Στους μηχανολόγους του μικρόκοσμου το φετινό Νομπέλ Χημείας. 3 Makers of World’s Smallest Machines Awarded Nobel Prize in Chemistry

Για τη μελέτη τους σε μοριακά εξαρτήματα και μηχανές που λειτουργούν μέσω της τροφοδότησής τους με μηχανική ή χημική ενέργεια. Από αριστερά: Ζαν-Πιερ Σοβάζ, Φρέιζερ Στόνταρτ και Μπερνάρ Φερινγκά. Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart and Bernard L. Feringa, winners of the 2016 Nobel prize in chemistry. Photograph: Nobel Prize

Τρεις επιστήμονες που δημιούργησαν μικροσκοπικές μηχανές από μόρια βραβεύονται με το φετινό Νομπέλ Χημείας, ανακοίνωσε πριν από λίγο η επιτροπή των βραβείων στο Ινστιτούτο Καρολίνσκα της Σουδίας.

Stoddart, Sauvage, and Feringa. (UCLA/CNRS/University of Gronigen)

Το βραβείο θα μοιραστεί διά τρία στον Γάλλο Ζαν-Πιέρ Σοβάζ, τον Βρετανό σερ Φρέιζερ Στόνταρτ και τον Ολλανδό Μπερνάρ Φερινγκά «για το σχεδιασμό και τη σύνθεση μοριακών μηχανών», οι οποίες μπορούν να εκτελούν συγκεκριμένες κινήσεις όταν τροφοδοτούνται με ενέργεια.

Η ανάπτυξη των υπολογιστών είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα του πώς η σμίκρυνση των μηχανών μπορεί να οδηγήσει σε επαναστάσεις, επισημαίνει η ανακοίνωση. Το νέο κεφάλαιο στη Χημεία που άνοιξαν οι τρεις πρωτοπόροι των μοριακών μηχανών, τις δεκαετίες του 1980 και '90, ίσως οδηγήσει τελικά στην ανάπτυξη ιατρικών νανορομπότ και νέων λύσεων για την αποθήκευση ενέργειας, μεταξύ πολλών ακόμα πιθανοτήτων.

Μοριακά ρομπότ

To τετράτροχο «νανοαυτοκίνητο» που ανέπτυξε ο Μπεν Φερινγκά είναι ένα καλό παράδειγμα μοριακού κινητήρα.

Τα μοριακά συστήματα που δημιούργησαν οι τρεις τους είναι αντίστοιχα με τους πρώτους ηλεκτρικούς κινητήρες τη δεκαετία του 1830, όταν οι μηχανικοί δεν είχαν καν φανταστεί ότι η νέα εφεύρεση θα οδηγούσε σε ηλεκτρικά τρένα και αυτοκίνητα, πλυντήρια και άλλες μηχανές που σήμερα θεωρούνται δεδομένες.

Το πρώτο βήμα έγινε το 1983, όταν ο Ζαν-Πιερ Σοβάζ συνέδεσε κυκλικά μόρια σε αλυσίδα. Το σημαντικό ήταν ότι τα μόρια αυτά δεν ήταν ενωμένα με σταθερούς χημικούς δεσμούς, απλώς ήταν περασμένα το ένα μέσα στο άλλο όπως οι κρίκοι μιας μεταλλικής αλυσίδας. Και αυτό ικανοποιούσε μια βασική απαίτηση για το σχεδιασμό οποιασδήποτε μηχανής: τα εξαρτήματα πρέπει να μπορούν να κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο.

Ο Φρέιζερ Στόνταρτ έκανε το δεύτερο βήμα το 1991 περνώντας ένα μακρόστενο μόριο μέσα από ένα κυκλικό μόριο. Το μακρόστενο μόριο λειτουργούσε ως άξονας κατά μήκους του οποίου μπορούσε να κινείται ελεύθερα το δεύτερο μοριακό εξάρτημα. Το σύστημα αυτό αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη μοριακών ανελκυστήρων, μοριακών μυών και κυκλωμάτων που βασίζονται σε μόρια.

Η επόμενη σημαντική εξέλιξη ήρθε το 1999, όταν ο Φερινγκά δημιούργησε τον πρώτο μοριακό κινητήρα, ένα σύστημα στο οποίο μια λεπίδα περιστρεφόταν διαρκώς προς την ίδια κατεύθυνση. Ένα άλλο σύστημα μοριακών κινητήρων μπορούσε να σηκώνει 1.000 φορές το βάρος του, ενώ ένα άλλο σχέδιο με τέσσερις κινητήρες μπορούσε να κινείται σε μια επιφάνεια σαν νανοαυτοκίνητο.

