10 водещи открития за 10 години след Милениума

В края на всяка година едно от най-авторитетните световни научни списания - "Сайънс" (Science), публикува подбор на десетте най-значими научни открития, тенденции, идеи и технологии. Тъй като 2010 г. е последната от първото десетилетие след Милениума, този път класацията е за целия период на първата декада на ХХI век. 

1. "Тъмният геном"

На първо място списанието поставя изучаването на онази ДНК, която не кодира белтъци. Това е по-голямата част от генома - 98,5%. Все още не са ясни функциите й, но за 10 години стана ясно, че това не е "генетичен боклук". Оказва се, че 80% от ДНК поражда молекули на РНК - вече са открити неколкостотин такива, наречени микро-РНК, способни да регулират работата на гените.
През 2001 г. за първи път е разшифрован пълният геном на човека. От този момент в молекулярната биология започва нова ера, тъй като изследователите получават пълен достъп до всички "инструкции", по които функционират живите системи. Учените събират голямо количество генетични данни, чийто анализ води до парадоксален извод: т.нар. отпадъчна ДНК, която се е смятала за ненужен баласт, играе огромна роля в управлението на работата на клетките.
Историята на откриването на генома е дълга. През 1869 г. швейцарският изследовател Йохан Фридрих Мишер открива ДНК, изолирайки я от човешки левкоцити. Следващите 75 години повечето учени предполагат, че клетката използва ДНК за съхранение на фосфор, но през 1944 г. Осуалд Ейвъри, Колин Маклойд и Маклин Макарти правят експеримент, който демонстрира нагледно, че ДНК е носител на генетична информация (намеци за това са изказвани и по-рано, но опитът на тримата окончателно доказва тази хипотеза). През 1953 г. Джеймс Уотсън и Франсис Крик определят структурата на ДНК молекулата - сега дори хората, които са далеч от биологията, знаят, че тя представлява двойна спирала.
След 2001 г. биолозите изясняват, че множеството инструкции, определящи как да живеем, постъпват далеч не от ДНК, а от относително прости надстройки, които се прикрепват към отделни "букви" на генома (такъв тип регулация бил наречен епигенетична регулация). Накрая третата група клетки се оказват молекулите на РНК, които се синтезират от най-неочаквани участъци на генома и ръководят метаболизма не по-зле от белтъчините. Тези три типа клетъчни "управленци" се обединяват под названието геномна тъмна материя или просто тъмен геном. В изминалите 10 години учените се убеждават, че този геном е не по-малко важен от "нормалния".

2. Възраждане на космологията

На второ място в списъка е превръщането на космологията в точна експериментална наука. Преди математическите модели в тази наука бяха на практика непроверяеми. Днес свръхточните измервания на спътници като  WMAP и "Планк" позволяват по едва забележими вариации в температурата на микровълните да се "прочете" информацията за раждането на Вселената. С развитието на техниката уредите стават все по-точни, методите за събиране на данни - все по-сложни и надеждни, а компютрите, с които се обработват тези данни - все по-мощни. Постепенно количеството и обяснения на устройството на Вселената или на отделни видове звезди започва да намалява и с днешна дата може да се каже, че в астрономията е разработена логична теория, която събира в себе си обяснение за всички етапи от развитието на Вселената от нейното раждане до появата на планетата Земя. И макар че в тази теория все още има много бели петна (например загадъчни остават първите мигове след Големия взрив), като цяло тя е непротиворечива и стройна.
 
3. Усъвършенстване на методите за работа с древната ДНК

На трето място "Сайънс" поставя изследването на ДНК на измрели животински видове. Учените успяха да дешифрират изцяло геномите на мамута и на неандерталеца. Уточнени са също някои фрагменти от генома на динозаврите. Така биолозите подариха на палеонтолозите нови и мощни инструменти за изучаване на еволюцията на живота и за анализ. Учените вече могат да извличат ДНК практически от всичко и да определят последователността дори в случай, че в образеца присъстват едва няколко молекули дезоксирибонуклеинова киселина. Тези методи се оказват безценни в палеонтологията - внезапно се изяснява, че ДНК може да се съхранява в животински останки в течение на стотици хиляди години.

