Нынешний выбор шведских академиков в естественнонаучных областях вполне конъюнктурен. Отражает он хорошо известную тенденцию последней пары десятилетий - множество эмпирических открытий в биологии и, шире, науках о жизни, за которыми едва поспевает теория и довольно скромно смотрящаяся на этом фоне физика: эзотерические построения физиков-теоретиков едва ли получат в обозримой перспективе экспериментальное подтверждение или хотя бы опровержение. Даже химический "нобель" этого года можно было бы смело вручать в номинации "физиология и медицина".
Объясняется это не только тем, что революции в физике и в химии произошли значительно раньше, чем в биологии (в биологии, по большому счету, все еще революционная ситуация). Помимо "внутренней динамики" тех или иных областей знания положение вещей в науке все больше определяют "внешние" факторы.
"Науки о живом" привлекают гораздо больше денег, внимания власти и общественного интереса, чем дисциплины, специализирующиеся на мертвой материи. Свежий пример - вопросы журналистов к Бушу и Керри о "биотехнологическом перекосе" в госфинансировании американских научных исследований. Большая физика, получившая от общества карт-бланш после успешной реализации американского и советского атомных проектов в условиях холодной войны, ушла слишком далеко от нужд политиков, рынка и человека - кому нужен поиск бозона Хиггса, если еще немного - и биотех расправится с раком, критически замедлит старение или накормит голодающих в Африке. Отсюда и повышенный интерес к биодостижениям со стороны технологических инвесторов - сегодня в Силиконовой долине о перспективах биотеха не говорит только ленивый.
С выбором физических премий нобелевскому комитету в ближайшие годы будет все сложнее и сложнее - премировать неподтвержденные теории не в его правилах, а эпохальных экспериментов предвидится немного. На ум приходит разве что Большой андронный коллайдер, строительство которого должно закончиться к 2007 году. Если с его помощью отловят пресловутый бозон Хиггса, то можно будет вручать премию за квантовую электродинамику (предшественницу героини этого года - квантовой хромодинамики). А если не отловят? Не исключено, что физические премии скоро начнут повторять судьбу химических - все чаще их будут вручать за достижения на стыке с биологией.
На самом деле от науки всегда требовали "пользы", а не "истины" (последняя, по большому счету, нужна только самим ученым). Общество считает сегодня биологию "полезней" физики, вынуждены считаться с этим и шведские академики. В конце концов сам Альфред Нобель в своем знаменитом завещании писал, что вручать премию нужно тем, "кто принес наибольшую пользу человечеству".
Сложности обоняния
В области физиологии и медицины лауреатами Нобелевской премии стали американские ученые Ричард Аксел из Колумбийского университета и Линда Бак из Центра исследования рака в Сиэтле, раскрывшие механизмы работы обоняния крысы, а также других млекопитающих, включая человека.
До начала 90-х годов о механизмах распознавания запахов было известно очень мало. Было понятно, что "молекулы запахов" взаимодействуют с белками эпителиальных клеток. Но как именно распознаются различные запахи, было неизвестно.
Аксел и Бак, работавшие в начале 90-х в медицинском институте Говарда Хьюза, решили искать гены, которые могли бы кодировать рецепторные белки, находящиеся на поверхности слизистой носа. В 91-м году в журнале Cell появилась первая публикация Аксела и Бак: авторы осторожно заявляли, что ими, возможно, обнаружены гены, отвечающие за синтез белков обонятельных рецепторов (сами белки были идентифицированы позднее). По словам Линды Бак, они боялись поверить в случившееся - ни один из этих генов ранее известен не был. Американские ученые выяснили, что существует около 1000 различных белков, каждый из которых может, как правило, "работать" сразу с несколькими запахами. Механизм обоняния таков: "пахучая молекула" взаимодействует с белком-рецептором и связанным с ним вспомогательным так называемым G-белком, расположенными в слизистой оболочке носа (G-белок отвечает и за зрительное восприятие). В результате серии химических реакций посылается электрический сигнал в соответствующую зону головного мозга, где располагается так называемая карта запахов, с которой и сверяются пришедшие сигналы.
