Ученые не стоят перед доской с фотографиями, расследуя запутанное убийство, хотя и помогают в этом другим посредством криминалистики. Однако чаще они решают загадки, некоторым из которых сотни лет, и которые связаны с их собственными областями в основном академических знаний: открытием причин заболевания, передвижения бактерий или кажущихся внеземными радиосигналов.
В других случаях они могут выяснить решение досадной математической теоремы, судьбу исчезающих молекул, причину, по которой компьютерная модель не может объяснить очевидные противоречия в устойчивости сложных экосистем, или причину, по которой конкретная архитектура имеет маловероятные пятна.
Другие загадки, с которыми ученые боролись — и в конечном итоге решили — поставили вопросы об идентичности: как выглядел динозавр с двумя огромными руками, кто нарисовал Мадонну под вуалью и кому принадлежали кости, найденные в лесах Теннесси.
Ниже расскажем о 10 таких загадок, с которых спустя годы наконец снята пометка таинственности.
10. Причина нарколепсии
Возможно, вы смотрели фильм «Крысиные бега», где персонаж Роуэна Аткинсона постоянно засыпает в самое неожиданное время и в любой позе. Так вот, этот недуг называется нарколепсия. Кроме неожиданного засыпания, к симптомам также относятся общая сонливость во время бодрствования и даже галлюцинации. Хотя нарколепсия встречается относительно редко, затрагивая примерно 1 из 2000 человек, хроническое расстройство сна усложняет жизнь тем, кто с ним сталкивается.
С 1986 года доктор Эммануэль Миньо из Стэнфордского университета, генетик, пытался определить ген, вызывающий это состояние. В это же время ученый из Японии Масаси Янагисава также независимо от Миньо работал над этой проблемой. В 2022 году они, наконец, идентифицировали виновника как контроль нейротрансмиттера под названием орексин, который способствует бодрствованию и блокирует быстрый сон (быстрое движение глаз). В результате никто из ученых не был обижен: оба разделили премию под названием «Прорыв».
Дальнейшая работа показала, что нарколепсия является аутоиммунным заболеванием. Нейроны, вырабатывающие орексин, разрушаются собственной иммунной системой организма. Теперь, когда Миньо берет с собой в клинику сна своего пса Ватсона, страдающего нарколепсией, чтобы помочь объяснить болезнь своим более молодым пациентам, ученый может сообщить хорошие новости о том, что могут быть разработаны новые методы лечения этого состояния. Теперь, благодаря Миньо и Янагисаве, эта научная загадка помечена как разгаданная. В результате вскоре люди с нарколепсией, надеюсь, смогут рассчитывать на хороший ночной сон и отличный день после этого.
9. Движение бактерий
Полвека ученые задавались вопросом, как бактерии попадают из точки А в точку Б. Световые микроскопы не могли показать, как бактерии со жгутиками передвигаются на уровне отдельных атомов, поэтому исследователи обратились к криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) и продвинутому компьютерному моделированию в своих попытках изобразить возможности. Однако, как отмечает Эдвард Эгельман с факультета биохимии и молекулярной генетики Университета Вирджинии, компьютерные сценарии были неверными.
Было понятно, что бактерии каким-то образом продвигаются вперед, скручивая свои жгутики, свои нитевидные придатки, во вращающиеся штопорообразные пропеллеры. Ученые озадачены тем, как бактерии совершают этот подвиг, поскольку жгутики состоят только из белка. Теперь эта научная загадка разгадана. Выяснилось, что белок бактерий существует в 11 состояниях, и точная смесь этих состояний ответственна за формирование штопорообразной формы жгутиков.
8. Источник загадочных радиосигналов
Ни один астроном не мог разгадать загадочную тайну происхождения странных радиовсплесков, которые, казалось, имели внеземную природу. Однако Эмили Петрофф, докторант Технологического университета Суинберна, разгадала загадку. Всплески, известные как перитоны, напоминают сигналы дальнего космоса, которые, по мнению ученых, могли возникнуть в результате превращения нейтронных звезд в черные дыры.
Фактическая причина сигналов была гораздо более приземленной: микроволновые печи, используемые астрономами для разогрева пищи. Дверца духовки была открыта до окончания таймера, в результате чего магнетроны прибора излучали очень короткие импульсы с частотой 1,4 Гц. Эти выбросы типичны для быстрых внегалактических радиовсплесков, но они исходили не из областей за пределами Млечного Пути.
