Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /nano-data/main/resources.obj.php:5902) in /nano-data/main/resources.obj.php on line 5089
Лауреаты Нобелевской премии 2007
Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Лауреат Нобелевской премии по химии 2007 года Герхард Эртль.
Петер Грюнберг, лауреат Нобелевской премии по физике 2007 года
Альбер Фер, лауреат Нобелевской премии по физике 2007 года
Работы Мартина Эванса, Оливера Смитиса и Марио Капекки лежат в основе методики получения живых организмов с целенаправленно изменённой структурой генов.

Лауреаты Нобелевской премии 2007

Ключевые слова:  Нобелевская премия, периодика

Автор(ы): Владимир Сычёв

Опубликовал(а):  Зайцев Дмитрий Дмитриевич

30 октября 2007

Химия

Промышленное производство аммиака, изменения окружающей среды вследствие потепления климата, рождение и исчезновение необычных структур в ходе химических реакций — понять эти столь разные явления помогли исследования немецкого учёного, лауреата Нобелевской премии по химии 2007 года Герхарда Эртля.

Не секрет, что присуждение Нобелевской премии нередко вызывает споры о том, заслуженно ли оценены труды того или иного исследователя и почему обойдены работы других учёных, часто не менее значимые. Однако в данном случае подобные дискуссии вряд ли уместны. Герхард Эртль — фигура в научном мире, которая не вызывает споров о закономерности выбора Нобелевского комитета, он признанный классик физической химии. Известие о присуждении высокой награды немецкий учёный получил в день своего 71-летия. Хотя Герхард Эртль посвятил карьеру изучению химического катализа, для него характерна необычайная широта научных интересов, что и позволило ему добиться по-настоящему выдающихся результатов. Весь спектр работ Герхарда Эртля охватить трудно, так что мы выделим лишь наиболее важные.

Эртль начинал с выяснения механизмов поведения сравнительно простых соединений — молекул O2, N2, H2, NO и других — в ходе их адсорбции, иными словами, «посадки» на поверхность катализаторов. Понимание того, что происходит с этими присоединяющимися молекулами, так называемыми адсорбатами, оказалось очень важным для объяснения деталей гетерогенного катализа, то есть химических реакций, происходящих на границе раздела газов и твёрдых тел.

Особое место среди работ Герхарда Эртля занимает выяснение механизма получения аммиака. Синтез этого вещества — один из ключевых процессов, лежащих в основе множества отраслей химической промышленности. В 1904—1905 годах немецкий химик Фриц Габер, исследуя состояния равновесия аммиака, показал возможность его синтеза из азота и водорода; в 1907—1909 годах сконструировал небольшой аппарат для получения этого продукта, а в 1910—1915 годах пытался осуществить каталитический синтез аммиака. Через некоторое время соотечественник Габера Карл Бош, инженер фирмы BASF, смог усовершенствовать этот метод, после чего внедрил его в промышленность. Процесс Габера—Боша до сих пор является основой широкомасштабного производства аммиака во всём мире.

Возникновение аммиачной молекулы из азота и водорода описывается простым уравнением: N2+3H2>2NH3, которое многие помнят ещё со школьной скамьи. Но простота эта обманчива.

Реакция образования аммиака в громадных промышленных установках протекает в несколько стадий, причём детали каждой стадии долгое время оставались неизвестными, несмотря на серьёзное желание химиков их выяснить, поскольку, зная детальный механизм реакции, можно было бы попытаться влиять на этот процесс. А с учётом растущих объёмов производства аммиака контроль над его синтезом мог принести колоссальную экономическую выгоду.

Выяснению всех нюансов реакции мешало несовершенство применявшихся экспериментальных методов. В 1975 году знаменитый американский физико-химик Пол Эмметт отмечал: «…работы, выполненные за прошедшие полвека, позволяют сделать вывод, что ключевой стадией в синтезе аммиака является адсорбция азота. Однако вопрос, адсорбируется ли азот в виде молекул или атомов, до сих пор остаётся открытым…».

Закрыть его смог именно Герхард Эртль, показав, что азот адсорбируется на поверхности катализатора в виде атомов, а уже затем, шаг за шагом, присоединяет три атома водорода. Эти результаты позволили создать новый класс промышленных катализаторов, применяемых в производстве азотистых удобрений, и значительно снизили стоимость получаемой продукции.

Стоит добавить, что упомянутый выше создатель методики синтеза аммиака Габер за свою работу в 1918 году также были удостоен Нобелевской премии в области химии. И ещё одна любопытная деталь: новоиспечённый нобелевский лауреат Герхард Эртль работает в берлинском Институте имени Фрица Габера общества Макса Планка.
Ключ к пониманию изменений климата

Особенностью стиля Эртля как учёного является активное использование новейших методик исследования вещества. Так, после изобретения в 1982 году сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) немало учёных поначалу критически отнеслись к потенциальным возможностям нового прибора. Эртль же весьма быстро оценил достоинства новой методики и применил технику СТМ для изучения процессов, приводящих к изменению структуры поверхности катализатора под воздействием адсорбатов. Одновременно с изучением поверхностных свойств катализатора Эртль с коллегами разработал собственные весьма чувствительные методики исследования электронной структуры поверхностей, что позволило пролить свет на детали взаимодействия молекул с поверхностью катализатора. Многие результаты этих исследований обеспечили подлинный прорыв в науке о катализе.

