18 437
11 декабря 2023 в 8:00
Автор: Антон Мерзляков

Рябь Вселенной, декодер мозга и пангеном человека. Самые удивительные научные открытия 2023 года

Автор: Антон Мерзляков

Оценить степень важности того или иного научного открытия, особенно со стороны простого человека, бывает достаточно сложно — каждый год множество ученых со всего мира рассказывают о прорывах в различных областях. Тем не менее часть исследований кажутся наиболее удивительными даже не сведущим в подобных вопросах людям. Ниже — подробнее про пять таких работ, сделанных в 2023-м.

«Хор» низкочастотных гравитационных волн, пронизывающих Вселенную

Ученые из Австралии, США, Европы, Китая и Индии заявили об обнаружении «признаков низкочастотных гравитационных волн». Если коротко, то астрофизикам удалось «услышать рябь ткани Вселенной», вызванную движением сверхмассивных растягивающих и сжимающих пространство объектов.

Визуализация гравитационных волн от сверхмассивных черных дыр. Фото: nanograv.org

Про «рябь Вселенной» говорил еще Эйнштейн, объясняя ее движением в пространстве и времени сверхтяжелых объектов. Иногда рябь называют «фоновой музыкой» Вселенной, и в 2015 году ее существование смогли доказать. Правда, только на высоких частотах — например, когда друг с другом сталкиваются относительно небольшие черные дыры или мертвые звезды.

В новой работе ученые пытались найти гравитационные волны на более низких, наногерцовых частотах — в таком случае «рябь» может длиться годами или даже десятилетиями. Ее вызывают, вероятно, самые крупные черные дыры массой в миллиарды солнечных. «Если сравнивать столкновение сверхмассивных черных дыр с брошенным в толщу озера камешком, то созданная им рябь на поверхности воды — это низкочастотные гравитационные волны. Они расходятся сразу во все стороны со скоростью света, сжимая и растягивая пространство и время», — говорят исследователи из объединения NANOGrav.

И добавляют: на поиски подобной низкочастотной «ряби» ушло порядка 15 лет — для этого пришлось использовать оборудование по всей Северной Америке. В частности, с помощью радиотелескопов «Грин-Бэнк» (США, Западная Вирджиния), «Аресибо» (Пуэрто-Рико) и Very Large Array (США, Нью-Мексико) астрофизики наблюдали за 68 пульсарами — мертвыми звездами, при вращении испускающими всплески электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне.

Оно того стоило? Кажется, да — существование низкочастотных гравитационных волн удалось подтвердить. Почему это вообще важно? Исследователи утверждают, что «фоновый шум» Вселенной оказался «громче», чем ожидалось. Это может означать, что слияния черных дыр происходят чаще, чем считалось, и что наши представления о природе Вселенной не соответствуют реальности.

ИИ-декодер, «переводящий» человеческие мысли

Работа исследователей из Техасского университета в Остине (США) описывает «систему декодирования языка на основе мозговой активности». В сети разработку сразу же окрестили «читающим мысли ИИ», хотя это не до конца верно, хотя и недалеко от истины. Ученые разработали так называемый «неинвазивный семантический декодер». Это система, которая может преобразовывать человеческую мозговую активность в поток непрерывного текста. Например, когда мы слушаем истории или нечто воображаем.

Изображение использовано в качестве иллюстрации

Впрочем, реализовать проект оказалось непросто. Он базируется на использовании сканера для функциональной МРТ (фМРТ): человека на несколько часов помещают в него, параллельно запуская записи с подкастами. В это время вся система непрерывно записывает данные о паттернах мозговой активности пациента — это нужно, чтобы научить ее «распознавать» речь.

В опубликованном исследовании утверждается: для анализа данных применяются ИИ-модели, схожие с таковыми в генеративных чат-ботах наподобие ChatGPT или Bard. Но важно понимать: результатом такой процедуры не выступает дословная расшифровка «сказанного» мозгом — улавливается только основная мысль. В процессе генерируется текст, лишь частично соответствующий предполагаемому значению исходных слов.

Зачем такой декодер в принципе может понадобиться? Ученые надеются, со временем разработка поможет общаться тем людям, кто находится в сознании, но при этом теряет способность разговаривать «классическим» способом. Скажем, после инсульта. Исследователи особо гордятся тем, что имплантируемых в мозг устройств для подобного считывания удалось избежать. Впрочем, работы еще много. Одним из следующих шагов видят отсутствие необходимости пациенту находиться в фМРТ-сканере.

