Βραβεία Νομπέλ 2011

Πρώτη εβδομάδα του Οκτώβρη και τα μάτια των ανά τον κόσμο επιστημόνων στράφηκαν για άλλη μία φορά στη Στοκχόλμη και στην ανακοίνωση των βραβείων Νομπέλ. Πιστή στο ραντεβού των τελευταίων 110 χρόνων, η επιτροπή του βραβείου ανακοίνωσε τους εφετινούς τιμωμένους της Ιατρικής, της Φυσικής και της Χημείας στην αρχή της εβδομάδας. Με εξαίρεση το πρωτόγνωρο να ανακοινώνεται η βράβευση ενός επιστήμονα λίγες ώρες μετά τον θάνατό του και προτού προλάβει να ενημερωθεί η επιτροπή γι’ αυτό, τα εφετινά βραβεία δεν είχαν εκπλήξεις ούτε προκάλεσαν διχογνωμίες. Διαβάστε ποιοι και γιατί περνούν στο πάνθεον της υψηλότερης επιστημονικής τιμής.

Πρώτη εβδομάδα του Οκτώβρη και τα μάτια των ανά τον κόσμο επιστημόνων στράφηκαν για άλλη μία φορά στη Στοκχόλμη και στην ανακοίνωση των βραβείων Νομπέλ. Πιστή στο ραντεβού των τελευταίων 110 χρόνων, η επιτροπή του βραβείου ανακοίνωσε τους εφετινούς τιμωμένους της Ιατρικής, της Φυσικής και της Χημείας στην αρχή της εβδομάδας. Με εξαίρεση το πρωτόγνωρο να ανακοινώνεται η βράβευση ενός επιστήμονα λίγες ώρες μετά τον θάνατό του και προτού προλάβει να ενημερωθεί η επιτροπή γι’ αυτό, τα εφετινά βραβεία δεν είχαν εκπλήξεις ούτε προκάλεσαν διχογνωμίες. Διαβάστε ποιοι και γιατί περνούν στο πάνθεον της υψηλότερης επιστημονικής τιμής.

ΦΥΣΙΚΗ
Από αριστερά, οι Saul Perlmutter, Brian Schmidt και Adam Riess


Ψάχνοντας στο Σύμπαν για το τέλος του

Αυτή τη χρονιά τα βραβεία Νομπέλ για τη Φυσική πήγαν σε τρεις ανθρώπους που το επάγγελμά τους απαιτεί να έχουν συνέχεια στραμμένο το βλέμμα τους στα βάθη του Σύμπαντος. Πέρα όμως από τις γνώσεις και την προσήλωσή τους στην έρευνα που έκαναν, έδειξαν ότι ο ερευνητής πρέπει να είναι πάντα έτοιμος να δεχθεί ότι η φυσική τάξη μπορεί να ανατρέψει τις όποιες εικόνες έχει στο μυαλό του ένας άνθρωπος για τον κόσμο. Επίσης είναι γενικά παραδεκτό ότι καταπιάστηκαν με ένα από τα δυσκολότερα προβλήματα στον τομέα της αστροφυσικής στο τέλος του προηγούμενου αιώνα, αφού έπρεπε έπειτα από μια χρονοβόρα και εντατική προσπάθεια να μαντέψουν αν ο κόσμος μας διαστέλλεται και με ποιον ρυθμό. Αν από ένα Σύμπαν, μετά την υποτιθέμενη αρχική Μεγάλη Εκρηξη, από ένα και μόνο σημείο με φανταστικά μεγάλη πυκνότητα ύλης φθάσαμε σε ένα Σύμπαν με σχηματισμένους πλέον γαλαξίες διαφόρων άστρων που αργά αλλά σταθερά, με την επίδραση της έλξης των υλικών σωμάτων μεταξύ τους, αρχίζει να επιβραδύνει τη διαστολή του και ίσως μελλοντικά να συρρικνωθεί τόσο ώστε να δείχνει μια τάση επιστροφής στην απειροελάχιστη από πλευράς όγκου κατάστασή του.

