|
|
|
№ 3 (3751), 28 февраля 2007 года
|
 |
|
наука
|
|
|
За что сегодня дают
Нобелевскую премию
Во вступительном слове ведущий Чтений академик А.Д.Ноздрачев вспомнил слова академика В.Л.Гинзбурга, сделавшего открытие в тридцать лет и получившего признание Шведской Академии наук почти в девяносто: «Чтобы получить Нобелевскую премию, надо жить долго». Последнее присуждение премии оказалось приятным исключением, так как многие лауреаты находятся на пике своей творческой карьеры. В 2006 году в естественных науках наблюдался отчетливый сдвиг в сторону генетики и теории эволюции. Как это повелось в последние годы, все премии по естественным наукам опять достались американцам.
|
 |
Академик С.Г.Инге-Вечтомов |
|
Академик Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов – заведующий кафедрой генетики нашего университета – рассказал, что премию по физиологии и медицине в 2006 году получили американцы Крэйг Мелло (Craig Mello) и Эндрю Файр (Andrew Fire). Высокой оценки удостоилось открытие РНК-интерференции – феномена подавления экспрессии генов посредством двухцепочечной РНК. Иными словами, открытие естественного механизма, препятствующего производству белка.
На протяжении долгого времени считалось, что РНК отвечает только за передачу информации. Тот факт, что не все молекулы РНК после транскрипции (копирования ДНК) включаются в процесс трансляции (синтеза белка), пристального внимания к себе не привлекал. И вот, в начале 1980-х выяснилось, что РНК участвует также в регуляции активности генов. Сначала было обнаружено, что у бактерий к транспортной РНК может присоединяться одноцепочечная РНК, в результате чего первая становится неактивной и процесс производства белка прерывается. Одноцепочечная РНК, препятствующая работе механизма трансляции, получила название антисмысловой РНК. Исследованиям К.Мелло и Э.Файра предшествовал ряд опытов, в результате которых количество вопросов ученых к природе только возросло. Опыты на растительной клетке показали, что введение в нее молекул антисмысловой РНК приводит к замедлению процесса созревания. И в то же время искусственное увеличение числа генов, отвечающих за определенный признак (цвет в случае с красной петуньей), дало неожиданный результат – растение стало менее ярким, а в некоторых случаях и вовсе бесцветным.
В 1990-е К.Мелло и Э.Файр поставили несколько опытов на черве Caenorhabditis elegans. В одном случае они ввели в гонады червя смысловую РНК, тождественную фрагментам транспортной РНК, а в другом – антисмысловую РНК, способную соединиться с транспортной РНК, отвечающей за синтез мышечной ткани. В обоих случаях отклонений от нормального развития не наблюдалось. Зато когда в клетку червя попала смесь смысловой и антисмысловой РНК, изменения в структуре мышечной ткани оказались существенными. На первый взгляд, это парадокс, ведь у двухцепочечной РНК не должно быть свободной цепи, которой она могла бы присоединиться к транспортной РНК. И тем не менее, на производство белка влияет именно двухцепочечная РНК, образованная по образцу подавляемого гена.
К особенностям двухцепочечной РНК, ответственной за подавление экспрессии генов, относится ее небольшой размер – в отличие от многотысячных молекулярных комплексов транспортной РНК, она состоит всего из 21-28 нуклеотидов. Активность малой РНК определяется тем, что по краям обеих ее цепей находятся неспаренные нуклеотиды. При посредстве ферментов (хеликаза и нуклеаза) цепи малой РНК разъединяются и присоединяются к комплементарным участкам транспортной РНК, отрезая их от основной молекулы. В итоге процесс производства белка нарушается.
Одновременно с попытками описания процесса РНК-интерференции у разных типов организмов – а процессы подавления трансляции были обнаружены также у некоторых грибов, у дрозофилы, у млекопитающих – перед учеными встал вопрос о значении этого механизма для жизни клетки. Объяснение напрашивалось само собой: путем избирательного подавления генов клетка борется с чужеродными ДНК и собственными мигрирующими, «прыгающими» генами, которые по ошибке могут быть скопированы транспортной РНК и тем самым привести к нежелательным изменениям структуры хромосом. В то же время, у простейших организмов в отсутствие иммунной системы механизм РНК-интерференции является единственным средством защиты от вирусных инфекций.
