Главные научные открытия 2018: ГМО-дети и не только

Генетически модифицированные люди

Самым сенсационным и неоднозначным научным событием года стало заявление китайского биолога Хэ Цзянькуя. 25 ноября он сообщил, что в начале месяца родились девочки-близнецы Лулу и Нана (имена в публикации были изменены), геном которых был отредактирован на стадии эмбриона. Сегодня генетически модифицированными организмами (ГМО) никого не удивишь, но к появлению людей с отредактированным геномом мировое сообщество оказалось не готово.

На международном саммите в Гонконге Цзянькуй рассказал, что девочки были зачаты при помощи экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), то есть сначала яйцеклетку оплодотворили в пробирке и только потом поместили выросшие эмбрионы в матку. На этапе роста учёные применили процедуру CRISPR-редактирования, «сломав» у эмбрионов ген CCR5. Этот ген кодирует белок, который служит ВИЧ-инфекции «дверью» для проникновения в человеческие клетки. Отец девочек болен СПИДом, поэтому у них был риск заражения, от которого и защитила генетическая модификация. Родители близняшек были отобраны из семи пар добровольцев, согласившихся участвовать в медицинской исследовательской программе по борьбе со СПИДом. Цзянькуй уверен, что разработанный им метод ждёт большое будущее: учёный предлагает использовать его в развивающихся странах, где ВИЧ распространяется бесконтрольно. Поголовная модификация детей следующего поколения позволит извести эту болезнь на корню.Разумеется, доклад Хэ Цзянькуя вызвал резкую критику. Прежде всего учёные заявили: китайский биолог не предоставил убедительных доказательств, что CRISPR-редактирование прошло успешно. Проводя похожие опыты на животных, учёные уже сталкивались с риском появления «мозаичных» организмов, у которых модифицирована только часть клеток; это приводит к развитию различных патологий и не спасает от болезни. Нет ясности и по поводу того, какие ещё гены были задеты модификацией. Более того, эксперимент Цзянькуя мало что говорит об эффективности процедуры, ведь только отец девочек был ВИЧ-инфицированным, а в таком случае заражение детей маловероятно и предотвращается другими способами.

Учёные осудили безответственный подход биолога к делу, подписав соответствующую петицию. К ним присоединилось Министерство науки Китая, которое потребовало остановить эксперименты на человеческих зародышах. Вэньшэн Вэй из Пекинского университета прямо обратился к коллеге: «Я предполагаю, что вы хорошо знаете о красной черте в работах по редактированию генома. Почему вы решились пересечь эту черту? И почему решили проводить все эти клинические исследования тайно?» Но не дождался ответа.Между тем Хэ Цзянькуй не нарушил ни один из существующих законов. Ведь китайское законодательство официально не запрещает манипуляции с геномом эмбриональных клеток человека, а, как известно, что не запрещено, то разрешено.Аналогичная ситуация сложилась и в России. Хотя закон «О биомедицинских клеточных продуктах» запрещает «создание эмбриона человека в целях производства биомедицинских клеточных продуктов», он не распространяется на разработку соответствующих лекарств, и отечественные специалисты, в принципе, могут проводить эксперименты по модификации эмбрионов или зародышей для борьбы с генетическими заболеваниями. Ограничивают их только этические соображения

Размыванию «красной черты» способствуют и сами генные инженеры. В прошлом году широкую известность обрёл американец Джозайя Зайнер — бывший биохимик NASA, называющий себя «биохакером». Конечно, он далеко не лидер среди тех, кто применяет методы генной терапии на самих себе, но, вероятно, первый, кто додумался поставить на поток производство домашних наборов для CRISPR-редактирования.За 499 долларов у него можно приобрести шесть зелёных древесных лягушек в клетке с запасом корма и шприцы с биохимическим «коктейлем». Вкалывая подготовленную смесь лягушкам, нужно добиться увеличения их веса по сравнению с контрольными образцами. Зайнер утверждает, что его набор поможет популяризировать генную инженерию. И его опыты, кстати, тоже находятся в рамках закона, ведь принципы защиты животных пока не распространяются на земноводных.