Το μισό βραβείο, που συνοδεύεται από ένα χρηματικό ποσό κοντά στο ένα εκατομμύριο ευρώ, πηγαίνει στον αμερικανό καθηγητή Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ Saul Perlmutter, 52 ετών. Το άλλο μισό μοιράζεται εξίσου στον αμερικανό και με αυστραλιανή υπηκοότητα καθηγητή του Χάρβαρντ Brian Schmidt, 44 ετών, και στον αμερικανό καθηγητή Αστρονομίας και Φυσικής στο Τζονς Χόπκινς Adam Riess, 42 ετών. Στην πραγματικότητα, εκεί στη δεκαετία του ’90 υπήρχαν δύο ομάδες πολύ ανταγωνιστικές μεταξύ τους, ίσως επειδή είχαν τον ίδιο ερευνητικό σκοπό: η μία με τον Perlmutter και η άλλη με τους Schmidt και Riess. Χρησιμοποίησαν τις εκπληκτικής λαμπρότητας εκρήξεις των αστέρων που ονομάζουμε υπερκαινοφανείς (supernovae) σαν κεριά που θα τους έδειχναν το πώς πορεύεται το Σύμπαν μέσα στον χρόνο. Μόνο που οι εκρήξεις αυτές στον δικό μας Γαλαξία είναι πολύ σπάνιες και όσο πηγαίνουμε σε άλλους γαλαξίες η παρατήρηση τέτοιων φαινομένων γίνεται πιο δύσκολη. Εχοντας όμως επινοήσει μια τεχνική για τη συστηματική ανίχνευσή τους, διαθέτοντας εικόνες από τα βάθη του Σύμπαντος χάρη στο ιπτάμενο τηλεσκόπιο Hubble, οργανωμένο πρόγραμμα παρατηρήσεων από επίγεια τηλεσκόπια, μια στέρεα γνώση για το πώς σχετίζεται η απόσταση και η ταχύτητα απομάκρυνσης με το φως των εκρήξεων που φθάνει ως τη Γη και μεγάλη εμπειρία σχετικά με τις παρεμβολές στην πορεία του φωτός από διαστημική σκόνη, από καταιγίδες και αναταράξεις στη γήινη ατμόσφαιρα, κατάφεραν να πάρουν ένα σώμα μετρήσεων από περίπου 50 τέτοια φωτεινά φαινόμενα που κάθε φορά σκεπάζουν το φως όλων των άλλων άστρων ενός γαλαξία.

Μόνο που οι μετρήσεις όταν έμπαιναν στη σειρά τους έδειχναν το αντίθετο από ό,τι περίμεναν και οι δύο ομάδες: ότι, δηλαδή, το Σύμπαν διαστέλλεται και μάλιστα με επιταχυνόμενο ρυθμό και, αν συνεχίσει έτσι, το περιμένει ο θάνατος από μια αναπόφευκτη παγωνιά, αφού όσο μεγαλώνει ο χώρος όπου υπάρχει ύλη τόσο πέφτει η θερμοκρασία, το μέτρο δηλαδή των θερμικών κινήσεων των μορίων και των ατόμων που τα συγκροτούν! Οπως λέει ο ίδιος ο Perlmutter, «το 20% της ύλης στο Σύμπαν αποτελείται από τη “σκοτεινή ύλη” (ύλη που δεν εκπέμπει ακτινοβολία και η ύπαρξη της οποίας ανιχνεύεται από τη δύναμη βαρύτητας που ασκεί στην υπόλοιπη ύλη), 2% από τη γνωστή σε όλους μας ύλη και 75% από “σκοτεινή ενέργεια”, υπεύθυνη για την ολοένα γρηγορότερη διαστολή του Σύμπαντος». Μόνο που η «σκοτεινή ενέργεια» παραμένει ακόμη ένα μυστήριο. Και, όπως φαίνεται, οι χθεσινοί νομπελίστες άνοιξαν για τον κόσμο μια ερμητικά κλεισμένη πόρτα για να βρεθούμε αμέσως μετά σε μιαν άλλη, προς το παρόν επίσης ερμητικά κλειδωμένη.

Α. Γ.

