Nobel '99 w medycynie, fizyce i chemii
Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z medycyny, fizyki i chemii pochodzą z Europy i Afryki, ale trzech z nich (spośród czterech uhonorowanych) pracuje w Stanach Zjednoczonych. Urodzony na Śląsku Niemiec Günter Blobel dokonał swego odkrycia na Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku, Egipcjanin Ahmed Zewail - w Kalifornijskim Instytucie Technologicznym w Pasadenie, natomiast Holender Martinus Veltman jest emerytowanym profesorem Uniwersytetu Michigan. Tylko Gerardus ?t Hooft pozostał w swojej ojczyźnie i wykłada na uniwersytecie w Utrechcie.
Odkrycia - w fizjologii, chemii i fizyce - dotyczą zjawisk fundamentalnych, zachodzących w mikroświecie, niezwykle trudnych do obserwacji. Prof. Günter Blobel wyjaśnił, w jaki sposób przesyłane są pewne najważniejsze informacje w komórce. Ahmed Zewail znalazł metodę filmowania jąder atomowych i elektronów podczas reakcji chemicznych przebiegających w ułamku sekundy. Holendrzy Martinus Veltman i Gerardus ?t Hooft opracowali teorię, która pozwala przewidzieć własności i zachowanie cząstek elementarnych, nawet jeśli ich jeszcze nie odkryto. W tym nowym rozdziale współczesnej fizyki badacze rezygnują z opisu dostępnego ludzkim zmysłom. Cząstki elementarne tworzące nas samych i wszystko wokół bardziej stają się zbiorami własności matematycznych niż obiektami materialnymi.
Blobel zadał sobie pytanie, na które nikt wcześniej nie próbował odpowiedzieć: co pozwala setkom różnych białek produkowanych w miliardach komórek między innymi ludzkiego organizmu docierać na właściwe, im przeznaczone miejsca? Jedne białka muszą pozostać w cytoplazmie, inne powinny się znaleźć w jądrze bądź utworzyć błonę komórkową, kolejne zostaną wysłane na zewnątrz w postaci hormonów. W jaki sposób adresowana jest taka przesyłka? Co spełnia funkcje etykiet czy kodu pocztowego? Blobel przypuszczał, że informacja określająca lokalizację białka powinna być na nim umieszczona jak adres na paczce. Przeprowadzając serie skomplikowanych eksperymentów, stwierdził, że na białkach wytwarzanych w chemicznych fabrykach komórek znajduje się coś w rodzaju trójliterowego kodu, przypominającego kod umieszczany na lotniczych nalepkach na bagaż.
Nośnikiem sygnału jest pierwsza sekwencja produkowanego białka, informująca, dokąd ma trafić cała partia. Wpisywana jest w proteinę podczas procesu przetwarzania informacji genetycznej zaczerpniętej z DNA jądra komórki. W specjalnych organellach, zwanych rybosomami, według genetycznej recepty powstają białka. Prof. Blobel odkrył również, jak różne pomocnicze molekuły odczytują zakodowane dane i przekazują proteiny tam, gdzie powinny się znaleźć. To uniwersalny w całym świecie ożywionym sposób oznaczania i transportu białek. Posługują się nim sprawnie zarówno komórki drożdży czy baobabu, jak i człowieka. Pomyłki w adresie mogą mieć dramatyczne skutki, między innymi wywoływać takie groźne choroby, jak mukowiscydoza czy hipercholesterolemia. Czasem błędy kosztują życie. Niekiedy lepiej byłoby, gdyby potrzebna proteina nie powstała aniżeli miała zająć niewłaściwe miejsce. Wówczas będzie bowiem szkodzić. Od kiedy za pomocą metod inżynierii genetycznej zaczęto produkować ludzkie białka w bakteriach i używać tych protein jako leków, dostrzeżono, jak ważne jest umieszczenie w nich kodu precyzyjnie informującego, dokąd mają być wysłane.
