Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Нобелевские премии всегда вручаются в Стокгольме 10 декабря в день смерти Альфреда Нобеля.

ФИЗИКА: двери в двумерный мир

Кто получил: Данкан Холдейн, Дэйвид Таулесс, Джон Майкл Костерлитц (все — США).

За что: теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества.

В чём суть: комментирует доктор физико-математических наук, профессор НГУ, заведующий лабораторией Института физики полупроводников СО РАН

Дмитрий Квон:

— Окружающий нас мир представляет собой коллективные состояния атомов и молекул, которые существуют в виде газов, жидкостей и твёрдых тел. Причём одни и те же атомы и молекулы могут в зависимости от внешних условий образовывать все перечисленные состояния, или, как говорят физики, газообразную, жидкую и твёрдую фазы. Эти состояния могут переходить друг в друга при изменении, в первую очередь, температуры. Наиболее простой пример — превращение воды в лёд при нуле градуса по Цельсию. Это и называется фазовым переходом.

В начале 1970-х годов Таулесс и Костерлитц создали теорию нового типа фазового перехода. Они поняли, что в мире двух измерений указанная истина нарушается, и может возникнуть смесь двух фаз, между которыми нельзя провести чёткой границы, и это оказалось новым экзотическим состоянием материи, возникающем из-за образования внутри двумерного вещества геометрических образований, называемых топологическими дефектами. Правда, оно реализуется только при температурах, близких к абсолютному нулю и в специально созданных системах, так как двумерный мир можно создать только руками человека. Независимо от американцев такую же теорию в это время создал наш соотечественник Вадим Березинский, но он, к сожалению, умер в расцвете сил и таланта в 1980 году. А на месте Холдейна могли оказаться многие современные физики-теоретики, внесшие не меньший вклад в создание многочисленных теорий топологических фаз материи, ставших уже ординарными в физике конденсированного состояния вещества.

Идеи новых лауреатов сейчас являются фундаментом теоретического описания огромного количества квантовых явлений и систем, среди которых можно упомянуть квантовые жидкости, квантовый эффект Холла, графен, топологические изоляторы и сверхпроводники, фазовый переход сверхпроводник-изолятор, а также различные модификации квантового компьютера.

Кстати, не в меньшей степени, чем нынешние лауреаты, премии заслуживают российские физики-теоретики Григорий Воловик и Владимир Минеев из московского Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау. Они внесли выдающийся вклад в понимание топологической природы материи, но сейчас в физике, как известно, американское лобби.

ФИЗИОЛОГИЯ и МЕДИЦИНА: клеточное самоедство

Кто получил: Ёсинори Осуми (Япония).

За что: открытие механизмов аутофагии.

В чём суть: комментирует доктор биологических наук, профессор НГУ, заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН

Дмитрий Жарков:

— Аутофагия — один из ключевых клеточных процессов, участвующих в самообновлении клетки и поддержании её корректного функционирования. Заключается в том, что клетка окружает часть своего внутреннего содержимого особым мембранным пузырьком — аутофагосомой, которая затем сливается с лизосомами — внутренними органами (органеллами) клетки, ответственными за пищеварение, и «переваривается». Аутофагию открыли ещё в 1960-х годах, но только в конце 1980-х Осуми обнаружил в дрожжах основные гены, отвечающие за этот процесс. А идентифицировать человеческие гены на основе известных дрожжевых в наш век молекулярной биологии — дело техники.

Скорее всего, главное, зачем аутофагия нужна клетке — это разрушение органелл — митохондрий, рибосом и других, пришедших в негодность. Иными словами, с помощью аутофагии клетка «чистит» саму себя. Также клетка таким образом может бороться с внутриклеточными паразитами — вирусами и некоторыми бактериями, например, туберкулёзной палочкой.