Jean-Pierre Sauvage, an emeritus professor at the University of Strasbourg, in 2014. He and two others were awarded the Nobel Prize in Chemistry on Wednesday. Credit Catherine Schroeder/Unistra, via European Pressphoto Agency

Ο Ζαν-Πιέρ Σοβάζ (Jean-Pierre Sauvage) γεννήθηκε το 1944 στη Γαλλία και είναι σήμερα επίτιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στρασβούργου και επίτιμος διευθυντής ερευνών στο γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας (CNRS)

O σερ Φρέιζερ Στόνταρτ (Fraser Stoddart) γεννήθηκε το 1942 στη Βρετανία και είναι σήμερα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Northwestern των ΗΠΑ.

Bernard L. Feringa, a professor of organic chemistry at the University of Groningen, in the Netherlands, was one of the three winners of the Nobel Prize in Chemistry, announced Wednesday, who were cited for their work in developing molecule-sized machines. Credit Jeroen Van Kooten/University of Groningen, via Associated Press

Ο Μπερνάρ Φερινγκά (Bernard L. Feringa) γεννήθηκε το 1951 στην Ολλανδία. Είναι σήμερα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Γκρένινγκεν.

Το Νόμπελ Χημείας είναι το τρίτο που ανακοινώνεται μετά το Νόμπελ Ιατρικής - Φυσιολογίας τη Δευτέρα και Φυσικής την Τρίτη.

Πηγή: http://www.nobelprize.org

Οι μπακαλιάροι μιλούν με τοπικές διαλέκτους! Cod speak with regional accents, scientists believe

Οι ήχοι τους διαφέρουν ανάλογα με την περιοχή που ζουν. Cod found to use a range of different accents when they 'speak', depending on the waters they are from. Image credit: Jezperklauzen / iStock

Ένας μπακαλιάρος στα αμερικανικά ύδατα, μάλλον δύσκολα καταλαβαίνει ένα μπακαλιάρο των βρετανικών υδάτων, επειδή οι ήχοι που βγάζουν, είναι αρκετά διαφορετικοί, όπως συμβαίνει με τις τοπικές διαλέκτους στην ανθρώπινη γλώσσα, σύμφωνα με μια νέα βρετανική επιστημονική έρευνα.

Η ανακάλυψη

New research has suggested that cod from different parts of the country may not understand each other.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή θαλάσσιας βιολογίας Στιβ Σίμπσον του Πανεπιστημίου του Έξετερ, ειδικό στο πεδίο της βιοακουστικής, έκαναν υποθαλάσσιες ηχογραφήσεις αμερικανικών και ευρωπαϊκών μπακαλιάρων. Όπως αποδείχθηκε, αν και πρόκειται ουσιαστικά για τα ίδια ψάρια, οι ήχοι τους είναι αρκετά διακριτοί, πιο «στακάτοι» και ρυθμικοί στην αμερικανική πλευρά, αλλά πιο βαθιοί και σαν γρύλισμα στην ευρωπαϊκή.

Accents could become a problem if cod from different places are forced to seek out colder waters if they prefer because of climate change.

Ο Σίμπσον υποστηρίζει ότι, με τον τρόπο τους, τα ψάρια αναπτύσσουν τη δική τους «προφορά», όταν μεγαλώνουν σε διαφορετικές περιοχές. Οι επιστήμονες έχουν ήδη παρατηρήσει παρόμοιες διαφορές  -σαν τοπικές διαλέκτους- σε πουλιά. Οι βιολόγοι δεν αποκλείουν ότι, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής που σπρώχνει τους μπακαλιάρους να μεταναστεύσουν σε πιο βόρεια και κρύα μέρη, τα ψάρια με τη διαφορετική «προφορά» μπορεί να δυσκολευθούν να βρουν συντρόφους για αναπαραγωγή στο νέο περιβάλλον όπου θα ‘μιλάνε' κάποια άλλη διάλεκτο. Όπως δυσκολεύονται και οι άνθρωποι μετανάστες...

Ο δορυφόρος Διώνη του Κρόνου διαθέτει υπόγειο ωκεανό. Saturn’s moon Dione harbours a subsurface ocean

Μια άποψη του δορυφόρου του Κρόνου, Διώνη, που λήφθηκε από το διαστημικό σκάφος της NASA/ESA/ASI, Cassini, κατά την διάρκεια ενός κοντινού περάσματος από τον δορυφόρο στις 16 Ιουνίου 2015. Πάνω αριστερά φαίνεται τμήμα των δακτυλίων του Κρόνου – η διαγώνιος γραμμή. A view of Saturn’s moon Dione captured by the NASA/ESA/ASI Cassini spacecraft during a close flyby on 16 June 2015. The diagonal line near upper left is the rings of Saturn, in the distance. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Η Διώνη, ένας από τους δορυφόρους του Κρόνου, διαθέτει πιθανώς ένα υπόγειο ωκεανό βαθιά κάτω από την επιφάνειά της, σύμφωνα με εκτιμήσεις βέλγων επιστημόνων, που ανέλυσαν στοιχεία της διαστημοσυσκευής «Κασίνι». Δύο άλλα φεγγάρια του Κρόνου, ο Τιτάν και ο Εγκέλαδος, είναι ήδη γνωστό ότι πιθανότατα κρύβουν μεγάλους ωκεανούς.