4. Вода на Марс

Многогодишната одисея на марсоходите "Спирит" и "Опортюнити" и на орбиталните сонди в изучаването на Марс рязко разшириха знанията ни за Червената планета. А преди две години апаратите "Феникс", които се спуснаха близо до полярната шапка на Марс, установиха, че под повърхността има значително количество воден лед.
Марс се намира относително близо до Земята и е удобен за изучаване. Освен това той много напомня на нашата планета. Ситуацията с тази четвърта планета в системата на Слънцето е още по-интригуваща, защото сходството му със Земята означава добри шансове за обитаемост, макар и в миналото. Повечето специалисти са единодушни, че в наши дни течна вода на Марс няма, но преди няколко милиарда години тя може би е била там.
Първият истински извод в полза на хипотезата за влажния в миналото Марс прави орбиталната сонда Mars Odyssey. Събраните от нея данни показват, че под повърхността на Червената планета има залежи от лед. Окончателно въпросът за наличието на вода на Марс е решен през 2008 г., когато сондата "Феникс" получи вода от марсиански грунт. Учените ще изясняват има ли живот на Марс и кога точно е изчезнала водата от повърхността на планетата.

5. Препрограмирането на клетките

Всички клетки в организма произхождат от стволовите клетки на ембриона. Т.е. всички клетки в организма имат общ произход. С развитието на зародиша клетките започват да се специализират и да образуват различни тъкани. Всяка клетка изпълнява точно определени функции, само стволовите клетки (от яйцеклетката) може да станат каквито си искат.
Смяташе се, че тези изменения са необратими. Оказа се обаче, че ако в клетката се добавят само няколко копия на определени гени, времето може да се върне назад. Клетката отново става стволова и може отново да се специализира, давайки начало на друга тъкан.
В сложните многоклетъчни организми клетките не си приличат и изпълняват напълно различни функции. Но във всяка от тях се съдържат данни, позволяващи й да стане всяка друга клетка от организма. Тези данни са записани в ДНК, която във всички клетки на организма (с изключение на половите клетки) е еднаква. В изминалите десет години биолозите успяха да направят няколко клетъчни преобразявания. Изкуствено дедиференцираните клетки следва да помогнат на учените и медиците да намерят нови средства за лечение на заболявания, свързани с умирането на клетки (например болест на Алцхаймер), както и да променят подхода към трансплантацията - органите за присаждане, създадени от собствени клетки на пациента, няма да бъдат отхвърляни от организма.

6. Микробиом

На шесто място е поставено промененото отношение към микробите и вирусите, обитаващи човешкото тяло. Ако преди на тях се гледаше главно като на паразити, днес става ясно, че както и органите те са неотделима част от човешкото тяло. Колективният геном на всички обитаващи човека микроорганизми получава названието микробиом. В микробиома има 10 пъти повече клетки и 100 пъти повече различни гени, отколкото в собствено човешкия организъм. Т.е. на всеки 10 клетки в нашето тяло 9 са бактериални. Само в червата например обитават хиляда различни видове бактерии. техните геноми допълват човешкия и ни позволяват да усвояваме храната.
Повечето живеещи вътре и извън тялото бактерии не му нанасят вреда, а някои дори му помагат в изпълнението на най-необходимите действия. Бактериите обаче могат макар и частично да определят много особености на хората, които на пръв поглед изобщо не са свързани с тях. Например склонността към затлъстяване. Също бактериите определят способността за усвояване на някои лекарства и не на последно място понякога започват да вредят на своя стопанин, провокирайки развитието на заболявания като екзема и псориазис.

