Техно

Кто стал выдающимся ученым по версии миллиардеров

Премия Breakthrough Prize присуждена открытиям в сфере генетики, нейтринным трансформациям для создания сверхскоростной связи и двигающим науку математическим формулам

Фото: newsfisher.io

Создатель Facebook Марк Цукерберг, сооснователь Google Сергей Брин и российский миллиардер Юрий Мильнер объявили лауреатов учрежденной ими премии Breakthrough Prize («Премии за прорыв»), которую называют конкурентом Нобеля. Ее основали в 2012 г. для поддержки научных исследований в области физики, биологии и математики. 

Хотя и «Премию за прорыв», и Нобелевскую дают «за выдающиеся научные достижения», концепции у них разные, и Breakthrough Prize по сравнению с Нобелем обладает определенными преимуществами. Прежде всего это касается отбора кандидатов. Как показывают последние годы, Нобелевскую премию все чаще вручают «за выслугу лет», присуждая ее открытиям, сделанным много лет назад. При этом игнорируются свежие перспективные разработки молодых ученых. В итоге многие интересные инновации остаются без финансовой поддержки. Восстановить справедливость решили IT-миллиардеры (Цукерберг и Брин),  которые уделяют отбору претендентов на Breakthrough Prize повышенное внимание.

Определение лауреатов проходит в несколько этапов — сначала номинантов называют пользователи сайта фонда Breakthrough Prize в ходе открытого онлайн-голосования. Затем к работе подключаются выдающиеся мировые ученые, обладатели Breakthrough Prize прошлых лет, которые и утверждают окончательный список лауреатов. Еще одно немаловажное достоинство «Премии за прорыв» в том, что сумма награды — $3 млн против $1,2 млн Нобеля.

Нейтрино задавило массой

В физической номинации в нынешнем году мнение жюри Breakthrough Prize совпало с мнением Нобелевского комитета: оба фонда отметили исследования нейтринных осцилляций — превращения нейтрино из одного типа в другой, что говорит о наличии у этих частиц массы. Правила Нобелевского комитета запрещают вручение премии более чем трем лицам, поэтому лауреатами в текущем году стали Такааки Кадзите и Артур МакДональд — руководители экспериментальных групп Super-Kamiokande и SNO соответственно, хотя успехов в данной сфере достигли также ученые других мировых лабораторий.

Фото: hi-news.ru

Почему же нейтринные трансформации вызвали такой ажиотаж и почему это явление пытались разгадать еще с 60-х годов? С тех пор как были открыты нейтрино, частицы, образующиеся в результате ядерных реакций на Солнце и некоторых других космических процессов, ученые не могли понять, почему к Земле долетает лишь часть из них. Как оказалось, некоторые нейтрино при движении к Земле превращаются в другой вид нейтрино, которые не регистрируются специальными детекторами. В результате такого процесса (осцилляции) образуются три подвида частиц: мюонные, электронные и тау-нейтрино. Суть открытия в том, что нейтрино могут менять свою сущность лишь при условии наличия в них массы: раньше считалось, что эти частицы невесомы.

Новая информация важна не только для изучения космоса и понимания происходящих в нем процессов. Уже есть идеи по применению нейтрино для исследования недр Земли и Мирового океана — для поиска новых источников полезных ископаемых. Ввиду их невероятно быстрой скорости движения нейтрино также станут основой средств связи нового поколения. Ученые считают, что открытие осцилляции нейтрино стало поистине историческим событием для физики элементарных частиц, которое сулит немало чудесных технологий. В прошлом году «Премию за прорыв» в области физики получили две команды американских и австралийских физиков за открытие возрастания скорости расширения Вселенной.

Гены решают все

Нынешнюю Breakthrough Prize по биологии разделили сразу несколько ученых, занимающихся традиционной генетикой, оптогенетикой и палеогенетикой. Так, Хелен Хоббс из Университета Техаса получила $3 млн за открытие генетических фрагментов, отвечающих за уровень и распределение холестерина и других жиров по организму. Как оказалось, они не так вредны, как это принято считать, более того: повышенный холестерин может способствовать долголетию человека. Анализ состояния здоровья 90-летних долгожителей показал, что у них в крови уровень холестерина выше, чем у обычных людей, не склонных к долголетию. Хелен Хоббс выяснила, что за уровень холестерина и долгожительства отвечает ген АРОЕ, который присутствует у людей в разных его формах. Так, существуют модификации этого гена АРОЕ е4 и АРОЕ е2.

Фото: wired.com

Исследователи установили, что АРОЕ е4 может способствовать развитию заболеваний, связанных со старением (болезни Альцгеймера, инсульта, ишемической болезни сердца). А вот другая модификация, АРОЕ е2, наоборот, снижает риск развития этих опасных заболеваний. Получается, что нельзя назначать препараты для снижения уровня холестерина, предварительно не сделав анализ на АРОЕ.