Dione (near) is thought to harbour a global ocean under its icy crust like fellow moon Enceladus (far), though much further under the surface.

Οι ερευνητές του Βασιλικού Αστεροσκοπείου του Βελγίου, με επικεφαλής τον Μίκαελ Μπιουθ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο αμερικανικό περιοδικό γεωφυσικής «Geophysical Research Letters», ανέλυσαν τα στοιχεία βαρύτητας για τη Διώνη, τα οποία συνέλλεξε το Cassini. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μπορούν να εξηγηθούν μόνο αν σε βάθος 100 χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια του δορυφόρου, υπάρχει ένας μεγάλος ωκεανός.

This illustration shows the interior of Saturn's moon Enceladus with a global liquid water ocean between its rocky core and icy crust.

Ο ωκεανός αυτός εκτιμάται ότι έχει βάθος αρκετών δεκάδων χιλιομέτρων και περιβάλλει τον μεγάλο βραχώδη πυρήνα της Διώνης. Από αυτή την άποψη, το εσωτερικό της μοιάζει με του Εγκέλαδου. Μόνο που στην περίπτωση του τελευταίου ο υπόγειος ωκεανός βρίσκεται πολύ πιο κοντά στην επιφάνεια του, όπως συμβαίνει και με τον σχετικά επιφανειακό υπόγειο ωκεανό της Ευρώπης, δορυφόρου του Δία.

Οι επιστήμονες θεωρούν πιθανό ότι ο ωκεανός της Διώνης έχει τεράστια ηλικία, ίσως από τότε σχεδόν που δημιουργήθηκε ο δορυφόρος, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να φιλοξενεί ακόμη και μικροβιακή ζωή.

Μέχρι σήμερα υπάρχουν εκτιμήσεις για επτά υδάτινους κόσμους στο ηλιακό μας σύστημα: τρεις δορυφόρους του Κρόνου, τρεις του Δία και τον Πλούτωνα.

To πιο μυστηριώδες άστρο του Γαλαξία γίνεται ακόμη πιο μυστηριώδες. Milky Way’s most-mysterious star is even stranger than astronomers thought

Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός σμήνους κομητών γύρω από το μυστηριώδες άστρο. Τελικά όμως η θεωρία των κομητών δεν μπορεί να εξηγήσει τη συμπεριφορά του. This artist’s conception shows a star behind a shattered comet. One of the theories for KIC 8462852’s unusual dimming is the presence of debris from a collision or breakup of a planet or comet in the star’s system, creating a short-term cloud that blocks some starlight. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Όσοι πιστεύουν ότι πρόκειται για έργο εξωγήινων έχουν λόγο να ενθουσιαστούν: καμία από τις θεωρίες που έχουν προταθεί δεν μπορεί να εξηγήσει τη συμπεριφορά του άστρου KIC 8462852 στον αστερισμό του Κύκνου, του οποίου η φωτεινότητα βρέθηκε να αυξομειώνεται με ακόμα πιο μυστηριώδη τρόπο από ό,τι είχε αποκαλυφθεί ως σήμερα.

Οι αστρονόμοι ξύνουν το κεφάλι τους από το 2015, όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler της NASA έδειξε ότι το άστρο πέρασε από μια σειρά σύντομων, μη περιοδικών πτώσεων της φωτεινότητάς του.

Πώς αλλάζει η φωτεινότητα

Brightness of KIC 8462852 as a function of time. The solid line represents the authors’ best estimate of the brightness of the star during the Kepler mission, while the shaded region represents the uncertainty on the brightness at any time. The authors find the star’s brightness slowly decreased over time until early 2012, when it rapidly dimmed in brightness by 2 percent over six months. Image credit: Ben Montet

Σε γενικές γραμμές, η φωτεινότητα των άστρων μπορεί να μειωθεί απότομα όταν ένα μεγάλο αντικείμενο περάσει ανάμεσα στον παρατηρητή και το άστρο και μπλοκάρει έτσι ένα μέρος της ακτινοβολίας.

Μια από τις θεωρίες που έχουν προταθεί ως εξήγηση για την συμπεριφορά του KIC 8462852 είναι ότι περιβάλλεται από έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό κομητών, ή από τα συντρίμμια μιας κοσμικής πρόσκρουσης.

Άλλοι, πάλι, εικάζουν ότι το γιγάντιο αντικείμενο που μπλοκάρει το φως του αστέρα είναι μια εξωγήινη υπερκατασκευή.

