Январский Ученый совет в рамках Университетских чтений открылся докладом академика РАН, научного руководителя ЮФУ, доктора химических наук, профессора Владимира Исааковича Минкина «Прорывные достижения мировой науки за 2023 год».
В докладе Владимир Минкин рассказал о наиболее значимых открытиях и разработках ученых всего мира, которые повлияют на дальнейшее развитие человечества, научно-технологического прогресса в мире.
Медицина
«Обычно научные прорывы всегда относились к неким фундаментальным достижениям: открытие бозона Хиггса на адронном коллайдере, открытие гравитационных волн, столкновение нейронных звезд, редактирование генома и тому подобное. Но в этом году по решению журнала «Science» научным прорывом, высшим достижением года стало открытие препаратов-агонистов гормона GLP-1, которые преображают современную медицину и нашу общую культуру. Большой угрозой для общества журнал «Science» и ученые, которые его редактируют, считают «Эпидемию тучности». В данном случае речь идет не только о внешних накоплениях жира, но и об ожирении внутренних органов, именно оно является особенно опасным», — cчитает мировое сообщество эндокринологов, согласно статистике которого на 2023 год 74% населения США и 50% населения Европы имеют избыточный вес.
GLP-1 — это пептид, белок, он состоит из 33 аминокислот. Исследования GLP-1 ведутся в течение многих лет, и было выяснено, что после попадания в организм этот гормон выделяется немедленно после приема пищи, начинает вырабатывать инсулин и контролирует содержание сахара. Установлено, что GLP-1 оказывает положительное влияние на большинство внутренних органов, включая мышцы, кости и мозг человека. GLP-1 применялся для лечения диабета второго типа, лучшим образом он действует в комбинации со своим рецептором GLP-R (другой белок аналогичного состава) и при добавлении агониста (способствующего вещества). Один из таких агонистов – пептид Семаглутид – гарантированно позволяет снизить вес на 15% в течение 12 месяцев приема.
«Почти столетие центральная догма науки о тучности утверждала, что ее причина — энергетический дисбаланс между потребленными и истраченными калориями. Согласно распространенному мнению у тучных людей недостает силы воли, и они едят слишком много или упражняются слишком мало. Это неверно, но данное ошибочное представление замутнило научное мышление на много лет. Научное доказательство указывает на то, что тучность является гормональным нарушением», — именно так ученые определяют сущность сделанного открытия, пояснил Владимир Минкин.
В этом году большое внимание уделяется исследованиям, связанным с медициной. И еще одним примером является создание препарата «Lecanemab» против болезни Альцгеймера, которой страдает 47 млн. людей во всем мире, включая 1,5 млн в РФ. Причина болезни – поражение мозга амилоидными пептидами. Новое лекарство производится на основе моноклональных антител (клонов одной и той же иммунной клетки). Эффективность препарата оценивается всего в 20-25%.
Особенно значимым научным открытием в области медицины является создание новой вакцины от малярии – болезни, ежегодно уносящей жизни 470 000 людей, большинство которых – это жители Африки. Первая в мире вакцина от этого заболевания была создана только в 2021 году, и ее эффективность не превышала 30%. Созданная в 2023 вакцина уже получила одобрение ВОЗ, но данные о ее эффективности пока еще не задокументированы.
Геология
На побережье Северной Каролины ученые обнаружили некие провалы, из которых сочился водород. Земля содержит один триллион тонн водорода (14 % Земной коры), особенный интерес у исследователей вызвал вопрос, как именно образуется водород в Земной коре. По словам профессора Минкина, существует несколько гипотез.
Во-первых, это возможный радиолиз, когда трансурановые элементы разлагаются, взаимодействуют с водой, в результате чего выделяется водород. Во-вторых, в районе мантии находятся различные карстовые породы с железосодержащими минералами, которые при высоких температурах также взаимодействуют с водой. И, в-третьих, водород выделяется из тектонических трещин литосферы.
Генетика
В 2023 году ученым удалось полностью расшифровать геном человека, завершив начатый в 2003 г мировой проект. Владимир Исаакович подчеркнул, что знание генома дает ключ к пониманию и лечению болезней человека, истории эволюции животного и растительного миров и пр. Хорошим примером могут служить исследования молодых ученых Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского и Института истории и международных отношений Южного федерального университета по изучению геномов останков человека в меотских городищах Нижнего Дона. Установлено азиатское происхождение сарматов и европейское происхождение меотов, ведется ДНК-фенотипирование останков из элитных погребений Юга России хазарского времени.
