Нобелевский комитет объявил лауреатов этого года по химии, физике, экономике, медицине и биологии, а также вручил премию мира. При этом суть научных открытий, удостоившихся Нобеля, зачастую неясна людям, далеких от мира науки. The Village попросил физика, биолога, химика, экономиста и специалиста по странам Латинской Америки в простых словах объяснить, за что дали Нобеля в этом году и как эти открытия могут быть полезны для нас с вами.
Лауреатами Нобелевской премии по химии стали французские ученые ЖАН-ПЬЕР СОВАЖ, ФРЭЗЕР СТОДДАРТ И БЕРНАРД ФЕРИНГА за проектирование и синтез молекулярных машин.
Когда мы говорим о молекулярных машинах, речь идет о так называемых молекулах-катенанах, сцепленных друг с другом в виде цепочки. Оказалось, что если создавать много таких циклических пар, то есть длинную цепочку, то вращение этих колец одно относительно другого приводит к движению молекулы вперед. Именно таким образом создается молекулярная машина.
В этом году Нобелевскую премию получили три лауреата, работавшие независимо друг от друга. Один сперва синтезировал простое сочетание двух колец и показал, что они, передвигаясь относительно друг друга, могут идти вперед. Второй взял одну молекулу в виде стержня и на этот стержень надел еще несколько колец. И оказалось, что при правильных условиях кольца, крутящиеся вокруг этого стержня, могут подниматься вверх. А третий исследователь создал комбинацию, и его молекулярная машина может двигаться в разные стороны как вертолет, который поднимается вверх благодаря вращению винта. По такому же принципу будет работать молекулярная машина.
Представьте себе микроволновку. Мы ставим чашку с водой на подставку, и она начинает крутиться от энергии, которую дает электрический прибор. Выяснилось, что молекулярные машины тоже смогут приводить в движение предметы, причем те предметы, которые превосходят вес этих машин в тысячи и даже миллионы раз.
Молекулярные машины не будут внедрены в практику ни сегодня, ни в следующем году. Но эти открытия дадут толчок новым исследованиям для создания более мощных механизмов. Это как с открытием лазерного луча, который может заряжать мобильный телефон на расстоянии двух-трех километров. Казалось бы, не такое уж открытие. А потом выяснилось, что тем же лазерным лучом с иной мощностью возможно заряжать космические корабли. От одного эксперимента до другого прошло несколько лет, и с молекулярными машинами наверняка будет так же.
Молекулярные машины могут использоваться в любых устройствах, которые будут двигать более тяжелые предметы. Один из ученых демонстрировал движение литровой колбы на устройстве, которое передвигалось благодаря катенанам. Речь идет о перспективе использования этих машин в самых разных сферах — и в биологии, и в медицине, и в пищевой промышленности. Например, с помощью молекулярных машин мы сможем доставлять в организм лекарства. Такая маленькая молекула, состоящая всего из двух колец, сможет доставлять лекарство точно в цель.
Нобелевскую премию в области медицины и физиологии получил профессор Токийского технологического университета ЙОСИНОРИ ОСУМИ за открытия в области аутофагии клеток
Аутофагия - это деградация белков, в результате которой происходит гибель клетки. Она связана с таким процессом, как апоптоз, то есть программированной гибелью клетки. Если гибель происходит в результате каких-то внешних причин, это называется некроз. Например, возникло воспаление и из-за него клетка погибает. Но бывают случаи, когда клетка решает уйти сама, — это что-то вроде самоубийства, и одним из способов такого клеточного самоубийства является аутофагия.
Приходит время, когда клетка просто не может себя обеспечивать и начинает работать на износ. В этот момент она должна уйти с помощью механизма аутофагии. Но иногда апоптоз случается по непонятным причинам, и это приводит к нейродегенеративным заболеваниям — таким, как болезни Паркинсона и Альцгеймера. Если у человека нарушен механизм аутофагии, клетки деградируют достаточно медленно и в итоге становятся лишними. А в таких клетках могут происходить вредоносные изменения. Например, клетка не может обеспечивать себя ферментами, которые обеспечивают восстановление ДНК, и это может спровоцировать мутации и разрывы, а впоследствии и опухоль.