Nagrodzony w dziedzinie chemii 53-letni Egipcjanin Ahmed Zewail, obywatel amerykański, chciał obserwować "na żywo", w czasie rzeczywistym, przebieg reakcji chemicznych, czyli ruch atomów i elektronów w cząsteczce. Są to jednak procesy niesłychanie szybkie. Dwa atomy wodoru, które napotykają atom tlenu, tworzą cząsteczkę wody w ciągu tysięcznej części jednej bilionowej części sekundy, trwającej tyle razy krócej od sekundy, ile razy jest ona krótsza od 32 mln lat. Czy można dostrzec coś, co dzieje się tak błyskawicznie? Ahmed Zewail opracował metodę ujawniającą ruchy atomów komponujących się w większe całości lub uwalniających się z tworzonych poprzednio związków. Urządzenie, które zbudował w tym celu, można by nazwać najszybszym aparatem fotograficznym świata, nie byłoby to jednak określenie technicznie ścisłe. Impulsy wysyłane co ułamek sekundy przez źródło światła laserowego pozwalają pobudzić badaną cząsteczkę, a następnie pokazać, jak się zmieniła od poprzedniego błysku. Ten rodzaj spektroskopii laserowej ukazuje ruchy atomów uczestniczących w reakcji chemicznej. Dzięki temu badacz mógł obserwować - jak na zwolnionym filmie - ruchy atomów na przykład w cząsteczce jodku sodu w chwili, gdy rozpada się ona na sód i jod. Nie oznacza to jednak, że twórca tej metody mógł bezpośrednio oglądać atomy. Mierzył, ile laserowego światła pochłaniają molekuły i uzyskiwał ich "widmo energetyczne", dzięki któremu można było odtworzyć rzeczywiste ruchy atomów i elektronów i zrozumieć, jak się przekształca zbudowana z nich materia. Technika ultraszybkiej spektrografii laserowej, zastosowana do obserwacji skomplikowanych molekuł (na przykład nośnika cech dziedzicznych DNA), otwiera ogromne perspektywy przed genetykami.
Dwóm holenderskim uczonym, 68-letniemu Martinusowi Veltmanowi i jego byłemu studentowi Gerardusowi ?t Hooftowi (dziś 53-letniemu), przyznano Nagrodę Nobla w fizyce za rozwiąza- nie jednego z najtrudniejszych problemów współczesnego opisu świata, jakim jest struktura kwantowa tzw. interakcji elektrosłabych. Veltman, wyjaśniając znaczenie prac, przyznał, że dotyczą one spraw tak trudnych i abstrakcyjnych, że sam ma problemy z objaśnieniem ich swoim dorosłym dzieciom. Komitet Nagród Nobla w swym komunikacie stwierdza, że fizyków uhonorowano za stworzenie mocnych podstaw matematycznych dla fizyki cząstek elementarnych (z któ-rych zbudowany jest wszechświat). Od mniej więcej 50 lat fizycy są zgodni, że w przyrodzie istnieją cztery podstawowe siły: grawitacja, elektromagnetyzm, oddziaływania silne (wiążące w całość jądro atomu) i słabe (powodujące, że w pierwiastkach promieniotwórczych jądra atomowe co jakiś czas się rozpadają). W latach 60. dwaj fizycy Abdus Salam i Steven Weinberg wykazali, że elektromagnetyzm i oddziaływania słabe są właściwie dwiema formami tych samych elektrosłabych interakcji. Fizyka zbliżyła się w ten sposób do poszukiwanej od dawna jednej formuły, za pomocą której można by opisać cztery rodzaje interakcji zachodzących w naturze. Dwadzieścia lat temu teoria oddziaływań elektrosłabych przyniosła Salamowi i Weinbergowi Nagrodę Nobla. Nie pozwala jednak przewidywać, jakie właściwości powinny mieć cząstki elementarne i jak powinny się zachować. Gdy fizycy próbowali podstawiać konkretne liczby do teoretycznych równań, często otrzymywali absurdalne wyniki - na przykład masa poszukiwanych przez nich cząsteczek miała być nieskończona. "Podczas badań byliśmy przekonani - Abdus Salam i ja - że te nieskończone masy można w jakiś sposób wyeliminować z naszej teorii. Nie wiedzieliśmy jednak, jak to zrobić" - skomentował prof. Weinberg.
