Новую землю можно назвать ледяной пустыней. Большую часть года там дуют ураганные ветра, ночь длится всю календарную зиму, а температура воздуха опускается до –60 °С.

Здесь нет почвы, редкая растительность произрастает среди песка и камней. Изредка встречаются островки с растительностью, которые здесь, так же, как и в пустынях, называют оазисами.

Летом здесь круглосуточно светит солнце, растапливая снег и лед. Влагу тут же охлаждает холодный ветер, что приводит в образованию туманов и облаков. Даже летом здесь не редки снегопады.

Самое теплое время – с июня до конца августа, но даже в это время земля оттаивает лишь на 20-25 см вглубь.

Зимой грунт растрескивается, летом у трещины проникает вода, замерзает в лед, тем самым расширяя трещины, следующей весной этот эффект усилится, так образуются полигональные почвы, напоминающие булыжную мостовую.

Лагуна Колорадо, или Красная Лагуна — это мелкое соленое озеро, расположенное на высоте 4267 м в юго-западной части Альтиплано в Боливии, в пределах заповедника Эдуардо-Авароа и рядом с границей с Чили.

Усыпанное белыми островками крупных отложений бурой руды, это соленое озеро площадью почти в 6000 га составляет меньше 100 метров в глубину и имеет кроваво-красный оттенок из-за обилия водорослей, обитающих в соленой воде.

За последние 10 лет в мире науки произошло немало удивительных открытий и достижений. Наверняка многие из вас, кто читает наш сайт, слышали о большинстве из представленных в сегодняшнем списке пунктах. Однако их значимость настолько высока, что очередной раз хотя бы кратко не напомнить о них было бы преступлением. Помнить их нужно хотя бы в течение следующего десятилетия, пока на базе этих открытий не будут совершены новые, еще более удивительные научные достижения.

Перепрограммирование стволовых клеток

Стволовые клетки удивительны. Они выполняют те же клеточные функции, что и остальные клетки вашего организма, но, в отличие от последних, обладают одним удивительным свойством – при необходимости они способны изменяться и приобретать функцию абсолютно любых клеток. Это значит, что стволовые клетки можно превратить, например, в эритроциты (красные кровяные тельца), если ваш организм испытывает нехватку последних. Либо в белые кровяные тельца (лейкоциты). Или мышечные клетки. Или нейроциты. Или… в общем, идею вы поняли – практически во все виды клеток.

Несмотря на то, что о стволовых клетках широкой общественности было известно еще с 1981 года (хотя открыты они были гораздо раньше, в начале 20-го века), до 2006 года наука и понятия не имела, что любые клетки живого организма можно перепрограммировать и превращать в стволовые клетки. Более того, метод такой трансформации оказался относительно прост. Первым человеком, выяснившим эту возможность, был японский ученый Синъя Яманака, который превратил клетки кожи в стволовые клетки путем добавления в них четырех определенных генов. В течение двух-трех недель с момента, когда клетки кожи превратились в стволовые клетки, их можно было далее трансформировать в любой другой вид клеток нашего организма. Для регенеративной медицины, как вы понимаете, это открытие является одним из важнейших в новейшей истории, так как теперь у этой сферы есть практически безграничный источник клеток, необходимых для лечения полученных вашим организмом повреждений.

Крупнейшая из обнаруженных черная дыра

«Клякса» в центре — наша Солнечная система

В 2009 году группа астрономов решила выяснить массу черной дыры S5 0014+81, которая на тот момент была только открыта. Каково же было их удивление, когда ученые узнали, что ее масса в 10 000 раз превосходит массу сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашего Млечного Пути, что фактически сделало ее самой большой из известных на данный момент черной дырой в известной нам Вселенной.

Эта ультрамассивная черная дыра обладает массой 40 миллиардов солнц (то есть если взять массу Солнца и умножить ее на 40 миллиардов, то мы получим массу черно

Вы встречаете конец длинного дня в своей квартире в начале 2040-х годов. Вы хорошо поработали и решаете передохнуть. «Время фильмов!», говорите вы. Дом отвечает на ваши позывы. Стол распадается на сотни крошечных частей, которые заползают под вас и принимают форму кресла. Экран компьютера, за которым вы работали, растекается по стене и превращается в плоскую проекцию. Вы расслабляетесь в кресле и через несколько секунд уже смотрите фильм в домашнем кинотеатре, все в тех же четырех стенах. Кому нужно больше одной комнаты?

Это мечта работающих над «программируемой материей».

В своей последней книге об искусственном интеллекте Макс Тегмарк проводит различие между тремя уровнями вычислительной сложности для организмов. Жизнь 1.0 — это одноклеточные организмы вроде бактерий; для нее аппаратное обеспечение неотличимо от программного. Поведение бактерий закодировано в ее ДНК; ничему новому она научиться не может.

