10 декабря будут вручены
НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ 2000 ГОДА
Лилия Шукаева.
Радио LIBERTY.
ПО МЕДИЦИНЕ
Нобелевские премии в области науки (физики, химии, медицины или
физиологии) учрежденные изобретателем динамита Альфредом Нобелем
-- шведским предпринимателем и филантропом, присуждаются ежегодно
с 1901-го года и являются самыми престижными мировыми наградами.
Этими премиями отмечаются наиболее выдающиеся научные достижения,
оказывающие, как правило огромное влияние на соответствующие
разделы практической деятельности человечества. В этом году
Нобелевская премия в области медицины присуждена трем ученым,
занимающимся физиологией высшей нервной деятельности.
Корреспондент Радио Liberty Евгений МУСЛИН попросил профессора
Даниила ГОЛУБЕВА рассказать об этом важном событии в мировой
медицинской науке.
Даниил Голубев:
Нобелевская премия 2000-го года в области медицины присуждена
шведскому ученому Арвиду Карлсону из Университета города
Гетеборга и двум нью-йоркцам -- Эрику Канделю (Колумбийский
университет) и Паулю Грингарду (Рокфеллеровский университет) за
выдающийся вклад в изучение физиологии и патологии высшей нервной
деятельности.
Доктор Арвид Карлсон еще в середине 50-х годов установил важную
роль химического вещества допамина в передаче нервного импульса.
Доктор Пауль Грингард расшифровал содержание целого каскада
молекулярных событий, происходящих в нервной клетке после
получения ей специфического сигнала -- импульса, а доктор Эрик
Кандель в итоге многолетних исследований раскрыл важные
механизмы, лежащие в основе формирования человеческой памяти.
Е.М.: -- Проводили ли эти ученые совместные исследования, а если
-- нет, то что послужило причиной их объединения при присуждении
премии?
Д.Голубев: -- Работали они независимо друг от друга и в разных
учреждениях. Причины их объединения в одну группу для столь
высокой награды отчетливо выражены в решении Нобелевского
комитета. Там сказано: "Открытия, сделанные лауреатами, являются
решающими для понимания нормальных функций мозга и того, как
нарушения в передаче нервного импульса от одной нервной клетки к
другой приводят к развитию нервных и психических заболеваний".
Доктор Стивен Хайман -- директор Национального Института
психического здоровья США в своих комментариях по поводу решения
Нобелевского комитета подчеркнул, что новые Нобелевские лауреаты
создали платформу, на которой находимся все мы при своих попытках
понять сущность процессов, происходящих не только при
функционировании нормальной памяти, но и при возникновении многих
нервных и психических заболеваний, а также при разработке средств
и способов их лечения.
Нужно подчеркнуть, что в этом году пресса и ученые на редкость
единодушны в своих оценках решения Нобелевекого комитета,
назвавшего новыми нобелевскими лауреатами докторов Карлсона,
Канделя и Грингарда. Это вовсе не обязательное правило. Нередко
такого единодушия не наблюдается. Так, например, 2 года тому
назад решение Нобелевского комитета о присуждении премии доктору
Стенли Прусайнеру за открытие так называемых прионов --
мельчайших патогенных белковых структур, было встречено буквально
в штыки многими специалистами. В этом году ничего подобного не
наблюдается.
Е.М.: -- Расскажите пожалуйста, подробнее, в чем выражается
открытие каждого из трех ученых -- Нобелевских лауреатов 2000-го
года по медицине?
