Новый Нобель [ 8 ]

Борислав Козловский, корреспондент отдела «Науки» журнала «Русский репортер»
Алексей Торгашев, корреспондент отдела «Науки» журнала «Русский репортер»

Раз в четыре года Шварцевский комитет отбирает лучшие исследования, чтобы присудить премию, по сумме превосходящую Нобелевскую награду. В этом году среди претендентов блестящие работы: исследование поверхности Марса, эксперименты по горизонтальному переносу генов от человека к растениям, открытие катализатора трансмутаций химических элементов

Оглашен список научных работ, претендующих на премию Бертольда Шварца. Эта премия вручается «за исследования, послужившие гуманистическому развитию технологий», как записано в регламенте международного Шварцевского комитета. Награждение проходит раз в четыре года в немецком городе Фрейбурге, где, по легенде, немецкий монах и химик Бертольд Шварц изобрел порох, растирая в ступке куски селитры, серы и древесного угля.

Денежный размер премии всегда одинаков и равен 20 тыс. серебряных марок образца 1368  года. Именно за эту сумму жители Фрейбурга откупились в XIV веке от своих прежних владельцев и добровольно отдали город под власть дома Габсбургов. А Габсбурги основали здесь впоследствии университет, в котором каждый високосный год как раз и проходит церемония награждения ученых.

Разумеется, ректор университета вручает лауреатам не мешок серебряных монет средневековой чеканки, а памятную медаль и конверт с чеком на миллион евро — таков сейчас, по представлению спонсоров, эквивалент тех самых 20 тыс. марок.

К сожалению, премия Бертольда Шварца, несмотря на свой солидный размер, мало известна публике, да и мировое научное сообщество узнало о ней только в 1976 году. Хотя учреждена премия в университете Фрейбурга очень давно — еще во времена Габсбургов. Возможно, это вообще самая старая научная награда Европы. Уже тогда она носила имя знаменитого монаха-химика, но многие века была всего лишь поощрением коллег внутри университета. Однако в 60−е годы ХХ века премия стала общегерманской — ее стал спонсировать Альфред Крупп, владелец бывшей оружейной империи, объявивший новый курс: «Больше никакого оружия!»

В 1976 году несколько производителей оружия из других стран присоединились к Круппу, и премия изменила статус на международный. В 90−е годы в клуб попечителей премии вступила и Россия, спонсором Российского Шварцевского комитета является «Рособоронэкспорт».

Шорт-лист премии этого года содержит более 30 исследований, среди которых есть и наши. Ниже мы предлагаем обзор наиболее перспективных с точки зрения экспертного сообщества работ.

Корнеплод с человеческим лицом

На биологическую часть премии Шварца претендуют биотехнологи из университета Саламанки — в шорт-лист они попали с формулировкой «за фундаментальные исследования в области генной инженерии, сближающие человека с окружающей средой». Если учесть, что для многих генно-модифици­ро­ванные продукты — первые в списке «антигуманных технологий», выбор Шварцевского комитета требует пояснений.

Группу Арнальдуса Виллановы интересовало то общее, что можно увидеть при сравнении человеческого генома с геномом растения. В самой идее такого сравнения ничего революционного нет: еще с 90−х годов прошлого века известно, что у лабораторной мыши и человека 99% общих генов. Мышам в этом смысле практически не уступают пасленовые — семейство растений, в ДНК которых давно и без проб­лем встраивают даже гены лягушек и медуз.

Биотехнологи из Саламанки выбрали для своего эксперимента Atropa mandragora, дальнего родственника картофеля и томатов. Главной причиной было фенотипическое сходство — то, как гены проявляют себя внешне. У растения обнаружили свойственный людям габитус — иными словами, геометрическую форму организма: корень Atropa mandragora в деталях воспроизводит контуры человеческой фигуры.

Можно ли «привить» растению еще что-нибудь человеческое, проверяли методом горизонтального переноса генов. Таким способом организмы, принадлежащие к разным видам, могут «улучшать» собственный геном за счет чужого, обходясь без множества случайных мутаций. Гены передаются небольшими фрагментами «свободной» ДНК, известными как транспозоны (за их открытие Барбаре Макклинток еще в 1983 году была присуждена Нобелевская премия). В случае Atropa mandragora опыт с транспозонами выглядел не совсем обычно: семена поместили в питательную среду, содержащую сперматозоиды. Объясняли это тем, что в половых клетках присутствует только половина от полного набора из 46 хромосом, и перенос будет легче отследить.