Η νέα μελέτη, η οποία έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση από το έγκριτο Astrophysical Journal, επιβεβαιώνει την υποψία που είχε διατυπωθεί ότι, πέρα από τα σύντομα επεισόδια αυξομείωσης της φωτεινότητας, η λαμπρότητα του KIC 8462852 πέφτει αργά αλλά σταθερά εδώ και δεκαετίες.

Δύο ερευνητές του Πανεπιστημίου Carnegie και του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια εξέτασαν εικόνες που είχαν ληφθεί για το καλιμπράρισμα του Kepler και δεν είχαν υποβληθεί σε ανάλυση μέχρι σήμερα.

Πράγματι, η φωτεινότητα του περίεργου άστρου μειώθηκε κατά περίπου 1% στα πρώτα τρία χρόνια παρατήρησης. Τους επόμενους έξι μήνες όμως μειώθηκε κατά το εντυπωσιακό ποσοστό του 2% και παρέμεινε σταθερή σε αυτό το επίπεδο το τελευταίο εξάμηνο των παρατηρήσεων.

Πρωτοφανή φαινόμενα

Something massive, with roughly 1,000 times the area of Earth, is blocking the light coming from a distant star known as KIC 8462852, and nobody is quite sure what it is. As astronomer Tabetha Boyajian investigated this perplexing celestial object, a colleague suggested something unusual: Could it be an alien-built megastructure? Such an extraordinary idea would require extraordinary evidence. In this talk, Boyajian gives us a look at how scientists search for and test hypotheses when faced with the unknown.

Οι ερευνητές συνέκριναν στη συνέχεια αυτά τα δεδομένα με παρατηρήσεις 500 παρόμοιων άστρων. Ένα μικρό μέρος των άστρων αυτών βρέθηκε να γίνεται πιο αμυδρό στην πορεία του χρόνου, κανένα όμως δεν παρουσίασε τόσο απότομες μεταβολές σε διάστημα μόνο έξι μηνών, ούτε έχασε συνολικά το 3% της φωτεινότητάς του όπως το KIC 8462852.

«Είναι πρωτοφανές ένα άστρο αυτής της κατηγορίας να χάνει φωτεινότητα για χρόνια» σχολιάζει ο Τζος Σάιμον του Carnegie.

«Το άστρο αυτό ήταν ήδη μοναδικό λόγω των σποραδικών επεισοδίων εξασθένισης. Τώρα όμως βλέπουμε ότι έχει κι άλλα, εξίσου περίεργα χαρακτηριστικά, καθώς εξασθενούσε αργά για τρία χρόνια και ξαφνικά άρχισε απότομα να χάνει φωτεινότητα» εξηγεί.

Η θεωρία ότι το άστρο περιβάλλεται από κομήτες ή συντρίμμια πρόσκρουσης δεν μπορεί να εξηγήσει τις νέες παρατηρήσεις, επισημαίνουν οι δύο ερευνητές.

«Είναι δύσκολο να βρει κανείς μια καλή εξήγηση για ένα άστρο που κάνει ταυτόχρονα τρία διαφορετικά πρωτοφανή πράγματα» παραδέχεται ο Σάιμον.

Όπως φαίνεται, οι αστρονόμοι θα συνεχίσουν να ξύνουν τα κεφάλια τους. Και η θεωρία της εξωγήινης υπερκατασκευής παραμένει στο τραπέζι.

Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη παράξενων μορφών ύλης. 2016 Nobel Prize in physics awarded for revealing ‘the secrets of exotic matter’

Από αριστερά: Ντέιβιντ Θούλες, Ντάνκαν Χάλντεϊν και Μάικλ Κόστερλιτζ. David Thouless, Duncan Haldane and Michael Kosterlitz have been awarded the 2016 Nobel prize in physics. Photograph: N. Elmehed/2016 Nobel Prize

Τρεις βρετανοί ερευνητές που εργάζονται στις ΗΠΑ θα μοιραστούν το φετινό Νόμπελ Φυσικής για τη μελέτη ασυνήθιστων καταστάσεων, ή φάσεων, της ύλης όπως οι υπεραγωγοί και τα υπερρευστά, ανακοίνωσε η επιτροπή των βραβείων στο Ινστιτούτο Καρολίνσκα της Στοκχόλμης.

Το μισό βραβείο θα απονεμηθεί στον Ντέιβιντ Θούλες, 82 ετών. και το υπόλοιπο μισό θα μοιραστεί εξ ημισείας στους Φ.Ντάνκαν Χάλντεϊν (65) και Τζ.Μάικλ Κόστερλιτζ (74) «για θεωρητικές μελέτες τοπολογικών μεταβάσεων φάσης και τοπολογικές φάσεις της ύλης».

