Адекватный "Нобель"

На этот раз выбор шведских академиков не вызовет возражений даже у самых дотошных специалистов

Нобелевская премия отмечает свой столетний юбилей. Первые три приза, единодушно признанные высшей оценкой научных достижений, были вручены в октябре-ноябре 1901 года. Тогдашнее решение шведских академиков было безупречным. Премию по физиологии и медицине получил Эмиль фон Беринг за работы по серотерапии, и прежде всего за ее использование в борьбе против дифтерии. В физической номинации победил Вильгельм Конрад Рентген за открытие одноименных лучей (последствия хорошо известны - создание квантовой механики и атомной физики). В области химии был отмечен Якоб Хенрик Вант-Гофф за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах, проливающих свет на актуальную для рубежа веков дискуссию между атомистами и энергетистами.

Вообще история нобелевских премий изобилует примерами спорных решений. И речь здесь идет не только о проблемах приоритета (не раз награждался ученый, просто повторивший чьи-то результаты, тогда как предшественник оставался без внимания). Любой национальной академии оставалось бы только краснеть за некоторые премии - вспомним хотя бы премию 1912 года по физике, присужденную шведу Густаву Далену за изобретение автоматических регуляторов для маяков и буев. Но на этот раз претензий к Нобелевскому комитету не сможет предъявить даже самый дотошный специалист. Нынешнее решение Шведской королевской академии следует признать не менее безупречным, чем первое. Отмечены действительно выдающиеся открытия, причем каждое из них имеет непосредственное отношение к прикладным областям, т. е. к технологиям.


Леланд ХартвеллОтветственность за деление клетки

По многолетней традиции, первыми лауреатами Нобелевских премий 2001 года стали представители "самой гуманной профессии" (физиология и медицина). Согласно официальной формулировке шведского Karolinska Institute, курирующего этот призовой сегмент, американец Леланд Хартвелл, президент и директор Центра по исследованиям рака имени Фреда Хатчинсона (Сиэтл) и два англичанина, Пол Нерс и Тимоти Хант, представляющие Государственный фонд по исследованиям рака (графство Хертфордшир), премированы за "открытия ключевых регуляторов цикла клеточного деления".

Биологическая наука давно пришла к выводу, что размножение клеток в организмах происходит путем их последовательного деления, однако лишь в течение двух-трех последних десятилетий ученым удалось наконец идентифицировать молекулярные механизмы, непосредственно контролирующие "клеточный цикл" (повторяющийся четырехфазовый процесс, в течение которого происходит рост клетки: синтез ДНК - дублирование клеткой своего наследственного материала; "контрольная проверка" идентичности набора хромосом в синтезированных дочерних клетках; непосредственное разделение хромосом; образование из материнской клетки двух новых клеток).


Тимоти Хант и Пол Нерс

Благодаря многолетним исследованиям лауреатов Нобелевской премии этого года, пионером которых стал еще в конце 60-х Леланд Хартвелл, были открыты гены и белки, служащие важнейшими регуляторами клеточного цикла деления. По единодушному мнению многочисленных коллег, полученные нынешними лауреатами результаты оказали определяющее влияние на последующий прогресс в сфере дешифровки генетического материала.

Хартвелл использовал в качестве простейшей клеточной модели хлебные дрожжи, оказавшиеся на удивление удачным объектом для последующей интерполяции полученных экспериментальных данных на более сложные организмы (в том числе и человеческий). Хартвелл был первым биологом, наглядно показавшим, как процесс деления клеток регулируется на генетическом уровне. Ему удалось обнаружить более 100 новых генов, контролирующих рост и последующее деление клеток, одним из которых был ген CDC28, так называемый старт-ген, играющий главную роль в запуске первого этапа клеточного цикла.

Пол Нерс (нынешний генеральный директор Государственного фонда по исследованиям рака) в 70-е годы открыл, клонировал и дал описание на генетическом и молекулярном уровнях другого ключевого активатора клеточного цикла в дрожжевых культурах - гена CDC2, а уже в 1987 году обнаружил его человеческий аналог, общерегуляторный ген CDK1, стимулирующий клетку к делению путем химической модификации ее белковых компонентов. Наконец, важнейшим достижением Тимоти Ханта стало открытие в начале 80-х нового класса белков, циклинов, также принимающих активное участие в регулировании клеточного цикла.