ΧΗΜΕΙΑ


Κρύσταλλοι με Χρυσό Λόγο

Το Νομπέλ Χημείας 2011 απονέμεται στον καθηγητή Επιστήμης Υλικών του ισραηλιτικού πολυτεχνείου Technion Νταν Σέχτμαν (Dan Shechtman). Ο λόγος; Η εκ μέρους του ανακάλυψη ενός νέου τύπου κρυστάλλων, των λεγόμενων ημικρυστάλλων.

Κρύσταλλοι εκτός ορισμού

Ουδείς αμφιβάλλει ότι από όλα τα βραβεία επιστημών που καθιέρωσε ο Αλφρεντ Νομπέλ εκείνο της Χημείας ήταν το αγαπημένο του, ως προοριζόμενο για ομοτέχνους. Σίγουρα όμως ο εφευρέτης της πυρίτιδας δεν είχε φανταστεί πως έναν αιώνα μετά το βραβείο της επιστήμης του θα το έπαιρνε ένας… μη χημικός και μάλιστα για εργασία… εκτός εργασίας!

Συνέβη τον Απρίλιο του 1982, όταν ο μηχανολόγος και μεταλλογράφος Νταν Σέχτμαν βρισκόταν σε εκπαιδευτική άδεια από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins των ΗΠΑ (NBS). Το πρωί της 8ης εκείνου του μήνα κοίταξε στο ηλεκτρονικό του μικροσκόπιο έναν κρύσταλλο από ταχέως ψυχθέν κράμα αλουμινίου και μαγγανίου. Καθάρισε τα γυαλιά του μουρμουρίζοντας «δεν υπάρχει περίπτωση!». Ξανακοίταξε και σιγουρεύτηκε ότι αυτό που έβλεπε ήταν αντίθετο στο κλασικό «θεώρημα περιορισμού» της κρυσταλλογραφίας! Δηλαδή, ενώ κατά το θεώρημα αυτό οι κρύσταλλοι μπορούν να εμφανίζουν περιοδική συμμετρία εκ περιστροφής κατά τη διάταξη των ατόμων τους, ο κρύσταλλος που έβλεπε εμφάνιζε πενταπλή συμμετρία (απεριοδική). Ταραγμένος ο Σέχτμαν άρχισε να κάνει μετρήσεις και να κρατάει σημειώσεις. Διαπίστωσε ότι η αναλογία των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων του περίεργου αυτού κρυστάλλου σχετιζόταν με τον περίφημο Χρυσό Λόγο του Πυθαγόρα!

Ατομικά μωσαϊκά σαν αυτά της Αλάμπρα θυμίζουν οι ημικρύσταλλοι

Με το στίγμα του «αιρετικού»

Αυτό που επακολούθησε αρχικά ήταν αυτό που συχνότατα συμβαίνει σε όσους τολμούν να αμφισβητήσουν την καθεστώσα γνώση: όταν ο Σέχτμαν έγραψε εργασία με τα ευρήματά του, του ζητήθηκε να παραιτηθεί από το εργαστήριο όπου εργαζόταν. «Γνώριζα ότι το σχήμα της περίθλασης δεν οφειλόταν σε διδύμους (που προκύπτουν από μια συνήθη κρυσταλλική ατέλεια)» δήλωσε σε κατοπινή συνέντευξή του «αλλά δεν είχα καμία εξήγηση για το τι πραγματικά συνέβαινε». Μη μπορώντας να θεμελιώσει θεωρητικά τα πειραματικά δεδομένα του πιθανότατα θα είχε πέσει στην αφάνεια, ιδιαίτερα όταν μεγαλύτερος πολέμιός του έγινε ο δις βραβευθείς με Νομπέλ βιοχημικός Λάινους Πόλινγκ (Linus Pauling). Τον έσωσε το ότι έδειξε την εργασία του στον John Cahn, εξέχοντα ερευνητή στην επιστήμη των υλικών. Εκείνος τη συζήτησε με τον Denis Gratias, ειδικό στη μαθηματική κρυσταλλογραφία στο Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) της Γαλλίας, και ακολουθώντας πλέον τις συμβουλές τους ο Σέχτμαν και ο συνάδελφός του στο Technion Αϊλαν Μπλεχ (Ilan Blech) υπέβαλαν από κοινού στο περιοδικό «Physical Review Letters» τον Οκτώβριο του 1984 μια αναθεωρημένη εκδοχή της εργασίας. Δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο του 1984, περισσότερα από δύο χρόνια μετά το αρχικό πείραμα του Σέχτμαν.