Οι φάσεις, ή καταστάσεις, της ύλης που γνωρίζουμε στην καθημερινή ζωή είναι τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια. Όταν όμως η θερμοκρασία πέσει, ή τα υλικά παίρνουν τη μορφή λεπτών φιλμ, η ύλη μπορεί να περάσει σε εξωτικές φάσεις, στις οποίες αναδύονται και γίνονται εμφανείς οι κβαντικές ιδιότητες των ατόμων.

Παράδειγμα είναι τα υπεραγώγιμα υλικά, τα οποία αφήνουν το ηλεκτρικό ρεύμα να περνά χωρίς καθόλου αντίσταση όταν ψυχθούν κοντά στο απόλυτο μηδέν.

Οι υπεραγωγοί βρίσκουν σήμερα ευρεία χρήση, όπως για παράδειγμα στους μαγνητικούς τομογράφους και τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN.

Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας ήταν μεν γνωστό, ωστόσο το έργο των τριών βραβευθέντων τις δεκαετίες του 1970 και '80 προσέφερε νέες γνώσεις τόσο για τη συμπεριφορά των υπεραγώγιμων υλικών όσο και για άλλες εξωτικές καταστάσεις της ύλης όπως τα υπερρευστά -υγρά που χάνουν το ιξώδες τους σε χαμηλή θερμοκρασία και μπορούν έτσι να σκαρφαλώνουν τα τοιχώματα των δοχείων μέσα στα οποία βρίσκονται.

What is topology? Member of the Nobel committee for physics explains topology using a cinnamon bun, a bagel and a pretzel.

Και οι τρεις ερευνητές αξιοποίησαν τα εργαλεία της τοπολογίας, ενός κλάδου των μαθηματικών που περιγράφει τις γεωμετρικές ιδιότητες αντικειμένων όταν τεντώνονται ή παραμορφώνονται χωρίς να σπάνε.

Οι Κόστερλιτζ και Θούλες μελέτησαν φαινόμενα που εκδηλώνονται σε υλικά που παίρνουν τη μορφή λεπτών φιλμ, με πάχος ενός μόλις ατόμου, τα οποία θεωρείται ότι έχουν μόνο δύο διαστάσεις (μήκος και πλάτος) αντί για τρεις (αφού δεν έχουν βάθος).

Ο Χάλντεϊν μελέτησε επιπλέον υλικά σε ίνες, τόσο λεπτές ώστε θεωρούνται ουσιαστικά μονοδιάστατες (έχουν μόνο μήκος).

Στα υλικά αυτά, όπως και σε υλικά που ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν, εκδηλώνονται κβαντικά φαινόμενα που μένουν πάντα κρυμμένα στις φάσεις της ύλης που γνωρίζουμε από την καθημερινότητα -για παράδειγμα, ορισμένα υλικά γίνονται ξαφνικά μαγνητικά.

Οι τοπολογικές μεταμορφώσεις που περιέγραψαν οι τρεις νικητές του Νόμπελ εκτιμάται ότι θα οδηγήσουν σχετικά σύντομα σε υλικά για ηλεκτρονικά κυκλώματα και υπεραγωγούς. Τέτοια υλικά θα μπορούσαν επίσης να επιτρέψουν την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών.

Ο Ντέιβιντ Θούλες γεννήθηκε το 1934 στη Βρετανία και είναι σήμερα επίτιμος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σιάτλ.

Ο Φ.Ντάνκαν Χάλντεϊν γεννήθηκε το 1951 στη Βρετανία και σήμερα είναι καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στην Καλιφόρνια.

Ο Τζ.Μάικλ Κόστερλιτζ γεννήθηκε το 1942 στη Βρετανία και εργάζεται σήμερα στο Πανεπιστήμιο Μπράουν στο Ρόουντ Άιλαντ των ΗΠΑ.

Το Νόμπελ Φυσικής είναι το δεύτερο που ανακοινώνεται μετά το Νόμπελ Ιατρικής - Φυσιολογίας τη Δευτέρα. Ακολουθούν το Νόμπελ Χημείας αύριο, Ειρήνης την Παρασκευή και Οικονομικών Επιστημών τη Δευτέρα. Η ημερομηνία για το Νόμπελ Λογοτεχνίας δεν έχει ακόμα καθοριστεί.

Κάθε βραβείο συνοδεύεται από χρηματικό έπαθλο 8 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών, περίπου 833.000 ευρώ.

Πηγή: http://www.nobelprize.org

Στον Γιοσινόρι Οσούμι το Νομπέλ Ιατρικής 2016. Yoshinori Ohsumi wins Nobel prize in medicine

Για την έρευνά του στην αυτοφαγία βραβεύεται ο κυτταρικός βιολόγος από την Ιαπωνία. Yoshinori Ohsumi attends a press conference at the Tokyo Institute of Technology on Oct. 3, 2016 in Tokyo, Japan. Credit: Ken Ishii/Getty Images

Στον Ιάπωνα Γιοσινόρι Οσούμι (Yoshinori Oshumi) απονέμεται το εφετινό βραβείο Νομπέλ Φυσιολογίας και Ιατρικής «για τις ανακαλύψεις των μηχανισμών αυτοφαγίας» όπως αναφέρεται στην ανακοίνωση της επιτροπής των βραβείων.