Открытие аутофагии позволило посмотреть на многие аспекты здоровья человека по-новому. Например, именно за её счёт поддерживается нормальная жизнь наших мышечных и нервных клеток, где митохондрии подвергаются самой большой нагрузке из-за постоянной выработки нужных для переноса энергии внутри клетки молекул АТФ. Аутофагия может помочь в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями — такими, как болезни Паркинсона и Альцгеймера. Для увеличения продолжительности жизни человека сейчас рассматривается механизм ограничения употребляемых калорий — а для него аутофагия тоже необходима. А при онкологических заболеваниях аутофагия может стать как помощником, так и врагом. В одних случаях она способна убить раковые клетки путём программированной клеточной смерти, в других — помочь этим же клеткам выжить при недостатке кислорода и питательных веществ. Если учёным удастся сместить баланс в нужную людям сторону, то это даст нам новый способ борьбы с раком.

ХИМИЯ: «Лего» из молекул

Кто получил: Жан-Пьер Соваж (Франция), Джеймс Ф. Стоддарт (США), Бернард Л. Феринга (Нидерланды).

За что: проектирование и синтез молекулярных машин.

В чём суть: комментирует доктор химических наук, заместитель директора ИХБФМ СО РАН по научной работе

Дмитрий Пышный:

— Первоисточником для этих работ стало открытие супрамолекулярной химии, которая рассматривает не просто молекулы, а их объединения в более сложные системы. В 70—80-х годах учёные стали задумываться над тем, как создавать ансамбли скреплённых неразрывно межмолекулярными взаимодействиями молекул, которые обладали бы свойствами как отдельных молекул, так и целого ансамбля. Такого рода конструкции в большей или меньшей степени должны были бы отзываться на внешние эффекты и в зависимости от них перестраиваться. Соответственно, молекулярная машина — это ансамбль определённого числа молекулярных компонентов, которые предназначены для совершения машиноподобного или механического движения. Этот результат достигается под воздействием неких стимулов.

Лауреаты фактически создали новые типы молекулярных конструкций. Соваж первым синтезировал катенаны — вещества, состоящие из двух молекулярных колец, которые удерживаются рядом с помощью межмолекулярных взаимодействий. Стоддарт получил ротаксан — кольцеобразную молекулу, «надетую» посредством таких же связей на молекулярный стержень. А немного позже, на рубеже столетий, Феринга разработал новый принцип управляемого движения на уровне молекул — изомеризуемые связи. Под воздействием температуры, ультрафиолетовых лучей или других стимулов возможно локальное протекание химической реакции, в ходе которой молекула меняет свою форму, и если правильно накладывать эти стимулы в определённой последовательности, то можно добиться направленного движения молекулы.

Пока эта разработка исключительно умозрительная, хотя есть попытки использования её в практических целях. Но если на уровне органического синтеза трудно организовать такой молекулярный мотор, то на уровне ДНК гораздо легче. Учёные научились собирать достаточно протяжённые супрамолекулярные объекты в виде пространственных фигур — от кубиков и чашечек до кувшинов и тарелок определённой формы. Уже предложен вариант наподобие конструктора «Лего», когда определённые конструкции могут программируемо собираться в объекты нужной формы. И возможность фантазировать в этом направлении дала как раз та идея, за которую и вручена Нобелевская премия-2016. Премия демонстрирует реализацию силы человеческой мысли и присуждена абсолютно заслуженно.

ЭКОНОМИКА: секреты грамотных контрактов

Кто получил: Оливер Саймон д’Арси Харт (Великобритания—США) и Бенгт Роберт Хольмстрём (Финляндия).

За что: за вклад в теорию контрактов.

В чём суть: комментирует доктор экономических наук, ведущий научный сотрудник Института экономики и организации промышленного производства СО РАН

Владимир Клисторин:

— Люди взаимодействуют друг с другом посредством огромного количества различных сделок. Немаловажную роль играют в этом процессе сделки между работодателем и работником. Однако их интересы часто не совпадают. Самый яркий пример — отношения между собственниками и топ-менеджментом. Теория контрактов, которой уже около 50 лет, как раз и занимается тем, что пытается установить, как согласовать эти интересы и одновременно добиться гарантий того, что участникам сделки будет невыгодно нарушать контракт. Теперь эта теория отмечена Нобелевской премией.

Виталий СОЛОВОВ