Техника-молодежи №11 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

В октябре Нобелевский комитет Королевской академии наук Швеции в очередной раз объявил имена новых нобелевских лауреатов. Сегодня мы рассказываем о том, кто и за что получил премии по медицине, физике и химии. Как работает память?

И нам досталось... и поделом

Грядущий переход в новое тысячелетие и надвигающийся столетний юбилей (премии присуждаются с 1901 г.), видимо, повлиял на выбор Нобелевского комитета.

Во всяком случае, премиями по физиологии и медицине, физике и химии отмечены работы, выполненные двадцать, тридцать, а то и сорок лет назад. Но зато это работы воистину эпохальные, кардинально изменившие представление человечества об окружающем его мире.

По традиции, первой, 9 октября 2000 г., объявила о своем решении Нобелевская ассамблея Каролинского медикохирургического института в Стокгольме, присудившая премию по физиологии и медицине шведу Арвиду Карлссону и двум американцам - Полу Грингарду и Эрику Кэнделу. Арвиду Карлссону - 77 лет.

С 1959 по 1989 г. он был профессором фармакологии в Гетеборгском университете.

С тех пор формально на пенсии. Однако пенсионер из него получился довольно странный. Вместо того, чтобы действительно уйти на покой, он организовал биотехнологическую фирму, в которой ныне трудятся 30 сотрудников.

В основе ее работы, как и многих других фирм и концернов, лежит открытие, сделанное молодым Карлссоном еще в конце 50-х. Тогда ученый исследовал механизм передачи сигнала между клетками головного мозга.

При этом обнаружил, что исключительно важную роль в данном процессе играет дофамин. Так называется вещество, выполняющее функции нейромедиатора, то есть химического посредника.

- Я еще полвека назад был уверен в огромном значении дофамина, - говорит Карлссон. - Однако убедить в этом остальных оказалось нелегко, потребовалось немало времени...

Ученый также установил, что дофамин синтезируется в базальных ядрах головного мозга и участвует в регуляции моторных функций организма.

Дальнейшие исследования показали, что дефицит дофамина в организме вызывает двигательные нарушения, типичные для болезни Паркинсона.

Плохо и когда дофамина много: его избыток вызывает галлюцинации, мании и депрессии, типичные для шизофрении. И та и другая болезни считались неизлечимыми.

А теперь, благодаря исследованиям Карлссона, появились первые лекарства против них.

- Ныне мы завершаем работу над новым препаратом, который должен выйти на рынок в ближайшие годы, - с удовлетворением констатирует Карлссон. Второй лауреат - 74-летний Пол Грингард, уроженец Нью-Йорка.

Свою научную деятельность он начал в 1948 г. в университете Джонса Гопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд двумя десятилетиями позже сгал профессором фармакологии и психиатрии Йельского университета в городе Нью-Хейвене, а с 1983 г. работал в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке.

Научная деятельность Грингарда тесно связана с исследованиями Карлссона. Вот уже 40 лет он изучает механизм передачи нервных импульсов, в частности, роль нейромедиаторов в преобразовании электрических сигналов в химические и обратно.

Оно происходит в синапсах - зонах функционального контакта между оболочками двух клеток. (Для справки: некоторые нейроны головного мозга образуют до 20000 синапсов.)

Достигнув синапса, нервный импульс вызывает выделение нейромедиатора - например, того же дофамина, серотонина или норадреналина.

Эти соединения воздействуют на рецептор соседнего нейрона,раздражая его химически, что, в свою очередь, приводит к возникновению в нем электрического сигнала.

Грингард изучил происходящий при этом каскад сложных химических реакций и показал особую роль так называемого фосфорилирования белков, то есть включения в молекулу протеина остатков фосфорной кислоты.

Изучением механизма функционирования и роли синапсов занимается практически всю свою жизнь и третий лауреат - 70-летний Эрик Кэндел.

В 1939 г., когда гитлеровские войска оккупировали Австрию, семейство Кэнделов - венских евреев - бежало в США. Эрик вырос в Нью-Йорке, в крайней нищете.

Однако природный ум и способности позволили ему поступить сначала в Гарвардский университет, где он изучал историю и литературу, а затем в Нью-йоркский университет, где Кэндел остановил окончательный выбор на медицине.

