что предсказали их коллеги из Калифорнии.

Спин-эффект Холла является одной из разновидностей квантового эффекта Холла. Их физическая природа весьма непроста, поэтому мы лишь отметим, что эффект Холла позволяет создавать локальные каналы сверхпроводимости в самых обыкновенных проводниках за счет помещения проводника в чрезвычайно сильное магнитное поле. Спин-эффект Холла позволяет сформировать аналогичные каналы за счет связанности групп электронов по спину, причем без использования экстремальных магнитных полей. Тот факт, что ученым удалось воспроизвести этот эффект в рамках лабораторного эксперимента, позволяет надеяться на скорое создание проводников, сохраняющих сверхпроводящие свойства при комнатной температуре, а с ними – сверхскоростных и экономичных компьютеров.

7. РАЗДЕЛЯЙ И ВЛАСТВУЙ
В этом году удалось значительно продвинуться в понимании механизма специализации иммунных клеток, который обеспечивает и краткосрочную, и долговременную защиту организма от возбудителей различных болезней. Речь идет о способности иммунной системы узнавать инфекции, с которыми организм уже сталкивался.

Уже довольно давно известно, что при атаке патогена иммунные T-клетки разделяются на два подкласса. Большая часть из них играет роль короткоживущих клеток-смертниц, чьей главной задачей является немедленное уничтожение врага, однако часть их претерпевает метаморфозу и превращается в «клетки памяти», которые затем мирно циркулируют в крови на протяжении многих десятилетий — до тех пор, пока им вновь не встретится уже знакомый возбудитель.

Исследователи сумели разобраться в том, как именно регулируется процесс деления T-клеток, сопряженный с образованием двух разных типов. T-клетка остается пассивной до тех пор, пока ей не встретится древовидная клетка (еще один важный компонент иммунной защиты), несущая специфические молекулы патогена. В течение нескольких часов клетки взаимодействуют друг с другом, при этом на рецепторах T-клетки накапливаются различные белки. Ученые решили проверить предположение, согласно которому ближайшие потомки T-клетки, образующееся в ходе последующего деления, наследует разные типы этих белков, что в конечном итоге определяет их специализацию. Как выяснилось, из той стороны T-клети клетки, которая примыкала к древовидной клетке, образуется «клетка-солдат», а из противоположной стороны T-клетки получается клетка памяти. Полученные знания помогут ученым увеличить эффективность вакцин и иных препаратов, связанных с коррекцией иммунного ответа.

8. МЕНЬШЕ ДЕЛАТЬ, БОЛЬШЕ ПОЛУЧАТЬ
Сейчас, когда общество всерьез озаботилось вопросами экологической безопасности, главной задачей промышленных химиков становится не создание новых синтетических материалов, но адаптация производства тех, что уже разработаны и получили массовое применение. В большинстве случаев это требует уменьшения количества стадий синтеза и более тонкого контроля над протеканием химических реакций. В минувшем году в этой области наметились весьма значительные достижения.

Многие ценные продукты химического синтеза, применяющиеся в фармацевтике и электронной промышленности, представляют собой весьма сложные структуры, состоящие из углеродных каркасов с «навешенными» на них сложными группами атомов. Чтобы придать промежуточному сырью нужные свойства, химикам необходимо выборочно изменять те или иные группы, оставляя нетронутыми все остальные. Подобная избирательность достигается следующим образом: к исходной молекуле прикрепляются либо специальные «активаторы», стимулирующие реакцию в нужном участке, либо наоборот, «защитные группы», которые блокируют ход реакции там, где она протекать не должна.

В этом году разработан процесс, позволяющий преобразовывать спиртовую и аминогруппу превратить в амиды с использованием рутениевого катализатора. Такой подход был с успехом использован и для связывания отдельных кольцевых молекул в масштабные молекулярные комплексы. Еще одна группа ученых сумела добиться значительного снижения числа защитных групп при получении определенных лекарственных соединений, а другие достигли больших успехов в имитации синтеза сложных токсинов живыми микробами. И это всего лишь отдельные примеры. В общем, для химиков минувший год был очень и очень удачным.

9. НАЗАД В БУДУЩЕЕ
В греческой мифологии богиня памяти Мнемозина рождает девять муз — вдохновительниц человеческого воображения. Современная наука готова согласиться с этой «теорией» как на символическом, так и на сугубо предметном уровне.

Именно память о прошлом позволяет нам готовиться к будущим испытаниям, а в минувшем году данное положение получило массу весьма интересных подтверждений. В январе было объявлено, что пациенты с повреждением гиппокампа — важнейшего мозгового центра, регулирующего функцию запоминания — гораздо хуже ориентируются в гипотетических ситуациях (таких как воображаемый поход в магазин или воображаемый отдых на пляже), нежели здоровые волонтеры. Нормальные люди способны описать гипотетическую ситуацию весьма красочно, в то время как больные ограничиваются несколькими скупыми и несвязанными друг с другом подробностями. Это говорит о том, что поражение гиппокампа и связанная с этим потеря способности запоминать ведет и к потере способности воображать что-либо.

Еще одна группа ученых, обследовав весьма представительную выборку здоровых добровольцев, выяснила, что для анализа прошедших событий и построения возможных вариантов развития событий в будущем люди используют одни и те же мозговые центры, включающие в себя уже упомянутый гиппокамп. Даже опыты на крысах показывают, что гиппокамп играет ключевую роль в предсказании будущего. Ученые объясняют связь между памятью и предсказанием тем, что мозг конструирует варианты развития событий из отдельных кусочков прошлого опыта – и только из них. Пока это всего лишь рабочая гипотеза, однако не исключено, что в будущем ученым и в самом деле удастся строго доказать, что именно память является фундаментом воображения.

10. КОНЕЦ ИГРЫ
После 18 лет напряженных исследований удалось-таки доказать, что если оба игроки в шашки играют безошибочно, игра неизбежно окончится вничью. Таким образом, шашки стали самой сложной из всех «разгаданных» математиками игр.

На самом деле, это достижение стало очередной победой компьютера над человеческим интеллектом. Дело в том, что программа, написанная учеными, обыгрывает любого, даже самого искушенного живого игрока — потому что первая действует всегда безошибочно, а второй неизбежно сделает хотя бы один не до конца идеальный ход. Количество возможных комбинаций фишек на шашечной доске достигает 500 миллиардов миллиардов. Чтобы просчитать все эти варианты «в лоб», не хватит никаких суперкомпьютеров. Поэтому пришлось создать специальный алгоритм, который исключил из расчетов большое число вариантов, гарантированно не ведущих к победе одной из сторон. Это позволило значительно сократить общее число комбинаций, подлежащих обсчету. По итогам исследования была составлена база из 39 биллионов (тысяч миллиардов) возможных позиций с указаниями единственно верных беспроигрышных ходов.

Текст: Популярная механика, по публикации Science