Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.

В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.

Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.

«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».

Революция ДНК

Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.

К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.

«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».

Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.

Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.

Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.

Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.

«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.

Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.

Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.

Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.

Мозговые шарики

Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.

Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.

По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.

Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.

А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.

Возрождение неандертальцев

Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.

Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.

Это проверенный метод.

Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.

Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.

«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».

В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.

В августе 2008 года Министерство обороны США предложило десяткам научных групп заняться рассмотрением вопросов перспектив исследования совершенно новых аэрокосмических технологий, включая новые методы движения, взлета и скрытности. Среди представленных работ наиболее интересной значился 34-страничный доклад, подготовленный двумя учеными под заголовком «Варп-двигатель, темная энергия и манипуляция дополнительными измерениями». Документ был представлен перед военными 2 апреля 2010 года и лишь недавно был открыто опубликован Разведывательным управлением Министерства обороны США (DIA), сообщает издание Business Insider.

В этой работе авторы предполагают, что человечество уже недалеко от того момента, когда сможет раскрыть загадку более высоких, доселе невидимых измерений, а также отрицательной или «темной энергии» — репульсивной силы, которая, по мнению физиков, заставляет Вселенную расширяться с нарастающей скоростью.

«Возможность управления более высоким пространственным измерением позволит получить технологический контроль над темной энергией, что в свою очередь откроет возможность к разработке более экзотических пропульсивных технологий. В особенности – вапр-двигателя», — отмечается в отчете и здесь же добавляется, что «благодаря этому путешествия к другим планетам Солнечной системы будут осуществляться не за годы, а за считанные минуты и часы, а полеты внутри местного звездного скопления можно будет осуществлять за недели, а не за сотни тысяч лет».

Несмотря на весь оптимизм, отмечающийся в этом документе, физик Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл, специализирующийся на темной энергии и общей теории относительности, весьма скептически отреагировал на опубликованный отчет.

«Это лишь кусочки и фрагменты теоретической физики, которые подаются так, как будто мы стоим на пороге возможности их применения в реальном мире. Хотя это совсем не так. Я не могу назвать это бредом – все-таки это не Махараши (индийский гуру, основатель трансцендентальной медитации, — прим. ред), заявивший, что духовная энергия позволит нам подняться над землей и летать. Это все же реальная физика. Но это совсем не то, что в скором времени можно будет объединить в нечто цельное и предложить варианты использования. Возможно, мы к этому вообще никогда не придем», — комментирует Кэрролл.

С чего все началось

Причина для данного исследования пока по-прежнему остается неясной. Единственное, что на данный момент известно, так это то, что эта работа имеет некие отсылки к исследованиям американских военных, направленных на прогнозирование «потенциальных угроз» со стороны вероятных противников, разрабатывающих новые технологии. И в большей степени все это очень и очень условно. Все исследования велись в рамках «Новейшей программы идентификации авиационных угроз (AATIP)» и ее подпроектов.

Именно в рамках «Программы AAWSA» (Advanced Aerospace Weapon System Applications Program), финансировалось, по крайней мере, два исследования в области разработки двигателей и космических технологий, которые граничат с фантастикой. Первое из этих исследований, датированное 29 марта 2010 года, посвящено двигателю, способному разогнать космический корабль до сверхсветовой скорости. В исследовании речь идет о теоретических физических концепциях, таких как пространственно-временные искривления и гравитационные и антигравитационные силы. Второе исследование, которое «Программа AAWSA» опубликовала 2 апреля 2010 года, охватывает аналогичные области, но ещё включает темную энергию и иные измерения.

Эксперты AAWSA выполняли работу под эгидой Службы оповещения обороны Разведывательного управления, что имеет смысл, по крайней мере концептуально. Согласно данным официального брифинга, эта организация впервые появилась в 2002 году и «занимается выявлением источников растущих угроз интересам США в критически важных регионах мира».

«Эта служба также определит возможности воздействия на поведение противника до и на ранних этапах кризиса», — сказано в докладе.

В 2003 году эти задачи расширились и теперь включают в себя работу по «обеспечению как можно более раннего предупреждения о технологических достижениях, которые могут подорвать военное превосходство США».

Наблюдения НЛО часто является свидетельством перспективных и секретных проектов в области исследований и разработок военных самолетов. В рамках полномочий DIA команда экспертов могла исследовать отчеты о наблюдениях и пытаться установить, не связаны ли они с реальными программами, особенно теми, с которыми могли бы работать потенциальные противники, такие как Россия или Китай.