Д.Голубев: -- Начну с доктора Арвида Карлсона. Как я уже говорил,
он еще в середине 50-х годов установил важную роль химического
вещества допамина в передаче нервного импульса. Дальнейшие
исследования привели его к важнейшему заключению о том, что
главной причиной возникновения болезни Паркинсона является
дефицит в клетках головного мозга именно этого вещества,
поскольку оно является важнейшим нейромедиатором, то есть,
инструментом передачи сигнала от клеток головного мозга в нервные
центры регуляции движения в спинном мозгу. С этим дефицитом
допамина и связано возникновение симптомокомплекса, характерного
для болезни Паркинсона: дрожание (тремор) рук, нарушение походки,
речи, мимики и так далее. Более того, доктору Карлсону удалось
показать, что с помощью препарата "Л-Доп" можно до известной
степени купировать этот дефицит допамина и таким образом
приостановить прогрессирование болезни. Так болезнь Паркинсона
"обрела" свое первое лекарство. Если учесть, что во всем мире от
болезни Паркинсона страдают буквально миллионы людей, то
неудивительно, что профессор Ральф Петерсон -- председатель
Нобелевского комитета, назвал возможность купировать острые
симптомы этого тяжелейшего заболевания с помощью этого препарата
"почти чудом"!
Е.М.: -- Связаны ли с допамином исследования других Нобелевских
лауреатов 2000-го года?
Д.Голубев: -- Да, связаны. Допамином многие годы занимался также
другой лауреат -- доктор Пауль Грингардт -- заведующий
лабораторией молекулярной и клеточной нейробиологии
Рокфеллеровского Университета в Нью-Йорке. Основное направление
его исследований связано с расшифровкой содержания молекулярных
событий, происходящих в нервной клетке после получения ей
специфического сигнала (импульса) от других нервных клеток. Он
подробно изучил механизм действия допамина и других химических
медиаторов в процессе передачи нервных сигналов в так называемых
синапсах, то есть, областях контакта нервных клеток друг с
другом. Разнообразные нарушения такого рода контактов,
обусловленные избытком допамина и других медиаторов, лежат в
основе изменения нормального функционирования нервных клеток, а
это, в свою очередь, приводит к нарушению речи, двигательной
активности, чувствительности, нормального соотношения возбуждения
и торможения и других функций. В своем специфическом сочетании
эти нарушения приводят к возникновению болезни Паркинсона,
шизофрении, дефициту внимания, пристрастию к алкоголю и
наркотикам. Глубокое изучение всех этих процессов, изыскание
путей регулирования нарушений контакта медиаторов с
чувствительными участками нервных клеток дает фармацевтическим
компаниям новые адреса для синтеза лекарств, необходимых для
лечения всех этих заболеваний. Неудивительно, что "Л-Доп"
оказывает положительный эффект не только при болезни Паркинсона,
но и при ряде других заболеваний, в основе которых также лежит
"допаминовый эффект". Это касается, в частности, летаргических
энцефалитов, кататонических судорог и других состояний.
Таков вклад в науку второго Нобелевского лауреата 2000-го года
доктора Пауля Грингардта. Неудивительно, что коллеги по
Рокфеллеровскому Университету -- участники научной конференции, в
течение нескольких минут, стоя, горячо приветствовали доктора,
когда стало известно о присуждении ему Нобелевской премии.
Кстати, денежную часть своей премии -- это примерно 300 тысяч
долларов, доктор Грингардт решил передать Рокфеллерскому
Университету для учреждения ежегодной премии женщинам за лучшую
работу в области биологии и медицины. "Я делаю это в память о
моей матери -- женщине, отдавшей жизнь при моем рождении", --
сказал лауреат.
Е.М.: -- А каков вклад третьего лауреата -- доктора Канделя?
Д.Голубев: -- Эрик Кандель родился в Австрии и в 1939-м году в
возрасте 9 лет вместе с родителями прибыл в США, по его словам "в
ответ на аннексию Австрии Адольфом Гитлером". Его учеба и работа
на протяжении всей сознательной жизни пронизана "очарованием от
изучения памяти". Это очарование не покидало его, когда он изучал
английскую литературу в Гарвардском Университете и затем позднее,
когда он усовершенствовался в психоанализе в Гарвардской
Медицинской Школе. Почувствовав, что ему не хватает чисто
медицинского подхода к проблеме, он освоил специальные курсы
нейрофизиологии и биологии памяти.