7. Великая теорема Ферма
Великая теорема математика XVII века Пьера де Ферма оставалась загадкой в течение трех столетий. Теорема, представленная в виде, казалось бы, простого уравнения, утверждает, что не существует целочисленных решений уравнения xn + yn = zn, когда n больше 2. Заинтригованный этой загадкой с детства, Эндрю Уайлс интенсивно учился в течение семи лет в Принстонском университете до того, как к нему пришел ответ. Это произошло благодаря методу, включающему «модульные формы, эллиптические кривые и представления Галуа».
За свои хлопоты профессор Оксфордского университета был награжден Абелевской премией 2016 года и 700 000 долларов наличными. Он также добился известности. Как сказал представитель Норвежской академии наук и литературы: «Уайлс — один из очень немногих математиков, если не единственный, чье доказательство теоремы попало в заголовки международных новостей».
6. Исчезающие молекулы
Во время исследования ультрахолодной химии Кан-Кеун Ни, доцент Морриса Кана по химии, химической биологии и физике в Гарвардском университете, и ее команда понизили температуру двух молекул калия-рубидия почти до абсолютного нуля. В результате они продлили время существования интермедиата, пространства, где реагенты превращаются в продукты, в миллион раз дольше, чем те живут в более высокотемпературных регионах. Они увеличили его примерно до 360 наносекунд, что позволило им не только наблюдать за превращением реагентов в продукт, но и манипулировать им с помощью лазеров. В процессе команда узнала, почему ультрахолодные молекулы исчезают, когда их заставляют реагировать.
Попав в ловушку лазерного света, молекулы газа столкнулись друг с другом, как и ожидалось, но некоторые просто исчезли — или, по крайней мере, казалось, что исчезли. На самом деле считается, что исчезающие молекулы превратились в новые виды при столкновении. Таким образом, вместо того, чтобы просто разойтись в разные стороны из-за света, который команда использовала во время своих экспериментов, молекулы отклонились от своего типичного пути реакции на новый.
5. Устойчивые сложные экосистемы
Ученые используют компьютерные модели почти по тем же причинам, по которым кинематографисты используют спецэффекты: либо невозможно, либо слишком опасно составлять графики или снимать реальные события. Показательный пример: ученые изо всех сил пытаются определить реакцию экосистемы на изменение окружающей среды. Иногда сами такие модели таят в себе неожиданные загадки. Одной из таких загадок является сосуществование различных сложных систем, таких как джунгли, пустыни и коралловые рифы, в которых виды сосуществуют и взаимодействуют друг с другом. Математика говорит, что устойчивость таких систем невозможна; природа показывает, что это не так.
Вопрос о том, как примирить математику с реальностью, до недавнего времени ставил ученых в тупик. По данным Национального научного фонда США, Стефано Аллесина и Си Тан из Чикагского университета решили эту досадную загадку моделирования, введя переменную реального мира, которую пропустили создатели модели. А именно, это был тот факт, что в тропическом лесу, пустыне, на коралловом рифе или где-либо еще взаимодействие некоторых видов принимает форму отношений «съесть или быть съеденным» между хищником и добычей. Модель, разработанная Робертом М. Мэем из Оксфордского университета, не учитывала такое поведение. Аллезина и Тан добавили ее в схему.
Результаты этой дополнительной переменной показали, что свойства устойчивости сложных экологических систем определяются типом взаимодействия между видами (хищничество, конкуренция, мутуализм) и силой этих взаимодействий. Исследователи сделали это, не используя суперкомпьютеры или другие высокотехнологичные инструменты, которые так часто лежат в основе современных биологических открытий, используя только ручку и бумагу. Их прорыв произошел после того, как они нашли статью 1988 года по квантовой физике, которая дала им ключ к решению проблемы.
4. Внешний вид дейнохейруса
Даже ученым трудно разгадать загадку, когда у них есть только пара кусочков головоломки, а это все, что палеонтологи имели от окаменелого скелета динозавра. Все кости, кроме двух — пары массивных рук — отсутствовали. Ученые пытались угадать внешний вид остальных Deinocheirus mirificus. Считалось, что он мог напоминать хищника типа тираннозавра. С другой стороны, он мог больше походить на гигантского ленивца, который свисал руками с деревьев. После того, как в 2014 году был наконец обнаружен полный скелет загадочного зверя, ведущий исследователь Юонг-Нам Ли из Южнокорейского института геолого-геофизических исследований и минеральных ресурсов сказал, что он оказался «странным за гранью нашего воображения».
