Фізіологія і медицина
Сам термін був придуманий іншим нобелівським лауреатом - Крістіаном де Дювом, який в середині 1950-х років вивчав будову клітин, в тому числі і клітин людини. Він відкрив особливі органели, тобто особливі структури в клітинах, які виробляли внутрішньоклітинну переробку великих молекул в більш дрібні. Ці органели він називав лизосомами, що з грецької можна перекласти як «телорастворітелі» (λύσις - розчиняю, sōma - тіло). Процес самоїдства клітини він, відповідно, назвав Аутофагія (αὐτός - сам, φαγεῖν - є). А в 1974 році де Дюв отримав Нобелівську премію за відкриття цих самих лізосом.
Есінорі Осумі зацікавився цією темою в кінці 1980-х років, коли йому було вже 44 роки. На той час існувала думка, що лізосоми є такою собі компостній купою для непотрібних макромолекул клітини. Однак не було відповіді на питання, чому ця купа не росте безперервно і з чого клітина будує себе. Виникло припущення, що йде не просто утилізація непотрібного матеріалу, але і повторне використання його. Але як - цього ніхто не знав.
Осумі справедливо вирішив, що почати вивчати процес треба з клітин простіших, і вибрав для цього одноклітинні гриби - дріжджі. Може здатися образливим для людини, але ссавці набагато ближче до дріжджів, ніж дріжджі, наприклад, до вірусів. У них є, як і в наших клітинах, ядро і всілякі органели, які виконують різні функції.
Осумі проводив досліди як досхочу годуючи клітини, так і змушуючи їх постити. Виявилося, що в тих клітинах, які відчували дефіцит їжі, процес аутофагії активізувався і клітина, по суті, поїдала себе і відбудовували себе ж заново, певною мірою молодіючи, так як руйнувалися в першу чергу продукти розпаду і життєдіяльності клітини. Те, що забраковано, підлягає вторинній переробці.
Цей процес захищає будь-яку клітину - і здорову, і злоякісну. Він пояснює розвиток захворювань у довгоживучих клітин: їх лізосоми можуть не встигати розбирати «молекулярний сміття», який отруює їм життя. Це ж пояснює стійкість клітин злоякісних пухлин, а також захист вірусів, які навчилися уникати лізосомної «розборки», проникаючи всередину клітини.
Зрозуміло, не можна впадати в ейфорію і вважати, що нарешті знайдено доказ того, що голодування продовжує життя. Помірність у всьому - це безсумнівно, але ось справжній голод вбиває в тому числі тому, що процес аутофагії не може відбуватися нескінченно. Клітини руйнують самі себе, в тому числі клітини серцевого м'яза, і настає смерть.
Цінність результатів Есінорі Осумі полягає в тому, що фахівці побачили, що відбувається в ході цього процесу. Питань багато, але багато і нових можливостей. Стало краще зрозуміло, як функціонує мікросвіт, з якого ми і перебуваємо, як допомогти йому благополучно існувати. Двадцять сім років праць не пропали даром, і професор Осумі продовжує свою роботу, яка стосується будь-якої клітини на цій планеті.
Це тріо фізиків досліджували досить дивні явища в незвичайних станах матерії, таких як надпровідність і надтекучість, а також двовимірні плівки і одномірні нитки. І щоб пояснити, що відбувається в цьому дивному світі, вони стали використовувати новий математичний апарат, а саме топологію.
Так топологія поєднується з квантовою фізикою, адже квант - це певна порція енергії. І математичний апарат, застосовуваний в топології, виявився вельми продуктивним якраз для вивчення цього дивного світу, в якому квантові фізичні явища стають доступними для спостережень в нашому макросвіті.
Ми звикли чути з науково-популярних передач про те, що в світі атомів і елементарних частинок існують свої дивовижні закони, які зовсім не схожі на те, що ми спостерігаємо навколо себе. Причина проста - це температура, тобто хаотичні рухи атомів. Чим вище температура, тим атоми більш рухливими. Якщо дуже гаряче, то вони втрачають свої електронні хмари, і тоді ми говоримо, що матерія знайшла стан плазми. Холодніше - це пар або газ, коли атоми вільно літають в просторі, не створюючи ні форми, ні певного обсягу.
Ще холодніше, і ось уже пар конденсується в рідину, коли є певний обсяг, але поки немає форми. На наступній стадії зниження енергії атоми збираються в закінчені структури - з'являється тверда речовина. Але навіть тоді атоми занадто сильно тріпається, щоб ми могли побачити квантові явища.
Але поблизу так званого абсолютного нуля, тобто мінус 273 ° С, починають відбуватися дивні речі. Понад сто років тому Каммерлінг Оннес виявив, що в провіднику, охолодженому до такої температури, начисто зникає електричний опір - струм може циркулювати нескінченно. За відкриття явища надпровідності він став лауреатом Нобелівської премії 1913 року. А через два десятиліття Петро Капіца виявив явище надплинності.
Важко повірити, але якби на море з сверхтекучего гелію опустити човен, вона тут же потонула б, так як надплинний гелій тут же почав би підніматися по її бортах і заповнив її всю. Капіца отримав Нобелівську премію за це відкриття в 1978 році. До слова, і Лев Ландау, який займався теоретичними дослідженнями в цій області, теж став нобелівським лауреатом - в 1962 році.
Ці дивні речі стають можливі, тому що поблизу абсолютного нуля коливання атомів припиняються - і квантові явища нарешті проявляють свої властивості в нашому світі. Хоч і в лабораторних умовах, але їх можна спостерігати.
Є й інші дивовижні процеси, які пов'язані з квантовими властивостями матерії і еt переходу з одного стану в інший. У 1983 році Девід Таулеса, застосовуючи топологічні методи, зміг пояснити природу так званого квантового ефекту Холла, що описує електричну провідність тонких провідних шарів, яка може приймати тільки цілі значення, збільшуючись в два, три, чотири і так далі раз.
Всі ці дивні матеріали в дивних станах обіцяють революційний прорив в області електроніки нового покоління, включаючи квантові комп'ютери, і зовсім дивовижною електротехніки, заснованої на використанні надпровідників.
Історія створення механізмів, зібраних з одиничних молекул, почалася ще в 1984 році, коли лауреат Нобелівської премії Річард Фейнман передбачив теоретичну можливість будівництва механізмів з молекул приблизно через 20-30 років. Однак на практиці створення таких машин пішло іншим шляхом.
Зазвичай молекули з'єднуються так званими ковалентними зв'язками, які утворюються в результаті перекриття пари валентних електронних хмар. Однак хіміки мріяли створити зв'язки між молекулами механічного типу, наприклад як зубці у шестерень.
На той час дослідники на чолі з Фрейзером Стоддартом зібрали молекулярне кільце, через яке проходила така ж молекулярна вісь. Коли ця конструкція отримувала теплову енергію, кільце починало скакати від одного кінця осі до іншого. У наступні десять років ця група створила штучну м'яз, яка могла гнути найтоншу пластинку з золота.
Вперше з'явилася можливість не просто конструювати елементи наносвіту, а й змушувати їх працювати. Працювати - значить жити. Біологічний об'єкт, в якому настав хімічну рівновагу, просто мертвий. Це досягнення ще тільки належить усвідомити - людство вчиться створювати щось, що здатне будувати нові молекулярні конструкції. Зрозуміло, вчені ще тільки на початку шляху, але вже зараз відкриваються дивовижні можливості, якими треба тільки правильно скористатися.