7. Екзопланетите

На седмо място сп. "Сайънс" подрежда пробива с откриването на т.нар. екзопланети - планети извън Слънчевата система. Първата такава планета е открита през 1995 г., а днес вече говорим за стотици и скоро броят им ще стигне хиляди екзопланети. Бързото усъвършенстване на апаратите за наблюдение позволи на учените да се доближат плътно до възможно откриване на планета, подобна на Земята.
Дълго време наличието на планети около други звезди беше само хипотеза. Учените знаеха, че във Вселената има много звезди и много от тях - подобни на Слънцето, и около някоя от тях сигурно има планети. Но техниката не бе достатъчно съвършена, за да бъдат открити извънслънчеви планети. През 2009 г. в Космоса бе изпратен орбиталният телескоп "Кеплер", чиито уреди позволяват да се откриват не само планети, но и техните спътници. Откакто той работи, списъкът на известните ни екзопланети се попълва все по-бързо - към края на 2010 г. са познати над 500 извънслънчеви планети.

8. Възпалението

Преразглеждането на отношението към възпалителните процеси е поставено на осмо място в класацията на десетилетието. Преди възпалението бе приемано като заразяване и увреждане, като странично явление, съпровождащо възстановяването на повредени тъкани. Сега вече науката знае, че възпалението е движеща сила за много заболявания. Голямо количество клинични и лабораторни данни говорят, че възпалителните процеси са първопричина за множество хронични заболявания като рак, диабет, атеросклероза. Събраната информация сочи, че постоянното възпаление е свързано с развитието и влошаването на болестта на Алцхаймер и дори със затлъстяването. От една страна, това откритие огорчава, тъй като излиза, че досега медиците и учените са разбирали неправилно природата на много смъртоносни заболявания. Но, от друга страна, след като вече знаят в каква посока да се движат, има шанс в обозримо бъдеще учените да успеят да разработят нови и по-ефективни методи за лечение на тези патологии. При рак например туморът уврежда тъканите и предизвиква възпаление, което стимулира ръста на клетките и кръвоносните съдове, хранещи самия тумор. Оттук произтича идеята, че за профилактика на хроничните заболявания е важно да се следи за възпалителни процеси.

9. Метаматериалите

Става дума за различни светлинни "трикове". Създадени бяха среди, в които светлината може да се забавя хиляда пъти, а също - поразителни метаматериали с отрицателен коефициент на пречупване на светлината. С помощта на такива материали може да се създават плоски лещи, фокусиращи светлината по-добре от традиционните изпъкнали. Дори в перспектива има дори шанс за т.нар. невидимост, която може да стане възможна, ако светлината "обтича" обекта, скрит в черупка от метаматериал.
През 1967 г. съветският физик Виктор Веселаго изказва предположението, че някои материали могат да пречупват лъчите на светлината по особен начин и благодарение на тази особеност имат много необичайни свойства. До този момент нямаше данни за съществуването на такива материали (с отрицателен коефициент на пречупване) и идеята на Веселаго е възприета като повече от сложна игра на ума. През 2000 г. обаче едновременно няколко учени развиват теорията за необикновените материали и показват, че те може да се създадат изкуствено. Метаматериали вече са създадени лабораторно.
Първи опити за "невидимост" вече се правят в късовълновата област на спектъра. Главната цел на учените, работещи по тази тема, е създаването на метаматериал, който да прави обектите невидими в оптичния диапазон, тоест за човешките очи. Другите диапазони също не са безразлични на учените - теоретично обектите може да станат безшумни или устойчиви на земетресения.

10. Глобалното затопляне

Десето място в обзора заема изследването на климата и на промените в него. За изминалото десетилетие глобалното затопляне и промените на климата станаха общопризнат факт. Но все още продължават споровете за това какви са причините за това явление и каква роля играе човекът за глобалното затопляне. В това отношение е много трудно да се разграничи науката от политиката. Гръмкият скандал в края на 2009 г. (т.нар. климатгейт) с нагласените от някои учени климатични данни навреди в значителна степен на репутацията на климатологичната наука. Но постепенно нещата си идват на мястото, на нашата планета с всяка изминала година наистина става все по-топло. Освен това САЩ започнаха да се отнасят сериозно към промените на климата, които те преди това - по време на президента Джордж Буш, практически отричаха.