Существует два способа аутофагии. Первый — за счет наличия протосом, то есть белковых комплексов, которые участвуют в деградации других клеточных белков. Таким образом, когда все белки деградируют, клетка погибает.
За изучение этого механизма Нобелевскую премию дали в 2004 году.
Параллельно шли исследования, касающиеся проблемы деградации белков в мембранных структурах, покрытых оболочкой, то есть в лизосомах. В них происходит деградация белков, которая также приводит к гибели клетки. То есть конечная цель такая же, но процесс отличается. В одном случае в процессе принимают участие белки в протосомах, а в другом — белки деградируют внутри мембранной структуры лизосомы. Собственно, последнему и посвящен нынешний Нобель.
Практическое приложение этого открытия касается прежде всего медицины, в частности изучения болезней Альцгеймера и Паркинсона. Считается, что при этих заболеваниях в нервных клетках происходит образование подобных структур, но почему нервные клетки решают сами погибнуть, до сих пор неясно.
Научное сообщество надеется, что новый механизм аутофагии прольет на это свет. С другой стороны, открытие можно применять в эмбриологии. Это важно в свете растущей популярности экстракорпорального оплодотворения. Знание механизма аутофагии означает, что мы сможем контролировать процесс формирования эмбриона.
Нобелевская премия по экономике досталась британцу ОЛИВЕРУ ХАРТУ и финну БЕНГТУ ХОЛЬМСТРЁМУ за вклад в развитие теории контракта
Понятие «теория контракта» выглядит непривычно для тех, кто профессионально не занимается этой проблемой. По сути, речь идет о том, как стороны контракта подходят к определению его существенных условий, не обладая при этом всей полнотой необходимой информации. Интересно, что лауреаты смогли представить в форме математической модели ту часть контракта, которая известна участникам по умолчанию, но по разным причинам не может быть изложена на бумаге и, соответственно, не является предметом судебного разбирательства.
Многие считают, что тема контрактов имеет отношение скорее к юриспруденции, чем к экономике, но доверие на данный момент — одна из ключевых экономических категорий. Более высокие риски и, соответственно, меньшая степень доверия между участниками контракта предполагает его более высокую цену. Например, в российских условиях из-за отсутствия доверия остаются весьма высокими процентные ставки по кредитам, не реализуются проекты на основе государственно-частного партнерства, невысок спрос на объекты государственной собственности, планируемой к приватизации.
Практическое применение результатов исследований номинантов Оливера Харта и Бенгта Хольстрёма будет способствовать улучшению условий реализации контрактов для каждого из участников, то есть повышать уровень доверия между ними. Повсеместное использование этих принципов может привести к снижению контрактных цен и стать одним из факторов снижения инфляции.
Тем не менее выбор победителей был скорее неожиданным. Большинство экспертов склонялось к тому, что Нобелевскую премию по экономике дадут за фундаментальные макроэкономические исследования или за развитие теории мотивации.
Нобелевскую премию по физике в этом году получили американец ДЭВИД ТАУЛЕС, британец ДУНКАН ХОЛДЕЙН и шотландец МАЙКЛ КОСТЕРЛИТЦ за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи
КОСТЕРЛИТЦ И ТАУЛЕС и независимо от них советский физик-теоретик Вадим Березинский в начале 1970-х годов описали модель состояния двумерной пленки в сверхпроводящей системе — то есть в металле, который теряет электрическое сопротивление при очень низкой температуре. До этого долгое время считалось, что в двумерной системе сверхпроводимость невозможна.
Ученые же доказали возможность существования сверхпроводимости в двумерной системе и показали интересный топологический фазовый переход между сверхпроводящей фазой при низкой температуре и нормальной фазой — при высокой. Они отличаются тем, что при низких температурах спонтанно генерируются вихри магнитного потока — точнее, пара вихрей, которые разрушаются при высокой температуре и образуют одиночные вихри.
Что такое топологический фазовый переход? Само математическое определение «топологический» означает непрерывность различных объектов при деформации: например, если пользоваться терминологией бубликов и дырок, то глиняный шар и слепленная из него пиала — предметы одной топологии, которые можно перевести из одного в другой преобразованием без разрывов.
А вот глиняный шар и глиняный бублик — тела разных топологий: для того чтобы получить бублик, нужно сделать дырку в шаре.