Сегодня оцениваются перспективы использования механизма РНК-интерференции в терапии ряда заболеваний. Так, печально известное коровье бешенство возбуждается «заболевшим» белком нервной ткани. Можно рискнуть прервать синтез прионов, так как они, по всей видимости, на данной стадии эволюции уже не нужны. Однако требуется большая осторожность при обращении к методам терапии, основанным на процессах РНК-интерференции, поскольку, например, при болезни Альцгеймера задействованы полезные белки, прерывание синтеза которых может привести к нежелательным последствиям.
|
 |
Д.К.Дубрович |
|
Вторым было выступление Владимира Николаевича Кокрякова, также профессора нашего университета. Он сообщил, что в номинации «Химия» премию получил профессор Стэнфордского университета Роджер Корнберг. Он удостоился награды за расшифровку эукариотической конструкции. Суть работы Корнберга заключалась в следующем. И у животных, и у растений, и у низших грибов в клетке имеется ядро, поэтому они называются эукариотами (истинноядерными). Особенность истинноядерных организмов состоит в том, что их наследственный аппарат (хромосомы) находится в ядре, а не в цитоплазме, как у прокариот (сюда относятся, например, бактерии). В обоих случаях для того, чтобы клетка могла размножаться, хранящаяся в генах информация должна быть доставлена к тому месту, где совершается синтез белка. Р.Корнберг описал механизм записи (транскрипции) и переноса информации в эукариотической клетке.
Когда Р.Корнберг приступил к изучению процесса транскрипции, уже было известно, что молекулы могут удваиваться благодаря механизму репликации. Кстати, за расшифровку механизма репликации в свое время получил Нобелевскую премию отец Роджера Корнберга – Артур Корнберг, изучивший процесс транскрипции у прокариот. Однако условия, при которых шла транскрипция у прокариот, оказались недостаточными для того, чтобы запустить аналогичный процесс в эукариотической клетке. Занимаясь проблемой транскрипции, Р.Корнберг выявил более тонкие уровни организации материала в эукариотической клетке и химически обосновал свои положения. До него биохимики уже выделяли структры, где содержатся белок и ДНК, вычислили доли, однако значение этих сложномолекулярных комплексов оставалось необъясненным. Р.Корнберг показал, что подобное смешанное строение имеют те участки генов, с которых не идет копирование информации, и назвал их нуклеосомами.
В процессе транскрипции совершается копирование генетической информации с молекулы ДНК на молекулу РНК. Как это происходит? Молекула ДНК состоит из нуклеотидов четырех видов, последовательностью которых задается неповторимый генетический код. В 1962 году Уотсон, Крик и Вилкинс получили Нобелевскую премию, в частности, за констатацию того факта, что в двухленточной молекуле ДНК между нуклеотидами имееся попарное соответствие. Во время копирования молекула РНК собирается из находящихся в клетке в свободном состоянии нуклеотидов (по химческому составу они отличаются от нуклеотидов ДНК) таким образом, чтобы зеркально отражать последовательность нуклеотидов молекулы ДНК. Затем в рибосомах по тому же зеркальному принципу синтезируется новая молекула ДНК, идентичная исходной.
Р.Корнберг исследовал процесс построения молекулы РНК и выявил механизм, благодаря которому осуществляется отбор нужных нуклеотидов. Ключевая роль в этом процессе принадлежит РНК-полимеразе, состоящей из двенадцати различных белков. При транскрипции РНК-полимераза окружает молекулу ДНК, чтобы в область копирования не вторгались посторониие нуклеотиды, но оставляет свободный «вход», точно соответствующий по размеру и форме нужным нуклеотидам. У бактерий процесс копирования начинается благодаря присутствию особой молекулы – так называемого сигма-фактора, который указывает РНК-полимеразе, с какого участка надо начать копировать генетическую информацию. В эукариотической клетке роль сигма-фактора играют пять молекулярных комплексов, названных базальными факторами транскрипции. Однако эти факторы влияют на запуск процесса копирования вообще, а не копирования информации, необходимой для построения определенной клетки – входящей в состав жировой, нервной и других тканей. Р.Корнберг выявил еще один молекулярный комплекс, ответственный за начало и прекращение процесса транскрипции. Молекула ДНК включает участки, соотносящиеся со специфическими для разных тканевых клеток веществами. В зависимости от природы клетки активным оказывается тот или иной участок, и, соответственно, копируется смежный с ним ген.