Αυτό που καταδεικνυόταν στην εργασία τους ήταν ότι ο συγκεκριμένος κρύσταλλος εμφάνιζε πενταπλή συμμετρία. Το πώς όμως ακριβώς διατάσσονταν στον χώρο τα άτομα μιας τέτοιας συμμετρίας έμενε αναπάντητο. Ευτυχώς – και πάλι – για τον Σέχτμαν ένας από τους κριτές του «Physical Review Letters» ήταν ο φυσικός Πολ Στάινχαρντ (Paul Steinhardt, γνωστός από τη θεωρία του για αέναο «πυροκλαστικό» Σύμπαν), που γνώριζε το μαθηματικό μοντέλο του κρυσταλλογράφου Αλαν Μακέι (Alan Mackay) για απεριοδική διάταξη ατόμων. Διαβάζοντας για το εύρημα του κρυστάλλου ο Στάινχαρντ συνειδητοποίησε ότι είχε βρεθεί στη φύση μια επαλήθευση του μαθηματικού μοντέλου. Ενός μοντέλου του οποίου τα μαθηματικά γύριζαν χρόνια και αιώνες πίσω, στην ακολουθία του Φιμπονάτσι και στον Χρυσό Λόγο του Πυθαγόρα.

Η δικαίωση

Από τότε η εργασία αυτή έχει ανεβεί στην 8η θέση παγκοσμίως των δημοσιεύσεων αναφοράς (most cited). Ερευνητές από κάθε μήκος και πλάτος της Γης αποδύθηκαν σε έναν αγώνα δρόμου για τη διερεύνηση και την υλοποίηση τέτοιων απεριοδικών κρυστάλλων, των «ημικρυστάλλων» ή «οιονεί κρυστάλλων» (quasicrystals), όπως επικράτησε να λέγονται, μολονότι η Διεθνής Ενωση Κρυσταλλογράφων (IUC) τους ενέταξε επίσημα στους κρυστάλλους το 1992. Εφεξής ο ορισμός των κρυστάλλων δεν είναι πια «ουσία της οποίας τα συστατικά μέρη είναι κανονικά διατεταγμένα ακολουθώντας ένα επαναλαμβανόμενο τρισδιάστατο ίχνος» αλλά «κάθε στερεό που έχει ουσιωδώς διακριτό διάγραμμα περίθλασης».

Μέχρι στιγμής οι ερευνητές που ακολούθησαν τα ίχνη του Σέχτμαν έχουν καταφέρει να δομήσουν εργαστηριακά εκατοντάδες νέα είδη ημικρυστάλλων, άλλους με διεδρική συμμετρία και άλλους με εικοσαεδρική. Σαν να μην έφτανε όμως αυτό, το 2009 εντόπισαν στον ποταμό Χατίρκα της Α. Ρωσίας και ορυκτά που εμπεριέχουν φυσικά σχηματισμένους εικοσαεδρικούς ημικρυστάλλους. Τέλος, μια σουηδική εταιρεία εντόπισε ημικρυστάλλους σε ένα είδος ατσαλιού όπου η παρουσία τους καταλήγει να ενισχύει το ατσάλι. Η πρακτική εφαρμογή του ευρήματος του Σέχτμαν έχει ήδη αρχίσει, με πρώτους αποδέκτες του τα ξυραφάκια ξυρίσματος, τους πετρελαιοκινητήρες, τις φωτοδιόδους LED και τα τηγάνια της κουζίνας. Ο 70χρονος σήμερα Ντάνιελ Σέχτμαν δικαίως επιβραβεύθηκε ως ο άνθρωπος που… δικαίωσε τον Πυθαγόρα.

Τ. Κ.

