В Стокгольме завершилась Нобелевская неделя. Естественно-научные премии ушли в Германию, США, Францию и Японию
Нобелевские премии-2026 присуждены за новые возможности управления законами природы. В медицине премию присудили за переключение нейронов с помощью света, в химии — за разделение изомеров, в физике — за обнаружение высокоэнергетических нейтрино: это дает шанс установить связь с недоступными ранее мирами
Стереть память светом
В области физиологии и медицины в центре внимания оказалась оптогенетика — метод, который позволяет показать, как нервные клетки формируют воспоминания, чувства и поведение в живом мозге.
В начале 2000-х Петер Хегеманн и Георг Нагель обнаружили в одноклеточной водоросли хламидомонаде, способной плыть к свету, удивительный белок — канальный родопсин. При освещении синим светом в нем открывается канал, через который заряженные ионы проникают в клетку, создавая электрический импульс. Позднее выяснилось, что клетки, в которые был помещен белок, становились светочувствительными независимо от типа. В 2005 году Карл Дейссерот внедрил ген канального родопсина в нервные клетки крыс и, освещая их синим светом, смог вызвать нервный сигнал. А два года спустя добился того, чтобы управляемый светом переключатель нервных клеток работал в мозге живых мышей. Именно с этого открытия началась новая эра в нейробиологии, а метод управления нервными сигналами с помощью света стал называться оптогенетикой. «Это открывает такие возможности для картирования мозга, о которых раньше мы могли только мечтать», — говорит Пер Свеннингссон, председатель Нобелевского комитета по физиологии и медицине.
Слева-направо: Карл Дейссерот, Петер Хегеманн, Георг Нагель
Источник: AP PHOTO:MARKUS SCHREIBER; AP PHOTO:NOAH BERGE; В. КОЛЬЦОВА
С помощью оптогенетики исследователи теперь выявляют нейронные цепи, которые отвечают за определенные воспоминания, чувства и модели поведения, связанные с неврологическими и психическими расстройствами. В клинической медицине оптогенетика используется для восстановления зрения у людей с нарушением зрительной функции.
Успехи в этой области есть и у российской науки. «С помощью оптогенетического метода можно затормозить или активировать большую область, а можно наоборот — сделать очень тонкое оптоволокно, подвести его к конкретному нейрону и активировать или затормозить этот нейрон, — отмечает директор Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Алексей Малышев. — Мы активно применяем оптогенетику в своих исследованиях. Например, предъявляем мышам зрительные стимулы. У нейронов в зрительной коре есть свои преференции. Для одного нейрона определенный стимул будет оптимальным, для другого — нет. Оказалось, что если показывать мыши неоптимальный для конкретного нейрона стимул и в момент демонстрации производить оптогенетическую стимуляцию данного нейрона (в терминах психофизиологии и выработки условных рефлексов это называется подкреплением), то через некоторое время можно вызвать пластические перестройки в одном-единственном нейроне: изменить предпочитаемую ориентацию стимула. Если говорить совсем просто, мы меняем памятный след в одном нейроне — и создаем искусственное воспоминание».
Оптогенетический метод открыл возможности для картирование мозга
Источник: СОЗДАНО ИИ/ТАСС
Если показывать мыши определенный стимул и в этот момент производить оптогенетическую стимуляцию нейрона, можно изменить памятный след в этом нейроне, то есть создать искусственное воспоминание
Поймать нейтрино у черной дыры
Премию по физике получил бельгийско-американский астрофизик, профессор Университета Висконсина-Мэдисона Фрэнсис Хальцен «за решающий вклад в работу нейтринной обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения». Еще в конце 1980-х ученый выяснил, что лед на Южном полюсе можно использовать для отслеживания нейтрино — нейтральных элементарных частиц, которые почти не взаимодействуют с веществом, но дают вспышки света при крайне редких столкновениях с ядрами атомов. В 1990-е годы были предприняты первые попытки зафиксировать такие вспышки датчиками, встроенными в прозрачный антарктический лед. А в 2005 году Университет Висконсин-Мэдисон при поддержке Национального научного фонда США начал строить нейтринную обсерваторию IceCube — сейчас это 5160 оптических модулей, размещенных в толще льда. В 2013 году обсерватория впервые зафиксировала нейтрино сверхвысоких энергий, открыв тем самым новые возможности для изучения Вселенной.
