Nobelio priežastys

George'o Smoot'o telefonas suskambo prieš pat 3 val. spalio 3 d., ir balsas su švedišku akcentu jam pasakė, kad jis laimėjo 2006 m. Nobelio fizikos premiją. Tačiau kosmologas buvo skeptiškas.

Šis 14 milijardų metų radiacijos temperatūros svyravimų žemėlapis buvo vadinamas visatos kūdikio paveikslu. Jis taip pat pelnė Nobelio premiją George'ui Smoot'ui '66, daktaro laipsniui '70. Smooto ir Andrew Fire, PhD '83, kuris taip pat laimėjo 2006 m. Nobelio premiją, nuotraukas spustelėkite toliau esančią daugialypės terpės nuorodą.

Juk polinkis pokštauti tvyro jo šeimoje. Oliveris R. Smootas ‘62, nustatęs Harvardo tilto matavimo standartą (364,4 smoots ir ausis), yra tolimas giminaitis. Pats Smootas vis dar puikiai prisimena, kaip praktiškai juokavo savo baigiamojo darbo patarėju, MIT fizikos profesoriumi Davidu Frischu. Išdirbęs naktinę pamainą, Smootas ir draugas apsimetė, kad supylė brangų osmio gabalėlį, kad jis tilptų į magnetą eksperimentui. Kai Frischas įėjo į laboratoriją ir pamatė išmėtytas metalo drožles, jis iš siaubo sugriebė už širdies, prisimena Smootas. Štai kodėl aš susirūpinau, kai sulaukiau telefono skambučio vidury nakties, sako jis. Žinau, kad mokiniai gali išdaigauti!

Tačiau skambutis iš Švedijos nebuvo pokštas. Smootas ir kitas MIT alumnas Andrew Z. Fire prisijungė prie 61 kito žinomo absolvento, profesoriaus ir MIT filialų grupės, kai kiekvienas laimėjo 2006 m. Nobelio premiją. Abu pakeitė mokslo kryptį savo srityse.

Andrew Z. Fire, PhD ‘83, laimėjo medicinos premiją už tai, kad padėjo atskleisti natūralaus genų slopinimo mechanizmo, vadinamo RNR trukdžiais, detales. Nors novatoriškas atradimas buvo atliktas tik prieš aštuonerius metus, RNR trukdžių sukėlimas dabar yra įprastas laboratorinis metodas, padedantis biologams tiksliai nustatyti atskirų genų funkcijas. Terapija, kuri naudoja RNR trukdžius kovojant su žmonių ligomis, tokiomis kaip geltonosios dėmės degeneracija, jau yra klinikiniuose tyrimuose.

Multimedija

• Smoot and Fire nuotraukos

Fizikos prizą laimėjo George'as Smootas '66 m., 70 m. mokslų daktaras. Jis kartu vadovavo NASA COBE palydovo tyrimų grupei, kuri atliko pirmuosius kiekybinius pradinių visatos sąlygų matavimus. 1992 m. Smooto sukurtas mažyčių kosminės spinduliuotės temperatūros svyravimų žemėlapis, kilęs maždaug prieš 14 milijardų metų, yra Didžiojo sprogimo teorijos rūkymo šautuvas. Manoma, kad smulkūs Smooto svyravimai rodo vietines energijos – sėklų – koncentracijas, aplink kurias materija susijungė į galaktikų spiečius, sudarančius šiandieninę visatą.

Genų duslintuvas: Andrew Fire

Iki 1998 m. tam tikro geno funkcijos nustatymas buvo sunkus procesas, kurio sėkmę daugiausia lėmė sėkmė. Tyrėjai rado ląsteles ar organizmus su mutavusiomis geno kopijomis ir iš prarastų funkcijų padarė išvadą, ką padarė normalus genas. Arba jie bandė sukelti ląstelių mutacijas laboratorijoje – tai „pataikė arba praleisk“ technika, kuri žmogaus ląstelėse dažniausiai nepasiteisino. Dabar, atradę RNR trukdžių (RNAi), biologai gali iš esmės išjungti atskirus genus laboratorijoje. Tai panašu į jungiklio perjungimą, kad kelių milijonų lempučių spalva pakeistų spalvą.