Практическое значение исследований Р.Кронберга велико и разнообразно. Расшифровка процесса транскрипции объясняет, в числе прочего, как стволовые клетки превращаются в специализированные – кровяные, нервные, мышечные, жировые, эпидермальные и так далее. Благодаря этому открывается возможность целенаправленного превращения стволовых клеток в любые другие. Кроме того, благодаря Р.Кронбергу появился инструмент для вмешательства в процесс транскрипции опухолевых клеток.
|
 |
В.Н.Кокряков |
|
О Нобелевской премии по физике рассказал профессор Главной (Пулковской) обсерватории Дмитрий Константинович Дубрович. Премию получили Джон Мазер (John Mather) и Джордж Смут (Jorge F. Smoot), открывшие вещь вполне ожидаемую – реликтовое излучение. Крупными мыслителями ни того, ни другого назвать нельзя, оба известны как экспериментаторы и разработчики сверхчувстительной аппаратуры для наблюдений из космоса (проект COBE). Их заслуга заключается в том, что они смогли провести качественный эксперимент, подтвердивший разработанные теории.
Открытию Д.Мазера и Д.Смута предшествовала долгая теоретическая дискуссия. В истории космологии пришлось преодолеть несколько психологических барьеров. Первым потрясением было знание о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Затем последовал вывод о бесконечности вселенной. Наконец, в 1929 году американский астрофизик Хаббл, обнаружив, что чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется, предложил модель расширяющейся вселенной. Фридман эту модель описал и дал ряд предсказаний. Была померена скорость, и из результатов следовало, что начало расширения не так уж сильно удалено во времени – сегодня принято считать, что возраст вселенной составляет около 14 млрд лет, что сопоставимо с возрастом Земли и даже белковой материи (первая ДНК появилась около 3,8-3,6 млрд лет назад). Эти расчеты разрушают представление о бесконечной в пространстве и времени вселенной.
Естественно, перед учеными-космологами встал вопрос: а что было до того, как вселенная превратилась в систему галактик? В каждой галактике насчитывается от 108-1011 звезд, состав галактик меняется, но материал разных объектов, от гаснущей звезды до квазара, один и тот же, просто находися в разном эволюционном статусе. Новая наука, связанная с теорией относительности, утверждает, что мир, населенный такими объектами, не может быть стационарным, безначальным и бесконечным. Так возникла теория большого взрыва.
В 1946 году Гамов выдвинул теорию горячей вселенной, согласно которой на раннем этапе существования вселенной не было ни звезд, ни галактик, а только равномерная горячая плазма. Но у этой плазмы было фоновое излучение с планковской постоянной, то, что сегодня принято называть реликтовым излучением. С теорией горячей вселенной пытался бороться Зельдович, предложивший теорию холодной вселенной, но факты заставили его согласиться с Гамовым.
Предсказание реликтового излучения вызвало ажиотаж. В числе прочих его поисками занималась группа Вилсона в США. И хотя технически открытие совершили другие люди – в 1965 году был обнаружен шум 3о, который превышал тот, что могла дать аппаратура, – именно Вилсон первым смог правильно интерпретировать полученные результаты. В 1978 году открытие реликтового излучения получило признание Нобелевского комитета.
Значение открытия Мазера и Смута состоит в том, что благодаря ему современная космология из теоретической дисциплины превращается в точную науку. Ученые измерили мощность электромагнитного фонового излучения по всему небу, отсеяв атмосферное излучение, излучение далеких источников, а также выявили неоднородность излучения в разных участках неба. Дать представление о сложности стоявшей перед ними задачи может такое сравнение: увидеть сигнал в диапазоне 8-9 порядков – эта примерно то же, что разглядеть светлячка с расстояния сто метров на фоне солнца. С открытием реликтового излучения получил объяснение диполярный эффект, заключающийся в том, что по одну сторону от объекта температура чуть больше, чем по другую. Одно из важнейших следствий обнаружения реликтового излучения заключается в том, что у физиков, вслед за Энштейном отказавшихся было от единой системы отсчета, такая система отсчета появилась. Наша галактика движется со скоростью 611 км/с относительно реликтового излучения. При этом определить координаты большого взрыва в пространстве не представляется возможным в силу геометрических свойств вселенной.
В середине прошлого века общепринятым было представление, что началом существования вселенной был взрыв ядра с плотностью примерно 1093 г/см3. Сейчас все больше сторонников у идеи инфляции: в начале существовал вакуум, квантовая флуктуация которого расширялась экспоненциально быстро и в какой-то момент перешла в режим фридмановского излучения. Мазером и Смутом был составлен спектр малых флуктуаций, результатом которых предположительно является современная структура распределения вещества во вселенной.
|
 |
Академик А.Д.Ноздрачев |
|
Несмотря на то, что премия по экономике в завещании Альфреда Нобеля не упоминалась и была учреждена по инициативе Банка Швеции, где хранятся средства Нобелевского фонда, только в 1968 году, сегодня это полноценная номинация. В докладе члена-корреспондента РАН Владимира Валентиновича Окрепилова, прочитанном референтом Н.В.Андросенко, сообщалось, что в 2006 году премия по экономике была присуждена профессору Колумбийского университета Эдмунду Фелпсу «за анализ интертемпоральных соотношений в макроэкономической политике», а именно за анализ отношения уровня безработицы и к уровню инфляции в долгосрочной перспективе. Как обычно бывает в экономике, Фелпс ждал премии сорок лет. Примечательно, что это первая с 1999 года персональная премия в области экономики, а не в паре с кем-то еще.