Существо было огромным, с клювом, горбатой спиной и гигантскими копытными ногами. Он был 11 метров в длину и весил шесть тонн, имел удлиненную голову, утиный клюв, большой парусообразный горб на спине, короткие и коренастые ноги и большие копыта. Он двигался медленно и обитал в болотистых заболоченных местах, питаясь растениями и рыбой. Возможно, он использовал свои длинные предплечья и гигантские когти, чтобы выкапывать и собирать травянистые растения в пресноводных местах обитания. Профессор Джон Хатчинсон, палеонтолог из Королевского ветеринарного колледжа Великобритании, сказал: «Это действительно шокирует, когда видишь, сколько у него странных особенностей. Это меняет наш взгляд на то, какие формы могут принимать динозавры».
3. Подлинность картины Боттичелли
Для коллекционеров и музеев подлинность означает большие деньги в мире искусства. Однако подделки более распространены, чем можно подумать. Один из вопросов подлинности в двадцатом веке касался «Мадонны с вуалью», якобы написанной итальянским мастером Сандро Боттичелли.
Примерно во время Второй мировой войны у искусствоведов возникли подозрения в отношении картины. Электронно-лучевой анализ картины показал, что она содержит непрозрачный зеленый оксид хрома, пигмент, который не был широко доступен до 1862 года, примерно через 350 лет после смерти Боттичелли. Однако рама картины, должно быть, была старой, поскольку в ее дереве были червоточины. Однако отверстия оказались делом рук бура, а не прожорливых личинок жуков. В конце концов, предполагаемый шедевр оказался работой Умберто Джунти, итальянского фальсификатора, работавшего в 1920-х годах.
2. Раскрытие висяка
Годы неуверенности в том, что случилось с пропавшим без вести, мягко говоря, разочаровывают. Это также настоящее испытание для тех, кто не знает о судьбе своего близкого человека. Обстоятельства трагедии пятнадцатилетней Трейси Сью Уокер, исчезнувшей в Лафайетте, штат Индиана, в 1978 году, были раскрыты только спустя годы после ее исчезновения. Это произошло, когда в 600 километрах от Лафайета в лесах округа Кэмпбелл, штат Теннесси были найдены некоторые из ее костей, включая череп и зубы, а также ожерелье. Однако судмедэксперты не смогли однозначно идентифицировать останки как принадлежащие Трейси. Только в 2022 году Бюро расследований Теннесси смогло идентифицировать останки пропавшей женщины.
Благодаря новым методам, которые позволили создать профиль ДНК из самого скудного оставшегося материала, несмотря на длительное загрязнение окружающей среды, цифровую информацию можно было загрузить в генеалогические базы данных. В результате потенциальный родственник был обнаружен в Индиане, как и возможные члены семьи в Лафайете, которые подтвердили, что Трейси исчезла из этого района. Центр идентификации человека Университета Северного Техаса в Форт-Уэрте смог подтвердить, что останки, найденные в лесах Теннесси, на самом деле принадлежали Уокер. Наконец, ее семья теперь знает, где, хоть и не как, умер их близкий человек.
1. Пурпурные пятна Альгамбры
«Пурпурные пятна» на «позолоченной штукатурке» Альгамбры, памятника исламской крепости-дворцу в Гранаде, Испания, озадачили экспертов. В частности, они задавались вопросом, что их вызвало. Ученые знали, чем они не были. Они не были результатом добавления пигмента. Небольшое исследование библиотеки выявило возможного виновника: частицы золота. Изучение пурпурных пятен под электронным микроскопом подтвердило гипотезу исследователей. Теперь все, что осталось от тайны, это то, как были получены частицы золота.
Многовековой возраст Альгамбры затруднял определение точного процесса создания золотых частиц, но место, в котором они были обнаружены, давало ключ к разгадке. Пурпурные пятна Альгамбры видны не везде, а только в некоторых позолоченных частях памятника, которые находятся на открытом воздухе или подвергаются воздействию влаги и соли от брызг Средиземного моря, которое находится всего в 50 километрах от него. Эти факты привели исследователей к окончательному разгадыванию тайны пурпурных пятен Альгамбры. Они возникают из-за смеси элементов: оловянных листов за золотым листом, влажности окружающей среды и аэрозолей, которые ветер приносит со Средиземного моря, растворяя золото в листах.