Жизнь 2.0 — это жизнь людей в спектре. Мы отчасти застряли в своем оборудовании, но можем менять собственную программу, делая выбор в процессе обучения. Например, можем выучить испанский вместо итальянского. Подобно управлению пространством на смартфоне, аппаратура мозга позволяет загружать определенный набор «покетов», но в теории вы можете изучать новое поведение, не меняя базовый генетический код.

Жизнь 3.0 отходит от этого: существа могут менять как аппаратную, так и программную оболочку при помощи обратной связи. Тегмарк видит в этом истинный искусственный интеллект — как только он научится менять свой базовый код, произойдет взрыв интеллекта. Возможно, благодаря CRISPR и другим методам редактирования генов, мы сможем использовать собственное «программное обеспечение» для изменения собственного «устройства».

Программируемая материя переносит эту аналогию на предметы нашего мира: что, если ваш диван смог бы «научиться», как стать столом? Что, если вместо армии швейцарских ножей с десятками инструментов, вы обзавелись бы единственным инструментом, который «знал» бы, как стать любым другим инструментом для ваших нужд, по вашей команде? В переполненных городах будущего на смену домам могли бы прийти апартаменты, в которых была бы одна комната. Это позволило бы сэкономить пространство и ресурсы.

Во всяком случае таковы мечты.

Поскольку создавать и производить отдельные устройства так сложно, нетрудно предположить, что описанные выше штуки, которые могут превращаться во много разных предметов, будут чрезвычайно сложными. Профессор Скайлар Тиббитс из Массачусетского технологического института называет это 4D-печатью. Его исследовательская группа определила ключевые ингредиенты для самостоятельной сборки как простой набор отзывчивых «кирпичиков», энергии и взаимодействий, из которых можно воссоздать практически любой материал и процесс. Самосборка обещает прорывы во многих отраслях, от биологии до материаловедения, информатики, робототехники, производства, транспортировки, инфраструктуры, строительства, искусства и многого другого. Даже в кулинарии и освоении космоса.

Эти проекты все еще в зачаточном состоянии, но «лаборатория самостоятельной сборки» (Self-Assembly Lab) Тиббитса и другие уже закладывают основы для их развития.

Например, есть проект по самосборке сотовых телефонов. На ум приходят жуткие фабрики, на которых круглосуточно самостоятельно собираются мобильные телефоны из 3D-печатных частей, не требуя вмешательства людей или роботов. Едва ли такие телефоны будут улетать с полок как горячие пирожки, но стоимость производства в рамках такого проекта будет ничтожной. Это доказательство концепции.

Одним из основных препятствий, которые необходимо преодолеть при создании программируемой материи, является подбор правильных фундаментальных блоков. Важен баланс. Чтобы создать мелкие детали, нужны не очень большие «кирпичики», иначе конечная конструкция будет выглядеть комковато. Из-за этого строительные блоки могут быть бесполезными для некоторых применений — например, если нужно создать инструменты для тонких манипуляций. С большими кусками может быть сложно смоделировать ряд текстур. С другой стороны, если части слишком малы, могут возникнуть другие проблемы.

Представьте себе установку, в которой каждая деталь представлена небольшим роботом. У робота должен быть источник питания и мозг или по крайней мере какой-то генератор сигналов и процессор сигналов, все в одном компактном блоке. Можно вообразить, что ряд текстур и натяжений можно моделировать, изменяя силу «связи» между отдельными единицами — стол должен быть чуть тверже, чем ваша кровать.

Первые шаги в этом направлении были сделаны теми же, кто разрабатывает модульных роботов. Очень много групп ученых работают над этим, включая MIT, Лозанну и Университет Брюсселя.

В новейшей конфигурации отдельный робот выступает в качестве центрального отдела, принимающего решения (можете называть его мозгом), а дополнительные роботы могут присоединяться по необходимости к этому центральному отделу, если нужно изменить форму и структуру общей системы. Сейчас в системе всего десять отдельных единиц, но, опять же, это доказательство концепции того, что модульной системой роботов можно управлять; возможно, в будущем небольшие версии этой же системы лягут в основу компонентов для Материала 3.0.

Легко представить, как при помощи алгоритмов машинного обучения эти рои роботов учатся преодолевать препятствия и реагировать на изменение окружающей среды легче и быстрее отдельного робота. Например, система роботов могла бы быстро перестраиваться, чтобы пуля проходила без повреждений, формируя таким образом неуязвимую систему.

Говоря о робототехнике, форма идеального робота была предметом многих дискуссий. Одно из недавних крупных соревнований по робототехнике, проведенном DARPA, Robotics Challenge выиграл робот, который может адаптироваться. Он победил известного гуманоида Boston Dynamics ATLAS простым добавлением колеса, которое позволило ему кататься.