Ο εβδομήντα ενός ετών καθηγητής κυτταρικής βιολογίας στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Τόκιο πραγματοποίησε τις έρευνες που του απέφεραν την ανώτατη επιστημονική τιμητική διάκριση στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Μέχρι τότε, οι επιστήμονες δεν γνώριζαν και πολλά για την αυτοφαγία, την διαδικασία μέσω τις οποίας το κύτταρο ανακυκλώνει υλικά από τα οποία είναι δομημένο.

Περιττό να πούμε ότι η λέξη «αυτοφαγία» συντίθεται από τις λέξεις «εαυτόν» και «φάγειν». Νονός του όρου «αυτοφαγία» είναι ο επίσης τιμημένος με Νομπέλ (του 1974) βέλγος κυτταρολόγος Κριστιάν ντε Ντυβ (Christian De Duve) ο οποίος ανακάλυψε τα λυσοσώματα, τα οργανίδια του κυττάρου όπου λαμβάνει χώρα η ανακύκλωση των κυτταρικών υλικών. Από τις εργασίες του ντε Ντυβ ήταν γνωστό ότι το κύτταρο τυλίγει σε μεμβράνες τα υλικά που σκοπεύει να ανακυκλώσει δημιουργώντας κυστίδια. Τα κυστίδια αυτά μετακινούμενα φτάνουν στα λυσοσώματα όπου αδειάζουν το περιεχόμενό τους.

Τα έξυπνα πειράματα

Yoshinori Ohsumi of Japan used baker’s yeast to identify genes essential for autophagy. Credit: Akiko Matsushita/Kyodo News, via Associated Press

Πώς όμως το κύτταρο ήλεγχε την διαδικασία της αυτοφαγίας; Το ερώτημα αυτό αποφάσισε να διερευνήσει ο Γιοσινόρι Οσούμι το 1988, όταν απέκτησε το δικό του εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο. Ο οργανισμός με τον οποίο εργαζόταν ο Οσούμι ήταν η μαγιά της μπύρας, ένας μονοκύτταρος μύκητας ο οποίος είναι εύκολο να καλλιεργηθεί στο εργαστήριο (και ο οποίος αποτελεί ακόμη και σήμερα έναν από τους οργανισμούς-μοντέλα που αξιοποιούν οι επιστήμονες).

Παρά τα πλεονεκτήματά του, το μικρό μέγεθος του εν λόγω οργανισμού δεν επέτρεπε την καλή παρατήρηση των εσωτερικών οργανιδίων του και ειδικότερα του κενοτοπίου (το λυσόσωμα των μυκήτων). Στην πραγματικότητα ο Οσούμι δεν μπορούσε να είναι καν βέβαιος ότι η αυτοφαγία ελάμβανε χώρα στους μύκητες! Ο ιάπωνας επιστήμονας σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να εμποδίσει τη διαδικασία ανακύκλωσης, τότε τα κυστίδια που πιθανότατα θα έφταναν στα κενοτόπια θα συσσωρεύονταν εκεί και θα γινόταν ορατά.

Ήταν γνωστό ότι η αυτοφαγία είναι μια αντίδραση του κυττάρου (και) στην ασιτία. Έτσι ο Οσούμι, έθεσε σε «αυστηρή δίαιτα» μύκητες οι οποίοι έφεραν μεταλλάξεις που εμπόδιζαν την αποικοδόμηση των προς ανακύκλωση κυτταρικών υλικών. Πράγματι, μέσα σε λίγες ώρες παρατήρησε ότι τα κενοτόπια ήταν γεμάτα από αυτοφαγικά κυστίδια. Με τον τρόπο αυτό ο Οσούμι, όχι μόνο απέδειξε ότι η αυτοφαγία είναι ένας μηχανισμός που υπάρχει και στους μύκητες, αλλά απέκτησε και ένα σύστημα που θα του επέτρεπε να την μελετήσει. Πράγμα το οποίο έκανε. Στα επόμενα χρόνια τόσο από το εργαστήριό του, όσο και από εργαστήρια συναδέλφων του δημοσιεύτηκε μια σειρά ερευνητικών εργασιών οι οποίες αποκάλυπταν ότι η αυτοφαγία είναι ένα αυστηρά ελεγχόμενο κυτταρικό φαινόμενο.