В конце 50-х он перебрался в Бостон, потом в Париж. В 1965 г. снова вернулся в Нью-Йорк и с 1974 г. является директором центра нейробиологии при Колумбийском университете.

Ученому удалось выяснить, какие факторы влияют на эффективность синапсов и каковы механизмы кратковременной и долговременной памяти.

Однако поскольку мозг человека насчитывает порядка 100 млрд нервных клеток, Кендел избрал в качестве объекта исследований организм с нервной системой, состоящей всего из 20 тыс. нейронов.

Таким животным является моллюск под названием «морской заяц» - аплизия. По словам ученого, внешне она смахивает на картофелину с ушами, но по сути является довольно сообразительным созданием.

- Мы наблюдали за мозгом животного в процессе обучения, - говорит Кэндел. - И на примере этого в общем-то достаточно примитивного организма нам удалось выявить особенности процессов обучения.

Теперь мы знаем, как в мозге откладываются воспоминания. В 90-е гг. Кэндел провел ряд экспериментов на мышах. При этом выяснилось, что механизмы, обнаруженные в мозге улиток, действуют и у млекопитающих.

Процессы обучения и запоминания напрямую связаны с деятельностью синапсов.

Причем и кратковременная память реализуется с помощью уже упоминавшейся реакции фосфорилирования протеинов, а долговременная память требует синтеза новых белков, которые, в свою очередь, меняют форму и функцию синапса.

Более того, ученому даже удалось отыскать молекулу, которая выполняет роль своего рода переключателя между кратковременной и долговременной памятью.

«Микро» не значит мало...

10 октября были объявлены имена лауреатов по физике и химии. Но если призовая сумма по химии поделена поровну между тремя лауреатами, то миллион долларов, причитающийся физикам,

Нобелевский комитет разделил так. Половину получил американец Джек Килби за создание интегральной микросхемы, и по четвертушке досталось россиянину Жоресу Алферову и американцу немецкого происхождения Герберту Кремеру за разработку гетероструктур для оптической и высокоскоростной электроники.

Самый старший из лауреатов - 76-летний Джек Килби. Он родился в городе Джеферсон, штат Миссури, учился в университетах штатов Иллинойс и Висконсин, а затем работал в корпорации «Тексас Инструменте» в городе Далласе, штат Техас.

Именно там 12 сентября 1958 г. он и представил первую в мире интегральную микросхему на основе кремния. Она имела размеры почтовой марки и содержала 10 транзисторов.

Ныне, как известно, микросхема размером с канцелярскую кнопку может содержать до 20 млн транзисторов. Сегодня чипы присутствуют в любом электронном изделии - от простейшего радиоприемника до суперкомпьютера.

К сожалению, другой изобретатель микросхемы - Роберт Нойс - не дожил до сегодняшнего дня. Иначе он наверняка бы разделил премию с Килби.

А так как, по уставу Нобелевского комитета, награду могут получить лишь живые участники той или иной работы, то и его доля была отдана Килби. 72-летний Герберт Кремер в науке всегда был мечтателем.

Даже в представлении Нобелевского комитета написано, что он опередил свое время. Родился лауреат в знаменитом Веймаре. В 1952 г. защитил докторскую диссертацию по теоретической физике в Гетингенском университете.

И спустя два года занялся выяснением проблемы, какой скорости коммутации можно теорететически достичь в транзисторах. Ему удалось сделать ряд прогнозов, которые его современникам показались фантастическими, но на деле безнадежно отстали от действительности.

С 1959 г. Кремер живет в США, хотя и сохранил немецкое гражданство. Сначала он работал в американской радиокорпорации в Принстоне, затем преподавал в Колорадском университете...

С 1976 г. он является научным сотрудником Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Самый молодой в этой тройке лауреатов - 70-летний Жорес Алферов.

Он родился в Витебске. В 1970 г. защитил докторскую диссертацию в Ленинградском физико-техническом институте АН СССР имени А.Ф. Иоффе. В 1987 г. Алферов - к тому времени уже академик - возглавил институт и остается его директором и по сей день.

Заслуга Кремера и Алферова состоит в разработке быстрых и очень компактных оптоэлектронных и микроэлектронных компонентов на базе многослойных полупроводниковых структур.

Независимо друг от друга оба ученых в 1963 г. выдвинули идею использования так называемого гетероперехода для совершенствования уже существовавших и создания новых электронных приборов.