Результаты, на первый взгляд скромные, подтвердили гипотезу: у «растений из спермы» нашли животный белок миозин. У людей он отвечает за сокращения мышц, которых у растений, разумеется, нет. Однако новая функция у белка все же появилась: извлекая корни Atropa mandragora из почвы, исследователи зафиксировали звук, который описывают как «крик». По словам Виллановы, это и есть признак работы новых миозиновых волокон.

Что любопытно, заслужившее «гуманистическую премию» исследование вызвало больше всего вопросов у Европейской комиссии по биоэтике: эксперты заявили, что Вилланова с соавторами нарушил запрет на использование в экспериментах донорской спермы без ведома доноров.

Работа, пишут эксперты-биоинженеры, может иметь куда большее практическое значение, чем предполагают сами авторы. Если человеческие белки удастся воспроизвести внутри растения, оно автоматически станет источником лекарственных препаратов. Так что будущее генно-модифицированной Atropa mandragora уже связывают с синтезом стимуляторов и даже средств от бесплодия.

Каналы холода

В номинации «Космические исследования» явный фаворит — исследователь из NASA Парсиваль Берроуз «за исследования термочувствительного материала некоторых участков марсианской поверхности и проект терраформирования локальных областей Марса». Проще говоря, речь идет о марсианских каналах.

С тех пор как зонд «Маринер-4» в 1965 году подтвердил существование каналов, обнаруженных Джованни Скиапарелли в конце XIX века, делалось несколько попыток их изучения. Но марсианские программы СССР и США до начала нынешнего века были крайне безуспешными: зонды на поверхности Марса или работали значительно меньше положенного срока, или приземлялись не там, где планировалось, или вообще по неизвестным причинам отказывали сразу после посадки. Сложилась парадоксальная ситуация: до начала нового тысячелетия о марсианских каналах, уже сотню лет известных науке, не было известно ровным счетом ничего.

Наконец в 2004 году аппарат Spirit опустился в районе Большого Сырта, продвинулся на дно ближайшего канала и приступил к изучению его поверхности. Данные, полученные марсоходом, показали, что стенки канала состоят из сложных соединений кремния с углеродом, серой и некоторыми другими веществами. По структуре это разветвленные волокнистые молекулы, уложенные рядами. Волокна тянутся вглубь на несколько десятков метров. На Земле ничего подобного нет.

Парсиваль Берроуз предположил, а затем и проверил на модели, как ведет себя планетарная атмосфера. Оказалось, ровно так же, как и без каналов — то есть хаотически. Но если предположить, что атмосфера становится более плотной и — особенно — насыщенной водяными парами, то канал начинает действовать как огромный холодильник. За счет своего устройства волокна отводят тепло из атмосферы. Затем сеть каналов, ориентированная по меридианам, «гонит» это тепло к полюсам. Выглядит это так, как будто туман все время сгущается над стокилометровым углублением, а затем с ускорением движется вдоль него к холодному полюсу, где превращается в лед.

Получается, что в нынешнем состоянии атмосферы Марса повинны как раз каналы, действовавшие до тех пор, пока не выстудили планету и не собрали всю воду у полярных шапок.

— Трудно было удержаться, чтобы не предположить искусственное происхождение каналов, — говорит Берроуз. — Но при определенных условиях такие структуры могут образоваться естественным путем.

Американский ученый показал, что каналы могут действовать и в обратную сторону — нагревать атмосферу, насыщая ее водяным паром. Для такого поворота событий следует или подождать пару миллионов лет, пока температура еще понизится и запустит обратный процесс, либо создать локальные «точки переохлаждения» недалеко от полюсов. Берроуз рассчитал, что сделать Марс теплым можно за два десятка лет. И энергии потребуется совсем немного — эквивалент нескольких атомных станций. Проекты терраформирования Марса, выдвигавшиеся до сих пор, требовали гораздо больших затрат. Если же их дополнить станциями на экваторе, то можно регулировать температурный режим планеты с точностью до двух-трех градусов.

Кому понадобилось создать на Марсе гигантский терморегулятор, а потом остановить его работу? Этот вопрос не снят, несмотря на «естест­венную» модель Берроуза. Похоже, и сами американцы не очень в нее верят, ведь руководство NASA несколько лет не раскрывало данные, полученные марсоходом в районе Большого Сырта.

