Перельман победил крокодила

Газета The Independent опубликовала список топ-событий в мире науки за 2006 год по версии одного из самых авторитетных научных журналов – Science.

Главным событием года признано решение (в одиночку!) российским математиком Григорием Перельманом одной из фундаментальнейших проблем математики – задачи Пуанкаре.

Сформулированная в 1904 году французским математиком, физиком и философом Жюлем Анри Пуанкаре задача относится к топологическим преобразованиям. Благодаря им, можно, например, любую замкнутую двумерную поверхность уподобить сфере (поверхности обычного шара). Такие фигуры называются гомеоморфными. Но никакие преобразования не помогут превратить замкнутую поверхность в незамкнутую (грубо говоря, поверхность шарика в поверхность бублика). То есть любая замкнутая поверхность должна быть гомеоморфна сфере.

Для окружающего нас двумерного случая задачу решили ещё в XIX веке. В 1904 году Пуанкаре предположил, что задача имеет решение и в более многомерных пространствах (например, трёхмерная поверхность четырёхмерного шара или пятимерная поверхность шестимерного шара). Как оказалось, решить задачу Пуанкаре для более высоких размерностей можно. В 1960 году для размерностей 5 и выше её решили Стивен Смэйл, Джон Стэллингс и Эндрю Уоллес. Но для размерностей 3 и 4 их подход оказался неприменим. Только в 1981 году Майкл Фридман решил задачу для размерности 4. Но трёхмерный случай оказался неприступен и для него.

Новость о решении задачи пришла неожиданно: работавший над ней в течение восьми лет сотрудник Санкт-Петербургского отделения Математического института имени Стеклова РАН (ПОМИ РАН) Григорий Перельман опубликовал на специализированном сайте препринтов две статьи под именем Гриша Перельман - в ноябре 2002 года и в марте 2003 года. Итог статей (по сути – схема доказательства задачи Пуанкаре, а точнее, её более общего варианта – гипотезы геометризации Терстона) – задача решена, можно двигаться дальше.

Три независимые группы математиков потратили два года на анализ доказательства Перельмана и пришли к выводу, что он действительно доказал знаменитую гипотезу.

В 2006 году доктор Перельман получил главную математическую премию мира – Медаль Филдса – однако отказался принять и ее, и отдельную награду в $1 млн от Математического института Клея в Массачусетсе.

В числе других топ-пяти «прорывов» 2006-го года Science назвал еще четыре выдающихся достижения, о которых на протяжении года писала «Газета.Ru».

Среди них – работы по расшифровке генома неандертальца, которые показали, что генетическое расщепление общего предка на неандертальцев и Homo Sapiens произошло около 500 000 лет назад.

К такому выводу пришли сразу две группы исследователей, использующих разные методы.

Одна работа опубликована в Nature. Ее авторы – группа ученых из США, Германии и Хорватии, возглавляемая Сванте Пааво из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге. Они сумели проанализировать 1 млн пар азотистых оснований ДНК, выделенных из 45000-летнего мужчины-неандертальца, останки которого обнаружены в пещере Vindija близ Загреба.

В работе Пааво интересны два вывода. Во-первых, геномы неандертальца и человека идентичны на 99,5%.

Для этого вывода хватило сравнительного анализа выделенного миллиона пар оснований с ДНК человека (геном человека содержит 3,2 млрд «букв» ДНК, сгруппированных в 30 000 генов). Второй вывод – виды Homo sapiens и Homo neanderthalensis генетически разошлись в интервале от 465 до 569 тыс. лет назад.

Исследования второй группы, возглавляемой Эдвардом Рубинсом, опубликованы в журнале Science. Рубинс, работающий в Национальной лаборатории Лоуренса (Беркли, Калифорния), использовал «метагеномную» технику. Ему удалось выделить 65 тыс. пар оснований ДНК, на основании анализа которых сделан вывод: разделение видов произошло в интервале от 120 000 до 670 000 лет назад.

Некоторые коллеги Пааво (показавшего также, что неандертальцы могли скрещиваться с человеком) и Рубинса уже поспешили назвать работы ученых самым значительным вкладом в изучение неандертальцев и происхождение человека с 1856 года, когда были найдены и приняты за кости медведя первые останки неандертальца.

Еще одно значительное событие – измерение скорости таяния льдов Гренландии и Антарктики. Здесь отличились американцы.