Οι ελπίδες για φάρμακα

A unique artistic collaboration between a cell biologist, composer, choreographer and scientific illustrator helps University of Michigan students and others understand the complex cellular process of autophagy.

Αν το καλοσκεφτεί κανείς, αυτές οι αποκαλύψεις δεν ήταν έκπληξη για τους ερευνητές. Είναι προφανές ότι το κύτταρο όφειλε να γνωρίζει τι ανακυκλώνει και πότε προκειμένου να είναι υγιές και λειτουργικό. Ωστόσο, η αποκάλυψη των μοριακών λεπτομερειών της αυτοφαγίας ήταν κομβικής σημασίας αν σκεφτεί κανείς ότι αυτή εμπλέκεται σε μια σειρά φυσιολογικών διεργασιών, από την εμβρυϊκή ανάπτυξη και διαφοροποίηση μέχρι την ανταπόκριση στο στρες και την γήρανση.

Είναι δε χαρακτηριστικό ότι οι διαταραχές της αυτοφαγίας έχουν συνδεθεί με ασθένειες όπως ο διαβήτης τύπου 2, η νόσος του Πάρκινσον, αλλά και ο καρκίνος. Σήμερα, πλήθος ερευνών εστιάζεται στην ανάπτυξη φαρμάκων που θα αποκαθιστούν την αυτοφαγία, προκειμένου να αντιμετωπιστούν διάφορες ασθένειες. 

Πηγή: www.nobelprize.org

Γιατί ο χρόνος δεν ρέει προς τα πίσω; Why Doesn't Time Flow Backwards?

Time only ever goes forwards, but no one knows why (Credit: dbimages/Alamy)

Είναι γνωστό ότι ο Αϊνστάιν συχνά διαβεβαίωνε πως «ο χρόνος είναι πλάνη». Πράγματι, ο χρόνος, όπως ενσωματώθηκε στους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής, από την κλασική δυναμική του Νεύτωνα μέχρι τη σχετικότητα και την κβαντική φυσική, δεν επιτρέπει καμία διάκριση ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον. Ακόμη και σήμερα, για πολλούς αυτό αποτελεί αληθινή ομολογία πίστεως: στο επίπεδο της βασικής περιγραφής της φύσης, το βέλος του χρόνου δεν υπάρχει.

Is time built into the universe? (Credit: Robert Harding Picture Library Ltd/Alamy)

Κι όμως παντού, στη χημεία, στη γεωλογία, στην κοσμολογία, στη βιολογία ή στις ανθρωπιστικές επιστήμες, το παρελθόν και το μέλλον παίζουν διαφορετικούς ρόλους. Πως θα μπορούσε άραγε το βέλος του χρόνου να αναδυθεί μέσα από έναν κόσμο στον οποίο η φυσική αποδίδει χρονική συμμετρία; Εδώ έγκειται το παράδοξο του χρόνου, που μεταθέτει στη φυσική το δίλημμα του ντετερμινισμού (…)

Ludwig Boltzmann (Credit: INTERFOTO/Alamy)

Το παράδοξο του χρόνου διαπιστώθηκε καθυστερημένα, κατά το δεύτερο ήμισυ του 19ου αιώνα, χάρη στις εργασίες του βιεννέζου φυσικού Ludwig Boltzmann, οποίος προσπάθησε, ακολουθώντας το παράδειγμα του Καρόλου Δαρβίνου από το χώρο της βιολογίας, να θεμελιώσει μια εξελικτική περιγραφή των φυσικών φαινομένων.

 Isaac Newton (Credit: Photo Researchers/Alamy)

Αποτέλεσμα της προσπάθειάς του ήταν να έρθει στην επιφάνεια η αντίφαση ανάμεσα στους νόμους της φυσικής του Νεύτωνα, που βασίζονται στην ισοδυναμία παρελθόντος και μέλλοντος, και σε κάθε εξελικτική διατύπωση που επιβεβαιώνει την ουσιαστική διάκριση μεταξύ μέλλοντος και παρελθόντος. Εκείνη την εποχή, οι νόμοι της νευτώνειας φυσικής ήταν αποδεκτοί ως η έκφραση μιας ιδεώδους, αντικειμενικής και πλήρους γνώσης. Αφού οι εν λόγω νόμοι επιβεβαίωναν την ισοδυναμία παρελθόντος και μέλλοντος, κάθε απόπειρα να δοθεί μια θεμελιώδης σημασία στο βέλος του χρόνου εμφανιζόταν ως απειλή ενάντια σ’ αυτό το ιδεώδες.

