Несмотря на то что 2020 год можно назвать годом борьбы ученых с коронавирусом, в других областях науки были сделаны интересные и значительные открытия. К их числу можно отнести новый способ предсказания структуры белков, обнаружение следов жизни на Венере и частичное раскрытие тайны мощных радиовспышек во Вселенной. «Лента.ру» публикует десятку прорывных научных исследований, не связанных с изучением SARS-CoV-2.
Величайшая тайна биологии
Ученые уже научились определять, какие участки генома отвечают за синтез белков. Благодаря генетическому коду по последовательности нуклеотидов ДНК можно однозначно определить последовательность аминокислот в белке, называемую первичной структурой. Однако белок должен свернуться в трехмерную структуру, способную выполнять определенные функции. Этот процесс сворачивания, называемый фолдингом, зависит от химических свойств аминокислот. Чтобы определить функции, которые способен выполнять белок с заданной аминокислотной последовательностью, исследователи чаще всего прибегают к экспериментам. Даже если трехмерную структуру удается предсказать с помощью алгоритмов, высока вероятность ошибки.
Проблема фолдинга белков признана одной из величайших проблем в современной науке. Для каждой аминокислотной цепи в теории существует огромное число вариантов складывания, а внутри клетки реализуется, как правило, одно-единственное. Чтобы создать белки с необходимыми свойствами (например, для противоопухолевых препаратов), нужно знать, какая аминокислотная последовательность для этого потребуется и как она свернется.
С этой целью ученые разработали новую систему искусственного интеллекта (ИИ) DeepMind AlphaFold, которая обеспечивает беспрецедентную точность в прогнозировании структуры белка. По результатам тестирования средняя оценка для AlphaFold составила 92,4 по метрике Global Distance Test. При этом оценка 90 GDT считается конкурентоспособной среди результатов, полученных экспериментально. Это значит, что ИИ способен во многих случаях просчитывать трехмерную структуру белков точнее, чем с использованием ряда лабораторных методов.
Загадочный сверхпроводник
Исследователи Университета Рочестера открыли первый сверхпроводник при комнатной температуре. Сверхпроводники имеют нулевое электрическое сопротивление, однако это свойство проявляется только при очень низких температурах. В новой работе ученым удалось добиться сверхпроводимости при рекордной температуре около 15 градусов Цельсия. Однако для этого им пришлось подвергнуть материал из углерода, серы и водорода экстремально высокому давлению в 270 гигапаскалей (что в 2,6 миллиона раз больше атмосферного давления на Земле). Подобное давление характерно для центра Земли, и это делает данную сверхпроводимость непрактичной.Исследователи пока не знают точную структуру полученного сверхпроводящего кристалла. Даже компьютерное моделирование показало, что смесь из углерода, серы и водорода под экстремальным давлением не должна обладать столь высокой температурой сверхпроводимости. Однако результаты исследования дают надежду, что в будущем будет найден сверхпроводник при комнатной температуре и гораздо более низком давлении.
Нечто из космоса
Внутри метеорита, упавшего на Землю 30 лет назад, исследователи впервые обнаружили следы внеземного белка. С помощью масс-спектрометрии ученые выявили аминокислоту глицин, связанную с атомами железа и литием. Результаты моделирования показали, что глицин не был изолированной молекулой, а являлся частью белка, который назвали гемолитином.
Хотя белок структурно похож на земные белки, в нем присутствует изотоп водорода дейтерий. Соотношение дейтерия и водорода не характерно для Земли, однако соответствует долгопериодическим кометам, чья орбита простирается далеко за пределами орбит внешних планет Солнечной системы.
Ученые считают, что белок сформировался в протосолнечном диске более 4,6 миллиарда лет назад. В то же время остается вероятность, что молекула на самом деле относится не к белкам, а к другому типу полимеров.
Следы жизни на Венере
В верхних слоях атмосферы Венеры были найдены следы фосфина. При этом ядовитое вещество содержится в количествах, которые нельзя объяснить абиотическими механизмами, то есть процессами, в которых не задействованы живые организмы. Ученые выявили фосфин с помощью комплекса радиотелескопов ALMA в Чили и телескопа Джеймса Клерка Максвелла на Гавайях. На Земле это вещество производят анаэробные организмы, не использующие кислород для дыхания.
Известно, что фосфин также встречается в атмосфере газовых планет-гигантов, однако в этом случае его производят химические процессы, происходящие глубоко в их недрах под давлением. Хотя на Венере вряд ли могут выжить живые организмы из-за очень суровых условий, исследователи пока не знают, какие другие процессы могли бы привести к накоплению фосфина.
Позднее ученые продемонстрировали, что предварительная оценка количества фосфина могла быть завышенной, однако даже уточненные концентрации остаются слишком высокими. По данным специалистов, открытие может стимулировать новые исследования второй от Солнца планеты.
Древнейшая пыль
Звездная пыль, обнаруженная внутри массивного метеорита, который упал на Землю полвека назад, датируется 7,5 миллиарда лет, что делает ее самым старым твердым веществом, обнаруженным на планете.
Метеорит Мерчисон упал в Австралии в 1969 году. В нем ученые нашли гранулы пыли старше Солнечной системы, чей возраст достигает 4,6 миллиарда лет. Сами гранулы были выброшены в космос древними умирающими звездами, после чего они включились в состав новых небесных тел.
Сначала исследователи измельчили фрагменты метеорита, после чего порошок растворили в кислоте. Возраст гранул определили, оценив, как долго вещество подвергалось воздействию космических лучей, проникающих сквозь твердый материал. При взаимодействии пыли с лучами образуются новые элементы, в том числе изотопы неона, по числу которых и выявлялся возраст пыли. Оказалось, что 10 процентов гранул старше 5,5 миллиарда лет, а 60 процентов — от 4,6 до 4,9 миллиарда лет.
По словам ученым, открытие указывает на то, что Млечный Путь переживает периоды усиленного звездообразования, одно из которых случилось семь миллиардов лет назад.