Команда Чен Цзяньли из Университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) изучала ежемесячные изменения земной гравитации в период с апреля 2002 года по ноябрь 2005 года. В своих расчетах команда опиралась на данные научного спутника GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), запущенного NASA в 2002 году. Эти данные позволили установить и изменения массы ледяного щита крупнейшего земного острова – Гренландии.

Выводы специалистов, опубликованные в журнале Science, гласят: в 2005 году Гренландия потеряла 239 кубических километров льда. Однако результаты, полученные при обработке данных первых двух лет работы спутника Grace, говорили о потере в три раза меньшей. Доктор Чен в своей статье пояснил, что частично расхождение в данных объясняется глобальным потеплением, а частично тем, что с опытом ученые стали лучше и точнее обрабатывать полученные со спутника данные. Дело в том, что для получения точных данных об уменьшении массы Гренландии нужно отсечь все остальные переменные, в том числе гравитационные возмущения от атмосферы Земли и океанов.

Аналогичные исследования проводились и для Антарктиды.

Следующее событие года – обнаружение палеонтологами недостающего звена в эволюции позвоночных – существа, соединяющего цепочку превращения рыб в наземных животных.

Как сообщает Nature, недавно обнаруженные палеонтологами на острове Элсмир в составе Канадского Арктического архипелага окаменевшие останки доисторического животного заполнили эволюционный пробел между рыбами и первыми животными, вышедшими из воды на сушу приблизительно 375 млн лет назад.

Неизвестный ранее науке вид получил название Tiktaalik roseae. Он сочетает в себе признаки четвероногого – череп с наружными большими ноздрями, шею, ребра и фрагменты конечностей, а также отличительные особенности рыбы – примитивную челюсть, сильные костистые плавники и чешую.

Хищник имел голову, похожую на крокодилью, острые зубы и обтекаемое тело. Глаза располагались в верхней части головы, из чего следует, что жил новооткрытый вид в мелких водоемах. Хорошо сохранившийся костный материал от скелетов сразу нескольких экземпляров (размер костей колеблется от 1,3 до 3 м в длину) позволил ученым реконструировать облик рыбокрокодила – предка самых ранних амфибий, и сделать далеко идущие выводы.

В частности, благодаря хорошему состоянию окаменелостей удалось досконально изучить места сочленения плечевых, локтевых и запястных костей и установить, что они могли служить для перемещения по суше, нести вес тела и выдержать силу тяжести. По словам профессора Нейла Шубина, специалиста по организменной биологии университета Чикаго и соруководителя исследования, существо стирает грань между рыбами и наземными животными – как в анатомическом отношении, так и в образе жизни. Фактически находку можно охарактеризовать как четвероногую переходную рыбу. Чем-то она напоминает и крокодила с ластами.

Еще одно достижение относится скорее к области хай-тека.

Ученые Инженерной школы Пратта при университете Дюка продемонстрировали первую работающую шапку-невидимку. Правда, пока она работает только в двух измерениях, только с микроволнами, и сама чуть более дециметра в диаметре, но все же работает. Успеха физики достигли благодаря особым «метаматериалам» – композитам, взаимодействующим с электромагнитными полями. Новые материалы заметно понизили «видимость» объекта для микроволнового диапазона. Работа группы специалистов под руководством Дэвида Шурига опубликована в Science Express, онлайн версии журнала Science.

Помимо этих открытий, Scirnce отметило еще несколько событий. Среди них – создание препарата, помогающего от слепоты. Лекарство под названием Ranibizumab улучшает зрение около трети пациентов с серьезной формой возрастной дистрофии желтого пятна, а у остальных стабилизирует состояние. Также отмечено доказательство того, что образование нового вида может стать результатом всего одной генетической мутации. Это открытие сделано на примере одного из видов мышей во Флориде и кактусового вьюрка.

Значительное событие произошло в цитологии. Биологам удалось увидеть внутреннюю работу клетки и белков с помощью нового микроскопа, расширившего границы возможностей приборов наблюдения.

Ряд проведенных в 2006 году исследований раздвинули границы понимания природы нашей памяти. Они свидетельствуют, что воспоминание образуется благодаря процессу, усиливающему связи между отдельными нервными клетками. Специалисты назвали этот процесс долговременной потенциацией. Кроме того, Science отметило открытие контроля генов молекулами РНК.

Следует отметить, что в первую пятерку Science вошли работы (не считая доказательства Перельмана), опубликованные либо в самом Science, либо в другом общенаучном издании – Nature. Довольно странным выглядит и то, что даже в расширенном списке открытий нету ни одного из многочисленных и весьма выдающихся исследований, сделанных в области астрономии.