Тиждень.ua
Новини Політика Економіка Світ Суспільство Культура Історія Подорожі Авто Спецтеми Війна Колонки Архів журнал «Український тиждень» Передплата Пошук Галерея Інфографіка Відео Прес-релізи Приватна урбаністика
12 жовтня, 2017   ▪   The Economist   ▪   Версія для друку

The Economist: Зміна часу в Стокгольмі

Нобелівські премії 2017 року в галузі науки: біологічні годинники, гравітаційні хвилі й дослідження структури білка
Матеріал друкованого видання
№ 41 (517)
від 12 жовтня
The Economist: Зміна часу в Стокгольмі

Нобелівський тиждень (серія лекцій і церемоній, що проводяться кожного грудня в Стокгольмі, наприкінці на учасників чекає вручення власне премій і бенкет) — подія некваплива. Це добре, позаяк лауреати приїжджають з усього світу. Вони мають час адаптуватися до зміни часових поясів перед зустріччю з королем Швеції та врученням медалей і чеків. Цьогоріч особливо це можуть оцінити троє переможців, адже вони з числа тих учених, які допомогли зрозуміти, чому ж узагалі є таке явище, як десинхронізація, або ж джетлаг.
Джеффрі Голл, Майкл Росбаш і Майкл Янґ разом дослідили, як внутрішній годинник плодових мушок (а також інших організмів) керує так званими циркадними (добовими) ритмами. Це внутрішній цикл (латинське слово circa означає «навколо», а dies — «день»), який пристосовує фізіологічні процеси в тілі до чергування світла й темряви, зумовленого обертанням Землі. Він, зокрема, керує чергуванням сну й активності організму. Таким чином було відкрито, що людині, яка перелітає, скажімо, з Лондона до Нью-Йорка (відколи реактивні літаки зробили можливим швидке пересування між часовими поясами), знадобиться кілька днів, щоб пристосуватися до нью-йоркського світлого відтинку доби.

Голл і Росбаш працювали в університеті Брендайса в штаті Массачусетс. Янґ вів дослідження окремо в університеті Рокфеллера в Нью-Йорку. У 1984-му вони зробили перший крок: виділили в дрозофіл ген, який назвали «період». Як уже було відомо, цей ген допомагав керувати циркадними ритмами. У часи, коли розшифрування генів ще тільки зароджувалося, це було вже досить визначним досягненням. Далі Голл і Росбаш виміряли концентрацію білка, що кодує цей ген, у мозку мушок-дрозофіл. Вони виявили, що концентрація цього білка циклічно зростає й зменшується протягом доби, досягаючи найвищого значення вночі. Також вони виміряли рівні присутності зв’язкової молекули, яка виробляється генами періоду та переносить «рецепт» білка до клітинних структур, які продукують такі білки. Ці рівні також циклічно змінюються щодня, досягаючи пікового значення за кілька годин до піку білка.

Основне тут: сам білок пригнічує дію генів періоду. Що вища його концентрація, то менша активність генів. Це знижує виробництво зв’язкової молекули, що своєю чергою зменшує виробництво білка. Через це ген активується повторно. І так знову й знову.
У процес залучено багато інших генів і білків, чимало з яких також відкрили вчені Голл, Росбаш і Янґ. Деякі з них «під’єднують» біологічний годинник до інформації з органів зору, щоб забезпечити його синхронну роботу із сонцем. Але саме той базовий цикл активності гена «період», що регулюється зв’язковою молекулою і білком, і є справжнім маятником біологічного годинника.

Справа великої ваги

Лауреати-фізики побили рекорди часу по-іншому. Незважаючи на застереження в заповіті Альфреда Нобеля, що премії повинні даватися за дослідження, зроблене в попередньому році, більше половини їх у галузі фізики з 1985 року присуджено за роботи, виконані понад 20 років тому. Проте цього року все було інакше. Премію присудили Райнеру Вайссу з Массачусетського технологічного інституту, а також Баррі Барішу та Кіпу Торну з Каліфорнійського технологічного інституту, які два роки тому виявили гравітаційні хвилі.

Один із винаходів, нагороджених премією в галузі хімії, дозволить цілеспрямовано створювати ліки, які взаємодіяли б із молекулами, а не просто гадати, які хімічні речовини можуть лікувати, і перевіряти для цього мільйони сполук

Передбачення існування таких хвиль — одне з багатьох, які містяться в теорії відносності Альберта Айнштайна сторічної давності. Він уявляв, що гравітація — це результат викривлення простору й часу навколо маси. Це викривлення змінює шлях об’єктів, що рухаються поблизу. Якщо розв’язати рівняння, котрі описують цей процес, то вийде, що рухомі маси повинні створювати хвилі, які розходяться по всесвіту.
Щоб виявити такі коливання, потрібна чутлива апаратура. Усі три лауреати працювали на американському детекторі гравітаційних хвиль LIGO, добудованому у 2002 році. Принцип роботи LIGO полягає в тому, що він розщеплює лазерний промінь надвоє та посилає дочірні промені туди-сюди через пару тунелів, кожен завдовжки 4 км, розміщених перпендикулярно один до одного. Будь-яка гравітаційна хвиля при проходженні повинна розтягувати й стискати обидва тунелі по-різному, викликаючи майже непомітні зміни у відтинках часу, за який лазерний промінь перетинає їх. Аби підтвердити, що машина «бачить» гравітаційну хвилю, її облаштували двома парами тунелів: одним у штаті Вашингтон, іншим у штаті Луїзіана. Гравітаційна хвиля з’являтиметься майже (але не зовсім) одночасно в обох.