Команда AAWSA могла вникать в известные разработки в связанных областях, и это также имеет смысл в этом контексте. Если бы противники Америки стремительно двигались по пути создания варп-двигателей и других перспективных силовых установок, DIA определенно захотело бы знать об этом, чтобы помочь США подготовить ответные меры.

Тем не менее применимость этих исследований кажется сомнительной, как и некоторые части самого исследования. Ни в одном из отчетов не было указано, что технология, о которой они описали, приблизилась к практическому применению или что какое-либо иностранное государство близко подошло к совершению технологического прорыва.

Отчеты о встречах с НЛО в рамках программы AATIP не вызвали особого энтузиазма у ученых, ознакомившихся с опубликованным докладом. Сэт Шостак (глава Института SETI, занимающегося поиском инопланетных цивилизаций) ранее уже высказывался на тему того, почему он, сам являясь охотником за пришельцами, не верит в то, что инопланетные цивилизации нас когда-то посещали.

«Сложно поверить, что пришельцы прилетят сюда за сотни и сотни световых лет, а затем будут демонстрировать полное бездействие», — говорил Шостак.

Аналогичный скепсис со стороны видных экспертов в интересуемой области встретил и доклад о варп-двигателях, кротовых норах и прочих «звездных вратах» в рамках программы AAWSA.

Физика варп-двигателей

Иллюстрация варп-поля, создаваемого теоретическим устройством «Двигатель Алькубьерре». Находящийся внутри поля космический корабль сможет двигаться быстрее скорости света за счет «сжатия» ткани пространства перед ним и «разворачиванием» пространства позади

В докладе его авторы затрагивают сразу несколько вопросов, интересующих современную физику. Среди обсуждаемых концептов говорится о темной энергии (предсказал, но не доказал существование которой отец ОТО Альберт Эйнштейн), об искривляющих пространство-время гравитационных волнах, об эффекте Казимира, заключающемся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме, а также об М-теории, в которой говорится о возможном существовании нескольких дополнительных измерений, освоение которых определенно понадобится для работы варп-двигателя.

Авторы работы отмечают, что решение всех этих вопросов в конечном итоге позволит обойти фундаментальное правило Эйнштейна, которое гласит о невозможности двигаться быстрее скорости света.

«Этот документ рассматривает возможность, даже высокую вероятность того, что будущие разработки в области передовых аэрокосмических технологий будут связаны с воздействиями, искажающими пространственно-временные структуры, лежащие в основе пространства вакуума. Это можно назвать вакуумной или метрической инженерией».

«Это далеко не просто причудливая концепция. Существует специализированная литература в рецензируемых публикациях по физике, тема в которых подробно изучается».

«Идея в том, что достаточно продвинутая технология может взаимодействовать и получать прямой контроль над пространственно-временными измерениями. Эта дразнящая своими перспективами возможность, безусловно, заслуживает более глубокого изучения», — говорится в документе.

«Конечно, еще очень долго мы, возможно, будем не в состоянии достичь таких технологических высот, но уже сейчас, на раннем этапе 21 века, мы можем рассмотреть множество впечатляющих физических явлений, которые мы считаем истинными».

В этом же документе приводится инфографика, объясняющая, насколько быстрыми смогут стать космические путешествия, если человечество сможет передвигаться в космосе со скоростью, в сотню раз превосходящей скорость света

В документе также приводится общий принцип, согласно которому эти путешествия можно будет осуществлять. Так, согласно документу, использование достаточного объема темной энергии позволит «сжимать» перед космическим аппаратом и «разворачивать» позади него пространство. Находясь в своеобразном пузыре, корабль будет защищен от деформаций. Сам корабль внутри поля искажения фактически будет оставаться неподвижным, — перемещаться будет само искаженное пространство, в котором он находится. Это по сути и позволит кораблю двигаться быстрее скорости света, технически не нарушая физический принцип Эйнштейна.

Кэрролл отмечает, что концепт «не является абсолютным бредом», поскольку его математическая модель была разработана еще в 1994 году мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре.

«Вы действительно не можете двигаться быстрее скорости света, однако вполне можете себе представить возможность эффективного искривления пространства-времени, которое позволит преодолеть вам этот барьер», — говорит Кэрролл.