Открытия новых лауреатов имеют непосредственное отношение к борьбе с различными раковыми заболеваниями. Дело в том, что дефекты контроля за процессом клеточного деления зачастую приводят к опасным хромосомным мутациям в живых организмах, наиболее типичный пример которых - образование раковых клеток. И уже сегодня получено экспериментальное подтверждение того, что при целом ряде онкологических заболеваний (например, раке груди и мозговых опухолях) уровень содержания CDK-молекул и белков-циклинов в пораженных клетках возрастает.

Таким образом, как констатировал руководитель британской программы по исследованиям рака Гордон Макви, "7 из 13 последних нобелевских премий по медицине и физиологии присуждены за открытия, в той или иной степени связанные с диагностикой и лечением раковых заболеваний. И эта статистика весьма красноречиво свидетельствует о том, что на борьбу с "болезнью N1" сегодня брошены лучшие умы медицинского сообщества." Впрочем, несмотря на такое изобилие "онкологических нобелевок", говорить о скорой победе человечества над раком, увы, пока никто не рискует.

Размазанные атомы


Эрик Корнелл и Карл Виман

Присуждение Нобелевской премии 2001 года по физике американским ученым Эрику Корнеллу и Карлу Виману, работающим в Объединенном институте лабораторной астрофизики (JILA) при Университете Колорадо, и их немецкому коллеге Вольфгангу Кеттерле (Массачусетский технологический институт) можно считать не совсем типичным для консервативной Шведской академии - "награда нашла своих героев" всего через шесть лет после свершения ими научных подвигов. Характерен в этой связи комментарий 39-летнего Эрика Корнелла, одного из самых молодых нобелевских лауреатов за всю историю присуждения этих премий: "Безусловно, я очень надеялся на то, что рано или поздно это со мной случится, но, честно говоря, совершенно не рассчитывал на столь быструю реакцию нобелевского комитета - я закладывался примерно на двадцатилетний временной лаг".

Не будучи посвященными в тайную кухню шведских академиков, мы не рискнем делать какие-либо предположения относительно мотивов такого оперативного решения, однако успешное экспериментальное получение Корнеллом, Виманом и, независимо от них, Кеттерле полулегендарного конденсата Бозе-Эйнштейна в разреженном газе щелочных атомов - действительно одно из наиболее впечатляющих достижений современной физики, более чем достойное самой престижной научной премии.


Вольфганг Кеттерле

Теоретическое предположение о возможном существовании в природе необычного состояния материи, возникающего у молекул ультрахолодного идеального газа, было высказано Альбертом Эйнштейном еще в 1924 году (в своей догадке он основывался на опубликованной чуть ранее работе индийского физика Сатьендры Ната Бозе, предположившего "нечто подобное" для световых квантов - фотонов). Великий физик полагал, что при достижении системой температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса по Цельсию), должен образовываться конденсат замороженных, практически неподвижных атомов.

Согласно базовому постулату квантовой механики, принципу неопределенности Гейзенберга, чем с большей точностью известно местоположение частиц в пространстве, тем с меньшей точностью можно определить их импульс (и наоборот). Поэтому пространственные координаты атомов в конденсате, величина импульсов которых практически равна нулю, "крайне неопределенны". В результате эти атомы, "размазываясь" в пространстве, как бы перекрываются со своими соседями, образуя "суператом" с общими квантово-механическими волновыми функциями.

Сам Эйнштейн считал, что придуманный им конденсат едва ли когда-нибудь удастся получить путем прямого физического эксперимента. Но, как и в случае с "заочным" открытием нейтрино, скептицизм гениев-теоретиков оказался явно чрезмерным - по прошествии 70 лет упорные экспериментаторы добились-таки своего. Знаменательное событие произошло 5 июня 1995 года в лаборатории JILA (Боулдер, штат Колорадо) - Корнеллу и Виману с коллегами удалось найти "правильный рецепт приготовления" конденсата.

На начальной стадии (при комнатной температуре) атомы рубидиевого газа последовательно замедлялись, попадая в ловушку, создаваемую пучками световых волн (фотонов), идущими от лазеров, бомбардировавших атомы рубидия со всех сторон камеры. По образному сравнению Карла Вимана, "атомам просто некуда было деваться от этого вездесущего фотонного града - куда бы они ни пытались двигаться, всюду их бил по физиономии поток световых частиц, заставляя останавливаться".

Путем "фотонной бомбардировки" рубидиевые атомы охладились до одной десятимиллионной градуса по шкале Кельвина, однако этого было еще недостаточно для получения конденсата. После отключения лазеров в дело вступило мощное магнитное поле, зафиксировавшее атомы в их "заторможенном состоянии" - новая "магнитная ловушка" обладала такими специфическими свойствами, которые позволяли избирательно выбрасывать из нее наиболее горячие атомы (процесс отдаленно напоминал испарение жидкости). В результате экспериментаторам удалось довести оставшиеся атомы (числом всего около 2000) до температуры в одну трехмиллиардную градуса Кельвина (попутно был установлен новый мировой рекорд охлаждения). Специальными детекторами было подтверждено долгожданное событие - в течение 15-20 секунд атомы рубидия пребывали в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна.