ΙΑΤΡΙΚΗ





Από αριστερά, ο εκλιπών Ralph Steinman και οι Bruce Beutler και Jules Hoffmann

Τα μυστικά της ανοσίας

Για άλλη μία φορά το ανοσοποιητικό σύστημα είχε την τιμητική του στα βραβεία Νομπέλ: τα μυστικά της φυσικής και της επίκτητης ανοσίας αποκάλυψαν οι τρεις εφετινοί τιμώμενοι. Ειδικότερα ο Bruce Beutler, καθηγητής Γενετικής και Ανοσολογίας του Ινστιτούτου Scripps στη Λα Χόγια των ΗΠΑ, και ο Jules Hoffmann, τέως διευθυντής του Ινστιτούτου Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας στο Στρασβούργο, μοιράζονται το μισό βραβείο (5 εκατ. σουηδικές κορόνες, περίπου 500.000 ευρώ) Νομπέλ Ιατρικής ή Φυσιολογίας 2011 για τις ανακαλύψεις τους στη φυσική ανοσία. Το υπόλοιπο μισό λαμβάνει ο Καναδός Ralph Steinman, διευθυντής του Κέντρου Ανοσολογίας στο Πανεπιστήμιο Rockefeller, για την ανακάλυψη των δενδριτικών κυττάρων και τον ρόλο τους στην επίκτητη ανοσία. Για την ακρίβεια, το βραβείο θα δοθεί στην οικογένεια του Steinman, ο οποίος απεβίωσε λίγες ώρες προτού πληροφορηθεί τα καλά νέα!

Πρόκειται για την πρώτη φορά που συμβαίνει ο τιμώμενος να πεθαίνει λίγο πριν από την ανακοίνωση του βραβείου. Και καθώς η οικογένειά του δεν είχε προλάβει να ενημερώσει ούτε καν το πανεπιστήμιο στο οποίο εργαζόταν και η επιτροπή του βραβείου τον θεωρούσε ζωντανό την ώρα της ανακοίνωσης, αποφασίστηκε να μην αλλάξει τίποτε. Ετσι για πρώτη φορά στα 110 χρόνια της ιστορίας του βραβείου θα υπάρξει παραβίαση των εντολών του Αλφρεντ Νομπέλ, ο οποίος ήθελε οι τιμές να αποδίδονται σε ζώντες επιστήμονες.

Αμυνα πρώτης και δεύτερης γραμμής

Το ανοσοποιητικό σύστημά μας οφείλει να μας προστατεύει κάθε φορά που δεχόμαστε επίθεση από μικροοργανισμούς. Ετσι έχει αναπτύξει δύο γραμμές άμυνας. Η πρώτη συνίσταται στην άμεση αντίδραση η οποία σταματά τη λοίμωξη και δεν παρέχει κανενός είδους μνήμη στον οργανισμό σχετικά με την ταυτότητα του εχθρού. Η δεύτερη απαιτεί περισσότερο χρόνο για να αναπτυχθεί, καθαρίζει τον οργανισμό από τον λοιμογόνο παράγοντα και παρέχει μνήμη για την ταυτότητα του λοιμογόνου παράγοντα έτσι ώστε σε μια δεύτερη επίθεση η αντίδραση να είναι ταχύτερη.

Η πρώτη γραμμή άμυνας ονομάζεται φυσική ή μη ειδική ανοσία και είναι εξελικτικά η παλαιότερη. Είναι η ανοσία που διαθέτουν επίσης τα φυτά, τα έντομα και οι μύκητες. Η δεύτερη γραμμή άμυνας του οργανισμού είναι η επίκτητη ή ειδική ανοσία. Αυτή αναπτύσσεται με τη βοήθεια κυττάρων που εμπλέκονται στη μη ειδική ανοσία και τα οποία παρουσιάζουν στο ανοσοποιητικό σύστημα τα αντιγόνα των μικροοργανισμών που μας επιτίθενται έτσι ώστε να δημιουργηθούν ειδικά αντισώματα.