«То есть если вы, например, захотите посетить Альфу Центавра, то вполне сможете прибегнуть к принципу искривления пространства-времени, чтобы Альфа Центавра оказалась совсем рядом с вами. Достаточно близко, чтобы можно было добраться туда за день, а не за десятки тысяч лет. Поможет ли вам в этом искривление пространства-времени? Конечно поможет. Но сможете ли вы это сделать? Сомневаюсь».

По мнению Кэрролла, доклад DIA слишком глубоко закапывается в аналитику.

«В нем обсуждаются варп-двигатель, дополнительные измерения, эффект Казимира и темная энергия. Все эти вещи действительно, возможно, когда-нибудь нам откроются. Но я убежден, что никто не сможет разобраться во всем этом в течение ближайшего тысячелетия, не говоря уже о том, как все это использовать», — комментирует ученый.

Почему все это пока неправдоподобно

Кэрролл считает, что мы очень далеки от реальности с варп-двигателями потому, что пока никто толком не знает, что вообще представляет собой темная энергия (отсюда и название «темная», то есть непонятная), не говоря уже о том, откуда она берется, как ее хранить и уж тем более использовать.

Более того, по мнению ученого, чтобы долететь до Альфы Центавра – ближайшей к нам звездной системе, расположенной в 4,367 светового года – за пару лет с помощью, скажем, космического аппарата объемом в сотню кубических метров, нам придется говорить об астрономических объемах отрицательной энергии.

«Возьмите Землю и превратите весь ее объем в энергию – именно столько вам ее потребуется. Только следует понимать, что именно отрицательной энергии. Сейчас никто понятия не имеет, как это сделать», — говорит Кэрролл.

«И мы не говорим об обычных атомах, из которых состоит Земля, и их рассеивании, как это делось с помощью «Звезды Смерти». Нам придется придумать способ, позволяющий стереть их из этой реальности».

После этого эту энергию необходимо как-то собрать, сохранить и использовать со 100-процентной эффективностью.

«Это нереальная задача. Здесь вопрос не в том, что «у нас просто нет подходящих транзисторов» для работы. Речь идет о чем-то, что не вписывается в пределы возможности в принципе».

К слову, в самом докладе и говорится, что все его выводы являются умозрительными; признается факт необходимости использования «огромного объема отрицательной энергии», а также отмечается, что на «полное понимание природы темной энергии может потребоваться очень много времени».

В то же время в документе авторы предполагают, что «экспериментальные научные прорывы в исследованиях с Большим адронным коллайдером, а также дальнейшее развитие М-теории могут привести к квантовому скачку в нашем понимании этой необычной формы энергии и, возможно, новым прямых технологическим инновациям».

Спустя почти десять лет работы БАК так и не нашел хоть какого-нибудь доказательства существования частиц, которые позволили бы приоткрыть завесу тайны вокруг темной энергии. Проводимые эксперименты также не поспособствовали дальнейшему развитию М-теории.

Даже если предположить, что каким-то образом будет обнаружен способ получения темной энергии, а также способ скормить ее планетарный объем варп-двигателям корабля, выбрать подходящее направление для путешествия и даже отправиться в него, мы, а точнее те, кто полетят, столкнутся с не менее важными проблемами, решить которые будет жизненно необходимо еще до начала такого путешествия.

Из-за самого искривления пространства межзвездные путешественники могут утратить контроль над кораблем еще в момент начала полета. На пути следования к своей цели люди также могут столкнуться с проблемами. Есть вероятность, что излучение Хокинга, предположительно находящееся на границах черных дыр и других очень искривленных гравитацией областях космоса, может не только создать помехи в работе варп-поля, но и убить пассажиров корабля, пролетающего мимо.

Замедление космического аппарата также может оказаться смертельным для его команды. Аппарат, выходящий из варпа, может превратить космический газ и пыль, протяженностью в несколько световых лет от места отправки до места назначения, в смертоносную ударную волну из высокозаряженных частиц.

«Наука не позволяет мне одномоментно исключить возможность варп-путешествий, но все-таки я считаю, что это невозможно. Я думаю, что если бы мы лучше понимали физику, то уже бы без всяких сомнений сказали, что это сделать просто невозможно», — подытожил Кэрролл.