В числе химических реакций, которые наиболее активно изучала группа Эртля, был процесс окисления молекул окиси углерода (проще говоря, угарного газа). Немецкие учёные первыми окислили угарный газ на поверхности одиночного кристалла и обнаружили колебания концентраций реагирующих веществ. Принципиально важными были два момента: во-первых, ранее подобный эффект наблюдался лишь для реакций в больших объёмах, а во-вторых, эти колебания могли быть как регулярными, так и хаотическими — в зависимости от условий протекания реакции.

Вряд ли исследователи уже тогда могли предположить действительный масштаб совершённого ими открытия, но сейчас мы уже знаем: подобные изменения концентраций реагентов являются примером феномена нелинейности, а она лежит в основе подавляющего большинства процессов, происходящих в нашем мире — от изменения численности животных в биологических популяциях до колебаний курса валют. Так что математическая модель, описывающая поведение химической системы, теперь с успехом применяется во многих других сферах науки. К примеру, эта модель позволила охарактеризовать процессы, приводящие к возникновению парникового эффекта.


В соответствии с логикой своих исследований Эртль сделал следующий шаг. Задавшись вопросом «а что же происходит на поверхности катализатора в ходе колебаний концентрации реагирующих веществ?», он использовал методику фотоэлектронной микроскопии, чтобы разглядеть ту «арену», на которой взаимодействовали реагенты. Исследователям открылось завораживающее зрелище: поверхность катализатора оказалась украшена спиралевидными структурами, меняющимися с ходом времени. Такие образования сформировались из молекул и атомов адсорбатов. Эта картина — своего Молекулы окиси углерода образуют спиралевидные структуры на поверхности платинового катализатора
рода «портрет» Молекулы окиси углерода образуют спиралевидные структуры на поверхности платинового катализатора нелинейной системы, и Эртль увидел её первым в мире.

Открыл эти пространственные структуры, возникающие в ходе химической реакции, российский учёный Борис Белоусов в 1951 году, а теорию этого явления создал другой наш соотечественник — Анатолий Жаботинский. Но этот процесс, вошедший в науку под почётным названием «BZ-реакция» (по первым буквам фамилий её первооткрывателей), протекал в жидкой среде, тогда как Герхард Эртль изучил химический процесс на границе твёрдой и газообразной сред. Рисунок обнаруженных структур стал подлинной «визитной карточкой» института Фрица Габера.

Среди других работ Эртля, нашедших широкое практическое применение, надо отметить создание катализаторов, позволяющих нейтрализовать выхлопные газы автомобилей, а также покрытий, препятствующих коррозии металлов. А в ходе работ на сканирующем туннельном микроскопе им были разработаны методики, которые легли в основу производства установок для получения высокого вакуума и сверхчистых поверхностей. В настоящее время эти технологии являются обязательными в производстве микроэлектронной техники. Таким образом, открытия Герхарда Эртля послужили мощным импульсом для развития новых методов производства полупроводников.

Рекомендуем также ознакомится со статьей профессора Химического факультета МГУ В.В.Еремина о сути тех явлений и процессов, за которые в 2007 г. дали Нобелевскую премию по химии, опубликована в разделе "Библиотека".

Физика

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2007 года стали француз Альберт Ферт, Университет Париж-Юг, и немец Петер Грюнберг из исследовательского центра в Юлихе, ФРГ. Согласно официальному пресс-релизу Нобелевского Комитета, они удостоены этой высокой чести «за открытие гигантского магнетосопротивления» (ГМС) — это открытие лежит в основе современной технологии производства чувствительных считывающих головок для работы с компактными жесткими дисками. По существу, именно оно дало возможность создать компактные жесткие диски, используемые в широкой номенклатуре современных цифровых устройств — от ноутбуков до музыкальных плееров.

Открытие Альбером Фером и Петером Грюнбергом эффекта гигантского магнетосопротивления позволило создать современную технологию производства чувствительных считывающих головок для работы с компактными жесткими дисками. Можно считать, что это был первый в истории пример успешного применения нанотехнологий для решения практических задач человечества

Явление гигантского магнетосопротивления было одновременно и независимо открыто А. Фером и П. Грюнбергом еще в 1988 году. Объектом их исследований были тонкие пленки, составленные из чередующихся слоев ферромагнетиков и полупроводников, фабрикация которых стала возможна благодаря другому открытию, сделанному еще в 70-х годах — технологии молекулярно-лучевой эпитаксии. В этом смысле история эффекта ГМС представляется одним из первых примеров успешного применения нанотехнологий для решения практических задач человечества.