Несколькими месяцами позже к тому же результату удалось прийти в Бостоне группе Вольфганга Кеттерле (причем в отличие от колорадских экспериментаторов он работал с натриевым газом). За прошедшие после эпохального 1995 года шесть лет опыты Корнелла-Вимана-Кеттерле удалось повторить в нескольких десятках аналогичных лабораторных экспериментов по всему миру. Длительность пребывания атомов в новом конденсированном состоянии удалось довести до трех минут.


Уильям НоулзК чести блистательных физиков-экспериментаторов, кроме чисто научного значения (как и в случае с присуждением нобелевской премии этого года по физиологии и медицине), их достижения открывают перспективы и в самых различных практических сферах. В обозримом будущем это - пресловутые квантовые компьютеры и разнообразные нанотехнологические проекты, а в самом ближайшем времени - новые высокоточные навигационные приборы и "часовые механизмы".

Молекулярная сегрегация

В среду 10 октября подошел черед премии по химии. Удача в этом году улыбнулась очередным двум американцам, Уильяму Ноулзу и Барри Шарплессу, и японцу Рюочи Нойори. В нобелевском пресс-релизе отмечается, что лауреаты 2001 года поощрены за "разработку методов каталитического асимметричного синтеза". Ноулз и Нойори специализировались на каталитических реакциях с участием водородсодержащих веществ, а Шарплесс больше занимался каталитическими реакциями окисления. Но помимо общей любви к катализу научные интересы трех химиков-лауреатов пересеклись в куда менее знакомой для неспециалиста сфере - исследовании механизмов так называемой "зеркальной симметрии".

Строго говоря, данная проблематика в большей степени относится к епархии физиков: когда физик утверждает, что существующие в природе взаимодействия "зеркально симметричны", он подразумевает, что вызванные этими взаимодействиями фундаментальные процессы "в зеркальном отражении" протекают точно так же. Однако за последние несколько десятилетий этому взгляду на природу взаимодействий было нанесено несколько серьезных ударов, наиболее известный из которых - в 1956 году, когда американо-китайские физики Ли и Янг экспериментально доказали, что при слабых взаимодействиях зеркальная симметрия нарушается, то есть "правое" и "левое" для сил природы вовсе не всегда одно и то же.


Рюочи НойориВ биологии примеров подобной "кривизны" намного больше, и наиболее известный - молекула ДНК, которая по форме сходна с винтовой лестницей, закрученной вправо ("левовинтовые" ДНК в природе вообще не встречаются). Зато химические молекулы сплошь и рядом существуют в двух "зеркальных" формах - "правой" и "левой", хотя, как правило, одна из этих форм является доминантной.

При производстве разнообразных фармацевтических препаратов, это различие форм зачастую оказывается очень существенным. В зависимости от того, какие из этих молекул преобладают на выходе, возрастает или уменьшается эффективность этих препаратов. Более того, в некоторых случаях применение лекарств с преобладанием "неправильных" молекул может привести к печальным последствиям для пациентов.

Ноулз, Шарплесс и Нойори смогли найти эффективные химические методы, позволяющие отсекать в процессе приготовления фармпрепаратов нежелательные молекулы от "правильных", то есть открыли мощные катализаторы молекулярной селекции. Предложенные учеными методики "асимметричного каталитического синтеза" стимулировали создание большого количества новых медицинских препаратов. Сегодня эти методики с успехом применяются также в парфюмерной и пищевой промышленности и даже в производстве инсектицидов. Не остались в стороне от нового фармацевтического бума и сами лауреаты. Ноулз стал одним из соавторов разработки лекарства L-DOPA, предназначенного для лечения болезни Паркинсона, Шарплесс посодействовал созданию целого класса препаратов, использующихся в сердечно-сосудистой хирургии (в том числе бета-блокеров), Нойори участвовал в разработке разнообразных антибиотиков.

Итак, остается признать, что сотая реперная точка в работе Шведской королевской академии поставлена в нужном месте. И в физиологии с медициной, и в физике, и в химии отмечены открытия, значимые с точки зрения фундаментальной науки и, кроме того, уже имеющие практическое применение. Новый век "нобель" встречает достойно.