Экстремальная палеонтология

На фоне страстей, которые бурлят вокруг генной инженерии, палеонтология кажется унылым академическим занятием, которое уж точно не может потрясти современный мир. Тем не менее открытия, донесённые до общественности в прошлом году, заставляют по-новому взглянуть на достижения экспертов по древним костям. Например, учёных давно интересовало, какой природный фактор способствовал массовым вымираниям. Крупнейшим таким событием считается так называемое пермское вымирание, которое произошло 252 миллиона лет назад и привело к гибели 95% всех существ, населявших Землю.

Недавнее исследование российских геологов показало, что именно в то время на территории Восточной Сибири, в окрестностях плато Путорана и Норильска, начал извергаться мощнейший вулкан, из-за чего климат на планете резко поменялся, став более жарким и засушливым. При этом само вымирание было по эволюционным меркам практически мгновенным — оно заняло всего около тридцати тысяч лет.Оставался открытым вопрос, как именно происходило вымирание. Одна гипотеза гласила, что его спровоцировали выбросы газов из супервулкана; другая — что виноват никель, попавший после извержения в морскую воду и вызвавший бурное цветение водорослей. Американские учёные из Университета Калифорнии провели лабораторный эксперимент, в котором продемонстрировали более правдоподобный сценарий вымирания. Они предположили, что извержение разрушило озоновый слой, на восстановление которого ушло около 100 тысяч лет. Всё это время земная поверхность подвергалась сильнейшему воздействию ультрафиолетовых лучей. Американцы установили в лаборатории несколько специальных ламп, уровень излучения которых был в 13 раз выше современной нормы.В качестве подопытных растений использовались карликовые горные сосны, наиболее близкие к флоре пермского периода. Они пережили эксперимент, но сбросили шишки раньше времени, а вся их пыльца оказалась нежизнеспособной. Семена древних растений были защищены хуже, чем у нынешних сосен, поэтому можно сделать уверенный вывод: вся флора после потери озонового слоя погибла, а вслед за ней по естественным причинам началось и вымирание фауны.

Покров над тайной другого вымирания — исчезновения мегафауны 2,5 миллиона лет назад — приоткрыла международная группа исследователей во главе с профессором физики Эдрианом Мелоттом из Канзасского Университета, членом Палеонтологического общества. Он обратил внимание, что теоретические модели, объясняющие гибель крупных животных климатическими изменениями, не дают ответ, почему та же участь постигла океанскую мегафауну — например, гигантскую акулу мегалодона, крупнейшего хищника, царствовавшего в океанах 20 миллионов лет.Сопоставив палеонтологические и астрофизические данные, Мелотт пришёл к выводу, что причиной вымирания стала сверхновая, взорвавшаяся в 50 парсеках от Солнца. Поток жёсткого излучения на протяжении нескольких месяцев пронизывал атмосферу; при этом особую опасность представляли мюоны, способные проникать в глубины океана. Крупные организмы, устойчивые к естественному излучению, перед мюонными потоками беззащитны (и получают большую дозу, чем мелкие) — поэтому они и могли погибнуть.Долгое время не имело объяснения и внезапное глобальное похолодание, начавшееся около 12 800 лет назад и закончившееся так же резко около 11 700 лет назад. Оно получило название «поздний (младший) дриас» и привело к вымиранию ледниковой мегафауны: мамонтов, мастодонтов, саблезубых кошек и так далее. Палеонтологи выдвинули гипотезу, что внезапное похолодание, которое изменило биосферу и заставило древних людей перейти от охоты к земледелию, связано с падением на Землю какого-то небесного тела: большого метеорита, обломка астероида или кометы.Гипотеза косвенно подтвердилась при изучении отложений на дне озера Куицео в Мексике. В них обнаружился слой возрастом примерно 12 900 лет, представляющий собой смесь из наноразмерных алмазов, ударных сферул и других микрочастиц. Такие осадки обычно выпадают после испарения части метеорита при столкновении с Землей. Однако необходимо было отыскать относительно свежий кратер, оставшийся после удара.