"Это действительно фундаментальное открытие, - комментирует событие член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, заведующий отделом системогенеза НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина Константин Анохин. - Заявление американских ученых, сделанное в девяносто первом году, стало полной неожиданностью для тех, кто занимался изучением системы обоняния. Они не только открыли тысячу новых генов, но и показали, как устроена 'архитектура обоняния'. Их открытие можно использовать как подсказку для исследований других сенсорных систем".
По словам старшего научного сотрудника Института проблем экологии и эволюции им. Северцева РАН Александра Минора, даже когда был изучен механизм зрительного восприятия, ученые еще долго не могли подступиться к изучению системы обонятельной. Поскольку за зрительное восприятие отвечает всего несколько белков-рецепторов, предполагалось, что и с обонянием дело обстоит примерно так же. "Мне приятно, что на основании других опытов и косвенных данных мы предсказывали, что этих белков не четыре или семь, как подозревалось, а тысячи, - говорит Александр Минор. - Аксел и Бак это доказали".
Аксел и Бак работали с крысами. После этого появилось немало работ об обонятельных системах мышей, рыб, собак и, наконец, человека. Сравнивали "ассортимент" обонятельных генов у разных млекопитающих. Данные оказались разными, но везде счет шел как минимум на сотни.
Эти открытия могут стать научной основой для разработки новых технологий. "Если мы хотим моделировать обоняние, нам важно знать типы рецепторов и то, как они работают, - объясняет Минор. - Уже разработаны 'искусственные носы', но они крайне несовершенны. Теперь есть возможность создавать более тонкие приборы".
Такие приборы могут применяться довольно широко. Они смогут конструировать новые ароматы для парфюмеров и помогать в диагностике (по запаху можно определить довольно много заболеваний).
Не совсем респектабельная теория
Физический "нобель" 2004 года также оказался американским. Как и в прошлом году, шведские академики разделили 10 млн крон (1,36 млн долларов) между тремя лауреатами - Дэвидом Гроссом (Калифорнийский университет Санта-Барбары), Фрэнком Вильчеком (Массачусетсский технологический институт) и Дэвидом Политцером (Калифорнийский технологический институт). "Нобелевкой" были отмечены их работы начала 70-х по теоретическому обоснованию сильного взаимодействия в атомном ядре.
Характерно, что самым скромным из троицы новоиспеченных физических лауреатов оказался 55-летний Дэвид Политцер, который предпочел вообще не присутствовать на официальной церемонии объявления решения Шведской академии наук в своем родном институте. Скорее всего, своеобразную реакцию Политцера можно объяснить тем, что все его научные заслуги по большому счету ограничиваются именно написанием эпохальной статьи 1973 года в Physical Review Letters. В отличие от Политцера 63-летний Дэвид Гросс (самый старший из лауреатов) и 53-летний Фрэнк Вильчек за прошедшие с момента их главного открытия три десятилетия сумели проявить себя весьма разносторонними учеными.
Теорию сильного взаимодействия физики начали разрабатывать в 60-е, когда были накоплены экспериментальные знания об элементарных частицах. Стало очевидно, что должны существовать и самые элементарные частицы. Эти гипотетические самые элементарные частицы, получившие название кварков, существенно облегчили дело теоретикам.
Взаимодействие между кварками осуществляется путем обмена особыми "переносчиками", названными глюонами. Это нейтральные безмассовые частицы, главная характеристика которых - цветовой заряд, аналог электрического. У глюонов два цветовых заряда, а у кварков - три.
Условное обозначение цветами разных состояний кварков и глюонов и дало название новой общей теории сильного взаимодействия, квантовой хромодинамике (КХД). Новые лауреаты математически подтвердили казавшиеся абсурдными данные экспериментов с атомными ядрами, согласно которым следовало, что сила взаимодействия между кварками с уменьшением расстояния между ними падает и, напротив, при их удалении друг от друга растет. Вообще говоря, одними из первых с описанной нынешними нобелевскими лауреатами аномалией столкнулись еще в 1965 году Владимир Ваняшин и Михаил Терентьев, а в 1968-м физик-теоретик Иосиф Хриплович получил правильное математическое выражение, описывающее это явление.
Комментируя решение нобелевского комитета для журнала "Эксперт", член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики (ГНЦ ИТЭФ) Михаил Высоцкий привел следующую интересную аналогию: "Теорию КХД в физическом научном сообществе часто сравнивают с теорией турбулентности - основные уравнения последней, в частности уравнение Навье-Стокса, известны науке давно, но исчерпывающего аналитического описания реальных процессов на базе этой теории дать невозможно".