Свои собственные исследования он начал с изучения морских, крайне
примитивных беспозвоночных животных, имеющих всего несколько
нервных клеток, на модели которых он выявил очень важные
особенности следовых реакций нервных клеток, своего рода
клеточной памяти, что потом помогло ему в раскрытии механизмов
формирования человеческой памяти. Основываясь на работах доктора
Грингардта, вскрывшего закономерности функционирования нервных
синапсов, доктор Кандель установил, в каких структурах головного
мозга локализованы центры формирования памяти, как и почему
происходит ее утрата, что, в свою очередь, делает возможным с
новых позиций подойти к созданию лекарств, которые позволят
скорректировать дефекты памяти при таких патологических
процессах, как болезнь Альцгеймера и аутизм.
Доктор Кандель глубоко и всесторонне изучает память -- не только
как врач, но и как философ. Он справедливо полагает, что
индивидуальная память является основой коллективной исторической
памяти и считает, что человечество не должно "забывать" уроки
прошлого, в частности, то, что ему довелось увидеть и запомнить
из своего детства в Австрии 1939-го года и всего того еще более
страшного, что узнали и узнают тысячи других людей и тогда, и
позднее.
Весьма достойные люди стали Нобелевскими лауреатами по медицине в
2000-м году!
ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ
Джеку Килби было 22 года, когда появился первый компьютер по
имени "ЭНИАК". Места он занимал столько же, сколько целый цех.
Его 10 тысяч ламп потребляли 20 киловатт электроэнергии.
Киловатты превращались в тепло, -- к ЭНИАКу пришлось построить
мощную холодильную установку, потреблявшую еще 30 киловатт.
Получалось 50 киловатт -- столько, сколько нужно небольшому
заводу. Мало того, что из 10 тысяч ламп одна перегорала каждые 6
минут -- лампы перегорали и в момент включения питания. Поэтому
выгоднее было держать машину под напряжением круглые сутки.
Конечно, это было чудо: машина работала в 10 тысяч раз быстрее
человека, вооруженного арифмометром. Но чудеса тускнеют быстро.
От инженеров потребовали увеличить скорость и объем памяти
компьютера в 10 раз. Фантасты уже представляли себе махину
величиной в небоскреб, которую питает солидная гидростанция, а
охлаждает водопад вроде Ниагары. Но инженеры знали: такая махина
работать не сможет. Если у нее будет 100 тысяч ламп, то одна из
них будет перегорать каждую минуту. На поиски перегоревшего
элемента уйдет все время. Нужно было отказаться от ламп, и от
столь же ненадежных электронно-лучевых трубок, служивших
элементами памяти. Замену нашли: вместо трубок появились
ферритовые сердечники, а вместо ламп -- транзисторы. Машине
требовался -- уже не огромный зал, а небольшая комната. И не 50
киловатт, а 500 ватт -- в 100 раз меньше энергии. Скорость машины
выросла не в 10 раз, а в тысячу, объем памяти тоже. Джеку Килби
-- начинающему инженеру было тогда 26 лет.
Ферритовый сердечник -- штука надежная, но дорогая, автоматизации
его изготовление не поддается. Дороги детали, дорога и машина. А
компьютеров требовалось все больше и больше, скорости от них
ждали тоже большей, даже миллиона операций в секунду не хватало.
И запоминающие устройства стали делать не на сердечниках, а на
магнитных пленках. Изготовление этих устройств удалось
автоматизировать, но монтаж транспортных схем, из которых делали
процессоры и другие узлы компьютеров, оставался несовершенным, а
сами компьютеры были все еще громоздкими. Они еще не умещались на
столе, и о том, чтобы носить их с собой или начинять ими
спутники, пока не было и речи.
