Гены неандертальца, запутанность атомов и «конструктор» химика: за что дали Нобелевскую премию
Стали известны имена лауреатов Нобелевской премии 2022 года. Об исследованиях, которые уже изменили науку, мы расскажем в этом материале.
Последняя воля Альфреда Нобеля
Нобелевская премия – это несколько отдельных премий, которые вручаются в соответствии с завещанием Альфреда Нобеля тем, «кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству» в физике, химии, физиологии или медицине, литературе, экономике и мире.
Согласно завещанию Альфреда Нобеля, большая часть принадлежавшего ему имущества была продана, а деньги вложены в ценные активы, из процентов от инвестирования которых и формируется фонд премии. Годовые доходы делятся на равные части, каждая из которых идет на финансирование отдельной премии.
Одну Нобелевскую премию могут присудить одной или двум работам, но при этом общее число лауреатов не должно превышать трех.
Выбору лауреатов и награждению предшествует большая работа, которая ведется круглый год многочисленными научными и общественными организациями по всему миру. Окончательный отбор лауреатов осуществляют Шведская королевская академия наук (премии в областях физики, химии и экономики), Шведская академия (премия по литературе), Нобелевская ассамблея Каролинского института (премия в области физиологии и медицины) и Норвежский нобелевский комитет (премия мира).
Завещание Нобеля после его смерти вызвало много споров как в Швеции, так и за рубежом, поскольку ученый и инженер оставил большую часть своего состояния на учреждение премии. Его семья выступала против учреждения премии, а названные им лауреаты отказались выполнять то, о чем он просил в своем завещании. Потребовалось пять лет, чтобы в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия.
Физиология и медицина – гены древнего человека
Нобелевскую премию вручили ученому из Швеции Сванте Паабо за изучение генома неандертальца и открытие денисовца. «За открытия, касающиеся геномов вымерших гоминидов и эволюции человека» – так звучит официальная формулировка Нобелевского комитета.
В чем суть работы?
Долгое время было непонятно, возможен ли анализ архаичной ДНК вымерших форм гоминидов – древних предков человека. Технологические разработки и стандарты исследования, предложенные Сванте Паабо, показали, что ничего невозможного в этом нет.
Исследователь впервые секвенировал геном неандертальца (Homo neanderthalensis). Он также сделал сенсационное открытие, обнаружив ранее неизвестного гоминида – денисовского человека, или денисовца (Homo denisovensis).
Кроме того, ученый показал, что передача генов произошла от этих ныне вымерших видов людей к Homo sapiens уже после миграции из Африки, которая началась около 70 тысяч лет назад. Это подтверждает, что анатомические предки современных людей скрещивались с другими видами, которые обитали на той же территории.
Зачем это нужно?
Открытия Паабо не только проливают свет на эволюционную историю человека, но также имеют практическое значение. По данным исследований, геномы современных людей из неафриканских народов содержат от 1 до 2% генетического материала неандертальцев. При этом архаичные сегменты ДНК различаются у людей, и в общей сложности около 20% генома неандертальца сохранилось у современных людей.
Поскольку архаичные люди уже были генетически адаптированы к жизни в некоторых средах за пределами Африки, их скрещивание с анатомическими предками современных людей помогало последним адаптироваться и выживать в новых условиях.
Например, у современных жителей Тибета обнаружена версия гена гипоксии, которая досталась им от денисовского человека и помогает выживать на большой высоте. Другой пример – наборы генов, которые отвечают за взаимодействие с вирусами. Недавние исследования ученых показали, что архаичные аллели на хромосомах могут влиять на риск развития дыхательной недостаточности при коронавирусной инфекции.
Существуют и другие примеры связи между архаичными аллелями и человеческими фенотипами, связанными с болезнями или особенностями развития. Эта область продолжает активно развиваться, но уже сейчас понятно, что, изучая связи между генами предков и физиологией человека, можно открыть множество необычных свойств, которые будут полезны в медицине.
Физика – квантовая запутанность
«Прародителям» квантовых компьютеров вручили Нобелевскую премию по физике.
Лауреатами стали Ален Аспе из Франции, Джон Клаузер из США и Антон Цайлингер из Австрии.
В чем суть работы?