Кариес и бананы

За открытие реверсивных рибосом могут получить премию сотрудники Национального музея естественной истории в Париже. Группа под руководством Карла Бюффона номинируется Шварцевским комитетом «за вклад в раскрытие механизма направленной эволюции и стремления живого к совершенству, который (механизм. — “РР”) дал начало новым технологиям в сельском хозяйстве, медицине и привел к улучшению качества организмов».

Комитет включил в формулировку анахронизм «стремление к совершенству», явно в духе теории Ламарка. Именно Жан Батист Ламарк еще в начале XIX века постулировал, что все живое эволюционирует через это «стремление». Конечно, в те времена, когда наука еще ничего не знала о хромосомах, генах и ДНК, французский ученый несколько наивно представлял себе механизм эволюции: по нему, животные из стремления к гармонии «упражняют» или, наоборот, «не упражняют» органы, таким образом постепенно развивая их.

Например, жирафы тянули-тянули шеи к съедобным веткам деревьев, да так и вытянули. Но что в таком случае упражняли, например, съедобные деревья, теория Ламарка не объясняла.

XX век вернул ламаркизму статус вполне научной теории — наравне с дарвинизмом: начиная с 40−х годов проведено множество экспериментов, показавших, что «органы упражняются» под действием внешней среды. Например, мало кто знает, что ошельмованный в 90−е годы академик Трофим Лысенко стал одним из первых иностранных ученых, удостоившихся Шварцевской премии. Он получил ее незадолго до своей смерти в 1976 году за опыты по выращиванию в разных условиях пшеницы и томатов с радикально измененными свойствами. Так, в связи с переменой условий высадки пшеница из озимой становилась яровой и наоборот.

Молекулярный механизм направленной эволюции оставался загадкой. В середине 70−х годов группа Бюффона стала экспериментировать на озимых бананах, полученных доктором биологии Цзяном из Хабаровска. Известно, что озимый банан очень быстро яроизуется, если удлинять вегетативный цикл. Парижские исследователи выделяли из клеток банана молекулы и обнаружили, что при яроизации появляются новые рибосомы. Бюффон назвал их «реверсивными».

Если обычные рибосомы «считывают» инструкцию, записанную в генах, и по ней синтезируют белки, то реверсивные делают все наоборот — читают белок и переписывают гены.

Реверсивные рибосомы — вещь редкая. Они появляются только тогда, когда среда изменяется или «органы упражняются», — например, когда мы занимаемся спортом. Разумеется, одних рибосом недостаточно, чтобы изменить наследственность. Чтобы получился новый ген, и белок должен быть новый. Сейчас группа Бюффона как раз изучает, как появляются новые, так называемые химерные, белки.

Пока неясно и как изменения, например в мышцах, передаются половым клеткам.

Осталось добавить несколько слов об этической стороне таких экспериментов. «Ускорение эволюции», которую провозглашает парижская группа, многие считают довольно опасным. Особенно пугает простота метода: достаточно вколоть препарат реверсивных рибосом, допустим, спортсмену в тренировочный период, и его дети с вероятностью выше 70% наследуют силу и выносливость, глазомер и точность и так далее. Пока комитеты по биоэтике запрещают такие эксперименты на человеке. Но в лечебных целях «не генно-терапевтическое вмешательство» уже вовсю используется. Так, недавно завершены клинические испытания по лечению кариеса путем введения препарата в десны специальной жевательной резинкой. Что еще «упражняется» во время постоянного жевания? Ну, например, может родиться потомство с прекрасными зубами, но повышенной кислотностью и риском гастрозаболеваний.

Озоновое потепление

Премии за экологию — всегда предмет споров и чаще достаются гуманитариям и политикам, чем, к примеру, биологам, в ведении которых находится эта наука. Теперь у Шварцевского комитета есть все шансы уклониться в противоположную сторону: из номинированных работ самая интересная, по мнению комментаторов, принадлежит двум физикам-экспериментаторам из Йены.

Глобальное потепление, утверждают авторы, помогает «затягиваться» озоновым дырам.

К такому выводу Иоганн Бехер с ассистентом Георгом Шталем пришел, заинтересовавшись совсем другой проблемой — как «затормозить» элементарную частицу при помощи обычных молекул. «Останавливать в веществе» собирались флогистоны (или Ф-нейтрино) — практически невесомые и трудноуловимые частицы. Флогистонная материя, по старой традиции называемая «теплородом», выделяется при горении. До XIX века его даже считали химическим элементом. Действительность оказалась сложнее: в отличие от любого вещества флогистон, как и другие нейтрино, легко проходит через толщу свинца или железа, не претерпевая изменений.