Ακόμη και σήμερα, η κατάσταση δεν έχει αλλάξει. Πολλοί θεωρούν την κβαντική μηχανική, στον τομέα της μικροφυσικής, ως την τελική διατύπωση της φυσικής γνώσης, όπως ακριβώς οι φυσικοί της εποχής του Boltzmann θεωρούσαν οριστικούς τους νόμους της νευτώνειας φυσικής. Έτσι το ερώτημα παραμένει: πως θα ενσωματώσουμε το βέλος του χρόνου στη θεμελιώδη περιγραφή της φύσης χωρίς να καταστρέψουμε αυτά τα μεγαλειώδη επιτεύγματα του ανθρώπινου πνεύματος;

Ludwig Boltzmann's tombstone, complete with entropy equation (Credit: Daderot, CC by 3.0)

Από την εποχή του Boltzmann, λοιπόν το βέλος του χρόνου περιορίστηκε στο χώρο της φαινομενολογίας. Εμείς οι άνθρωποι, όντας παρατηρητές με περιορισμένες δυνατότητες, θεωρούμαστε υπεύθυνοι για τη διαφορά ανάμεσα στο παρελθόν και το μέλλον. Η συγκεκριμένη άποψη, που ανάγει το βέλος του χρόνου στον προσεγγιστικό χαρακτήρα της φυσικής περιγραφής, υποστηρίζεται ακόμη σε πολλά βιβλία. Άλλοι συγγραφείς θεωρούν το πρόβλημα του χρόνου απροσπέλαστο μυστήριο, για το οποίο η επιστήμη δεν έχει απάντηση. Κι όμως, από την εποχή του Boltzmann η κατάσταση έχει αλλάξει ριζικά. Η θεαματική ανάπτυξη της φυσικής μακράν της ισορροπίας και της δυναμικής των ασταθών δυναμικών συστημάτων που είναι συνυφασμένα με την ιδέα του χάους μας υποχρεώνει να αναθεωρήσουμε την έννοια του χρόνου όπως αυτή έχει διατυπωθεί από την εποχή του Γαλιλαίου.

You cannot un-break an egg (Credit: Pierangelo Pirak)

Πράγματι, κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών γεννήθηκε μια νέα επιστήμη, η φυσική των διαδικασιών μακράν της ισορροπίας. H εν λόγω επιστήμη οδήγησε σε νέες έννοιες, όπως η αυτοοργάνωση και οι δομές έκλυσης, που σήμερα χρησιμοποιούνται σε ευρύτατο φάσμα τομέων, το οποίο εκτείνεται από την κοσμολογία, διαμέσου της χημείας και της βιολογίας, ως την οικολογία και τις κοινωνικές επιστήμες. Η φυσική μακράν της ισορροπίας μελετά μη αναστρεψιμότητα. Παλιότερα, το βέλος του χρόνου συνδεόταν με πολύ απλά φαινόμενα, όπως η διάχυση, η τριβή, το ιξώδες. Μπορούσαμε να συμπεράνουμε ότι τα συγκεκριμένα φαινόμενα ήταν κατανοητά απλώς και μόνο με τη βοήθεια των νόμων της δυναμικής.

As far as the microscopic rules of physics are concerned, there is no difference between the "before" and the "after." So, why can't time flow both directions?

Δεν ισχύει το ίδιο και σήμερα. Η μη αντιστρεψιμότητα δεν εμφανίζεται πλέον μόνο σε τόσο απλά φαινόμενα. Βρίσκεται στη βάση πολυποίκιλων νέων φαινομένων, όπως οι στροβιλισμοί, οι χημικές ταλαντώσεις, η ακτινοβολία λέιζερ. Όλα αυτά τα φαινόμενα δείχνουν τον θεμελιώδη εποικοδομητικό ρόλο του βέλους του χρόνου. η μη αναστρεψιμότητα δεν μπορεί πλέον να ταυτιστεί με μια απλή εντύπωση, που θα εξαφανιζόταν αν φτάναμε σε τέλεια γνώση. Αποτελεί προϋπόθεση και έκφραση των συσχετίσεων μεγάλων πληθυσμών (δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων) μορίων. Σύμφωνα με μια φράση που μου αρέσει να την επαναλαμβάνω, η ύλη στην ισορροπία, χωρίς το βέλος του χρόνου, είναι τυφλή, αλλά όταν εμφανίζεται το βέλος του χρόνου, μακράν της ισορροπίας, η ύλη αρχίζει να βλέπει! Χωρίς τις συσχετίσεις των μη αναστρέψιμων διαδικασιών μακράν της ισορροπίας, η εμφάνιση της ζωής στη Γη θα ήταν αδιανόητη. Ο ισχυρισμός ότι το βέλος του χρόνου είναι απλή φαινομενολογία καταδεικνύεται άτοπος. Δεν είμαστε εμείς οι γεννήτορες του βέλους του χρόνου. Αντίθετα, είμαστε τα παιδιά του.

Πηγή: Ilya Progogine, «Το Τέλος της Βεβαιότητας, Χρόνος, Χάος και οι νόμοι της Φύσης», εκδόσεις κάτοπτρο, 1997.