КХД до сих пор остается недоразработанной физической теорией, поскольку, несмотря на множество подтвердивших ее экспериментов на различных ускорителях, многие вопросы этого взаимодействия остаются неизученными. Так, если при высоких энергиях и малых расстояниях между кварками КХД "работает как часы", то при увеличении расстояний и, соответственно, понижении энергии взаимодействия ее математический аппарат становится недостаточным. Собственно говоря, если бы не факт присуждения нынешней Нобелевской премии трем крупнейшим теоретикам КХД, она, быть может, еще долго не могла бы считаться респектабельной.
Метка белковой смерти
Если говорить о "нобелях" химических, то и здесь один достался американцу - Ирвину Роузу (Калифорнийский университет). Зато два других были впервые в нобелевской "естественнонаучной истории" присуждены представителям Израиля - Аарону Чехановеру и Авраму Эршко (Гершко) из Технологического института Хайфы ("Техниона").
Чехановер, Эршко и Роуз были удостоены высшей научной награды за открытие специфических клеточных механизмов, отвечающих за уничтожение белков в живых организмах.
Еще недавно интерес к проблемам эффективной утилизации ненужных, поврежденных или вредных белков внутри клетки был невелик - долгое время биохимия занималась изучением механизмов производства белков.
Годов до пятидесятых биохимики полагали, что для нормального функционирования системы внутриклеточной переработки "белковых отходов" дополнительная энергия не нужна. Однако в результате ряда экспериментов в 50-е было установлено, что распад белков в клетках все-таки требует существенных энергозатрат. Вплоть до середины 70-х годов эта "энергетическая загадка" оставалась неразрешенной. Найти ответ удалось лишь благодаря работам Чехановера, Эршко, Роуза и их последователей, открывших многоступенчатый "каскадный" механизм расщепления белков, в котором задействованы сотни различных молекул (регулирование этой серии специфических химических реакций и приводит к значительному расходу внутриклеточной энергии).
Если говорить о каскадном механизме, то здесь ключевым стало открытие новой полипептидной молекулы, позднее названной убиквитином ("вездесущим"), которую удалось впервые выделить из клеток поджелудочной железы телят в 1975 году. Вскоре выяснилось, что эта молекула, состоящая из 76 аминокислотных остатков, присутствует и во многих других тканях и органах (отсюда ее название).
Исследования нынешних лауреатов значительно упростили дальнейшее изучение процессов "выбраковывания" нежелательных внутриклеточных белков, в частности, достаточно быстро позволили четко идентифицировать клеточные ферменты, отвечающие за связывание целевых белков. Эти ферменты маркируют белки, подлежащие уничтожению, своеобразными "метками смерти", в роли последних, как оказалось, и выступают убиквитины.
В конце 80-х - начале 90-х биохимикам удалось выявить четкую взаимосвязь между процессом маркировки нежелательных белков убиквитинами и их последующей доставкой и уничтожением в "мусорных контейнерах"-протеасомах. Протеасомы "узнают" эти белки по "меткам смерти", "проглатывают" и, переработав, выбрасывают расщепленные белковые фрагменты (расщепленные до шести-семи аминокислотных остатков простые пептиды).
Как отметил в беседе с корреспондентом "Эксперта" доктор биологических наук, заведующий лабораторией Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Вадим Карпов, к настоящему времени установлено, что комплексный убиквитин-протеасомный механизм задействован во многих метаболических клеточных процессах: "Например, если идет процесс перерождения клетки и она становится раковой, включается система запрограммированного уничтожения, так называемый апоптоз, и в этом механизме также задействована убиквитин-протеасомная система".
Крупномасштабные исследования системы утилизации внутриклеточных белков - важнейшее направление развития современной биохимии и медицины, и, как полагает Вадим Карпов, "бросающееся в глаза отсутствие слова 'протеасома' в официальной формулировке заслуг нынешних лауреатов, представленной нобелевским комитетом, наводит на вполне очевидную мысль, что в скором времени у кого-то из обойденных в этом году вниманием шведских ученых, работающих в этой области, также появится приятный повод для посещения Стокгольма".