Ловушкой для Ф-нейтрино оказались фреоны — соединениям хлора и фтора с углеродом, которые давно используются в холодильных установках (вплоть до бытовых холодильников). Поскольку фреоны эффективно улавливают тепло, их сродство с флогистонами оказалось также высоким — «горячие» час­тицы охлаждаются и долгое время остаются связанными с молекулой фреона, встреченной на пути. Обнаружить их после этого не составляет труда: распадаясь, комплексы фреона и флогистона флюоресцируют фиолетовыми фотонами.

Скопления фреонов у полюсов планеты особенно велики. Поэтому флюоресцирующие комплексы вызывают полярные сияния. Те же скопления, как обнаружили еще в 80−х, — причина озоновых дыр над полюсами. Однако если свободные фреоны легко разрушают озон, то их комплексы с флогистоном менее активны и оттого менее губительны для земной атмосферы.

При этом, отмечают Бехер и Шталь, флогистоны можно назвать «спутниками» CO2 — главного виновника глобального потепления. Будучи продуктом горения, они выделяются вместе с углекислым газом там, где сжигается топливо. Таким образом, крупные заводы косвенным образом сохраняют озон для планеты.

Ядерная мутация

Премию по химии, скорее всего, получат Ребекка Трис и Яков Мегист, двое ученых из Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН. В своей заявке Шварцевский комитет России отмечает, что награда может быть присуждена «за открытие нового класса биохимических катализаторов, многократно ускоряющих трансмутации ядер тяжелых металлов».

Проще говоря, Ребекка Яковлевна и Яков Ааронович обнаружили катализатор, ускоряющий ядерный распад. Наиболее известен распад радиоактивных элементов.

Например, атом урана испускает частицу (теряет часть своего ядра) и превращается в торий, затем торий точно так же превращается в палладий, и тот в свою очередь — в стабильный свинец. До сих пор считалось, что скорость такого распада — величина статистическая и ни от чего не зависит.

Однако российские ученые показали, что есть катализатор, помогающий ядрам терять протоны и нейтроны. Причем реакция шла в стабильном свинце-206, атомы которого превращались в изотоп золота-197. Явление получило название «эффекта Трис — Мегиста».

Ребекка Трис и Яков Мегист, вообще говоря, не химики и тем более не физики-ядерщики. Свое открытие они совершили, изучая омолаживающие свойства цитомединов — веществ, определяющих рост стволовых клеток. Институт биорегуляции и геронтологии уже тридцать лет работает с этими мощными геропротекторами. Изначально их выделяли из тимуса и применяли в советской армии как «боевые таблетки» — например, для продления срока жизни солдат в зоне ядерного взрыва. В 90−е годы институт на их основе запатентовал ряд омолаживающих и лекарственных препаратов.

В одном из экспериментов ученые вкололи мышкам цитомедины, а затем изучили срезы печени. В тканях неожиданно обнаружились наночастицы золота. Трис и Мегист сформулировали несколько гипотез, провели серию опытов в пробирке. И вот, когда раствор цитомедина смешали со свинцом и другими тяжелыми металлами, неожиданно обнаружился возросший радиоактивный фон, а затем частицы свинца буквально на глазах превратились в частицы золота. Оказалось, что активный центр биомолекул формирует мощное локальное электромагнитное поле. Это поле и стимулирует распад ядра.

Публикация результатов экспериментов вызвала лихорадку на биржах: брокеры поначалу решили, что теперь золото из свинца будет производиться тоннами, и кинулись его продавать. Но затем выяснилось, что производство золота с помощью цитомединов обходится на пять порядков дороже, чем традиционная добыча, и цена опять поползла вверх.

Для нас же важно другое: препарат с выраженным омолаживающим и лечебным эффектом оказался катализатором трансмутаций. Значит, нашему организму это зачем-то нужно. В планах ученых выяснить зачем.

А мы поздравляем наших соотечественников и надеемся, что 1 апреля именно они получат премию имени Бертольда Шварца, монаха, изобретателя пороха.

Фото: SPL/East News; EPA; Alamy/Photas; РИА Новости; SPL/EAST NEWS