با برندگان نوبل 2016 آشنا شوید

جایزه نوبل شرایط خاصی دارد که همه آنها در دریافت یا عدم دریافت این جایزه نقش مهمی دارد. دانشمندان سال‌های زیادی را صرف تحقیقات خود در حوزه‌های مختلف می‌کنند، اما بسیاری از آنها پیش از زمان دریافت جایزه نوبل از دنیا می‌روند. یکی از شرایط جایزه نوبل این است که دانشمندی که جایزه به کار او تعلق می‌گیرد زمان اعطای جایزه در قید حیات باشد. بسیاری از اکتشافات نیز در زمان خود درک نشدند و سال‌ها بعد اهمیت آنها مشخص شد و به همین دلیل از دریافت نوبل بازماندند.

نوبل پزشکی برای کاشف فرآیند تجزیه و بازیافت سلول‌های آسیب‌دیده بدن

کمیته جایزه نوبل از میان 273 نامزد دریافت جایزه نوبل پزشکی، این جایزه را به یوشینوری اوسومی (Yoshinori Ohsumi) برای کشف ساز و کار اتوفاژی اعطا کرد. یوشینوری اوسومی در 71سالگی جایزه نوبل را برای شناسایی ژن‌های دخیل در فرآیند اتوفاژ با استفاده از باکتری‌های مخمر نان دریافت کرد. سپس سازوکار این پدیده را در مخمر مطالعه کرد و نشان داد فعالیت مشابهی در سلول‌های بدن انسان اتفاق می‌افتد. شناسایی این سازوکار به درک فرآیندهای فیزیولوژیک کمک می‌کند.

اتوفاژی (خودخواری)، فرآیند برداشت اندامک‌های آسیب‌دیده و پروتئین‌های تجمع یافته در بدن است که اجزای درون سلول را تجزیه و بازیافت می‌کند. این فرآیند هنگامی رخ می‌دهد که یکی از اندامک‌های سلولی غیرضروری، عملکرد خود را بدرستی انجام ندهد و در این صورت، اندامک از بقیه اعضای سلول جدا و در غشایی محصور می‌شود. سپس وزیکول‌هایی با آنزیم‌های تجزیه‌کننده به نام لیزوزیم، وزیکول جداشده را تجزیه و بازیافت می‌کنند و دوباره در سلول استفاده می‌شود. اختلال در این فرآیند باعث بروز بیماری‌هایی مثل سرطان، آلزایمر، پارکینسون، دیابت نوع 2 و بیماری‌های دوران کهنسالی می‌شود.

گرچه بیش از 50 سال از کشف فرآیند اتوفاژی می‌گذرد، کشفیات اوسومی در زمینه اتوفاژی اهمیت بنیادی این ساز و کار در فرآیندهای فیزیولوژیک، سازگاری با گرسنگی و پاسخ به عفونت‌ها را نشان می‌دهد. اوسومی خود را خوش‌اقبال می‌داند که زودتر از بقیه این فرآیند را کشف کرده است. او تحقیقات خود را از 50 سال پیش آغاز کرده و اکنون دانشمندان بسیاری در این حوزه مطالعه می‌کنند. جهش این ژن‌ها باعث بروز انواع سرطان یا بیماری‌های عصبی می‌شود. اوسومی، استاد (پروفسور) موسسه فناوری توکیو، از دهه 1370/ 1990 میلادی تحقیقات روی سلول‌های مخمر نان را آغاز کرد و نحوه مقاومت سلول‌ها در برابر فشارهای محیطی مثل کمبود مواد غذایی یا عفونت را شناسایی کرد. او در این پژوهش 15 ژن ضروری برای اتوفاژی کشف کرد. اکنون تحقیقاتی برای ساخت داروهایی که باعث رفع اختلال در اتوفاژی می‌شوند، در حال انجام است.

نوبل شیمی، جایزه برای سازندگان ماشین‌های مولکولی

سومین جایزه نوبل 2016 به حوزه شیمی مرتبط بود و به طور مشترک به سه دانشمند برای طراحی و ساخت ماشین‌های مولکولی اعطا شد. ژان پیر سووژ (Jean-Pierre Sauvage) فرانسوی برای متصل کردن دو حلقه مولکولی موفق به کشف جایزه نوبل 2016 شد. برنارد فرینگا (Bernard Feringa) هلندی و گروهش موفق به طراحی و ساخت اولین موتور مولکولی جهان و به حرکت در آوردن اتومبیل نانوی رانشی شدند. جیمز فریزر استادارت (James Fraser Stoddart) انگلیسی و گروه تحقیقاتی او نیز ماشین مولکولی نهایی را طراحی کردند.

ماشین‌های مولکولی ساختارهایی قابل کنترل در ابعاد نانو هستند که انرژی شیمیایی را به نیروهای حرکتی و مکانیکی تبدیل می‌کنند. مولکول‌های خاص با اجزای متحرک، اساس کار این ماشین‌هاست و در طبیعت همیشه این ماشین‌ها نیروی اعضای بدن را تامین می‌کنند. نخستین بار سووژ سال 1362/ 1983 موفق شد مولکول‌هایی به شکل حلقه‌ای تولید کند که با پیوند مکانیکی قابل کنترل به هم متصل هستند. بعدها این ساختار به شکل حلقه‌ای که دور حلقه دیگر می‌چرخد توسعه پیدا کرد و یک موتور مولکولی ابتدایی شکل گرفت. سال 1370/ 1991 استادارت حلقه‌ای از مولکول‌ها را طراحی کرد که با حرارت در طول یک محور قابل کنترل حرکت می‌کنند. فرینگا نیز سال 1378/ 1999 در ادامه این مسیر اولین موتور مولکولی جهان را ساخت. در بیانیه کمیته نوبل شیمی آمده است: موتور مولکولی امروز از نظر نحوه توسعه، وضع موتورهای الکتریکی قرن نوزدهم میلادی را دارد. آن زمان، دانشمندان چرخ‌ها و چرخنده‌های مختلفی را می‌ساختند و اکنون از آن طرح‌های ابتدایی دستگاه‌هایی مثل قطارهای برقی، پنکه‌ها و انواع پردازشگرها ساخته شده است.

فرینگا هنگامی که از دریافت این جایزه باخبر شد به اعضای آکادمی علوم سلطنتی سوئد گفت که احساس برادران رایت را دارد. شاید آن زمان مردم می‌گفتند ما چه نیازی به ماشین‌های پرنده داریم، اما امروز همه با هواپیماهای بویینگ و ایرباس سفر می‌کنند. استادارت معتقد است که دانشمندان هنوز راه طولانی در پیش دارند تا فایده این ماشین‌ها را نشان دهند.

جایزه نوبل و بستری که در ایران آماده نیست

دکتر نیما رضایی، عضو هیات علمی گروه ایمونولوژی و بیمارستان مرکز طبی کودکان دانشگاه علوم پزشکی تهران و اولین محقق کشور در رشته ایمونولوژی در فهرست یک درصد برترین دانشمندان جهان، درباره اهمیت جایزه نوبل پزشکی امسال به جام‌جم می‌گوید: پیش از اعطای جوایز تصور می‌شد، جایزه نوبل پزشکی امسال به پژوهش‌هایی در حوزه ایمونولوژی سرطان تعلق گیرد، اما این اتفاق نیفتاد. اتوفاژی تعریف جدیدی نیست و چند دهه قبل معرفی شده است، اما دکتر اوسومی در چند سال اخیر مقالات متعددی تالیف و تعریف جدیدی ارائه کرد که بحث اتوفاژی می‌تواند به یک ساز و کار ترمیمی تبدیل شود و در برخی بیماری‌های عصب‌شناسی مثل پارکینسون و آلزایمر کاربرد داشته باشد. اوسومی بیش از 10 ژن کشف کرد که در ساز و کارهای اتوفاژی در بدن انسان نقش دارد. من فکر می‌کنم مهم‌ترین علتی که باعث شد او برنده جایزه نوبل پزشکی 2016 شود، تغییر نگرشی بود که روی موضوع اتوفاژی داشته است. دکتر رضایی درخصوص نحوه اعطای این جایزه می‌افزاید: کمیته نوبل پژوهش‌هایی را که کار جدیدی در حوزه‌های مرتبط داشته‌اند، با توجه به نقش کلیدی کارها، انتخاب می‌کند. نقشه تراکم دانشمندانی که جایزه نوبل را دریافت کرده‌اند نیز از کشورهای اروپای غربی، آمریکا و تعداد کمی از کشورهای شرق و جنوب شرقی آسیاست. در ایران فعلا بستر مناسبی برای کارهای پژوهشی و تحقیقاتی باکیفیت در حد جایزه نوبل نداریم.

