Что изменилось
в Сирии за год

Инфографика
Виктория Волошина
о новых идеях сэкономить
на стариках

Дружба Ньютона с котом Шредингера

Нобелевская премия – 2013 по химии присуждена за компьютерные модели сложных химических систем

Александра Борисова, Николай Подорванюк 09.10.2013, 14:54
Исаак Ньютон и кот Шредингера nobelprize.org
Исаак Ньютон и кот Шредингера

Нобелевская премия – 2013 по химии присуждена «за развитие моделей комплексных химических систем» австрийцу Мартину Карплюсу, израильтянину Ари Уоршелу и британцу Майклу Левитту. Россиянин Валерий Фокин, считавшийся одним из кандидатов на «Нобеля» в этом году, назвал решение шведских академиков справедливым.

Нобелевская премия по химии 2013 года присуждена Мартину Карплюсу, Майклу Левитту и Ари Уоршелу «за развитие моделей комплексных химических систем». Карплюс родился в Вене, а сейчас работает в Университете Страсбурга (Франция) и Гарвардском университете (США). Левитт — уроженец Великобритании, сотрудник медицинской школы Стэнфордского университета, а Уоршел родился в Израиле и работает сейчас в Университете Южной Калифорнии.

Мартин Карплюс, Майкл Левитт и Ари Уоршел societyforscience/Flickr, anoneh/Flickr, Wikimedia
Мартин Карплюс, Майкл Левитт и Ари Уоршел

«Когда-то химики использовали для моделирования молекул шарики вместо атомов и палочки вместо химических связей. Сейчас химическое моделирование проводится на компьютерах — как на обычных рабочих станциях, так и на гигантских суперкомпьютерах с тысячами процессоров, — говорится в сообщении Нобелевского комитета. — Современные методы позволяют моделировать не только простые химические реакции, в которых участвуют так называемые малые молекулы, состоящие из небольшого числа атомов, но и реакции биологических молекул — белков, углеводов, ДНК и РНК, которые протекают в живых организмах. Сегодняшние лауреаты еще в 70-х годах прошлого века стояли у истоков создания программ, которые используются для понимания и предсказания течения химических реакций. Сегодня без компьютерного моделирования не обходится ни одно серьезное исследование или открытие, компьютерные модели живых систем играют важнейшую роль в исследованиях на стыке химии и биологии.

Методы, разработанные Карплюсом, Левиттом и Уоршелом, позволяют с точностью до миллисекунды описать широкий ряд химических процессов, от каталитической очистки выхлопных газов до фотосинтеза в зеленых растениях».

«Для моделировния химических реакций нужно использовать два совершенно различных аспекта физики и химии — квантовую физику и классическую физику, — отметил представитель Нобелевского комитета на пресс-конференции. — Квантовая физика позволяет рассматривать нам химическую реакцию в больших подробностях: этот метод требует больших компьютерных систем, это чрезвычайно сложно. Ньютоновская физика — довольно простая. Очень сложно совместить эти модели и сделать так, чтобы они пожали друг другу руки. Вклад трех лауреатов заключается в том, что они обеспечили это тайное рукопожатие и создали физико-химическую теорию как единое целое».

Нобелевские лауреаты «подружили» классическую механику (Ньютон) и квантовую физику (кот... nobelprize.org
Нобелевские лауреаты «подружили» классическую механику (Ньютон) и квантовую физику (кот Шредингера)

При этом представитель комитета продемонстрировал наглядную картинку, на которой были изображены Ньютон и шредингеровский кот.