И тут настал звездный час Джека Килби. Подобно многим
электронщикам, он думал над тем, как заставить один физический
элемент выполнять несколько задач. В конце концов, в одну
миниатюрную пластинку кремния ему удалось включить несколько
транзисторов и добиться того, чтобы они не соприкасались. Тонкую
пластинку длиной в 5 миллиметров он покрыл маской-трафаретом с
отверстиями, через отверстия ввел примесь одного типа, потом взял
другую маску и через другие отверстия ввел примеси другого типа.
Через третью маску он напылил на пластинку золото. Получилась
пластинка с несколькими транзисторами, где области с нанесенным
металлом служили выводами от электродов. Сквозь четвертую маску
Килби нанес слой диэлектрика, сквозь пятую напылил угольный
порошок. Полоски порошка соединили те электроды, между которыми
по схеме должны были включаться резисторы. Еще одна маска, и
почти вся поверхность покрыта изолирующим слоем. Через седьмую
маску был напылен металл, через восьмую -- диэлектрик, через
девятую -- опять металл, и так далее. Наконец, блок был готов и
заключен в корпус. Теперь в нем находился не транзистор-одиночка,
как было прежде, а интегральная схема, то есть, целый узел
компьютера.
Сто транзисторов вместе с подсоединенными к ним деталями
уместились на одном квадратном сантиметре. И все это можно было
изготовить за один цикл, в одной установке, без участия
человеческих рук. Транзисторы интегральной схемы могли
переключаться за миллиардные доли секунды. Это означало, что
компьютер на таких схемах способен был за секунду проделать
полмиллиарда операций. Скорость возросла благодаря компактности,
ведь электрический сигнал -- не Бог весть какой спринтер -- за
одну миллиардную долю секунды он проходит всего сантиметров 30.
Так что, чем меньше его путь, тем быстрее работает компьютер.
Со времен ЭНИАКа прошло всего 12 лет. Детали компьютера ничем
больше не напоминали радиолампы. Это были кристаллики, заменявшие
собой десятки ламп. Функцию прибора выполняла теперь не навесная
схема, собрать которую было нелегко, а группа молекул. За 12 лет
объем памяти компьютера вырос в тысячу, а быстродействие -- в 10
тысяч раз. Потребление энергии уменьшилось в тысячу раз, а
габариты -- в сто раз. "И все это далеко не предел", -- говорил
своим коллегам 34-летний инженер Джек Килби, создавший в 1958-м
году первую в мире интегральную схему.
То, что это не предел, знал и Роберт Нойс, сконструировавший
интегральную схему почти одновременно с Килби, впоследствии --
один из основателей всем теперь известной корпорации "Intel".
Килби и Нойс долго оспаривали друг у друга первенство в
изобретении интегральной схемы, и, как уверено большинство
ученых, если бы Нойс дожил до сегодняшнего дня (он умер 10 лет
назад) они бы поделили пополам те 9 миллионов крон или 913 тысяч
долларов, которые достались одному Джеку Килби -- бывшему
инженеру далласской фирмы "Техасские инструменты". Однако,
Нобелевская премия присуждается только живым.
Но Килби получил только половину всей Нобелевской премии по
физике 2000-го года. Другую половину -- тоже 9 миллионов крон,
поделили между собой академик Жорес Иванович Алферов -- 70-летний
директор Физико-технического института имени Абрама Иоффе в
Санкт-Петербурге, вице-президент Российской академии наук, и
72-летний Герберт Кремер, профессор физики Калифорнийского
института в Санта-Барбаре.
В те же годы, когда Килби и Нойс испытывали свои интегральные
схемы, Алферов и Кремер независимо друг от друга работали над
созданием гетероструктуры. В технической физике есть такое
понятие: "гетеропереход". Так называют контакт между двумя
разными по составу полупроводниками ("гетерос" -- в переводе с
греческого "другой"). А гетероструктура -- это комбинация
нескольких гетеропереходов, которую применяют в светоизлучающих
диодах, полупроводниковых лазерах и других приборах. Благодаря
гетероструктурам эти лазеры, чья активная среда -- кристалл
величиной с булавочную головку, стали элементами разнообразных
средств связи. Мы находим их в приборах, обеспечивающих связь со
спутниками, и в волоконной оптике. Без них не работали бы сотовые
телефоны и не звучали бы компакт-диски.