Джон Харди из британского Института неврологии получил премию за открытие мутаций в гене APP, приводящих к развитию болезни Альцгеймера. Ранее учеными было обнаружено более 30 таких мутаций, но ни одна из них не объясняла причину «старческого слабоумия». И наконец, Харди нашел генные дефекты, провоцирующие это распространенное среди пожилых людей заболевание. Определенная мутация способствует концентрации бета-амилоида — протеина, образующего амилоидные бляшки, в результате чего и появляются симптомы Альцгеймера. Первые признаки скопления бета-амилоида обнаруживаются в спинномозговой жидкости за 25 лет до наступления болезни, за 15 лет увеличивается уровень тау-белка — другого ключевого фактора нейродегенеративных заболеваний, а за 10 лет до первых симптомов изменяется уровень метаболизма глюкозы в головном мозге и начинаются некоторые проблемы с памятью. Понимание этих процессов поможет создать эффективные методики лечения болезни Альцгеймера.

Дрессировка светом

Вообще, генетика — одно из наиболее быстро развивающихся сейчас направлений «рынка бессмертия», которое не только обещает избавить человечество от болезней, но и максимально эффективно повысить когнетивные возможности и даже усовершенствовать внешность людей. Наряду с традиционной развивается и оптогенетика — управление работой нервных клеток при помощи световых импульсов. Авторами методики стали американские молекулярные биологи Карл Дейсеррот из Стэнфордского университета и Эд Бойден из Массачусетского технологического института. Оба они тоже получили Breakthrough Prize по биологии  — $1,5 млн каждый.

Суть оптогенетики в том, что в клеточную мембрану внедряются специальные каналы — опсины, реагирующие на возбуждение светом. Нейроны, которым свет обычно безразличен, после встраивания в них дополнительных генов начинают производить особые белковые молекулы. А те в ответ на облучение светом запускают процессы, вызывающие заданный нервный импульс, то есть живым организмом можно легко управлять. Для активации либо выключения нейронов используются лазеры, оптоволокно и другая оптическая аппаратура. Наиболее эффектный пример возможностей оптогенетики стала живая мышь с лазерным управлением, послушно поворачивающая влево и вправо в ответ на лазерный импульс.

Иллюстрация:blogs.scientificamerican.com

Управление клетками при помощи света обещает вскоре заменить стимуляцию электрическими импульсами. Разумеется, оптогенетика будет активно развиваться, создавая революционные методики лечения, стимуляции мозга, на ее основе разработают нейро-интерфейсы и протезы нового поколения.  

Еще одним лауреатом в области биологии стал известнейший палеогенетик Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии в Лейпциге, «воскресивший» за последние семь лет геномы неандертальцев и ряда других древних людей. В частности, ученый представил результаты подробного анализа генома неандертальцев, которые не только служат доказательством их скрещивания с современным типом людей, но и показывают, эволюция каких именно генов позволила человеку победить неандертальцев, чтобы населить Землю. Параллельно обнаруживаются участки ДНК, мутации в которых вызывают умственные нарушения у современных людей: синдром Дауна, шизофрению, аутизм и пр.  Чтобы лучше понять строение организма современного человека, ученые исследуют далекое прошлое.

При чем здесь математика

Единственную премию Breakthrough Prize в области математики получил американский исследователь Айэн Агол из Университета Калифорнии в Беркли, который внес весомый вклад в разные сферы точных наук. Однако всемирную известность ученый приобрел благодаря доказательству теоремы Мардена, исследующей гиперболическое трехмерное многообразие.

Фото: dailycal.org

Для непосвященных наверняка все это звучит непонятно, и прикладное значение подобных разработок, как в случае с физикой и биологией, отнюдь не очевидны. Тем не менее именно благодаря применению математики можно провести любое компьютерное моделирование: будь то в сфере освоения космоса или тестирования новых лекарств. Таким образом удается избежать дорогостоящих и опасных для жизни экспериментов. К примеру, можно заранее рассчитать параметры орбиты космического аппарата, запускаемого с Земли для доставки космонавтов на орбитальную станцию. На математических расчетах базируются многие разработки в автомобильной промышленности, строительной сфере, авиации, создании искусственного интеллекта, медицине — при проектировании медицинских приборов, анализе данных об эффективности того или иного лечения и пр. В общем, именно благодаря математике человечество обрело все доступные нам сегодня технологии. А на это не жалко предусмотренных Breakthrough Prize $3 млн, тем более что платят все равно IT-миллиардеры.