RNR trukdžių supratimas radikaliai pakeitė tai, kaip mes atliekame ląstelių biologiją ir suprantame arba tyrinėjame ląsteles, sako Phillip Sharp, MIT Vėžio tyrimų centro instituto profesorius ir pats Nobelio premijos laureatas. Neturėjome bendro požiūrio į genų funkcijos tyrimą, o sugebėjome nutildyti geną ir paklausti, ką jis veikia. Kiekviename žurnale, kurį žiūrite, viename ar keliuose ar visuose jo straipsniuose buvo panaudota ši technologija. Tai tikrai buvo esminis žingsnis.

Fire, dabar Stanfordo universiteto medicinos mokyklos patologijos ir genetikos profesorius, dalijasi Nobelio premija su Craig Mello, dabar Masačusetso universiteto medicinos mokyklos molekulinės medicinos profesoriumi, už genų nutildymo mechanizmo atradimą.

Ugnis į MIT atvyko būdamas 19-metis magistrantūros studentas, baigęs matematikos specialybę Kalifornijos universitete Berklyje. Mėgaudamas tai, ką jis vadina Berklio intelektualiniu smorgasbordu, jis susidūrė su molekuline biologija ir susijaudino. Dešimtmetį prieš Sharpui laimėjus Nobelio premiją, Fire dirbo jo laboratorijoje MIT. Būdamas studentas, Fire atliko keletą svarbių ankstyvųjų tyrimų apie genų ekspresijos valdymo žmogaus ląstelėse biochemiją, primena Sharpas. Tai pradėjo dar 15 metų darbą mano ir kitų laboratorijoje.

Prieš Fire ir Mello paskelbiant savo proveržio dokumentą, buvo žinoma, kad RNR atlieka daugybę vaidmenų, tačiau pirmiausia buvo manoma, kad ji yra DNR tarpininkė, pasiuntinys, paverčiantis genus į baltymus. Tačiau mokslininkai žinojo, kad RNR kartais gali būti sušvirkšta į organizmą užkirsti kelią baltymų ir tylos genų gamyba.

Tačiau šio reiškinio nepavyko patikimai atkurti, todėl buvo neaišku, kokia RNR forma už jį atsakinga. Ar tai buvo juslinė RNR, kuri seka pasiuntinio RNR, koduojančios konkretų baltymą, seką? Ar tai buvo juslinės RNR komplementas, antisensinė RNR? O gal tai buvo dviejų grandžių derinys?

Fire ir Mello bendradarbiavo atlikdami daugybę griežtų eksperimentų, naudodami nematodų kirminą, vadinamą C. elegans nustatyti, ar sensorinė, antisensinė ar dvigrandė RNR sukėlė genų nutildymą. Siekdami gauti stiprius matomus signalus iš savo tiriamųjų, jie dirbo su genu, kuris padeda palaikyti normalius raumenų susitraukimus. C. elegans : jei genas būtų nutildytas, kirmėlės trūkčiotų. Kai mokslininkai kirminams suleido gryną jutimo arba gryną antisensinę RNR, nieko neatsitiko. Bet kai jie suleido dvigrandę RNR, kirminai trūkčiojo. Fire ir Mello padarė išvadą, kad RNR turi būti dvigrandė, kad nutildytų geną.

Pora paskelbė šiuos rezultatus kartu su kitais stebėjimais apie RNR Gamta 1998 m. Įžvalga, kad dvigrandė RNR buvo raktas į nutildymą, yra priežastis, kodėl jie gavo [Nobelio] premiją, sako Sharpas. Vėlesni „Fire“, „Mello“, „Sharp“ ir kitų tyrimai parodė RNAi molekulinį veikimą, kuris dabar yra žinomas daugelyje organizmų.

Žmonėms, kitiems gyvūnams ir net augalams RNR paprastai būna kaip atskiros grandinės. Ugnis ir kiti šioje srityje dirbantys asmenys mano, kad RNAi tikriausiai buvo sukurta kaip apsauga nuo virusų. Kai ląstelė mato dvigrandę RNR, jos pirmasis atsakas yra susmulkinti ją į bitus, o tai suprantama, nes virusams dauginantis [dažnai] yra dvigrandė [virusinė] RNR, aiškina Fire.