Самое тяжелое животное в истории

Синего кита зачастую называют самым крупным животным на планете. Сегодня так и есть, но, похоже, миллионы лет назад «пальму первенства» получило другое океаническое существо — кит семейства базилозавров, обитавший у побережья нынешнего Перу около 40 миллионов лет назад.

Фото: Alberto Gennari

Частичный скелет — 13 позвонков, четыре реберных кости, а также одна бедренная — вида под названием Perucetus colossus, или «колоссальный кит из Перу», нашли в 2010 году. Но полноценное исследование останков состоялось только сегодня. Кости отыскали на юге Перу, в долине Ика, на границе пустыни Атакама.

Сопоставив их размеры с костями современных китообразных, ученые пришли к выводу: древний гигант в длину составлял около 20 метров, а по массе варьировался от 85 до 340 тонн. Для сравнения: синие киты не превышают планку в 180—200 тонн. Эли Амсон (Eli Amson) из Государственного музея естествознания в Штутгарте также добавила: если китообразные достигли массы в сотни тонн около сорока миллионов лет назад, то это меняет научное представление об их развитии.

Perucetus colossus (сверху), синий кит (в центре) и эоценовый базилозаврид (снизу)

Perucetus colossus, вероятно, обитал на мелководьях и был не особенно быстрым пловцом. В пишу для него шли придонные рыбы, ракообразные и моллюски. Впрочем, есть и альтернативная версия, по которой древний кит питался трупами утонувших позвоночных.

Пангеном человека

Об этом открытии мы уже подробно рассказывали здесь. Если опустить подробности, то «расшифровка» пангенома раскрывает все генетическое разнообразие человека. Первый «набросок» коллективного геномного «портрета» нашего вида основывается на расшифрованных геномах 47 человек различной расовой и этнической принадлежности. В дальнейших планах — отсеквенировать еще 350 от доноров разного происхождения.

Если упростить, геном — это совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. То есть геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организмов живых существ, в том числе человека. Пангеном представляет из себя не линейную последовательность нуклеотидов, а график, в котором каждое ответвление соответствует одному из вариантов.

Можно привести еще более простой пример. Геном — это набор инструкций ДНК, помогающих каждому живому организму развиваться и функционировать. Последовательности генома у представителей одного вида, как правило, лишь немного различаются. Известно, что геномы двух людей, никак не связанных между собой, окажутся идентичными более чем на 99%. «Но именно эта оставшаяся 0,1% различий вносит основной вклад в уникальность каждого из нас, — уточняют исследователи. — Благодаря изучению пангенома мы сможем ускорить клинические исследования, улучшив наше понимание связи между генами и признаками болезни».

Редчайший компонент зарождения жизни на спутнике Сатурна

Поиском следов биологической жизни вне Земли космические агентства занимаются уже не один десяток лет. Но, вероятно, в этом деле наметился прорыв. В океанах Энцелада, спутника Сатурна, отыскали фосфор — редчайший компонент, необходимый для зарождения жизни. Во всяком случае, так утверждают эксперты.

Фото: NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini

Считается, что для существования и функционирования жизни необходимы все шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Фосфор — самый редкий, во всяком случае в космическом пространстве. Вместе с тем он выступает ключевым компонентом молекул ДНК и РНК. Именно его наличие в нескольких формах недавно подтвердили в жидком океане Энцелада, скрытом под толстым слоем ледяной оболочки.

Через трещины в ледяной коре он испускает воду, образующую шлейф из мельчайших ледяных частиц. Эти частицы способствуют формированию слабого кольца Сатурна, также известного как Е-кольцо. Оно находится за более яркими и заметными кольцами планеты. Исследователи установили повышенное содержание фосфатов натрия в определенных «зернах» испускаемой воды. Эти зерна, как выяснилось после анализа, содержат химически связанные атомы натрия, кислорода, водорода и фосфора. Это говорит о наличии фосфатных соединений.

Фото: NASA

Лабораторные эксперименты дали ключ к еще одной интересной находке. Концентрация фосфора в океане Энцелада минимум в 100 раз выше в сравнении с земными океанами. Если помнить о том, что за пределами нашей планеты фосфор встречается редко, «это представляет собой важный и необычный феномен».

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by