В 1969 г. в Институте имени Иоффе идея впервые в мире была реализована. Касаясь значения этих работ, Жорес Иванович Алферов поясняет:

- Компакт-диском пользуетесь? «Иголкой» в дисководе является наш лазер. По мобильному телефону говорите? Там тоже стоят транзисторы на гетероструктурах...

«Лазеры Алферова» также используются в оптоэлектронных устройствах, позволяющих передавать потоки информации большой плотности. И в лазерных указках.

И в сканерах, считывающих штриховой код в любом супермаркете. А мощные светодиоды, которые уже сегодня используются в светофорах и прочих сигнальных устройствах, завтра обещают повсеместно заменить привычные, но очень уж неэкономичные лампы накаливания.

И все же главное свойство гетероструктор, по мнению Алферова, заключается в том, что они совершенно по-новому позволили подойти к исследованию свойств твердых тел.

А это, в свою очередь, позволило развить новые научные направления физики.

Вот так нахимичили!..

Нобелевской премии по химии удостоились двое американцев - Алан Макдайармид и Алан Хигер, а также японец Хедэки Сиракава. Алану Макдайармиду 73 года. Он родился в г. Мастертоне, Новая Зеландия.

В 1953 г. перебрался в США. С 1974-го работает профессором в университете города Филадельфия, штат Пенсильвания.

64-летний Алан Хигер - уроженец штата Айова. Учился в университете Небраски, получил докторскую степень в Калифорнийском университете в Беркли и является сегодня профессором Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Хедэки Сиракава также 64 года. Он родился в Токио. Там же закончил технологический институт. В 1966 г. поступил на работу в Институт материаловедения при университете Цукубо - научном центре на северо-восточной окраине японской столицы.

С 1982 г. занимает там должность профессора химии. Нобелевский комитет наградил троих ученых за совместные исследования, которые привели к созданию электропроводящих полимеров.

Вообще-то пластмассы, как известно, не проводят электрический ток, а потому используются в качестве изоляторов. Однако нынешним лауреатам удалось доказать, что при определенных условиях полимеры могут обрести электропроводность.

В основе открытия лежит счастливый случай. В конце 70-х, проводя серию опытов по получению полиацетилена, Сиракава ошибся в расчетах и добавил в реторту на порядок больше катализатора, чем было необходимо.

В итоге в сосуде образовалась необычная серебристо-черная пленка.

Проведенные вместе с коллегами дальнейшие эксперименты с разными восстановителями и окислителями, в частности, с йодом, позволили получить в полимере достаточное количество свободных носителей заряда, придать ему электропроводность, сравнимую с проводимостью ртути и даже меди.

Сегодня из таких проводящих полимеров производятся, например, экраны для защиты пользователей персональных компьютеров от вредного излучения, атакже специальные покрытия для оконных стекол, способные менять степень прозрачности в зависимости от интенсивности солнечного света.

Полимеры с полупроводниковыми свойствами используются в качестве дисплеев в тех же мобильных телефонах и для мини-телеэкранов.

Разработки проводящих пластмасс тесно связаны с так называемой молекулярной электроникой, в задачу которой входит создание транзисторов и прочих электронных компонентов из отдельных молекул.

Это позволит сделать компьютеры еще более быстрыми и компактными. Недаром один из новоиспеченных лауреатов, Алан Хигер сказал, что в скором будущем грядет вторая революция - революция полимерной электроники.

Но об ее успехах и возможностях мы поговорим как-нибудь в следующий раз. Этот же разговор позвольте закончить таким замечанием. Присуждение Нобелевской премии нашему соотечественнику произошло весьма вовремя.

Во-первых, оно положило конец разговорам о пристрастиях Нобелевского комитета к американцам - хотя их и в нынешнем списке немало. Помните, какая буча поднялась в 1997 г., когда при награждении лауреатов по физике нашего вроде бы обошли?..

Хотя, как потом выяснилось, никто из российских чиновников от науки не удосужился даже подать соответствующие документы в Нобелевский комитет.

Во-вторых, как сказал на Президиуме РАН ее нынешний президент Юрий Осипов, премия, врученная Жоресу Алферову, послужит сильнейшей мораль; ной поддержкой тем ученым, которые нашли в себе силы не покинуть пределы Отечества в трудное для российской науки время. Нобелевку, оказывается, можно заработать и дома!

Станислав Славин

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу