Техника-молодежи №2 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

Ежегодно каждую осень происходит присуждение самых престижных премий в мире — Нобелевских. Кто и за что получил их в 1999 г.?

НОБЕЛЕВСКАЯ МУДРОСТЬ

Клеточная «почта»      

Премия по медицине присуждена 63-летнему профессору Гюнтеру Блобелю - немецкому исследователю, который вот уже более 30 лет работает в знаменитом Рокфеллеровском университете Нью-Йорка.

Проводимые там исследования в области клеточной биологии известны специалистам во всем мире. Одно из них уже было удостоено однажды Нобелевской премии - ее в 1974 г. получил Джордж Паладе (совместно с К.Де Дювом и А.Клодом). Кстати, Блобель считает его своим учителем.

Нынешний лауреат отличается исключительным трудолюбием. Шесть дней в неделю он проводит за микроскопом. А по воскресеньям читает дома литературу по специальности. Коллеги отзываются о нем, как о гениальном и вместе с тем скромном ученом. Начиная с 1978 г., Гюнтеру Блобелю за его работы регулярно присуждались почетные награды, включая и премию имени Альберта Ласкера, которая среди специалистов считается своего рода представлением на Нобелевскую.

Многие коллеги Блобеля называют его даже отцом современной молекулярной биологии. «Вся нынешняя биотехнология построена на открытых им принципах», - утверждают они.

С ними согласился и Нобелевский комитет. Обосновывая свое решение, он указал, что работы Блобеля - крупный вклад в науку: ученому удалось выяснить механизм, регулирующий распределение белков в клетке.

В самом деле: белки, нужные клетке для повседневной жизни, синтезируются на хромосомах. А те, как известно, расположены в ядре. Но как же молекулы белков поступают от места сборки к месту эксплуатации? Ведь им нужно, во-первых, проникнуть сквозь оболочку ядра и выйти наружу, а во-вторых, найти клеточный орган - точнее, органеллу, - куда их «распределили».

Гюнтер Блобель нашел разгадку. Сам он излагает суть своего открытия так: «Нам удалось выяснить, как клетка самоорганизуется. Оказалось, что на конце каждой белковой молекулы существует некий код, своего рода почтовый индекс или, если хотите, бирка с адресом - определенная последовательность аминокислот. В каком-то смысле механизм распределения и транспортировки различных белков, как внутри клетки, так и между клетками, напоминает сортировку и доставку писем и бандеролей».

Очевидно, что адрес на конверте должен быть указан правильно, иначе послание не дойдет до получателя. И что будет, если все же окажется ошибка в адресе?

Существует множество болезней, вызванных такими ошибками. Если протеины не доходят туда, где им положено быть, человек заболевает. Типичный пример - муковисцидоз или кистозно-фиброзная дегенерация. Это тяжелый и пока неизлечимый наследственный недуг, поражающий клетки эндокринных желез - потовых, слизистых и ряда других. Считается, что и избыток холестерина в крови, чреватый развитием атеросклероза, некоторые заболевания, приводящие к пороку сердца, - могут также вызываться сходными причинами.

В общем, не случайно Нобелевский комитет отметил, что исследования профессора Блобеля позволили глубже понять природу ряда наследственных заболеваний, вызванных дефектами в распределении белков. Кроме того, в обосновании своего решения комитет указал, что лауреат внес ценный вклад в совершенствование методики использования клеток в качестве фабрики белков - для производства лекарственных препаратов. Изготовляемые методами генной инженерии инсулин, гормоны роста и интерферон могут искусственно снабжаться нужными адресными бирками, с их помощью извлекаться из клеток или бактерий.

Правда, сам Блобель весьма осторожен в оценках: «Наше фундаментальное исследование не приведет к непосредственному созданию какого-то медикамента. Однако если мы теперь лучше знаем, как функционирует здоровая клетка, то это поможет нам понять, что неправильно в раковой. А когда известен механизм, вызывающий заболевание, проще назначить рациональную терапию...».

Ученый тут несколько скромничает. Созданная им еще в 1971 г. концепция, за прошедшие годы превратившаяся в обоснованную теорию, уже сегодня позволяет использовать в клинической практике синтетический эритропоитин, который применяется для стимулирования производства эритроцитов в костном мозгу при заболеваниях почек, некоторых видах рака и т.д.

Исследователь также полагает, что его «сигнальная теория» позволит раскрыть причины болезни Альцгеймера и понять, что именно делают вирусы иммуннодефицита в организме, лишая его возможности противостоять инфекции.

Фотография реакции

Так можно коротко охарактеризовать суть исследований, выполненных 55-летним американцем египетского происхождения Ахмедом Зевайлем. Он удостоен Нобелевской премии 1999 г. за то, что своими исследованиями заложил основы фемтохимии.

«Фемто» - это 10 в степени-15. Чтобы хоть как-то представить себе ничтожно малый отрезок времени, равный фемтосекунде, скажем, что она настолько же меньше самой секунды, насколько та, в свою очередь, меньше 32 млн лет!

Зевайлу же удалось как бы «заморозить» весьма быстротекущие процессы в некоторых реакциях, пронаблюдать и зарегистрировать их. Понятно, что для этого ему пришлось разработать специальную методику и сконструировать аппаратуру, которую эксперты назвали «самой быстрой кинокамерой в мире».

Сам Зевайл, поясняя суть дела, вспомнил о знаменитой серии снимков скачущей галопом лошади, благодаря которой фотографу Эдварду Майбриджу удалось доказать, что у нее в определенные моменты все четыре ноги отрываются от земли, и она как бы повисает в воздухе.

Для съемки Майбридж тогда использовал несколько камер, затворы которых срабатывали от нитей, протянутых через беговую дорожку. По мере того, как лошадь мчалась, она обрывала эти нити, и фотозатворы срабатывали, фиксируя ту или иную фазу бега.

Зевайл пошел тем же путем, чтобы «наблюдать молекулы в полете». Он создал так называемый фемтоспектроскоп - лазерное устройство, способное посылать очень короткие световые импульсы. Вспышка одного лазера запускает реакции, второго - регистрирует изменения с интервалами в 10 фемтосекунд. Все это напоминает замедленный показ интересного эпизода при телетрансляции футбольного матча.

Такой прием позволил ученому сразу на много порядков увеличить временную разрешающую способность современной аппаратуры и наблюдать за движением атомов в молекулах во время химических реакций.

Фемтоспектроскопия с ее стробоскопическим освещением химических процессов и стала основой фемтохимии - науки, сулящей возможность целенаправленного управления даже самыми быстротекущими реакциями, типа взрыва.

Кроме того, более глубокое понимание механизмов химических реакций открывает широкие перспективы в сфере практического применения работы Зевайла. Ее можно использовать, например, для конструирования молекулярных электронных компонентов или создания более эффективных катализаторов и разработки новых лекарственных препаратов.

На пути к «теории всего»

Почетной награды удостоились также голландские ученые Мартинус Вельтман и Герардус Хоофт. В обоснование своего решения Нобелевский комитет указал, что эти физики-теоретики внесли решающий вклад в понимание природы так называемого электрослабого взаимодействия и поставили физику элементарных частиц на более прочную математическую основу.

Согласно сегодняшним представлениям физиков, весь материальный мир построен из элементарных частиц и античастиц, связанных между собой разного вида взаимодействиями. Количество обнаруженных элементарных частиц измеряется уже сотнями, и исследователи открывают все новые.

Зато видов фундаментальных взаимодействий между элементарными частицами известно всего лишь четыре - гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое.

Первые два вида вряд ли нуждаются в дополнительных объяснениях, поскольку все мы постоянно сталкиваемся с ними в повседневной жизни. Что же касается остальных, то следует, видимо, напомнить: сильное взаимодействие удерживает вместе протоны и нейтроны, образующие ядра атомов, а слабое - расталкивает их. Сильное и слабое взаимодействия существенно отличаются от двух других видов. Если гравитация и электромагнетизм имеют неограниченный радиус действия, то сильное взаимодействие эффективно лишь на расстояниях, не превышающих размеры атомного ядра. А слабое - и того меньше...

Впрочем, следует иметь в виду, что хотя слабое взаимодействие не зря так называется - оно гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного, оно значительно мощнее гравитационного, играет исключительно важную роль в природе. Например, если бы его удалось выключить, то погасло бы Солнце, поскольку служащий источником его энергии процесс превращения протона в нейтрон, позитрон и нейтрино был бы невозможен.

Большая роль слабого взаимодействия связана с тем, что оно не подчиняется ряду запретов, характерных для сильного и электромагнитного. Подобно тому, как шотландский физик и математик Джеймс Максвелл в 1870-х гг. построил общую теорию электричества и магнетизма, сведя их к единому взаимодействию, - электромагнитному, в начале 1960-х гг. была предложена теория, позволившая представить магнитное и слабое взаимодействия как различные аспекты единого, названного электрослабым.

Оно ответственно за все проявления радиоактивности. Достаточно назвать два таких ключевых понятия, как атомная энергетика и ядерная бомба. Лежащие в их основе физические эффекты невозможно объяснить без слабого электровзаимодействия.

Впоследствии, в 1979 г., авторы этой теории, Шелдон Глэшоу, Абдус Салам и Стивен Вайнберг, получили за свою работу Нобелевскую премию. Их исследования стали первым шагом на пути создания единой универсальной теории, которая смогла бы описать все элементарные частицы, реакции между ними некой «формулой мироздания».

Впрочем, поначалу и с электрослабой теорией не все было так уж гладко. Дело в том, что, согласно квантовой теории, фундаментальные взаимодействия осуществляются путем обмена частиц - так называемыми бозонами или квантами силовых полей. Самой первой частицей - переносчицей действия, которую удалось обнаружить, оказался фотон - квант электромагнитного излучения. Затем были открыты пи-мезоны - переносчики сильного взимодействия. Однако теория требовала существования трех не наблюдавшихся ранее частиц. Лишь в 1982 г. они, наконец, были экспериментально обнаружены. За это, кстати, Карол Руббиа и Симон ван де Мер в 1984 г. также получили Нобелевскую премию.

При этом экспериментаторы опирались на тот самый математический аппарат, который был разработан теоретиками Мартинусом Вельтманом и Герардусом Хоофтом.

Прежде поиски новых элементарных частиц носили сугубо эмпирический характер. А их обнаружение становилось крупной, но случайной удачей. Заслуга голландских ученых, удостоенных теперь, четверть века спустя, Нобелевской премии, состоит в том, что им удалось внести упорядоченность в процесс поиска элементарных частиц,поставить его на прочную математическую основу и тем самым существенно облегчить работу экспериментаторов.

Благодаря заботам Вельтмана и Хоофта, современные экспериментаторы теперь знают, что и где искать. Что касается вклада голландских ученых в современную теорию элементарных частиц - так называемую стандартную модель - то выходит, что они в ряде работ исследовали ее и доказали, что она лишена внутренних противоречий, а значит, вполне пригодна для расчетов.

Таковы, пожалуй, наиболее интересные работы, удостоенные премий Нобелевского комитета 1999 г. На сей раз обошлось без прошлогодних скандалов, если не считать легкого брюзжания по поводу того, что присуждение некоторых премий (например, по физике) несколько запоздало. Да и сами темы работ изрядно помельчали. Вот в старые времена было, дескать, совсем по другому...

Станислав
НИКОЛАЕВ

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу