Քլիք-քիմիա, խճճված մասնիկներ ու նեանդերթալյան գենոմ. 2022-ի Նոբելյան մրցանակակիրները գլխավոր գիտական անվանակարգերում
Այս տարվա Նոբելյան մրցանակները քիմիայի, ֆիզիկայի, ֆիզիոլոգիայի ու բժշկության ոլորտներում բավականին անսպասելի էին վերլուծաբանների համար։ Օրինակ, Clarivate-ի կանխատեսումներից և ոչ մեկն իրականություն չդարձավ։ Այդուհանդերձ, բոլոր մրցանակակիրներն էլ արժանի էին, բոլորի ներդրումներն իրենց ոլորտներում` ծանրակշիռ։ PAN-ը պատմում է երեք գլխավոր գիտական անվանակարգում հաղթողների մասին։
ՔԻՄԻԱ
Քիմիայի ոլորտում 2022-ի Նոբելյան մրցանակի արժանացան Կարոլին Բերտոցին (Carolyn R. Bertozzi), Մորտեն Մելդալն ու Բարրի Շարփլեսը (K. Barry Sharpless) քլիք-քիմիայի ու կենսաօրթոգոնալ քիմիայի մեթոդների զարգացման համար։ Սա Շարփլեսի արդեն երկրորդ Նոբելյան մրցանակն է քիմիայի ոլորտում, 2001-ին նա մրցանակի էր արժանացել թթվայնացման ստերեոսելեկտիվ ռեակցիաների համար։
Շարփլեսն ամբողջ կյանքում զբաղվել է օրգանական քիմիայով։ Նա ցանկանում էր հայտնաբերել քիմիական ռեակցիաներ, որոնք կարող են տեղի ունենալ ջրում` թթվածնի առկայության պայմաններում, արագ ու բարձր ելքով։ 2004-ի իր հոդվածում նա բերել էր նման մի քանի ռեակցիայի օրինակ` միավորելով դրանք քլիք-ռեակցիաների դասում։ Սակայն կարելի է ասել, որ քլիք-քիմիան սկսվել էր դեռ այն ժամանակ, երբ Մորտեն Մելդալը 2002-ին հրապարակեց կատալիտիկ ազիդ-ալկինային ցիկլամիավորման մասին իր հոդվածը։ Նույն տարում, Մելդալից անկախ, նույն ռեակցիայի մասին հայտնել էր Շարփլեսը գործընկերների հետ։
Ազիդ-ալկինային ցիկլամիավորման ռեակցիան տեղի է ունենում երկու նյութերի մոլեկուլների միջև, որոնք պարունակում են երկու տարբեր ֆունկցիոնալ խմբեր` ազիդային ու ալկինային։ Ազիդային խումբն իրենից ներկայացնում է միմյանց հետ կապված ազոտի երեք ատոմ, իսկ ալկիններում առկա է ածխածին-ածխածին եռակի կապ։ Երկու մոլեկուլները պղնձի հիմքով կատալիզատորի առկայության պայմաններում միավորվում են` առաջացնելով մեկ մոլեկուլ ու տալով տրիազոլ` ցիկլիկ հետերոցիկլ` ազոտի երեք ատոմներով։ Ընդ որում, ռեակցիան, որպես կանոն, ընթանում է արագ ու բարձր ելքով։
Երկու տարի անց քլիք-քիմիայի հետազոտություններին միացավ Կարոլին Բերտոցին` հայտնաբերելով դրա համար կոնկրետ կիրառություն։ Նրան հաջողվեց անցկացնել ազիդ-ալկինային ցիկլամիավորման ռեակցիան առանց կատալիզատորի. դրա համար նա ի սկզբանե վերցրել էր ստերիկ լարված ալկին ցիկլոօկտին` ի շնորհիվ նրա, որ ցիկլիկ հենքից լարվածության հանումը ջերնադինամիկ առումով ձեռնտու է։ Պարզվեց, որ այս ռեակցիան կենսաօրթոգոնալ է` այսինքն չի խանգարում կենդանի բջիջներում ընթացող կենսաբանական պրոցեսներին։ Դրա շնորհիվ Բերտոցին այն հաջողությամբ կիրառեց գլիկանների` բջիջների մակերևույթի վրա գտնվող պոլիսախարիդների ուսումնասիրության համար։ Դրանք մասնակցում են բջջային ճանաչման պրոցեսներում ու կարևոր դեր են խաղում իմունային պրոցեսներում։
ՖԻԶԻԿԱ
Ֆիզիկայի ոլորտում 2022-ի Նոբելյան մրցանակին արժանացան Ալեն Ասպեն (Alain Aspect), Ջոն Քլաուզերը (John F. Clauser) և Անտոն Ցայլինգերը (Anton Zeilinger) խճճված ֆոտոններով գիտափորձերի, Բելլի անհավասարությունների խախտումների ուսումնասիրության ու քվանտային ինֆորմատիկայի ոլորտում աշխատանքների համար։
Բոլոր երեք մրցանակակրի աշխատանքը կապված է խճճված քվանտային մասնիկների ու Բելլի անհավասարությունների խախտման ուսումնասիրության հետ։ Այդ անհավասարությունները 1960-ականներին առաջարկել էր Ջոն Բելլը` ստուգելու համար, արդյոք քվանտային համակարգում առկա են թաքնված պարամետրեր, թե՞ ոչ։ Եթե այդ անհավասարությունները կատարվում են, ուրեմն համակարգում կան որոշակի թաքնված պարամետրեր, ինչը նշանակում է, որ լոկալ ռեալիզմի պայմանները, այսինքն այն, որ առանձին օբյեկտներ իրոք գոյություն ունեն ու ազդում են միայն իրենց լոկալ շրջապատի վրա, նույնպես կատարվում են։ Բելլի անհավասարությունների արդարացի լինելը հնարավոր է ստուգել գիտափորձերի միջոցով, դրանց կատարման կամ չկատարման դեպքում քվանտային վիճակների հավանականությունները տարբեր են։
Առաջինը, ով զարգացրեց Բելլի գաղափարներն ու առաջարկեց անհավասարությունների ստուգման գիտափորձը, ամերիկացի Ջոն Քլաուզերն էր։ Նրան հաջողվեց ապացուցել, որ Բելլի անհավասարությունները խախտվում են, այսինքն` քվանտային մեխանիկայում թաքնված փոփոխականներ չկան։ Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ալեն Ասպեն զարգացրեց Քլաուզերի մոտեցումն ու այնպես արեց, որ սկզբնական պայմանները, որոնցում ճառագայթում են գիտափորձի համար անհրաժեշտ խճճված ֆոտոնները, չազդեն չափումների արդյունքի վրա։ Նա էլ հրապարակեց առաջին հոդվածը, որում ապացուցեց Բելլի անհավասարությունների չկատարումը։ Անտոն Ցայլինգերն էլ սկսեց օգտագործել խճճված քվանտային վիճակները գիտափորձերում. նրա խումբն առաջին անգամ ցույց տվեց քվանտային տելեպորտացիայի հնարավորությունը, այսինքն` խճճված զույգի մասնիկներից մեկի վիճակի փոփոխությունը հեռավորության վրա գտնվող մյուս մասնիկի վիճակի փոփոխության դեպքում։
ՖԻԶԻՈԼՈԳԻԱ ԵՎ ԲԺՇԿՈՒԹՅՈՒՆ
Ֆիզիոլոգիայի ու բժշկության ոլորտում 2022-ի Նոբելյան մրցանակին արժանացավ Սվանտե Պաաբոն (Svante Pääbo), ով ուսումնասիրում է մարդու առաջացումն ու հայտնի է հնադարյան մարդկանց գենետիկ հետազոտություններով։
2022-ին հրապարակվեց մարդկային գենոմի ամբողջական հաջորդականությունը։ Այդ խնդիրը լուծելու համար պահանջվեց մոտ 40 տարի այն դեպքում, երբ հետազոտողներին հասանելի էր նմուշների ահռելի քանակություն։
Սվանտե Պաաբոն մոտավորապես այն տարիներին, երբ մեկնարկել էր Մարդու գենոմ նախագիծը, սկսեց իր կարիերան հարցից. հնարավո՞ր արդյոք սեքվենավորել անհետացած հոմինիդների ԴՆԹ-ն։ Այս խնդիրը շատ ավելի բարդ է. ի տարբերություն ոսկորների միջբջջային նյութի, իրենք` բջիջները, վատ են պահպանվում, իսկ առանձին մակրոմոլեկուլները, այդ թվում` ԴՆԹ-ն բջիջներում, էլ ավելի վատ են պահպանվում։
Պաաբոն սկզբում զբաղվում էր միտոքոնդրիալ գենոմով, այն ավելի պարզ է ու կարճ։ Այնուհետև, երբ ստացվեց հանել ու սեքվենավորել այդ գենոմը, գիտնականն անցավ միջուկում գտնվող գենետիկ նյութին։ Ու 2010-ին հավաքեց հնադարյան մարդու` նեանդերթալացու գենոմի առաջին ամբողջական սևագիրը։ Ու սա ոչ թե ուղղակի տեխնիկական ձեռքբերում է. հետագայում հնարավոր դարձավ համեմատել նեանդերթալյան ԴՆԹ-ն ժամանակակից մարդկանց գենոմի հետ, եւ եզրակացություններ անել նրանց բարեկամական կապերի, ժամանակակից մարդկանց գենոմում պահպանված հնադարյան նեանդերթալյան հաջորդականությունների չափաբաժնի մասին։
Այդ իսկ պատճառով, երբ 2008-ին Սիբիրի հարավում գտնվող քարանձավում հայտնաբերվեց անհայտ հոմինիդների ոսկոր, այն սեքվենավորման ուղարկեցին նաև Պաաբոյի թիմին։ Ու նա պարզեց, որ իր առջև լրիվ նոր պոպուլյացիա է, որի ներկայացուցիչներին հիմա քարանձավի անվանումով կոչում են դենիսովցիներ։ Հետագայում պեղումների ժամանակ հայտնաբերվեցին նաև այլ դենիսովցիներ, ու պալեոգենետիկները, Պաաբոյի մասնակցությամբ, շարունակում են պարզել, թե երբ են նրանք ապրել և ինչպես էին խաչասերվում այլ հնագույն մարդկանց հետ։