Αγγελιαφόροι της οχύρωσης

Τα παραπάνω δεν ήταν γνωστά στα μέσα της δεκαετίας του 1990. Εκείνο τον καιρό ο 70χρονος σήμερα Jules Hoffmann εργαζόταν με τις μύγες του είδους Drosophila melanogaster. Αρχικά παρατήρησε ότι οι μύγες που έφεραν μεταλλάξεις στο γονίδιο Toll δεν μπορούσαν να προβάλουν αντίσταση σε μολύνσεις από μύκητες ή βακτήρια και πέθαιναν μετά την προσβολή. Στη συνέχεια διαπίστωσε ότι το προϊόν του γονιδίου Toll εμπλεκόταν στην ανίχνευση της παρουσίας των μικροοργανισμών ώστε να μπορέσει ο οργανισμός να προχωρήσει στην «ανέγερση οχυρωματικών έργων». Με άλλα λόγια, διαπίστωσε ότι η πρωτεΐνη Toll λειτουργούσε ως αγγελιαφόρος πληροφορώντας τον οργανισμό για την επίθεση.

Την ίδια χρονική περίοδο τα ερευνητικά ενδιαφέροντα του 54χρονου σήμερα Bruce Beutler αφορούσαν το σηπτικό σοκ, μια απειλητική για τη ζωή υπερ-ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος. Ο Beutler εργαζόταν με ποντικούς και αναζητούσε τον υποδοχέα επάνω στον οποίο προσδένεται το βακτηριακό προϊόν LPS το οποίο προκαλεί το σηπτικό σοκ. Με έκπληξη ο Beutler διαπίστωσε ότι ο υποδοχέας που έψαχνε δεν ήταν παρά το αντίστοιχο του υποδοχέα Toll στα θηλαστικά. Η εν λόγω πρόσδεση πυροδοτεί την αντίδραση της φλεγμονής που χαρακτηρίζει την επίκτητη ανοσία.

Ο καναδικής καταγωγής Ralph Steinman ήταν μόλις 30 ετών όταν εντόπισε έναν νέο τύπο κυττάρου του ανοσοποιητικού το οποίο ονόμασε δενδριτικό κύτταρο (από την ελληνική λέξη «δένδρο» καθώς το κύτταρο διακλαδίζεται). Παρά την αρχική δυσπιστία των συναδέλφων του, ο Steinman κατέδειξε ότι τα δενδριτικά κύτταρα ενεργοποιούν τα Τ κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, τα οποία με τη σειρά τους αναπτύσσουν ανοσολογική μνήμη ενάντια στους μικροοργανισμούς που μας επιτίθενται. Αυτή η «συνομιλία» ανάμεσα στα δενδριτικά και στα Τ κύτταρα είναι καθοριστική για την απόφαση του ανοσοποιητικού συστήματος να αντιδράσει έναντι του εισβολέα και όχι έναντι του εαυτού του (όπως συμβαίνει στα αυτοάνοσα νοσήματα).


Δενδριτικά κύτταρα (πράσινο) επιτίθενται σε καρκινικά

Κλινικές εφαρμογές

Συνολικά οι τρεις τιμώμενοι με τις ανακαλύψεις τους άνοιξαν τον δρόμο για τη δημιουργία αποτελεσματικότερων εμβολίων αλλά και εμβολίων νέου τύπου τα οποία δημιουργούνται προκειμένου να στρέψουν το ανοσοποιητικό σύστημά μας ενάντια σε καρκινικούς όγκους. Επίσης επέτρεψαν την καλύτερη κατανόηση των φλεγμονωδών και αυτοάνοσων νοσημάτων. Τις δυνατότητες των εφαρμογών των δενδριτικών κυττάρων αποκαλύπτει η συγκινητική ιστορία του Steinman, ο οποίος, σύμφωνα με την ανακοίνωση του Πανεπιστημίου Rockefeller, διαγνώστηκε με καρκίνο του παγκρέατος πριν από τέσσερα χρόνια και παρέτεινε τη ζωή του με ένα εμβόλιο δενδριτικών κυττάρων που σχεδίασε και παρασκεύασε ο ίδιος.

Ι. Σ.

Science
Σίβυλλα
Helios Kiosk