Holendrzy Martinus Veltman i Gerardus ?t Hooft opracowali matematyczne podstawy teorii cząstek elementarnych w taki sposób, że pozwala ona przewidywać rzeczywiste cechy i zachowania cząstek, przy czym nie pojawiają się absurdalne, nieskończone masy. "Prace obu uczonych zrewolucjonizowały fizykę" - stwierdził między innymi John Ellis, fizyk teoretyk z Europejskiego Laboratorium Fizyki Cząstek pod Genewą. W tym największym na Starym Kontynencie centrum badań dwaj fizycy, czyli Włoch Carlo Rubbia i Holender Simon Van der Meer, wykorzystując matematyczną metodę opracowaną przez Veltmana i ?t Hoofta, przewidzieli i odkryli istnienie cząstek Z i W, przenoszących oddziaływanie słabe. Przygotowywany tam dziś eksperyment powinien umożliwić odkrycie tzw. bozonu Higgsa. Korzystając z tych samych matematycznych formuł, Amerykanie w Laboratorium Fermiego pod Chicago odkryli cztery lata temu ostatnią, poszukiwaną cząstkę, zamykającą komplet potrzebny do utworzenia otaczającego nas świata - kwark top (górny). Gerardus ?t Hooft od lat próbuje rozwiązać inny ważny problem - kwantową teorię grawitacji, co - jak sądzą niektórzy komentatorzy - może mu przynieść następną Nagrodę Nobla.
Przyznanie w tym roku Nagrody Nobla w fizyce za teorię matematyczną wymagało ze strony komitetu odwagi w interpretowaniu woli fundatora tego wyróżnienia, który - podobno ze względów osobistych - nie lubił matematyków. Nie wierzył również, by ich dziedzina mogła mieć jakiekolwiek zastosowanie praktyczne. Dlatego pominął ją, ustalając, jakie dziedziny badań mają być nagradzane. Dziś matematyka staje się kluczem do zrozumienia realnego świata.
Odkrycia - w fizjologii, chemii i fizyce - dotyczą zjawisk fundamentalnych, zachodzących w mikroświecie, niezwykle trudnych do obserwacji. Prof. Günter Blobel wyjaśnił, w jaki sposób przesyłane są pewne najważniejsze informacje w komórce. Ahmed Zewail znalazł metodę filmowania jąder atomowych i elektronów podczas reakcji chemicznych przebiegających w ułamku sekundy. Holendrzy Martinus Veltman i Gerardus ?t Hooft opracowali teorię, która pozwala przewidzieć własności i zachowanie cząstek elementarnych, nawet jeśli ich jeszcze nie odkryto. W tym nowym rozdziale współczesnej fizyki badacze rezygnują z opisu dostępnego ludzkim zmysłom. Cząstki elementarne tworzące nas samych i wszystko wokół bardziej stają się zbiorami własności matematycznych niż obiektami materialnymi.
Blobel zadał sobie pytanie, na które nikt wcześniej nie próbował odpowiedzieć: co pozwala setkom różnych białek produkowanych w miliardach komórek między innymi ludzkiego organizmu docierać na właściwe, im przeznaczone miejsca? Jedne białka muszą pozostać w cytoplazmie, inne powinny się znaleźć w jądrze bądź utworzyć błonę komórkową, kolejne zostaną wysłane na zewnątrz w postaci hormonów. W jaki sposób adresowana jest taka przesyłka? Co spełnia funkcje etykiet czy kodu pocztowego? Blobel przypuszczał, że informacja określająca lokalizację białka powinna być na nim umieszczona jak adres na paczce. Przeprowadzając serie skomplikowanych eksperymentów, stwierdził, że na białkach wytwarzanych w chemicznych fabrykach komórek znajduje się coś w rodzaju trójliterowego kodu, przypominającego kod umieszczany na lotniczych nalepkach na bagaż.
Nośnikiem sygnału jest pierwsza sekwencja produkowanego białka, informująca, dokąd ma trafić cała partia. Wpisywana jest w proteinę podczas procesu przetwarzania informacji genetycznej zaczerpniętej z DNA jądra komórki. W specjalnych organellach, zwanych rybosomami, według genetycznej recepty powstają białka. Prof. Blobel odkrył również, jak różne pomocnicze molekuły odczytują zakodowane dane i przekazują proteiny tam, gdzie powinny się znaleźć. To uniwersalny w całym świecie ożywionym sposób oznaczania i transportu białek. Posługują się nim sprawnie zarówno komórki drożdży czy baobabu, jak i człowieka. Pomyłki w adresie mogą mieć dramatyczne skutki, między innymi wywoływać takie groźne choroby, jak mukowiscydoza czy hipercholesterolemia. Czasem błędy kosztują życie. Niekiedy lepiej byłoby, gdyby potrzebna proteina nie powstała aniżeli miała zająć niewłaściwe miejsce. Wówczas będzie bowiem szkodzić. Od kiedy za pomocą metod inżynierii genetycznej zaczęto produkować ludzkie białka w bakteriach i używać tych protein jako leków, dostrzeżono, jak ważne jest umieszczenie w nich kodu precyzyjnie informującego, dokąd mają być wysłane.
Nagrodzony w dziedzinie chemii 53-letni Egipcjanin Ahmed Zewail, obywatel amerykański, chciał obserwować "na żywo", w czasie rzeczywistym, przebieg reakcji chemicznych, czyli ruch atomów i elektronów w cząsteczce. Są to jednak procesy niesłychanie szybkie. Dwa atomy wodoru, które napotykają atom tlenu, tworzą cząsteczkę wody w ciągu tysięcznej części jednej bilionowej części sekundy, trwającej tyle razy krócej od sekundy, ile razy jest ona krótsza od 32 mln lat. Czy można dostrzec coś, co dzieje się tak błyskawicznie? Ahmed Zewail opracował metodę ujawniającą ruchy atomów komponujących się w większe całości lub uwalniających się z tworzonych poprzednio związków. Urządzenie, które zbudował w tym celu, można by nazwać najszybszym aparatem fotograficznym świata, nie byłoby to jednak określenie technicznie ścisłe. Impulsy wysyłane co ułamek sekundy przez źródło światła laserowego pozwalają pobudzić badaną cząsteczkę, a następnie pokazać, jak się zmieniła od poprzedniego błysku. Ten rodzaj spektroskopii laserowej ukazuje ruchy atomów uczestniczących w reakcji chemicznej. Dzięki temu badacz mógł obserwować - jak na zwolnionym filmie - ruchy atomów na przykład w cząsteczce jodku sodu w chwili, gdy rozpada się ona na sód i jod. Nie oznacza to jednak, że twórca tej metody mógł bezpośrednio oglądać atomy. Mierzył, ile laserowego światła pochłaniają molekuły i uzyskiwał ich "widmo energetyczne", dzięki któremu można było odtworzyć rzeczywiste ruchy atomów i elektronów i zrozumieć, jak się przekształca zbudowana z nich materia. Technika ultraszybkiej spektrografii laserowej, zastosowana do obserwacji skomplikowanych molekuł (na przykład nośnika cech dziedzicznych DNA), otwiera ogromne perspektywy przed genetykami.
