Есть такая штука — фундаментальные знания. Именно они, будучи объединены во взаимосвязанную динамическую систему, не только формируют представления человечества о строении и функционировании окружающего мира, но и служат основой для надстройки инструментальной базы — технологий, — необходимой для экономического и социального развития общества. Наука, конечно, не ограничивается фундаментальным знанием, особенно сейчас, когда технологии становятся настолько сложными, что требуют для своей разработки и внедрения сочетания фундаментальных знаний из нескольких различных отраслей. Но фундаментальные знания — это единственная вещь, которую способна производить только наука — многоагентно регулируемый и самоорганизованный, сложный глобальный социальный институт.
Поэтому не следует удивляться, что именно фундаментальные открытия чаще всего становятся объектом внимания Нобелевского комитета, поскольку именно они и являются двигателем прогресса человечества. Несмотря на свою кажущуюся абстрактность, заумность, оторванность от практики и удаленность от реальной жизни.
Этот нехитрый тезис иллюстрируют лауреаты Нобелевской премии в двух важных областях — в области физиологии и медицины и физики.
ФИЗИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА
Нобелевская премия по физиологии и медицине-2019 была присуждена американским ученым Греггу Семенцу, Уильяму Келину-младшему и британскому исследователю сэру Петеру Ратклиффу за открытие в области того, «как клетки чувствуют и адаптируются к доступности кислорода».
Это уже третья самая высокая научная награда за изучение того, как в живых организмах происходят процессы метаболизма, связанного с полным окислением органических веществ с помощью кислорода. Собственно, речь идет о том, чтобы понять механизмы производства и преобразования энергии в процессе жизни, включая поддержку и развитие сложной организации живых организмов, регуляцию постоянной температуры, способности к активному движению и даже разумному поведению. В 1931 премия по физиологии и медицине была присуждена Отто Варбургу за открытие цитохромоксидазы — одного из центральных звеньев дыхательной цепи мембраны митохондрий, а через семь лет, в 1938 — лауреатом премии стал бельгийский физиолог Корней Хейманс, открывший роль каротидных тел в регуляции дыхания.
В этом году Нобелевской премией по физиологии и медицине были отмечены работы по изучению защитных реакций организма на нехватку кислорода, а именно за открытие и исследование белка HIF-1 — фактора, индуцированного гипоксией. HIF-1 был открыт в 1990-х годах в лаборатории Грегга Семенца, команда которого исследовала реакцию организма на гипоксию, которая заключается в синтезе гормона эритропоэтина, который контролирует образование гемоглобина и эритроцитов. Одновременно профессор Оксфорда Питер Рэтклифф показал, что HIF-1 является не просто активатором экспрессии эритропоэтина в отдельных клетках, а одним из важнейших транскрипционных факторов, что управляет многими метаболическими процессами во всех клетках тела. В начале 2000-х в Гарварде профессор Уильям Келин на примере болезни Гиппеля-Линдау показал, что HIF-1 является важной компонентой нескольких регуляторных каскадов механизмов кислородной рецепции.
Эта фундаментальная работа является прорывом в понимании регуляторных механизмов клетки, ее следует рассматривать как мощный толчок для дальнейших, в частности прикладных, исследований. Значение для понимания регуляции HIF в биологии и медицине трудно переоценить. Клеткам очень важно чувствовать малейшие вариации уровня кислорода и быстро реагировать на них, поскольку кислород является ключевым условием существования аэробной жизни, и от его доступности зависят практически все процессы в аэробных живых системах. Это открытие, безусловно, будет иметь важные последствия для медицины, поскольку ингибиторы HIF — это потенциальные противораковые препараты. Так, практически нет ни одного аспекта онкогенеза, который не регулировался бы каскадом HIF, сейчас ведется интенсивный поиск таких соответствующих соединений-ингибиторов.
ФИЗИКА
В области физики в последние годы мы привыкли к масштабности и научной величине явлений, что отмечаются Нобелевскими премиями. Стоит только вспомнить бозон Хиггса в 2013 или гравитационные волны в 2017.
В этом году Нобелевская премия в области физики была присуждена за две разные научные работы: канадско-американскому физику и космологу Джиму Пиблзу — «за теоретические открытия физической космологии» и швейцарским астрономам Мишелю Майору и Дидье Квело — «за открытия экзопланет на орбите вокруг солнцеподобной звезды».
Джим Пиблз — один из самых известных астрофизиков второй половины XX века — разработал теорию, которая является основой современного понимания эволюции Вселенной, от Большого взрыва до наших дней. В середине 1960-х вместе с американскими астрофизиками, лауреатами Нобелевской премии 1978, Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, он участвовал в прогнозировании и открытии космического реликтового излучения. В 70-х годах он в числе первых обратил внимание на важность изучения флуктуаций реликтового излучения и связал их свойства с крупномасштабной структурой Вселенной. В конце 70-х — начале 80-х Пиблз разработал математическое описание задач наблюдательной космологии, связанных с изучением крупномасштабной структуры Вселенной, в частности каталогов галактик и скоплений галактик. Написанные им книги «Physical cosmology» и «Large-Scale Structure of the Universe» заложили основы современной наблюдательной космологии.
