Гены неандертальца, запутанность атомов и «конструктор» химика: за что дали Нобелевскую премию

Ежегодный сезон Нобелевских премий открыт. Каждый октябрь комитеты в Швеции и Норвегии назначают лауреатов различных премий в области науки, литературы и экономики, а также в области миротворческой деятельности.

Всего присуждается шесть премий, каждая из которых отмечает новаторский вклад человека или организации в определенную область. Награды присуждаются за физиологию или медицину, физику, химию, экономические науки, литературу и миротворческую работу.

Во время пандемии организаторы премии скорректировали процедуру. В 2020 и 2021 годах некоторые мероприятия были отменены: те, что проходят в Стокгольме, заменили онлайн церемониями награждения победителей, а вручение премии мира в Осло проходило с ограниченной аудиторией. В этом году лауреаты получат свои медали и дипломы в декабре в традиционном формате, также на церемонию будут приглашены победители предыдущих двух лет.

Нобелевские комитеты уже огласили список победителей по трем направлениям: стали известны результаты в области физиологии или медицины, физики и химии.

Последняя воля Альфреда Нобеля

Нобелевская премия — это пять отдельных премий, которые вручаются в соответствии с завещанием Альфреда Нобеля тем, «кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству» в физике, химии, физиологии или медицине, литературе и мире. 

В 1968 году в честь своего 300-летия Sveriges Riksbank (центральный банк Швеции) профинансировал учреждение Премии Шведского национального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля. Управление вручением этой премией также осуществляет Нобелевский фонд и поэтому ее часто также называют «Нобелевской». После этого расширения организаторы приняли решение, что других направлений больше не будет.

Согласно завещанию Альберта Нобеля, большая часть принадлежавших ему активов была продана, а деньги вложены в ценные активы, из процентов от инвестирования которых и формируется фонд премии. Годовые доходы делятся на пять равных частей, каждая из которых идет на финансирование отдельной премии.

Одну Нобелевскую премию могут присудить одной или двум работам, но при этом общее число лауреатов не должно превышать трех. Это правило было введено только в 1968 году, но де-факто всегда соблюдалось. При этом денежное вознаграждение делится между лауреатами следующим образом: премия сначала делится поровну между работами, а потом поровну между их авторами. Таким образом, если награждаются два разных открытия, одно из которых сделали двое, то последние получают по четверти денежной части премии. А если награждается одно открытие, которое сделали двое или трое, все получают поровну.

Та или иная премия может никому не присуждаться, если члены соответствующего комитета не нашли достойных работ среди выдвинутых на соискание. В этом случае призовые средства сохраняются до следующего года. Например, в 1948 году, в год убийства Махатмы Ганди, члены Норвежского нобелевского комитета отказались от вручения премии мира, потому что «не было подходящего живого кандидата». 

Выбору лауреатов и награждению предшествует большая работа, которая ведется круглый год многочисленными научными и общественными организациями по всему миру. Окончательный отбор лауреатов осуществляют Шведская королевская академия наук (премии в областях физики, химии и экономики), Шведская академия (премия по литературе), Нобелевская ассамблея Каролинского института (премия в области физиологии и медицины) и Норвежский нобелевский комитет (премия мира). 

Завещание Нобеля после его смерти вызвало много споров как в Швеции, так и за рубежом, поскольку ученый и инженер оставил большую часть своего состояния на учреждение премии. Его семья выступала против учреждения премии, а названные им лауреаты отказались выполнять то, о чем он просил в своем завещании. Потребовалось пять лет, чтобы в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия.

Нобелевская премия в области физиологии или медицины

Нобелевскую премию вручили за изучение генома неандертальца и открытие денисовца

Кому?

Сванте Паабо (Svante Pääbo), Швеция

Основатель и профессор Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге, адъюнкт-профессор Окинавского института науки и технологий. В прошлом был научным сотрудником в Цюрихском университете и Калифорнийском университете в Беркли, профессором Мюнхенского университета.

За что?

За его открытия, касающиеся геномов вымерших гоминидов и эволюции человека

Нобелевская ассамблея Каролинского института

В чем суть работы?

Из-за экстремальных технических проблем, связанных с деградацией ДНК в течение десятков тысяч лет и загрязнения микроорганизмами и современными людьми, долгое время было непонятно, возможен ли анализ архаичной ДНК вымерших форм гоминидов. Технологические разработки и стандарты исследования, предложенные Сванте Паабо, показали, что ничего невозможного в этом нет.

Исследователь впервые секвенировал геном неандертальца (Homo neanderthalensis), вымершего родственника современного человека. Он также сделал сенсационное открытие, обнаружив ранее неизвестного гоминида — денисовского человека или денисовца (Homo denisovensis). 

Кроме того, ученый показал, что передача генов произошла от этих ныне вымерших видов людей к Homo sapiens уже после миграции из Африки, которая началась около 70 тыс. лет назад. Это подтверждает, что анатомические предки современных людей скрещивались с другими видами, которые обитали на той же территории.

Зачем это нужно?

Открытия Паабо не только проливают свет на эволюционную историю человека, но также имеют практическое значение. По данным исследований, геномы современных людей из неафриканских народов содержат от 1 до 2% генетического материала неандертальцев. При этом архаичные сегменты ДНК различаются у людей и в общей сложности около 20% генома неандертальца сохранилось у современных людей. А у маленезийцев, например, от 4 до 6% генома составляет ДНК денисовца.

Поскольку архаичные люди уже были генетически адаптированы к жизни в некоторых средах за пределами Африки их скрещивание с анатомическими предками современных людей помогали последним адаптироваться и выживать в новых условиях.