В 1960-е годы в макроэкономике преобладало представление о жесткой обратной зависимости между инфляцией и безработицей, графически выражавшееся так называемой кривой Филлипса. Однако это представление, с одной стороны, не опиралось на данные микроэкономического анализа, полученные с учетом психологического фактора, а с другой, было лишено нормативного элемента, определяющего минимальный возможный и совместимый с равновесием на рынке труда уровень безработицы. Э.Фелпс обратил внимание на то, что при анализе безработицы необходимо учитывать не только реальную инфляцию, но и ожидания индивидов и фирм относительно повышения цен и зарплат. Эмпирические исследования полностью подтвердили его догадку о том, что при неизменном уровне безработицы повышение уровня ожидаемой инфляции ведет к равному повышению реальной инфляции.
Кроме того, Э.Фелпс поставил под вопрос популярный тезис, что посредством грамотной фискальной и монетарной политики можно снизить уровень безработицы ценой лишь однократного скачка уровня инфляции. Согласно его гипотезе, в долгосрочной перспективе инфляционные ожидания тождественны реальной инфляции, поэтому в целом уровень безработицы остается неизменным, и текущая экономическая политика должна лишь смягчать колебания относительно этого усредненного уровня безработицы. Значительной заслугой Э.Фелпса является анализ факторов, существенным образом влияющих на средний уровень безработицы. Рассматривая деятельность отдельной фирмы, устанавливающей сотрудникам зарплаты в обратном отношении к уровню безработицы и перспектив расширения производства, Э.Фелпс показал, что есть такое состояние рынка, при котором фирма повышает зарплату в точном соответствии с ожиданиями экономики в целом.
Еще раньше, чем приступить к анализу соотношения безработицы и инфляции, Э.Фелпс рассмотрел проблему оптимальной структуры совокупного (физического и человеческого), капитала в экономике. Сколько надо тратить на удовлетворение текущих потребностей и сколько – инвестировать в образование и науку, с тем чтобы повысить уровень производства и потребления в будущем? Этот вопрос имеет принципиальное значение в связи с идеей справедлвого распределения благ между поколениями. Свой ответ Э.Фелпс сформулировал в виде «золотого правила» распределения капитала: в перспективе человеческой истории цель заключается в том, чтобы достичь предельно высокого уровня подушного потребления, равного для всех. При этом должно оставаться неизменным отношение между подушным и национальным доходом. Ввиду же общего роста экономики требуется увеличивать сбережения – тогда будущие поколения соответственно смогут тратить больше. Таким образом, возникает конфликт распределения между интересами нынешнего и будущего поколений. Этот конфликт имеет место как на уровне отдельных семей, где родители стремятся оставить детям наследство, так и на уровне целых производственных отраслей, где отдача от инвестиций не должна отставать от общего роста экономики.
Благодаря широкому признанию работ Э.Фелпса нынешняя макроэкономическая политика разительно отличается от той, что проводилась до 1960-х годов включительно. Например, сегодня центральные банки принимают решения только с учетом среднего уровня безработицы и сравнительной оценки последствий, отличающихся в зависимости от временного фактора.
Каждый доклад сопровождался вопросами слушателей и дискуссией. Среди прочих неоднократно задавался вопрос о состоянии отечественной науки, о достижениях российских ученых в тех областях, которые, по мнению членов Нобелевского комитета, сегодня являются ведущими. К сожалению, поводов для оптимизма не много. Где-то наверстать отставание от мировой науки вряд ли возможно, где-то удается держаться в лидерах, получать опытные подтверждения теорий, выдвинутых зарубежными исследователями...
Покидая кафедру, каждый докладчик под аплодисменты зала получал из рук академика А.Д.Ноздрачева памятную позолоченную медаль, изготовленную в 2004 году к столетию вручения Нобелевской премии И.П.Павлову – первому лауреату из России. В этом жесте нашли выражение чувство традиции и надежда на то, что у россиян во все времена будут основания гордиться не только своим прошлым, но и своим настоящим. 
Петр Нешитов
|