Вместо того чтобы строить роботов в форме людей (хотя иногда это полезно), можно позволить им эволюционировать, развиваться, искать идеальную форму для выполнения поставленной задачи. Это будет особенно полезно в случае бедствия, когда дорогие роботы смогут заменить людей, но должны будут готовы адаптироваться к непредсказуемым обстоятельствам.

Многие футурологи представляют возможность создания крошечных наноботов, способных создавать что угодно из сырья. Но это не обязательно. Программируемая материя, которая может отвечать и реагировать на окружающую среду, будет полезна в любых промышленных применениях. Представьте себе трубу, которая может укрепляться или ослабляться по необходимости либо менять направление течения по команде. Либо ткань, которая может становиться более или менее плотной в зависимости от условий.

Мы все еще далеки от времен, когда наши кровати смогут трансформироваться в велосипеды. Возможно, традиционное нетехнологичное решение, как это часто бывает, будет гораздо более практичным и экономичным. Но поскольку человек пытается засунуть чип в каждый несъедобный объект, неодушевленные объекты будут становиться чуть более одушевленными с каждым годом.

Кишечнодышащие черви обладают невероятной способностью к регенерации. У людей и этих червей много общих генов, поэтому ученые изучают последних в надежде когда-нибудь стимулировать регенерацию и у людей. Способность к регенерации частей тела всегда была увлекательной перспективой, вдохновляющей таких персонажей, как Росомаха, которые могут мгновенно исцелять себя и восстанавливать потерянные части тела. И теперь регенерация вдохновляет научные исследования. Многие виды животного царства могут регенерировать: членистоногие (например, скорпионы) могут выращивать придатки. Некоторые кольчатые черви могут регенерировать всего лишь из нескольких сегментов своего тела. Иглокожие (морские звезды) могут как самостоятельно ампутировать, так и повторно вырастить конечность. Амфибии (саламандры и тритоны) могут регенерировать конечность всего за месяц, а некоторые рептилии могут регенерировать свои хвосты.

Небольшие обитатели коралловых рифов, черви, которые прячутся в песке и являются одним из самых близких беспозвоночных к человеку, могут регенерировать любые части своего тела, которые были отрезаны, даже нервную систему и голову. Разрежьте такого червя пополам — и через пятнадцать дней будет два полных, неразличимых варианта. И еще они необычайно похожи по структуре тела на людей. Ученые задаются вопросом: раз уж у людей много таких же генов, можем ли мы так же?

«Я думаю, что у нас, как людей, есть потенциал для регенерации, но что-то мешает ей происходить», говорит профессор биологии Билли Сволла из Университета Вашингтона. Сволла — директор Friday Harbor Laboratories, которая занимается, в числе прочего, исследованием регенерации у беспозвоночных. «Я думаю, что у людей есть все необходимые гены, и если мы сможем понять, как их включить, мы сможем регенерировать».

Хотя все это похоже на научную фантастику, многие ученые считают, что регенерация частей человеческого тела вполне достижима. Мы уже восстанавливаем кожу, части других органов и ногти; у нас также есть много необходимых генов, из которых практически все используются другими животными для регенерации структур их тела. Мы могли бы восстанавливать нервную систему, если бы поняли механизм, который черви используют для регенерации.

Обратная инженерия червей

Дорожная карта человека, которая содержится в нашей ДНК, присутствует в каждой клетке нашего тела и также должна содержать достаточно информации для создания или регенерации тела. Однако доступ к этой части плана недоступен для человека по какой-то эволюционной причине. Одна из возможных причин этого заключается в том, что регенерация требует слишком много энергии у большого и сложного организма вроде человека. Может быть и такое, что наша чрезвычайно развитая иммунная система останавливает этот процесс при помощи ответов, например, ввиду формирования рубцов.

Команда Вашингтонского университета исследовала, какие схемы экспрессии генов имеют место, когда у червей начинается регенерация. Поскольку регенерация у каждого червя идет по одной и той же схеме после начала, ученые считают, что должен существовать мастер-ген. Если этот ген начинает процесс, он может стать триггером для регенерации и у человека.

Они также пытаются определить, какие клеточные функции выступают в роли строительных блоков регенерации. Стволовые клетки — очевидный вариант, но могут быть и другие типы клеток, которые могут использоваться для регенерации. Наконец, команда ученых надеется использовать активацию генов или редактирование, чтобы запустить процесс у других животных, включая людей.

В конечном счете медицина могла бы принять совершенно другой вид. Жертвы ожога могли бы восстанавливать кожу, а люди, которые стоят в очереди на трансплантацию, выращивать новые конечности и внутренние органы. Конечно, такая технология, если она возможна, появится не скоро. Препятствия колоссальны, а над дублированием рабочих нервных систем человека, мозга и внутренних органов придется провести очень глубокую работу. Возможно, на это уйдет сотня лет.