Фрэнсис Хальцен
«Это был прорыв в понимании процессов ускорения вещества и физических механизмов в окрестностях сверхмассивных черных дыр, — пояснила “Моноклю” Евгения Кравченко, старший научный сотрудник отдела плазменной астрофизики Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. — Открытие перевело нейтринную астрономию из теоретической области в наблюдательную науку. С появлением телескопов, которые регистрируют десятки подобных событий в год, астрономия стала как многоволновой, так и многоканальной — мультимессенджерной. То есть космические и астрономические события теперь можно исследовать с помощью разных типов сигналов: в электромагнитном спектре, гравитационными волнами, космическими лучами и нейтрино».
После IceCube появилось еще несколько крупных нейтринных проектов, в том числе подводные телескопы Baikal-GVD, расположенный в озере Байкал на глубине 1300 метров, и KM3NeT на дне Средиземного моря. В настоящее время все они работают в рамках Глобальной нейтринной сети — объединения установок для поиска источников нейтрино и получения более полной картины неба. В ближайшем будущем планируется ввести в строй телескопы SKA в Австралии и ЮАР и ngVLA в Северной Америке — с их помощью можно будет искать объекты в десятки раз слабее тех, которые ученые исследуют сейчас.
Нейтринная обсерватория IceCube
Источник: EPA:ALESSANDRO DI MARCO
Практический смысл поисков нейтрино хорошо описан в научной фантастике: это, например, нейтринный маяк, который поможет обнаруживать следы замаскированных кораблей или даже внеземных цивилизаций
В России Астрономический центр Физического института им. П. Н. Лебедева РАН реализует еще и национальный проект по поиску загадочных космических частиц. Благодаря новой обсерватории «Миллиметрон», строительство которой должно быть завершено к 2030 году, ученым удастся исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр с невероятным угловым разрешением. Изучая структуру аккреционных дисков и релятивистских струй, астрофизики сумеют лучше понять механизмы ускорения частиц, которые в итоге порождают нейтрино. Практический смысл поисков нейтрино, как отмечает Евгения Кравченко, хорошо описан в научной фантастике: в частности, там упоминается нейтринный маяк, позволяющий держать связь на больших расстояниях, обнаруживать следы замаскированных кораблей или даже внеземных цивилизаций.
Разделить неделимое
Награду в области химии получили Анри Каган из Франции и Кенсо Соаи из Японии за «открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметрическом органическом синтезе». Ученым удалось разгадать химическую загадку, которой уже более века: как гомохиральность — свойство природы использовать молекулы только определенной пространственной ориентации — может возникать спонтанно. Дело в том, что некоторые молекулы, например аминокислоты, существуют в двух вариантах, выступающих зеркальными отражениями друг друга. Однако живые организмы содержат только одно из этих отражений.
Анри Каган, Кенсо Соаи
Источник: AP PHOTO:HIRO KOMAE
«Работы Анри Кагана и Кенсо Соаи посвящены оптическим изомерам аминокислот. Из аминокислот состоят не только белки, но и главные хранители генетического кода — ДНК и РНК. Поэтому критически важно создавать их правильно, — рассказывает Сергей Карлов, и. о. декана химического факультета МГУ. — Изомеры — это варианты молекул, которые имеют одинаковый атомный состав, но различаются порядком соединения атомов, что напрямую влияет на их свойства. Оптические изомеры, в свою очередь, подобны левой и правой руке. Вы не можете совместить их, потому что они зеркально отражают друг друга. Но любой из этих изомеров можно совместить с отражением другого».
Чтобы представить все сказанное наглядно, можно скатать из пластилина пять пар шариков (каждая пара — одного цвета) и соединить их палочками так, чтобы получились две одинаковые тригональные пирамиды. А потом в одной из пирамид поменять местами два любых шарика — получатся зеркальные изомеры.
Порядок соединения атомов изомеров напрямую влияет на их свойства
Спустя сто лет ученые нашли способ получить один изомер, не получая при этом его токсичное «отражение»
«Если мы говорим о соединениях для новых лекарств, то если один из изомеров полезен, то второй либо неактивен, либо даже вреден, — поясняет Сергей Карлов. — А разделять их очень сложно, ведь физические свойства таких соединений практически идентичны. Ученые более сотни лет искали способ получения только одного изомера, без токсичного “отражения”. Каган и Соаи решили проблему и тем самым открыли путь для синтеза огромного количества биологически активных веществ, ставших основой современных препаратов для лечения и профилактики широкого спектра заболеваний».