В августе прошлого года команда гляциологов (специалистов по природным льдам), работающих в рамках проекта NASA IceBridge, сообщила, что ещё три года назад обнаружила с помощью радара огромную округлую вмятину, похороненную под километровым слоем льда на северном краю ледника Гайавата в Гренландии. Исследователи сразу связали ее с феноменом позднего дриаса, но хранили открытие в секрете, пока не получили пробы отложений, которые талая вода вымывает из-под ледника. В них обнаружилось повышенное содержание платины и других редких элементов, что подтвердило гипотезу о падении металлического метеорита.Таким образом, собирается всё больше доказательств в пользу катастрофизма — направления в эволюционной теории, которое увязывает возникновение новых биологических видов с периодическими глобальными событиями, «встряхивающими» планету. Сейчас у этой теории мало сторонников, однако новые открытия делают её более привлекательной.

Тайна тайн: появление разума

Не менее интригующими выглядят прошлогодние открытия в области эволюции человека и жизни на Земле. В частности, пошатнулось господствующее мнение о примитивности наших предков — обнаруженные артефакты указывают, что человеческий разум куда старше, чем принято считать.Команда под руководством палеоантрополога Рика Поттса из Смитсоновского института в Вашингтоне обнаружила на территории геологического образования Олоргесайли (Кения) сложные и мелкие каменные инструменты, возраст которых оценивается в 320 000 лет. Более грубые орудия, найденные рядом, были созданы в период от 1,2 миллиона до 499 тысяч лет тому назад. К сожалению, костей существ, которые пользовались этими орудиями, не осталось, но есть все основания считать, что это были наши прямые предки, а не какая-нибудь из боковых ветвей гоминидов.

Некоторые находки изготовлены из обсидиана и имеют признаки креплений, что говорит о сравнительно высокой культуре производства. По всем признакам выходит, что у людей той эпохи было изобретательное мышление и, вероятно, зачатки торговли, поскольку обсидиан в тех местах не встречается.Рик Поттс уверен, что культурному развитию местной популяции способствовали локальные колебания климата, когда периоды длительных дождей сменялись засухой, что заставляло местных жителей мигрировать, проявлять смекалку и вступать в торговые контакты с соседними племенами. Помимо орудий, были обнаружены засохшие комки краски, которая наносится на тело. Вероятно, жители Олоргесайли разрисовывали себя, обозначая принадлежность к племени или социальный статус.На текущий момент краска, найденная в Кении, считается самым древним артефактом, связанным с зачатками искусства. Однако коллекция палеоантропологов пополнилась и другими находками, указывающими, что наши предки всегда испытывали тягу к прекрасному. В Южной Африке был обнаружен камень со штриховкой, сделанной 73 000 лет назад. На острове Борнео учёные нашли 40 000-летнее изображение рогатого животного. В испанских пещерах недавно открыли наскальную живопись, сделанную неандертальцами, которые жили там 65 000 лет назад. Судя по всему, с развитием методов научного поиска мы сумеем глубже заглянуть в историю человека.

Неожиданное подтверждение получила ещё одна теория, считавшаяся маргинальной. В декабре группа учёных под руководством астрохимика Майкла Нуэво из Исследовательского центра имени Эймса сообщила, что сумела смоделировать в лабораторных условиях процессы, которые происходят в ледяных облаках, окружающих молодые звёзды. При этом удалось зафиксировать возникновение сложных молекул — 2-дезоксирибозы и других моносахаридов, которые необходимы для формирования основ жизни.Таким образом, можно осторожно утверждать, что простейшие органические соединения формируются ещё в протопланетном диске, а затем с кометами попадают на поверхность остывающих планет, где и начинается биологическая эволюция.

Наука XXI века всё увереннее вторгается в область, которая ранее считалась принципиально непознаваемой, — в «механику» живого. И революционными обещают быть не только технологии, которые мы получим в результате этого вторжения, но и новые взгляды на место человека в мире. Наступает время жестокой правды и жестоких чудес.