Попри високу чутливість спочатку LIGO не давав жодних результатів. І лише після низки вдосконалень, починаючи з 2010 року, він став достатньо чутливим, аби остаточно й недвозначно розпізнавати ці хвилі. Перша помічена (яка й принесла ученим премію) у 2015-му вважається результатом зіткнення двох чорних дір за 1,3 млрд світлових років від Землі. Відтоді було зроблено ще більше відкриттів. За кілька днів до вручення Нобелівських премій LIGO повідомив про виявлення вже четвертої гравітаційної хвилі. А в онлайн-режимі з’являється дедалі більше детекторів. Виявленню четвертої хвилі посприяв європейский інструмент VIRGO, розміщений в Італії. Інші присторї будуються в Індії і Японії. Система космічного базування під назвою LISA, з «рукавами» у мільйони кілометрів завдовжки (а отже, із набагато вищою чутливістю) готується до запуску в 2030-х.

Читайте також: Просвітництво онлайн. Як волонтерські ініціативи здатні змінити загальний рівень освіченості суспільства

Але цьогорічна премія в галузі фізики відзначає не просто чергове підтвердження мудрої здогадки Айнштайна. До сьогодні астрономам доводилося спостерігати за Всесвітом за допомогою електромагнітного спектру — радіохвиль видимого світла гамма-випромінювання. Детектор, спроектований і збудований Вайссом, Барішем, Торном і кількомастами інших учених, відчиняє нове вікно у світ і може допомогти астрономам бачити те (наприклад, зіткнення чорних дір або стан Усесвіту відразу після Великого Вибуху) , що не видно завдяки електромагнетизму. 

У морозильнику

Премія в галузі хімії дісталася Жаку Дюбоше з університету Лозанни (Швейцарія), Йоахиму Френку з Колумбійського університету у Нью-Йорку і Річарду Гендерсону з Лабораторії молекулярної білології у Кембриджі (Велика Британія). Кожен із них зробив внесок у розвиток кріоелектронної мікроскопії — техніки, яка дає змогу бачити формулу біологічних молекул (як-от білків), не докладаючи значних труднощів, без яких не обходилася підготовка до обробки за більш давніми прийомами на кшталт рентгенної кристалографії або звичайної електронної мікроскопії.
Дюбоше винайшов спосіб заморожувати критично важливі для цього прийому зразки. Їх, наприклад потрібний дослідникам білок, у формі водної суспензії наливають на тонку металеву сітку. Тоді цю сітку занурюють у рідкий етан при температурі близько –180 °C. Особливе значення має швидкість занурювання. Якщо вона замала, то вода в зразку перетвориться на кристалики льоду, які знищать молекули білка. Проте якщо занурювати достатньо швидко, то вода перетвориться не на лід, а перейде в склоподібний стан, який зберігатиме білки для дослідження.
Гендерсон звернувся до цієї техніки, коли білок, який учений намагався підготувати до рентгенівської кристалографії, ніяк не хотів кристалізуватися, а тому його не можна було дослідити. У 1990 році, після понад 15 років спроб, він уперше використав її для отримання зображення білка бактеріородопсину — такого детального, наскільки здатна рентгенівська кристалографія.

Внесок Френка математичного характеру. Він розробив метод виділення тривимірних білкових структур із плоских кадрів, отриманих із кріоелектронного мікроскопа. Зрештою, після багаторічного вдосконалення отримано новий, більш якісний спосіб дослідження біологічних молекул. Позаяк часто саме форма таких молекул визначає їхні функції, виявлення точної форми має критичне значення для вчених. Це дозволить, наприклад, цілеспрямовано створювати ліки, які взаємодіяли б з молекулами, а не просто гадати, які хімічні речовини можуть бути ліками, і перевіряти мільйони сполук.

Можна сперечатися про те, чи варто кріоелектронну мікроскопію насправді віднести до фізики. Представники цієї науки хотіли б мати можливість «присвоїти» її собі. Але незалежно від того, чи підпадає вона під таксономію тої науки, цей винахід проривний із багатьох поглядів. 

© 2011 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved

Переклад з оригіналу здійснено «Українським тижнем», оригінал статті опубліковано на www.economist.com




Матеріали за темою:

Теги
Реклама
Останні публікації згорнути
Новини партнерів 24tv.ua
Новини партнерів
Зворотний зв'язок
Тиждень дуже цінує думки своїх читачів і намагається враховувати їхню думку. Відгуки, коментарі і просто враження від прочитаного матеріалу ви можете надіслати за допомогою системи зворотнього зв 'язку. Редакція сайту обіцяє уважно вивчати ваші повідомлення — найцікавіші з них ми публікуватимемо у спеціальних статтях. Дякуємо за увагу та співпрацю.
 
©2007-2017 Тиждень.ua
Передрук або будь-яке інше комерційне використання сайту можливе лише з дозволу редакції.
RSS
Interfax

Будь-яке копiювання, публiкацiя, передрук чи наступне поширення iнформацiї, що мiстить посилання на "Iнтерфакс-Україна", суворо забороняється. Передрук, копіювання або відтворення інформації, яка містить посилання на агентство "Українські Новини", в будь-якому вигляді суворо заборонено