Таким образом, присуждение Нобелевской премии Джиму Пиблзу является признанием его грандиозного вклада в развитие современной физической космологии. Работы ученого, начиная с 60-х годов ХХ века, сформировали современное научное видение Вселенной и доказали существование таких необычных и неизвестных ранее факторов, как темная материя и темная энергия.
Швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квело в 1994, используя метод Доплера, начали измерять радиальные скорости в 142 карликовых звездах класса G и K с помощью нового спектрографа ELODIE, который позволил проводить эти измерения с точностью 13 м/c. Для достижения такой точности Мишель Майор и Дидье Квело существенно улучшили инструменты того времени. Наблюдение продолжались 18 месяцев. За это время удалось обнаружить изменения радиальной скорости в нескольких звездах. То есть были найдены объекты, в которых изменяется их радиальная скорость: звезда от нас удаляется, мы измеряем эту скорость, на фоне которой есть небольшие колебания. Когда планета вращается вокруг звезды, мы видим, как из-за ее влияния меняется измеряемая скорость основной звезды. Среди этих объектов оказалась звезда 51 Peg, которая находится на расстоянии около 50 световых лет от Земли и подобна нашему Солнцу, у которой было зафиксировано первую большую экзопланету, вращающуюся на достаточно близкой орбите.
В результате проведенных исследований, в 1995 Мишель Майор и Дидье Квело в журнале «Nature» сообщили об открытии планеты с массой менее 2-х масс Юпитера, вращающейся на орбите этой звезды с периодом 4,23 дня. Это открытие стало началом эры выявления экзопланет, что привело к бурному всплеску интереса к экзопланетам и к массовому поиску планет в других системах доступными методами, и на сегодня таких планет известно уже более 4 тысяч.
Говоря об этих работах, к формулировке Нобелевского комитета «за вклад в понимание эволюции Вселенной и места нашей планеты в космосе», собственно, нечего добавить. Пожалуй, познание самого себя и своего места в мире и является важнейшей и самой сложной задачей человека.
ХИМИЯ
В области химии в последние годы царит технологичность. Чего стоят только премии 2014 за флуоресцентную микроскопию со сверхвысоким разрешением и 2018 за разработку фагового дисплея и направленной эволюции белков для создания новых диагностических и иммунотерапевтических препаратов. В этом же направлении научное сообщество движется и в этом году.
Нобелевская премия в области химии 2019 была присуждена японскому химику Акира Есино, английскому химику М. Стэнли Уиттенгему, и американскому физику, профессору машиностроения и материаловедения Джону Банистеру Гуденафу за создание литийионных батарей.
Литийионные аккумуляторы произвели революцию в нашей жизни и используются везде — от мобильных телефонов до ноутбуков и электромобилей; они дают возможность сохранять энергию из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветряная энергия. Своей работой лауреаты заложили основу цифрового общества, свободного от использования ископаемого топлива.
Фундаментальные основы создания литийионного аккумулятора были заложены во время нефтяного кризиса в 1970-х. Стэнли Уиттенгем работал тогда над разработкой методов, которые могут привести к использованию энергии без ископаемого топлива. Он начал исследовать сверхпроводники и обнаружил чрезвычайно богатый энергией материал, который может быть использован для создания инновационного катода в литиевой батарее. Он был сделан из дисульфида титана, который на молекулярном уровне имеет пространство, которое может содержать ионы лития.
Анод аккумулятора был частично изготовлен из металлического лития, который является мощным двигателем высвобождения электронов. Это привело к созданию батареи, однако из-за реактивности металлического лития аккумулятор был слишком взрывоопасным, чтобы быть жизнеспособным.
Джон Банистер Гуденаф предположил, что катод будет иметь еще больший потенциал, если он будет изготовлен с использованием оксида вместо сульфида. В начале 1980-х, после систематических экспериментов, он доказал, что оксид кобальта с ионами лития может производить вдвое больше энергии. Это было важным прорывом и привело к появлению гораздо более мощных аккумуляторов.
Имея катод Гуденафа в качестве основы, Акира Есино в 1985 создал первую жизнеспособную коммерческую литийионную батарею, которая попала на рынок в 1991. При этом вместо использования реактивного лития в аноде он использовал углеродный материал.
В результате мы получили легкую аккумуляторную батарею, которую можно заряжать сотни раз, прежде чем ее производительность ухудшится. Преимущество литийионных аккумуляторов заключается в том, что они основаны не на химических реакциях, которые разрушают электроды, а на ионах лития, протекающих между анодом и катодом.
Это технологическое открытие, несмотря на свой кажущийся прикладной характер, имеет на самом деле глобальные и фундаментальные последствия, поскольку является базовой составляющей того комплекса технологий, что привели к тому, что сейчас называют «цифровой революцией», которая вызывает мощные и масштабные социальные и политические трансформации во всем глобальном обществе.
Таким образом, можно сказать, что работы, отмеченные Нобелевскими премиями, являются своего рода верстовыми столбами человечества на пути его развития. Они обозначают наше место во Вселенной, нашу систему координат, и позволяют понять направление, в котором мы движемся.
И это — быть ориентиром и указателем — тоже является важной социокультурной функцией науки. Итак, поздравляем лауреатов и науку в целом — как глобальный социальный институт.
