В следующем десятилетии научные работы в области естествознания сосредоточатся в трех направлениях: силы природы, загадки Вселенной и жизнь на Земле. Открытия в этих областях позволят лучше понять устройство нашего мира — от микрочастиц до Вселенной в целом. Тайны Вселенной всегда занимали умы человечества. Но только сейчас мы стоим на пороге получения ответов на некоторые важнейшие вопросы. Главные из них: из чего состоит Вселенная и есть ли жизнь на других планетах?

В распоряжении физиков имеется ускоритель элементарных частиц БАК, позволяющий обнаруживать ранее неизвестные элементарные частицы и, возможно, способный дать принципиальное объяснение существованию во Вселенной материи. Астрономы располагают телескопами и спутниками, позволяющими разглядеть удаленные планеты и получить новые данные об истории Вселенной и ее устройстве. Поэтому шансы на раскрытие многих тайн природы в ближайшие десять лет действительно велики.

Обнаружение жизни на других планетах. Ученые планируют найти следы жизни на других планетах Солнечной системы. Кроме того, они будут искать планеты, вращающиеся вокруг иных звезд, обладающих свойствами, которые делают возможным существование жизни. Когда-то климат на Марсе был влажным и теплым, а под ледяной поверхностью спутников Юпитера Ганимеда и Европы, возможно, скрываются жидкие океаны.

С помощью телескопов астрономы получат новые данные о планетах в нашей Галактике. Но даже если обнаружатся следы химических соединений, которые могут являться свидетельством жизни, нельзя исключить вероятность того, что причины их существования могут оказаться не только биологическими.

Идентификация темной материи. Материя — это форма энергии, но лишь 4% энергии Вселенной приходится на обычное вещество — звезды, планеты и межзвездный газ. Все остальное — это так называемая темная материя и темная энергия, феномен которой ученые до сих пор не могут объяснить. Около четверти суммарной энергии Вселенной составляет темная материя, не способная к излучению.

В целях обнаружения темной материи будут использоваться новые телескопы, в том числе космический телескоп Вебба и огромный EELT. А в ходе экспериментов, проводимых с использованием ускорителя частиц БАК, ученые попытаются выяснить, из каких частиц может состоять темная материя. Даже если ученые обнаружат частицы, которые можно будет рассматривать как потенциальную темную материю, будет сложно доказать, что темная материя Вселенной состоит именно из них. Возможно, существует несколько видов темной материи.

Обнаружение частицы Хиггса. Нечто или ничто? На этот вопрос поможет ответить ускоритель частиц Большой адронный коллайдер. С его помощью можно воссоздать условия, существовавшие доли секунды после Большого взрыва. По мнению физиков, своей массой частицы обязаны особой силе, существовавшей в ранней истории Вселенной. С этой силой связана частица Хиггса, которая может объяснить, почему материя обладает массой.

Новые сучки на «древе жизни»

Стремительное развитие биотехнологий имеет огромное значение для изучения живых организмов, в том числе самого человека. Мы приближаемся к пониманию того, как развивалась жизнь на Земле на протяжении почти 4 млрд лет. Генная инженерия поможет составить «древо жизни», мы пополним знания о своем происхождении, о многообразии предшествующих нам человеческих видов, о том, что сохранилось в современном человеке от его предков. Революционным достижением станет создание искусственных живых микроорганизмов. Но главное — мы должны позаботиться о существующей жизни, чтобы остановить исчезновение видов на Земле.

Построение «древа жизни». Хотя с момента публикации работы Дарвина о происхождении видов прошло более полутора столетий, мы еще многого не знаем об эволюции. До сих пор неясно, каким образом возникли многоклеточные организмы и чем объясняется видовое многообразие в природе. Ученые усовершенствуют методику анализа генетического материала, а новые технологии позволят быстрее секвестрировать ДНК.

Для получения более полной картины предстоит найти окаменелости древних организмов и провести анализ их ДНК, чтобы выявить взаимосвязи между различными видами, а также определить, когда появился общий предок. Таким образом мы построим «древо жизни», демонстрирующее эволюционные взаимосвязи между видами.

Открытие неизвестных ранее видов человека. Раннюю историю человечества можно воссоздать с помощью анализа костных останков древних людей. За последнее десятилетие в данной области были сделаны ошеломляющие достижения. Анализ ДНК рассказал о миграции народов на континентах, о родственных связях, которые существуют между современными людьми и вымершими человеческими видами. Возможно также и обнаружение ранее неизвестных человеческих видов.

Для получения максимального количества данных из хрупких костных останков древних людей потребуются большая изобретательность и новые технологии.

Сохранение биологического разнообразия планеты. Очень важно сохранить все виды растений и животных, каждый из которых заполняет свою уникальную нишу в экосистеме, поскольку потеря одного вида может повлечь за собой вымирание многих других. Рост населения Земли продолжится, и это может пагубно сказаться на состоянии природных ресурсов.

Необходимо повсеместно создавать новые заповедники, продолжать строительство генных банков путем сбора биоматериалов и баз данных их последовательностей ДНК или целых геномов различных организмов. С помощью таких коллекций можно будет «оживить» животных или растения, которые находятся под угрозой исчезновения.

Создание бактерий, способных вырабатывать энергию. Ученые научились создавать копии ДНК-бактерий, помещать этот искусственно полученный генетический материал в пустые клетки и получать из них способные к размножению бактерии. Живые организмы чрезвычайно сложно устроены, и поэтому создание микроорганизмов для выполнения конкретных задач является очень непростой задачей.

Идет работа над созданием организмов, способных превращать СО2 в экологичный пластик или биотопливо, вырабатывать электроэнергию, чистую воду или лекарственные препараты.