Tačiau ląstelė žengia vieną žingsnį toliau. Jis ne tik nori susmulkinti daiktus, bet ir eiti ir rasti bet ką, kas atrodo taip, jei trūksta RNR. Taigi [molekulė] ląstelėje paima susmulkintas RNR dalis ir ieško panašių dalykų. Jei ką nors randa, tai susmulkina.

Tai gali būti pačios ląstelės pasiuntinio RNR. Kai jo pasiuntinys sunaikinamas, genas nutyla.

Teoriškai, sako Sharpas, RNRi gali nutildyti bet kurį geną – nuo ​​įsiveržusio viruso genų iki geno, dėl kurio manoma, kad baltymas sukelia Parkinsono ligą. Tai daro jį terapiškai perspektyviu. Sharpas ir kiti mokslininkai įkūrė įmones, kurios komercializuotų RNAi vaistus. Jei pavyktų RNR pasiekti tikslinį [audinį], galėtumėte turėti tikrai puikių terapinių priemonių, sako Fire.

„Alnylam“, bendrovė „Sharp“, bendrai įkurta Kembridže, MA, šiuo metu atlieka klinikinius vaisto nuo kvėpavimo takų viruso RSV tyrimus; Acuity Pharmaceuticals of Philadelphia ir Sirna Therapeutics of San Francisco atlieka klinikinius vaistų, skirtų geltonosios dėmės degeneracijai, tyrimus.

Fire patinka stebėti šias iniciatyvas, bet tik kaip palinksminimui, sako jis. Jis toliau tiria genų nutildymo molekulinius veikimus savo laboratorijoje mėgstamu tiriamuoju, C. elegans .

RNRi taip pat pasirodė esąs mechanizmas, kurį ląstelės paprastai naudoja savo genų veiklai kontroliuoti. Victor Ambros ‘75, PhD ‘79 ir Rosalind Lee ‘76 atrado, kad RNR vaidina pagrindinį vaidmenį kontroliuojant gyvūnų vystymąsi; mokslininkai atrado daug genų, koduojančių dvigrandę RNR, ir dabar manoma, kad šių RNR trukdžiai reguliuoja 30 procentų žmogaus genomo.

Šiomis dienomis „Fire“ daugiausia dėmesio skiria ryšių tarp genų nutildymo ir žmonių ligų užmezgimui. Jis sako, kad daugelis genų nutildomi sergant vėžiu. Tai jau seniai žinoma. Šiuo metu jis dirba su patologais Stanforde, siekdamas suprasti, kaip RNR reguliavimo procesų sutrikimas prisideda prie ligų.

Kosminis kartografas: George'as Smootas

George'as Smootas nesiruošė būti orų pranešėju ar žemėlapių kūrėju. Tačiau 1992 m. jis pateko į kartografijos istoriją, kai sukūrė pirmąjį jaunos visatos žemėlapį, kuriame pavaizdavo nedidelius 14 milijardų metų senumo radiacijos temperatūros pokyčius. Šio kosminio mikrobangų fono arba CMB variantai astrofizikams suteikia užuominų apie tai, kaip susiformavo tokios sudėtingos struktūros kaip galaktikos.

Kalifornijos universiteto Berklio fizikos profesorius Smootas dalijasi Nobelio fizikos premija su Johnu Matheriu iš NASA Goddardo kosminių skrydžių centro už darbą su CMB, kurio egzistavimas palaiko didžiojo sprogimo teoriją.

Angelica de Oliveira-Costa, dabar MIT Kavli astrofizikos ir kosmoso tyrimų instituto mokslininkė, prisijungė prie Smoot laboratorijos Berklyje kaip magistrantė, praėjus metams po to, kai Smootas paskelbė apie savo žemėlapį. Ji sako, kad iš dalies tai, kas daro jį aukščiausios klasės fiziku, yra tai, kad jis gerai žiūri į geras idėjas ir nebijo pokyčių.

Smootą visada traukė kosmologija, tačiau jis baigė dalelių fizikos studijas ir įsidarbino pas Luisą Alvarezą, Nobelio premijos laureatą šioje srityje Berklyje. Tarp projektų Alvarezas liepė savo darbuotojams padaryti kelių mėnesių pertrauką ir pažvelgti į naujas derlingas tyrimų sritis. Smootas pasinaudojo galimybe pereiti į kosmologiją, priimdamas Alvarezo filosofiją kaip savo: kai baigiate eksperimentą, ne tik automatiškai atlikite kitą. Turėtumėte pamatyti, ar yra kokių nors naujų atradimų ar technologijų, kurios leistų atlikti matavimus perspektyvioje srityje.

Smootui kosminio mikrobangų fono tyrimas buvo kaip tik tokia sritis – viliojanti ir plačiai atvira. Jis sako turėjęs intuiciją, kad tai, ką pamatuosite, bus esminis matas, ir jis buvo teisus. De Oliveira-Costa sako apie savo trejus metus Smoot laboratorijoje: Moksliniu požiūriu tai buvo vienas geriausių laikų mano gyvenime. Kiekvienas mažas jūsų atradimas buvo naujas.

1960-aisiais atrastas CMB buvo numatytas Didžiojo sprogimo teorijos. Spinduliuotė kyla ne iš vietos visatoje, o iš a laikas netrukus po visatos susiformavimo. Žvelgdami į spinduliuotę, atsigręžiame į laikus visatoje, kai viskas buvo karšta ir tanku kaip plazma mūsų saulėje, – aiškina MIT fizikos skyriaus astrofizikos skyriaus vadovas Edmundas Bertschingeris. Visatai plečiantis, ji atvėso, taip pat ir CMB, kuri dabar yra tik apie 2,7 laipsnio virš absoliutaus nulio. Mes matome tą švytėjimą savo radioteleskopuose po milijardų metų, sako jis.

CMB fotonai pateikia kažką panašaus į visatos nuotrauką, maždaug 370 000 metų po Didžiojo sprogimo, kai ji atšalo iki maždaug 3000 °C, išskirdami daleles, kad susidarytų pirmieji atomai. Iki tol visata buvo nepermatoma didelės energijos plazma; fotonai buvo įtraukiami į karštą ir intymų pokalbį su subatominėmis dalelėmis, pavyzdžiui, elektronais. Kai visata atvėso ir susiformavo atomai, fotonai, įskaitant tuos, kurie sudaro CMB, pirmą kartą galėjo laisvai judėti.

Kai Smoot pradėjo dirbti su CMB, jo tikslus spektras nebuvo žinomas ir atrodė, kad jo energija buvo visiškai vienoda. Šis vienodumas reiškė ankstyvą visatą, kurioje energija ir medžiaga buvo pasiskirstę tolygiai – scenarijus, matyt, nesuderinamas su šiandienine įvairia ir sudėtinga visata. Kaip žvaigždės, sugrupuotos į galaktikas, sugrupuotas į galaktikų spiečius, apsuptas didelių tuštumų, galėjo atsirasti iš ankstyvosios visatos, kurioje materija buvo pasklidusi taip sklandžiai, kaip glajus ant vestuvių torto? Kad Didžiojo sprogimo teorija išsilaikytų, ankstyvojoje visatoje turėjo būti gabalėlių, ant kurių galėtų veikti kvantinės-mechaninės jėgos, o vėliau ir gravitacija, galiausiai sukeldama galaktikų ir kitų struktūrų susidarymą.

Ieškodamos šio gabalėlio, daugelis grupių, įskaitant Smoot's, siuntė spinduliuotės detektorius ant balionų ir net šnipinėjimo lėktuvuose į aukštį, kur CMB beveik visiškai nefiltruoja Žemės atmosfera. Tuo tarpu kiti apskaičiavo, koks ankstyvosios visatos energijos svyravimo lygis būtų leidęs susidaryti gumulams arba sėkloms. Smootas prisijungė prie NASA Mather vadovaujamos grupės, kuri siekė, kad jautrus, spinduliuotę aptinkantis palydovas COBE (Cosmic Background Explorer) į orbitą patektų. 1989 m. lapkričio 18 d., kai COBE buvo paleistas, astrofizikai buvo nustatę, kad labai maži CMB svyravimai – net šimtatūkstantoji laipsnio dalis – rodytų, kad ankstyvoji visata yra pakankamai įvairi, kad būtų sukurta dabartinė.

Smootas buvo atsakingas už šešių COBE prietaisų grupę, vadinamą diferencialiniais mikrobangų radiometrais, kuri ieškojo temperatūros pokyčių, vadinamų anizotropija CMB. Virš Žemės orbitoje skriejantis COBE netrukdomai priėmė CMB visomis kryptimis. Smootas ir jo Berklio komanda išanalizavo metų trukmės šiuos temperatūros matavimus – milijonus – ieškodami anizotropijos; Kai atrodė, kad jį rado, jie stengėsi įtikinti save, kad tai ne dėl COBE prietaisų keliamo triukšmo.

1992 m. Smoot paskelbė, kad COBE aptiko šimtatūkstantųjų laipsnių CMB energijos svyravimų. Jo pateiktas šių variantų žemėlapis, apytiksliai rodantis, kurios ankstyvosios visatos dėmės buvo šiek tiek šiltesnės, o kurios – šiek tiek šaltesnės, buvo pavadintas visatos kūdikio paveikslu. Nuostabu yra tai, kad visata yra beveik visiškai vienoda, sako jis. Jis vienodesnis nei biliardo kamuolys. Smootas gavo pusę Nobelio premijos už darbą žemėlapyje; Mather buvo pagerbta už tai, kad vadovavo COBE projektui ir išmatavo CMB spektrą.

Astrofizikai teigia, kad Smoot ir Mather paskelbimas apie COBE rezultatus buvo lūžio taškas kosmologijoje, kai filosofinės spekuliacijos apie Visatos kilmę užleido vietą mokslui, paremtam kiekybiniais įrodymais. Vėliau Smooto žemėlapis buvo patikrintas atliekant tolesnius balionų eksperimentus, o nuo to laiko jį patobulino jautresni WMAP, NASA palydovo, vis dar orbitoje, matavimai. Bertschinger lygina Smoot ir kitus COBE mokslininkus su tyrinėtojais, ieškančiais naujų žemynų. Pirmiausia surandate žemynus, tada tyrinėjate pakrantes ir darote vis tobulesnius žemėlapius, sako jis.

CMB žemėlapis sulaukė tokio entuziazmo, kad Smootas parašė knygą, Raukšlės laike , parodyti jaunimui, kad mokslas gali būti nuotykis, sako jis. Dabar, kai gavo Nobelio premiją, Smootas tik pusiau juokais sako, kad jaučia dar didesnį spaudimą būti mokslo ambasadoriumi. Anksčiau buvau neteisėtas, visada eidavau į fizikos pakraščius, išbandžiau keistus dalykus, maištavau, – prisimena jis.

Visatoje, kuri, kaip manoma, 96 procentai yra paslaptinga tamsioji medžiaga ir tamsioji energija, yra daug naujų ir keistų teritorijų, kurias reikia ištirti. Turiu aštuonių klausimų sąrašą, manau, tikrai svarbūs, sako jis (žr. Smoot sąrašą žemiau) . Vieną dieną Smoot planuoja įkurti kosmologinį-fizikos centrą, skirtą jiems spręsti. Tačiau kol kas tai yra jo paskaitų taškai, o kosminių žemėlapių kūrėjas laiko sąrašą prilipęs prie sienos.

Smoot sąrašas
Aštuoni kosmologijos klausimai, kurie neleidžia George'ui Smootui miegoti naktį

1. Ar įvyko infliacija1? Kaip?

2. Kas yra tamsioji medžiaga?

3. Kas yra tamsioji energija?

4. Kodėl visatoje yra daugiau materijos nei antimaterijos?

5. Ar galima rasti kitų relikvijų2 (pvz., kosminių stygų)?

6. Ar yra papildomų3 matmenų?

7. Ar skiriasi pagrindinės konstantos?

8. Kokios dar gali būti egzotiškos jėgos?

————————————————————––

1 eksponentinis jaunos visatos plėtimasis

2 jaunos visatos

3, ty daugiau nei keturi (trys erdviniai matmenys ir laikas)

paslėpti