نوبل فیزیک؛ جایزه‌ای برای کاشفان حالت‌های عجیب ماده

جایزه نوبل فیزیک 2016 به طور مشترک به سه دانشمند انگلیسی به نام‌های دیوید تولس (David J. Thouless )، دانکن هالدین (F. Duncan M. Haldane) و مایکل کاسترلیتز (J. Michael Kosterlitz) رسید. این جایزه مربوط به کشف‌های فیزیک نظری در زمینه مراحل و نحوه انتقال فاز توپولوژیک ماده است. دانشمندانی که نوبل فیزیک امسال را دریافت کردند از روش‌های ریاضی پیشرفته برای مطالعه حالت‌های غیرمعمول و خاصیت‌های عجیبی که ماده می‌تواند از خود نشان دهد استفاده کرده‌اند. مایکل کاسترلیتز، استاد 74 ساله دانشگاه براون و دیوید تولس، فیزیکدان 82ساله دانشگاه واشنگتن در سیاتل، در دهه 1350/ 1970 وجود دو خاصیت ابررسانایی و ابرشارگی در لایه‌های بسیار نازک ماده را پیش‌بینی کردند. هالدین، استاد 65 ساله دانشگاه پرینستون نیز در دهه 1360/ 1980 مفاهیم توپولوژیک را کشف کرد. با توجه به بیانیه آکادمی علوم سلطنتی سوئد نیمی از جایزه نوبل به دیوید تولس و نیمی دیگر به مایکل کاسترلیتز و دانکن هالدین رسید، به آن دلیل که تحقیقات تولس در این زمینه دستاوردهای بیشتری داشته است.

به طور معمول، مواد در اطراف ما در سه فاز جامد، مایع و گاز دیده می‌شوند، اما رفتار ماده در دماهای خیلی کم یا خیلی زیاد عجیب می‌شود. این سه دانشمند در مطالعات خود، دید تازه‌ای از حالت‌های غیرعادی که ماده از خود نشان می‌دهد، ارائه دادند. نتیجه این تحقیقات نشان می‌دهد، در دماهای خیلی پایین ابررسانایی می‌تواند وجود داشته باشد و در دماهای بالاتر انتقال فاز توپولوژیک باعث از بین رفتن همین خاصیت می‌شود. پیش از این تصور می‌شد، چنین حالت‌هایی از ماده نمی‌تواند وجود داشته باشد. این مفاهیم توپولوژیک برای درک خاصیت آهنرباهای کوچک زنجیره‌ای که در بعضی مواد وجود دارند، استفاده می‌شود. یکی از برندگان نوبل فیزیک 2016 در آکادمی علوم سلطنتی سوئد، بررسی فازهای توپولوژیک ماده را با نان‌های فانتزی به شکل‌های مختلف مقایسه کرد.

بخت کاشفان امواج گرانشی برای نوبل 2017

دکتر شاهین روحانی، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف، حوزه تحقیقات این مبحث را توسعه نظری در فیزیک ماده چگال عنوان می‌کند و به جام‌جم می‌گوید: این جایزه مرتبط با گذر فاز در فیزیک است. گذر فاز، تغییر حالت ماده از یک فاز به فاز دیگر است. فازها می‌توانند مایع و جامد یا حالت‌های پیچیده‌تر مثل تبدیل فاز پارامغناطیس به فرومغناطیس باشد. گذر فاز بین سال‌های 1339/1960 تا 1349/1970 رشد چشمگیری داشت و در همان دوران هم جایزه نوبل برای گذرهای فاز ناشی از شکست تقارن به این موضوع تعلق گرفت و اغلب گذر فازهایی که تا آن زمان کشف شده بود از این نوع بودند.

وی می‌افزاید: کسانی که جایزه نوبل امسال را بردند به گذر فاز دیگری اشاره کردند که به شکل توپولوژیک هم می‌تواند وجود داشته باشد. همیشه در تغییر فاز حالت چگالش وجود دارد، یعنی ذراتی وارد پایین‌ترین تراز انرژی می‌شوند و به این حالت چگالش می‌گوییم. این چگالش را وقتی ذراتی انجام می‌دهند که بار یا خاصیت توپولوژیک دارند، به آن گذر فاز توپولوژیک می‌گوییم.

البته از نظر تئوری سال‌ها مشخص بود که این پدیده وجود دارد، اما در سال‌های آخر قرن بیستم موارد تجربی این موضوع هم مشاهده شد. دکتر روحانی درباره علت اهمیت این کشف می‌گوید: این نوع کشف‌ها به دلیل بنیادی بودن در حوزه‌های مختلف فیزیک نظری اثر خواهند گذاشت و جنبه‌های گوناگون فیزیک ماده چگال را متحول خواهند کرد. بعد از این می‌توان بر دوش این نتیجه ایستاد و پدیده‌های جدیدتری را مطالعه کرد.

بسیاری از فیزیکدانان پیش‌بینی کرده بودند، جایزه نوبل امسال به کشف امواج گرانشی در پروژه لایگو تعلق گیرد که در بهمن امسال اتفاق افتاد، اما قوانین جایزه نوبل زمان نامزد شدن برای جایزه هر سال را تا پایان 12 بهمن/ 31 ژانویه همان سال اعلام کرده است و امواج گرانشی بعد از این تاریخ کشف شد. با این حال، همچنان بخت دریافت جایزه نوبل برای امواج گرانشی در سال 2017 وجود دارد.

سپیده شعرباف