Все три лауреата исследовали эффекты запутанности квантовых частиц и нарушение неравенства Белла. Квантовая запутанность – физическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Происходящее с одной частицей в запутанной паре определяет то, что происходит с другой, даже если они находятся слишком далеко, чтобы влиять друг на друга. Суть её в том, что измерение какого-либо параметра одной частицы сопровождается мгновенным (быстрее скорости света) получением информации о состоянии другой. Это явление и возможность его использования служили источником многолетних дискуссий, в том числе и с участием Альберта Эйнштейна, который считал этот эффект невозможным.
Еще в 1960-х годах физик Джон Стюарт Белл разработал математическое неравенство, которое позволяло проверить наличие скрытых переменных. Они могли бы объяснить таинственную связь частиц в квантовой механике.
Американец Джон Краузер развил идеи Белла и придумал практический эксперимент, который показал нарушение неравенства Белла и тем самым подтвердил квантовую механику. Алан Аспект продолжил исследования Краузера и доработал эксперимент так, чтобы закрыть возможную «лазейку», которая могла повлиять на результат.
Зачем это нужно?
Сложные эффекты квантовой механики начинают находить практическое применение. В настоящее время существует обширная область исследований, включающая квантовые компьютеры, квантовые сети и безопасную связь с квантовым шифрованием, которые основаны на эффектах запутанности частиц. Используя усовершенствованные инструменты и длинную серию экспериментов, Антон Цайлингер первым начал использовать запутанные квантовые состояния на практике. Среди прочего его исследовательская группа продемонстрировала явление, называемое квантовой телепортацией, которое позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии.
Химия – молекулы из конструктора LEGO
Нобелевскую премию по химии вручили за простой способ создания сложных веществ. Ее получили профессор Стэнфордского университета Каролин Бертоцци, профессор Копенгагенского университета Мортен Мелдаль и профессор американского исследовательского института Барри Шарплесс.
В чем суть работы?
В 2001 году американский исследователь Барри Шарплесс разработал и представил концепцию клик-химии. Главная идея этой работы состоит в том, что сложные химические молекулы можно собирать из простых элементов так же, как дом из конструктора LEGO. При этом реакции должны проходить быстро, а нежелательные побочные продукты не образовываться.
В 2002 году независимо друг от друга сам Шарплесс и датский ученый Мортен Мелдаль предложили химическую реакцию, которая позволяет полностью реализовать идеи клик-химии. Оказалось, что в присутствии одновалентной меди можно использовать реакцию азид-алкинового циклоприсоединения для быстрой сборки сложных молекул.
Третий лауреат премии, Каролин Бертоцци, разработала на основе принципов клик-химии реакции, которые работают внутри живых организмов. Ее биоортогональные реакции не нарушают естественных процессов в клетках и позволяют изучать живые организмы.
Зачем это нужно?
Открытие уже активно используется в фармацевтике и химической промышленности. Например, его применяют при разработке фармацевтических препаратов, для картирования ДНК и создания новых материалов с управляемыми свойствами.
Биоортогональные реакции, разработанные Шарплесс, используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Анализируя эти процессы, исследователи улучшили, например, нацеливание лекарств от рака, которые сейчас проходят клинические испытания.
Что получают лауреаты?
Официальная церемония награждения всех лауреатов пройдет 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля, в Стокгольме. Приз по каждому направлению составит 10 млн шведских крон или около $908 тыс.
Помимо денежного приза, нобелевские лауреаты получают из рук короля Швеции медаль и специальный диплом. Каждый диплом уникально разработан учреждениями, присуждающими премии, для лауреатов, которые их получают. Диплом содержит изображение и текст на шведском языке, в котором указывается имя лауреата и ссылка на то, почему он получил приз.
hightech.fm
Вверх▲
Отзывы читателей (0)
Написать отзыв▼
Архив рубрики / Другие статьи этого номера 41 (1460) от 11 октября 2022 года
Новые атаки ВСУ на приграничье и три теракта против Курской АЭС
В защитных сооружениях региона создают запас воды, свечей и керосиновых ламп
В городе часть заборов вдоль дорог заменят на живую изгородь
Поражения от «Динамо». «Авангард» выбыл из Кубка и проиграл «матч за 1-е место» в Брянске