VUCA-мир
В качестве особенно важного социального явления журнал «Science» выделил протест сформированного в США сообщества молодых исследователей, которые только начинают свой профессиональный путь и которые не удовлетворены сложившимися в американских университетах традициями и своим материальным положением.
«Появилась группа “Early-Career Researchers” исследователей, которые находятся в начале их карьеры. Эти ученые утверждают следующее: «Сегодня «раннекарьерные исследователи» встречаются с так называемым VUCA-миром, то есть неустойчивым (Volatile), неопределенным (Uncertain), сложным (Complex), неоднозначным (Ambiguous), характеризующимся новой нормой постоянных, ускоряющихся и часто непредсказуемых изменений». Таким образом ученые хотят обратить внимание общества на то, как для становления успешной карьеры важны основы, заложенные на ее раннем этапе, именно они преимущественно оказывают долгосрочное влияние на будущее человека», — отметил Владимир Минкин.
Навстречу эре экзафлопсного компьютинга
По словам академика Минкина, мир приближается к эре экзафлопсного компьютинга. До последнего времени самым производительным суперкомпьютером с квинтиллионной частотой операций был «Frontier», он находился в Национальной лаборатории Ок-Ридж (США), там же вступил в действие второй суперкомпьютер, еще более мощный производительностью 1.88 х 1018 операций в секунду. Созданы экзафлопсные компьютеры в Китае, должен быть введен в 2024 первый такой компьютер в Европе.
«Возможности экзафлопсных компьютеров позволяют реализовать программы для проведения онкологических исследований, для расшифровки масс-спектров (самый мощный аналитический метод исследования крови, инфекций и т.д.), программы гидродинамики нового типа, решать проблемы астрофизики, разработать программы зондирования сейсмической активности и многие другие», — пояснил профессор Минкин.
Академик Минкин отметил важность работы Научно-образовательного центра мирового уровня «Многопроцессорные вычислительные и управляющие системы с реконфигурируемой архитектурой» под руководством профессора, академика РАН Игоря Каляева. Работа этого центра нацелена в первую очередь на решение самых насущных научно-технических задач. Создание семейства реконфигурируемых суперкомпьютеров позволяет конфигурировать имеющийся набор процессоров применительно к конкретной задаче — суперкомпьютер «Frontier» и экзафлопсный компьютер такими возможностями не обладают.
Методы Искусственного Интеллекта для предсказания погоды
На сегодняшний момент самым авторитетным прогнозирующим центром является Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды. Этот центр имеет мощнейший компьютер, который выдает 10-дневный надежный прогноз погоды с разрешением 0.1∘ по долготе и широте на 137 вертикальных уровнях. По версии журнала «Science» достижение заключается в том, что компании Google, Huawei и Nvidia использовали метод глубокого обучения, имея в качестве своей базы для тренинга 40-летние прогнозы погоды Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, благодаря чему обеспечиваются 10-дневные прогнозы менее чем за одну минуту на одном тензорном процессоре.
Три типа Искусственного Интеллекта
Владимир Исаакович в своем докладе отметил особое внимание, которое уделяется Российской академией наук задачам развития вычислительных мощностей и революционному прогрессу методов искусственного интеллекта. Сделанное в 2023 году журналом Nature сообщение о том, что развитые Deep Mind программы так называемого активного обучения сделали возможным решение математических задач, позволяют говорить уже о трех типах искусственного интеллекта: слабый ИИ (не может решать неизвестные задачи и работает на известных программах; сильный ИИ (способен создавать свои программы, базируясь на анализе «больших данных» и может решать неизвестные задачи (СhatGPT, Alpha Zero, др.); супер-ИИ способен решать математические задачи и генерировать машинные коды.
Мы на пути к 5-й парадигме научных открытий
«Философия науки описывает развитие науки в терминах смены создаваемых ею парадигм (набор методов, концепций, подходов, трактовок и т. д.) В средние века заканчивается парадигма, основанная на чисто эмпирических данных, затем наступает парадигма «Теоретическая наука», говоря словами Эйнштейна: «Только теория решает, что’ мы на самом деле ухитряемся наблюдать». Следующая третья парадигма – область компьютерного моделирования задач на основе методов их решения, диктуемых теорией. Современная четвертая парадигма – парадигма «больших данных», когда благодаря колоссальному прогрессу различного рода ИИ-моделирования мы можем решать задачи, которые не поддаются стандартным теоретическим и вычислительным подходам. И, похоже, близится наступление пятой парадигмы, включающей методы и подходы всех предыдущих и дополняющей их последними достижениями методов ИИ и робототехники», — исключительные возможности, открываемые такими исследованиями, Владимир Минкин проиллюстрировал на примере создания новых материалов.