Обычный фазовый переход можно наблюдать, например, при плавлении металлов, когда они переходят из твердого состояния в жидкое. Этот переход меняет кристаллическую решетку металла и немного перемещает его атомы, но не совершает никаких кардинальных изменений его внутреннего состояния, не меняет топологию. Топологический же фазовый переход меняет геометрические свойства системы, и это достаточно необычное явление. И как раз показанные Костерлитцем и Таулесом вихри меняют топологию объекта.
Открытие топологических фазовых переходов может привести к созданию квантового компьютера, который может быть намного мощнее современных компьютеров. Обычный компьютер работает в двоичной системе: информация в нем кодируется цифрами 0 и 1. Квантовый же процессор — аналоговая система, она подчиняется не только нулям и единичкам, а имеет большую степень свободы. Таким образом возникают дополнительные методы кодирования информации и проведения параллельных вычислений. Кроме того, обычный компьютер работает на кремниевых проводниках, а для квантового нужна другая материальная база, которую ученым пока не удалось подобрать.
Над квантовым компьютером сейчас работает много разных групп ученых, и некоторые его уже почти создали, однако существует проблема со временем работы. Ученые, которые проектируют кубиты — наименьшие элементы хранения информации в квантовом компьютере — задумываются над тем, как долгое время сохранять их квантовое состояние, потому что оно легко разрушается взаимодействием с внешней средой. А это приводит к ошибкам вычислений.
Считается, что открытие топологических фазовых переходов решает эту проблему: система, которая находится топологически в одном классе, защищена от внешних воздействий и не может перейти в другое состояние. Таким образом, решается вопрос о долгоживущих состояниях электронов, а уже решение этого вопроса приведет впоследствии к возможности создания квантовых компьютеров.
Обладателем Нобелевской премии мира в этом году стал президент Колумбии ХУАН МАНУЭЛЬ САНТОС за попытки примирения властей с леворадикальной группировкой ФАРК
Вот уже 52 года Колумбия охвачена настоящей гражданской войной. Вернее, это не столько гражданская война, сколько противостояние между правящими силами страны с одной стороны и рядом террористических организаций с другой, которые сначала прикрывались марксистско-ленинским знаменем, а после падения СССР стали заниматься торговлей оружием, наркотиками и похищением людей. С ними периодически пытались вести диалог, но никакого результата не было.
В конце концов все мировое сообщество потребовало у Колумбии решить этот вопрос, тем более что конфликт между государственными вооруженными силами и террористами унес больше 200 тысяч жизней, а больше 4 миллионов колумбийцев были вынуждены переселиться в другие места. Страдали и соседние государства, потому что террористические организации нарушали границы, а это принципиальная проблема, учитывая местный ландшафт. Кроме того, террористы зарабатывали огромные деньги на наркотиках и контрабанде оружия, так что им было легко содержать себя и привлекать в свои ряды молодых людей. Представьте себе молодого бедного бразильца, которому дают 20 тысяч долларов и винтовку в руки. Конечно, он согласится вступить в ряды радикалов.
Последний президент Колумбии Хуан Мануэль Сантос попытался положить этому конец. Четыре года на нейтральной территории, на Кубе, колумбийское правительство и самая крупная террористическая организация страны — «Революционные вооруженные силы Колумбии» — вели переговоры. В конце концов они достигли соглашения о том, что террористы сложат оружие и перестанут вести свою деятельность. Им даже предложили предоставить несколько мест в колумбийском конгрессе, чтобы они основали там свою политическую партию. После этого президент решил провести референдум по вопросу этого соглашения — чтобы колумбийские граждане высказались, согласны они или нет.
При этом большинство колумбийцев сказали на референдуме «нет». Дело в том, что это многолетнее противостояние коснулось каждой латиноамериканской семьи, ведь столько людей погибло. И те, кто сказал на референдуме «нет», фактически высказались против безнаказанности преступников: эти люди сочли, что особо жестокие террористы все-таки должны быть наказаны.
Тот факт, что перемирие достигнуто ценой огромных усилий, дало президенту Колумбии право заслуженно получить Нобелевскую премию мира. Но с другой стороны, сейчас только начинается вторая фаза переговоров, где будут обсуждаться варианты наказаний для лидеров террористических организаций.