Одним из направлений, по которому эксперты агентства Thomson Reuters ожидали вручения премии в 2013 году, была клик-химия — группа синтетических подходов, позволяющая синтезировать вещества почти так же совершенно, как это происходит в живой природе: без побочных продуктов и с высокой чистотой. Применять эти подходы можно буквально везде — как в работах по биохимии, так и в материаловедении. В числе возможных лауреатов эксперты здесь называли россиянина Валерия Фокина из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойе (Калифорния) — сейчас он сотрудник МФТИ, организовал в Долгопрудном лабораторию по мегагранту. Вместе с Фокиным премию прочили его коллегам по Скриппсу М.Г. Финну (именно так — М.Г. — так профессора называют и его коллеги) и Барри Шарплесу. Для Шарплеса эта «Нобелевка» могла стать второй: в 2001 году вместе с Рёдзи Ноёри и Уильямом Ноулзом он получил премию «за исследования, используемые в фармацевтической промышленности, — создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций».

В эфире телеканала «Россия 24» Валерий Фокин прокомментировал решение Нобелевского комитета. «Я знаком с Левиттом и Уоршелом. Последний был профессором в университете, где я писал и защищал диссертацию. Вместе с Левиттом мы консультировали одну коммерческую компанию, расположенную, кстати, в Москве. Речь идет о компьютерных моделях сложных систем. Это тот важный компромисс, который был найден в расчетах. Это результат не последних нескольких лет, а последних лет тридцати пяти — сорока. Первые модели сложных систем — белков, протеинов — стали строиться еще в 70-е годы», — сказал российский ученый.

На вопрос, удовлетворен ли он решением Нобелевского комитета, Фокин ответил, что комитет всегда принимает справедливые решения: «Работы нынешних лауреатов внесли огромный вклад в развитие химии».

Помимо клик-химии эксперты Thomson Reuters называли еще две тематики-фаворита, причем среди них оказались как классические химические работы, так и наиболее «нобелеемкие» в последнее время труды на стыке с биологией (в последние годы «Нобелевку» давали и за структурные исследования рибосом, и за изучение биологии рецепторов ). В лауреаты прочили Брюса Эймса из Калифорнийского университета в Беркли — создателя генетического теста для оценки мутагенного потенциала химических соединений, названного его именем. Методика была предложена Эймсом и его группой еще в 1970-х годах и затем усовершенствована. Основополагающая работа ученого по этой теме на сегодня процитирована более 5200 раз. Тест проводится на бактериях Salmonella typhimurium и не лишен недостатков: бактерии — прокариоты (их клетки не имеют ядра) и не являются идеальной моделью для экстраполяции на человека. Вместе с тем тест активно используется именно как экспрессный метод оценки канцерогенного потенциала различных химических соединений, результаты которого затем дополняются дальнейшими токсикологическими исследованиями.

Еще одна тематика-претендент — нанотехнологии ДНК. Одним из главных кандидатов в этой области был Пол Аливисатос, профессор греческого происхождения из Беркли, один из пионеров нанотехнологий вообще и манипулирования с ДНК на наноуровне в частности. Чад Миркин из Северо-Западного университета (Иллинойс) сумел собрать наночастицы золота в трехмерные структуры, использовав для этого программу, записанную в цепочках ДНК. Подобные тонкие манипуляции с геномом позволяют «переписывать» ДНК, удаляя ошибочные участки, приводящие в итоге к развитию злокачественных опухолей. Надриан Зееман из Университета Нью-Йорка первым создал самовоспроизводящийся материал — сложную искусственную структуру из фрагментов ДНК. Зееман за свои работы по «хирургическим манипуляциям» с ДНК уже получил в 2010 году престижную научную премию Кавли, которую часто называют предвестником «Нобеля».

Таким образом, из научных премий эксперты Thomson Reuters угадали лишь одну номинацию: в соответствии с их предсказаниями премию по физике накануне получили Питер Хиггс и Франсуа Энглер.

Единственным отечественным лауреатом Нобелевской премии по химии стал в 1956 году Николай Николаевич Семенов (1896—1986) «за исследования механизма химических реакций». Премию в размере 200 123 шведские кроны (около €210 тыс. в современном эквиваленте) Семенов поровну разделил тогда с британцем Сирилом Норманом Хиншельвудом.