Когда были оглашены имена лауреатов, в ученом мире поднялась
дискуссия: есть ли в их изобретениях элементы фундаментальной
науки, или это -- область чистой техники. Килби и Алферов
доказывали, что их работа опиралась на фундаментальную науку, а
Майкл Риордан, физик из Стэнфорда и Джон Лернед, астрофизик из
Гавайского университета, утверждали обратное. Лернед даже
заметил, что эра коммерции захлестнула Нобелевский комитет.
"Истина, как обычно, посередине, -- примиряюще сказал секретарь
комитета Андерс Барани. -- В этом году предпочтение отдали
прикладной науке. Но что сделала эта наука? Не так уж мало. В
сущности, она дала человечеству интернет".
В Нобелевских премиях по химии доминирует тот же прикладной
аспект. Премию разделили трое ученых: 64-летний Алан Хигер из
Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, 73-летний Алан
Макдайермид из Университета Пенсильвании и 64-летний Хидеки
Ширакава из университета Цукуба в Японии. Они создали пластик,
который проводит электричество, как металл. Таким образом было
положено начало электронике, основанной на углероде.
Всем известно, что пластики электричество не проводят. Недаром из
них делают изоляцию для проводов. И мы, возможно, никогда бы не
догадались, что бывает наоборот, если бы в лаборатории, где
работал один из сегодняшних лауреатов, не совершили однажды
ошибку. В начале 70-х годов молодой физико-химик Ширакава
исследовал способы получения полиацетиленовой пленки. Как-то раз
он попросил своего помощника добавить к реактивам определенное
количество катализатора. Помощник не расслышал, какое количество
требуется, и добавил катализатора в 1000 раз больше. Получилась
необычная серебристая пленка, состоящая из различных форм
полиацетилена.
В то же самое время Макдайермид и Хигер, который тогда работал
тоже в Пенсильванском университете, изучали способы получения
пленки из нитрида серы. Пленка, как и у Ширакавы получалась
серебристая, словно сделанная из металла. На международном
семинаре, который проходил в Токио, американцы рассказали о своей
пленке. В перерыве к ним подошел Ширакава и показал свою пленку -
плод ошибки помощника.
Макдайермид и Хигер пригласили Ширакаву в Филадельфию и вместе с
ним ввели в его пленку йод, основной компонент из собственных
опытов с нитридом серы. "Йод выдернул некоторое количество
электронов из пластика, и оставшиеся там электроны были упакованы
в атомах уже не так плотно", -- рассказывает Макдайермид. Они
могли двигаться от электрода к электроду. За несколько минут
электропроводность пленки возросла в 10 миллионов раз. Участники
химической конференции, состоявшейся в 1977-м году в Нью-Йорке,
до сих пор помнят, с каким изумлением они взирали на
электропроводящий пластик, который был тогда продемонстрирован.
Сам по себе полиацетилен не нашел практического применения, но он
породил целое семейство полимеров, которые ведут себя как металлы
и полупроводники. По своим свойствам эти полупроводники уступают
кремнию или германию, и в компьютерах, например, им делать
нечего. Зато у них есть другие преимущества: они легки, дешевы,
податливы для обработки, легко принимают любую форму. Известная
фирма "Agfa", например, добавляет к своей фотопленке невидимый
слой проводника -- полимера, который нейтрализует электрические
заряды, грозящие разрушить пленку. А ученые из Кембриджского
университета в Англии создали полимеры, которые испускают свет.
Эти чудополимеры они собираются использовать для изготовления
складных видео-дисплеев, которыми будут оснащены сотовые
телефоны.
стр.
|