Dwóm holenderskim uczonym, 68-letniemu Martinusowi Veltmanowi i jego byłemu studentowi Gerardusowi ?t Hooftowi (dziś 53-letniemu), przyznano Nagrodę Nobla w fizyce za rozwiąza- nie jednego z najtrudniejszych problemów współczesnego opisu świata, jakim jest struktura kwantowa tzw. interakcji elektrosłabych. Veltman, wyjaśniając znaczenie prac, przyznał, że dotyczą one spraw tak trudnych i abstrakcyjnych, że sam ma problemy z objaśnieniem ich swoim dorosłym dzieciom. Komitet Nagród Nobla w swym komunikacie stwierdza, że fizyków uhonorowano za stworzenie mocnych podstaw matematycznych dla fizyki cząstek elementarnych (z któ-rych zbudowany jest wszechświat). Od mniej więcej 50 lat fizycy są zgodni, że w przyrodzie istnieją cztery podstawowe siły: grawitacja, elektromagnetyzm, oddziaływania silne (wiążące w całość jądro atomu) i słabe (powodujące, że w pierwiastkach promieniotwórczych jądra atomowe co jakiś czas się rozpadają). W latach 60. dwaj fizycy Abdus Salam i Steven Weinberg wykazali, że elektromagnetyzm i oddziaływania słabe są właściwie dwiema formami tych samych elektrosłabych interakcji. Fizyka zbliżyła się w ten sposób do poszukiwanej od dawna jednej formuły, za pomocą której można by opisać cztery rodzaje interakcji zachodzących w naturze. Dwadzieścia lat temu teoria oddziaływań elektrosłabych przyniosła Salamowi i Weinbergowi Nagrodę Nobla. Nie pozwala jednak przewidywać, jakie właściwości powinny mieć cząstki elementarne i jak powinny się zachować. Gdy fizycy próbowali podstawiać konkretne liczby do teoretycznych równań, często otrzymywali absurdalne wyniki - na przykład masa poszukiwanych przez nich cząsteczek miała być nieskończona. "Podczas badań byliśmy przekonani - Abdus Salam i ja - że te nieskończone masy można w jakiś sposób wyeliminować z naszej teorii. Nie wiedzieliśmy jednak, jak to zrobić" - skomentował prof. Weinberg.
Holendrzy Martinus Veltman i Gerardus ?t Hooft opracowali matematyczne podstawy teorii cząstek elementarnych w taki sposób, że pozwala ona przewidywać rzeczywiste cechy i zachowania cząstek, przy czym nie pojawiają się absurdalne, nieskończone masy. "Prace obu uczonych zrewolucjonizowały fizykę" - stwierdził między innymi John Ellis, fizyk teoretyk z Europejskiego Laboratorium Fizyki Cząstek pod Genewą. W tym największym na Starym Kontynencie centrum badań dwaj fizycy, czyli Włoch Carlo Rubbia i Holender Simon Van der Meer, wykorzystując matematyczną metodę opracowaną przez Veltmana i ?t Hoofta, przewidzieli i odkryli istnienie cząstek Z i W, przenoszących oddziaływanie słabe. Przygotowywany tam dziś eksperyment powinien umożliwić odkrycie tzw. bozonu Higgsa. Korzystając z tych samych matematycznych formuł, Amerykanie w Laboratorium Fermiego pod Chicago odkryli cztery lata temu ostatnią, poszukiwaną cząstkę, zamykającą komplet potrzebny do utworzenia otaczającego nas świata - kwark top (górny). Gerardus ?t Hooft od lat próbuje rozwiązać inny ważny problem - kwantową teorię grawitacji, co - jak sądzą niektórzy komentatorzy - może mu przynieść następną Nagrodę Nobla.
Przyznanie w tym roku Nagrody Nobla w fizyce za teorię matematyczną wymagało ze strony komitetu odwagi w interpretowaniu woli fundatora tego wyróżnienia, który - podobno ze względów osobistych - nie lubił matematyków. Nie wierzył również, by ich dziedzina mogła mieć jakiekolwiek zastosowanie praktyczne. Dlatego pominął ją, ustalając, jakie dziedziny badań mają być nagradzane. Dziś matematyka staje się kluczem do zrozumienia realnego świata.
Więcej możesz przeczytać w 43/1999 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.