Например, у современных жителей Тибета обнаружена версия гена пути гипоксии, которая досталась им от денисовского человека и помогает выживать на большой высоте. Другой пример — наборы генов, которые отвечают за взаимодействие с вирусами. Недавние исследования ученых показали, что архаичные аллели на хромосомах могут влиять на риск развития дыхательной недостаточности при коронавирусной инфекции.

Существуют и другие примеры связи между архаичными аллелями и человеческими фенотипами, связанными с болезнями или особенностями развития. Эта область продолжает активно развиваться, но уже сейчас понятно, что, изучая связи между генами предков и физиологией человека, можно открыть множество необычных свойств, которые будут полезны в медицине.

Нобелевская премия по физике

«Прародителям» квантовых компьютеров вручили Нобелевскую премию по физике

Кому?

• Ален Аспект (Alain Aspect), профессор университета Париж-Сакле и Политехнической школы в Палезо, Франция.
• Джон Клаузер (John F. Clauser), физик-исследователь, консультант и изобретатель в JF Clauser and Associates, США. Ранее работал в Калифорнийском университете в Беркли.
• Антон Цайлингер (Anton Zeilinger), профессор Венского университета, Австрия.

Премия вручается в равных долях всем трем исследователям.

За что?

За эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике

Шведская королевская академия наук

В чем суть работы?

Все три лауреата исследовали эффекты запутанности квантовых частиц и нарушение неравенства Белла. Еще в 1960-х годах физик Джон Стюарт Белл разработал математическое неравенство, которое позволяло проверить наличие скрытых переменных. Они могли бы объяснить таинственную связь частиц в квантовой механике. 

Если неравенства выполняются, то справедлива гипотеза локального реализма, которая говорит, что все объекты обладают «объективно существующими» значениями параметров и характеристик для любых возможных измерений. А значит, никакого «кота Шредингера» не существует.

Американец Джон Краузер развил идеи Белла и придумал практический эксперимент, который показал нарушение неравенства Белла и тем самым подтвердил квантовую механику. Алан Аспект продолжил исследования Краузера и доработал эксперимент так, чтобы закрыть возможную «лозейку», которая могла повлиять на результат.

Используя усовершенствованные инструменты и длинную серию экспериментов, Антон Цайлингер первым начал использовать запутанные квантовые состояния на практике. Среди прочего, его исследовательская группа продемонстрировала явление, называемое квантовой телепортацией, которое позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии.

Зачем это нужно?

Сложные эффекты квантовой механики начинают находить практическое применение. В настоящее время существует обширная область исследований, включающая квантовые компьютеры, квантовые сети и безопасную связь с квантовым шифрованием, которые основаны на эффектах запутанности частиц.

Нобелевская премия по химии

Нобелевскую премию по химии вручили за простой способ создания сложных веществ

Кому?

• Каролин Бертоцци (Carolyn R. Bertozzi), профессор Стэнфордского университета, США.
• Мортен Мелдаль (Morten Meldal), профессор Копенгагенского университета, Дания.
• Барри Шарплесс (K. Barry Sharpless), профессор исследовательского института Scripps Research, США.

Премия вручается в равных долях всем трем исследователям.

За что?

За разработку клик-химии и биоортогональной химии

Шведская королевская академия наук

В чем суть работы?

В 2001 году американский исследователь Барри Шарплесс разработал и представил концепцию клик-химии. Главная идея этой работы состоит в том, что сложные химические молекулы можно собирать из простых элементов также, как дом из конструктора LEGO. При этом реакции должны проходить быстро, а нежелательные побочные продукты не образовываться.

В 2002 году независимо друг от друга сам Шарплесс и датский ученый Мортен Мелдаль предложили химическую реакцию, которая позволяет полностью реализовать идеи клик-химии. Оказалось, что в присутствии одновалентной меди можно использовать реакцию азид-алкинового циклоприсоединения для быстрой сборки сложных молекул.

Эта реакция обеспечивает присоединение органических соединений, содержащих азидную группу (-N=N+=N−), обычно связанную с атомом углерода, к алкинам — ациклическим непредельным углеводородам, содержащие одну тройную связь между атомами углерода.

Третий лауреат премии, Каролин Бертоцци, разработала на основе принципов клик-химии реакции, которые работают внутри живых организмов. Ее биоортогональные реакции не нарушают естественных процессов в клетках и позволяют изучать живые организмы.

Зачем это нужно?

Азид-алкиновое циклоприсоединение в присутствии медного катализатора активно используется в фармацевтике и химической промышленности. Например, его применяют при разработке фармацевтических препаратов, для картирования ДНК и создания новых материалов с управляемыми свойствами.

Биоортогональные реакции, разработанные Шарплес, используются во всем мире для изучения клеток и отслеживания биологических процессов. Анализируя эти процессы, исследователи улучшили, например, нацеливание лекарств от рака, которые сейчас проходят клинические испытания.

Что получают лауреаты?

Официальная церемония награждения всех лауреатов пройдет 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля, в Стокгольме. Приз по каждому направлению составит 10 млн шведских крон или около $908 тыс. 

Помимо денежного приза Нобелевские лауреаты получают из рук короля Швеции медаль и специальный диплом. Каждый диплом уникально разработан учреждениями, присуждающими премии, для лауреатов, которые их получают. Диплом содержит изображение и текст на шведском языке, в котором указывается имя лауреата и ссылка на то, почему он получил приз. 

---

Читать далее:

Катапульта отправила в небо спутники НАСА

Гигантская магнитная буря приближается к Земле

Воссоздать Солнце на Земле: как физики решили главную проблему термоядерного синтеза

_{На обложке: Osama Shukir Muhammed Amin FRCP(Glasg), CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons}