Частицы из глубин Вселенной, зеркальность жизни, «включатель» нейронов
Объясняем, за что присудили Нобелевскую премию в научных дисциплинах в 2026 году
«Реальное время» объясняет, как, а главное — для чего делали открытия, за которые присуждена Нобелевская премия 2026 года. В сегодняшнем обзоре всего три части: мы сознательно сосредоточились лишь на научных дисциплинах премии, поскольку только их можно объяснить с объективной и фактологической точки зрения. Премия по физике присуждена за способ фиксировать высокоэнергетические нейтрино — только они могут принести человечеству информацию о бесконечно далеких мирах, из которых к нам не может пробиться ни один вид излучения. Премия по физиологии и медицине — за открытие метода оптогенетики, который, по сути, представляет собой кнопку включения/выключения нервных клеток. Премия по химии — за открытие способа синтезировать в лаборатории только одну зеркальную версию органических молекул, как это делает природа. Подробное объяснение — в нашем обзоре.
Как учились «ловить» нейтрино и при чем тут советские физики с радиоприемником
Нобелевскую премию 2026 года по физике присудили Фрэнсису Халзену из университета Висконсина (США) за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения. Нейтрино — самая скрытная частица во Вселенной. У нее нет электрического заряда и почти нет массы. Она проходит сквозь материю незамеченной, лишь изредка сталкиваясь с атомным ядром — при этом формируется микро— или, вернее, нановспышка света. Каждую секунду сквозь ноготь вашего мизинца проходят 65 миллиардов солнечных нейтрино! Но приходят нейтрино и из других областей космоса. И если захватить их (и отличить их от «обычных» — образовавшихся при распаде радиоактивных веществ или рожденные Солнцем) — можно кое-что узнать о тех экстремальных условиях, в которых они возникли.
Фрэнсис Халзен еще в 1986 году понял, что на Земле идеальной средой для «ловли» таких нейтрино будет лед Антарктики. Кстати, навели его на эту мысль советские физики, которые планировали захватывать нейтринные сигналы в Антарктиде, используя радиоприемники. Они предполагали, что при столкновении нейтрино с атомным ядром во льду возникнет электрическая искра, которая породит радиоволну. Халзен же понял, что можно действовать «напрямую» и искать вспышки синего света при таких столкновениях. Делать это удобно на большой глубине, где постоянно сохраняется темнота. В отличие от теплых океанических вод, здесь нет вмешательства живых существ. Лед стабилен, а в регионе не бывает землетрясений. Идеальная среда!
В 1989-м Халзен представил доклад с проектом «ледяной» нейтринной обсерватории. Уже в 1992 были предприняты первые попытки опустить датчики света в ледник на Южном полюсе — это была первая нейтринная обсерватория, AMANDA. В 2011-м построили нейтринный телескоп IceCube. Эта гигантская обсерватория действительно представляет собой кубический километр льда на глубине от 1,45 до 2,45 км, пронизанный 5160 датчиков света. Халзен все это время выступал «локомотивом» своего проекта. Именно он довел проект нейтринной обсерватории на полюсе от стадии идеи до завершения измерений и получения научных результатов.
В 2013-м IceCube впервые зарегистрировал нейтрино с чудовищной энергией. Его параметры позволили не сомневаться в том, что «пойманы» именно частицы из глубокого космоса.
Остается вопрос: зачем это нужно? Чтобы исследовать высокоэнергетические феномены Вселенной. Главное преимущество нейтрино — в том, что у них нет электрического заряда. А значит, их траектория не искривляется в пространстве вообще ничем, и можно проследить, откуда взялась частица. Кстати, за возможность использования нейтрино для изучения космических явлений Нобелевскую премию вручили еще в 2002 году — ее получили Рэймонд Дэвис и Масатоши Кошиба, которые первыми научились определять траекторию нейтрино и прослеживать их происхождение. Нейтрино помогли физикам подтвердить свои модели процессов внутри Солнца и внутри сверхновой.
Физики надеются, что IceCube выведет нейтринную астрономию на новый уровень и даст информацию о загадочных явлениях, скрытых за пылевыми облаками. Особенно когда будет расширена до объема в 8 кубов льда (это в ближайших планах). Еще одна интересная цель — объекты, которые находятся от Земли на таких чудовищных расстояниях, что другие формы излучения до нас просто не доходят. То есть нейтринная астрономия может дать физикам знания, которые невозможно получить никаким другим способом.
Как двое ученых повторили химию жизни
При некоторых химических реакциях образуются не один, а два типа молекулы, которые зеркально отражают друг друга. Атомный состав у них один и тот же, а строение — разное. Как правая и левая руки. В честь рук это явление и названо — хиральность. Молекулы, из которых строится жизнь, часто могут иметь хиральную версию. Но природа почему-то всегда синтезирует только одну «руку». Жизнь гомохиральна (от греческих слов «одинаковая» и «рука»). Таковы, к примеру, аминокислоты: все они существуют в двух зеркальных вариантах, но в клеточных белках встречается только один из них.
Но в лаборатории та же самая реакция почему-то всегда давала равное распределение обеих зеркальных версий. И это было плохо. Ведь в фармацевтике получить надо одну конкретную форму. Ее «зеркало» может вызывать вредные побочки. В истории была трагедия, связанная с тем, что в лекарство попадала «не та» хиральная форма действующего вещества. Печально известный талидомид в середине XX века снимал болевой синдром и облегчал жизнь беременным женщинам, но вызвал эпидемию врожденных аномалий у детей. Впоследствии выяснилось, что виновата вторая хиральная версия молекулы талидомида, которая синтезировалась в том же объеме, что и первая, безобидная. Никто не знал, что это может быть опасно. В релизе Нобелевского комитета такая опасность объясняется так:
— Представьте, что вы слесарь, изготавливающий ключи на заказ. При их изготовлении всегда получаются два зеркальных варианта, но только один из них подходит к замку. Если попытаться открыть его другим ключом, замок сломается. А отличить ключи очень сложно, поэтому клиент получает оба.
Нобелевскую премию 2026 года по химии получают Анри Б. Каган из Университета Париж Юг и Кензо Соай из Токийского университета — как раз за то, что сумели справиться с этой проблемой и раскрыть загадку гомохиральности.
Конечно, работы этих двух нобелиатов появились не на ровном месте. В начале прошлого века немец Марквальд придумал использовать катализатор — тоже хиральный — в органической реакции. И это помогло: образовалось чуть больше одной из двух зеркальных версий вещества. Такие реакции называются асимметричными. В 1953 году вышла статья физика Чарлза Франка, который предложил модель химической реакции, где выполнялись бы три условия: асимметричная реакция с катализатором, дальнейшее усиление образования одной зеркальной версии и образование хирального катализатора прямо в результате этой же реакции. Такая схема, когда реакция сама себя подкрепляет, называется автокатализом.
Дальше химики придумывали, как перевести эту теорию в химическую практику. В 2001 и 2021 годах Нобелевская премия по химии вручалась исследователям, которые разработали первые по-настоящему асимметричные химические реакции. Два остальных условия выполнили Анри Каган и Кензо Соаи. В 1986 году Каган нашел, как усилить образование одной зеркальной версии и описал ряд асимметрических реакций. А Кензо Соаи в 2003 году придумал изящную реакцию, в которой образовывался только один продукт, имевший нужную зеркальную ориентацию. Он стал первым ученым, который впервые с момента зарождения жизни на Земле успешно воспроизвел условие хиральности.
Открытия Кагана и Соаи затрагивают каждую компанию, продукция которой взаимодействует с живыми организмами. Это фармпрепараты и ароматизаторы, отдушки и сельхозхимия. Важно это для производства некоторых материалов. Химики получили принципиально новые инструменты для использования, а мировая глобальная наука — решение великой загадки химии: как появилась гомохиральность жизни.
Как белок водорослей активизировал всю нейробиологию
Работа мозга издревле была загадкой для человека. В XX веке физиологи определили, какие области мозга управляют физиологическими функциями. Но как формируются воспоминания, чувства и поведение, понять было нельзя. Методы исследования не позволяли увидеть непосредственную работу живого мозга. Фрэнсис Крик, нобелиат 1962 года, после открытия тайн ДНК пытался придумать способ активировать отдельные нейроны в живом мозге. Он писал, что тот, кто сможет заставить их реагировать на свет — сможет ими управлять.
Карл Дейссерот, Петер Хегеманн и Георг Нагель удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине 2026 года за то, что смогли это сделать. Трое этих ученых открыли основы оптогенетики. Она позволяет «включать» и «выключать» активность отдельных нейронов в живом мозге.
А началось все с того, что Петер Хегеманн из Института биохимии им. Макса Планка (Германия) полюбопытствовал: как водоросль хламидомонада ухитряется мгновенно — в двадцать раз быстрее, чем человеческий глаз — реагировать на свет? Он исследовал «глазное пятно» водоросли — хотел выделить светочувствительный белок, который формирует ионный канал, проводящий электрический импульс. На рубеже тысячелетий стала известна полная карта ДНК хламидомонады — и Хегеманн вместе с Георгом Нагелем из Института биофизики им. Макса Планка (Германия) заподозрили, что нашли гены этого белка.
Нагель ввел в яйцеклетки лягушек копии «подозрительных» белков, и яйцеклетки начали массово их производить. И работали эти белки именно так, как предполагал Хегеманн — представляли собой ионные каналы, которые открывались при воздействии света. Их назвали каналородопсинами. Каналородопсин в яйцеклетке лягушки работал ничуть не хуже, чем у водоросли: канал открывался на поверхности клетки за 0,2 миллисекунды, через него проходили положительно заряженные ионы, и генерировался электрический сигнал. Хегеманн и Нагель поняли, что совершили революцию: открыли возможность сделать светочувствительной любую клетку. После того, как в 2003 году они опубликовали результаты, ими заинтересовался Карл Дейссерот из Стэнфорда.
Дейссерот получил докторскую степень по нейробиологии. Он уже несколько лет искал белок, который можно было бы использовать для генерации импульсов в нейронах, когда была опубликована статья Нагеля и Хегеманна. Он запросил ДНК каналородопсина у Нагеля, ввел в крысиные нейроны в чашках Петри — и нейроны стали светочувствительными, мгновенно реагируя на синий свет. Этот свет вызывал нервный сигнал, который мог передаваться другим нейронам.
Дейссерот вместе с Нагелем и Хегеманном работали еще несколько лет — и в 2006 году новый метод получил название оптогенетики. В 2007-м Дейссерот успешно активировал нейроны в мозге живых мышей — действуя на нейроны тонким оптоволокном, введенным в мозг через небольшое отверстие в черепе, «перехватили» управление мышиными усами. Потом оптогенетику применяли для контролируемого пробуждения спящих мышей — и опять сработало! В 2012 году Дейссерот активировал у мышей зону воспоминаний и вызвал у них конкретную память о прожитых событиях.
Все это открыло новую эру в нейробиологии. Теперь, благодаря оптогенетике, ученые смогут определить, какие именно нейроны из сложного пучка контролируют разные функции мозга. К примеру, уже идентифицированы нейронные цепочки, управляющие ощущением боли и жаждой, социальным поведением и потреблением пищи, системой вознаграждения и вниманием. Найдены с помощью оптогенетики нейроны, которые отвечают за циркадный ритм и за лихорадку при активации иммунитета. А еще оптогенетику можно использовать для картирования нервной системы и ее связи с клеточными функциями вне мозга.
Так зачем же все это нужно? Оптогенетика, как надеются ученые, позволит найти новые методы лечения нейродегенеративных и психических заболеваний. Методика эта уже дала ценные знания в области психических и неврологических расстройств: депрессии, тревожности, шизофрении, болезней Альцгеймера и Паркинсона. А зная, как формируется болезнь, можно эффективно искать способы исцеления от нее. Более того, оптогенетика и сама может служить способом лечения. В частности, сейчас идут клинические испытания, в которых медики пытаются восстановить зрение у людей, ослепших из-за пигментного ретинита. В сетчатку слепого человека ввели белок, подобный каналородопсину — и зрение частично восстановилось! Есть и надежда на то, что оптогенетика поможет улучшить кохлеарную имплантацию — с ее помощью можно будет активировать слуховой нерв с большей точностью.