Феномен изменения электрического сопротивления проводников под действием магнитного поля (магнетосопротивление, МС) был известен еще У. Томсону (лорду Кельвину), который 150 лет назад обнаружил, что сопротивление железа и никеля изменяется под действием внешнего магнитного поля: увеличивается в направлении магнитных силовых линий и уменьшается в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Спустя столетия было осознаны и важные практические применения МС, среди которых отметим возможность создания головок для считывания информации с магнитных носителей и сенсоров магнитного поля. Этот практический интерес привел к значительному росту объема исследований МС.

Однако к 80-м годам прошлого столетия никакого существенного прогресса в этой области со времен Кельвина достигнуто не было, и общий консенсус тех лет сводился к убеждению, что наилучшие свойства для практических применений имеет сплав Fe20Ni80 (пермаллой). Поэтому упомянутое выше обнаружение в 1988 году материалов с очень большим магнетосопротивлением (ГМС) стало большой неожиданностью.

Справедливости ради стоит заметить, что структура материалов, о которых шла речь, была для того времени весьма нетривиальной: это были слоистые системы из чередующихся областей ферромагнитного и немагнитного металлов, причем толщина каждого из слоев имела порядок нескольких нанометров.

Нобелевский Комитет особо отмечает, что и Фер, и Грюнберг не только провели скрупулезные измерения ГМС, но сумели осознать, что столкнулись явлением, в котором происхождение магнетосопротивления имеет качественно новую природу. С явлением, которое откроет дорогу целому классу полезных практических применений и успешных коммерческих продуктов. И новое семейство магнитоактивных считывающих устройств – лишь один из них.

Физиология и медицина

Премии в области физиологии и медицины удостоены Мартин Эванс, Оливер Смитис и Марио Капекки

Появление на свет нового организма, его развитие от одной-единственной клетки до скопления миллиардов этих «кирпичиков» жизни всегда занимало умы не только ученых, но и множество просто любознательных людей. Каким образом реализуется наследственная информация в ходе роста живого существа, что за механизмы стоят за возникновением новых тканей и органов из маленького зародыша? Особый интерес вызывал вопрос: а можно ли каким-либо образом повлиять на процесс реализации генетической информации в организме непосредственно с момента его рождения?

Трое исследователей, успешно решивших эту проблему, — Мартин Эванс, Оливер Смитис и Марио Капекки — удостоены Нобелевской премии в области физиологии и медицины.
Работы Мартина Эванса, Оливера Смитиса и Марио Капекки лежат в основе методики получения живых организмов с целенаправленно изменённой структурой генов.

Всякий многоклеточный организм берет начало с зиготы — клетки, возникшей в результате слияния двух родительских половых клеток — отцовской и материнской. Однако и взрослый организм несет в себе своего рода двойники зиготы, так называемые эмбриональные стволовые клетки (ЭСК).

Принципиально важное свойство ЭСК в том, что они настоящие «tabula rasa»: изначально эти клетки не имеют специализации, но могут «выбрать» один из полутора сотен возможных типов клеток, приняв информацию от соседних клеток в тканях организма. Можно сказать, что эмбриональная стволовая клетка лишь ждет особых сигналов, чтобы начать одно из своих превращений в специализированные клетки.

Существование стволовых клеток в некоторых тканях сначала было предсказано теоретически. Американский цитолог Э. Вильсон еще в первом издании своей книги «Клетка в развитии и наследственности» (1896 г.) предположил существование клеток, обеспечивающих поддержание сперматогенеза. А собственно термин «стволовая клетка» был введен в науку российским исследователем Александром Максимовым в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине.

Но предсказание и начало работ непосредственно с эмбриональными стволовыми клетками разделил немалый промежуток времени, и связано это было с несовершенством экспериментальных методик. ЭСК надо было сначала выделить из общей массы клеток зародыша, что явилось весьма нелегкой задачей.

Дело в том, что ЭСК составляют лишь сотые доли процента от общего числа клеток зародыша организма. Только в 1981 году британцу Мартину Эвансу впервые удалось выделить недифференцированные стволовые клетки из зародыша мыши и лишь в 1998 году американские ученые Д. Томпсон и Д. Герхарт изолировали первую линию ЭСК человека. В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека».

Эмбриональные стволовые клетки оказались незаменимым объектом для изучения особенностей функционирования генов организма на всех этапах его существования. Они позволили получать живые организмы как с «выключенными», так и с вновь введенными генами. Направленное «выключение» у организма определенного гена называется таргетингом (от англ. target — цель) или генным нокаутом (gene knockout). Животные, имеющие в своем составе «нокаутированные» или дополнительные гены, служат моделью для понимания того, как отдельные гены влияют, например, на развитие тех или иных патологий человека — сердечнососудистых заболеваний, муковисцидоза, болезней иммунной системы, некоторых форм рака.

Генный нокаут в корне изменил подход к получению живых организмов с измененными генами. Еще совсем недавно ученым приходилось кропотливо отбирать из многих сотен, а то и тысяч экземпляров особи, обладающие генами с иной структурой, возникшей в результате мутаций. В настоящее время такой путь сменился активным модифицированием генов непосредственно в составе живых клеток.

Отмеченная высокой наградой работа трех учёных фактически возникла на стыке двух направлений биологической науки — клеточного, которое связано с манипуляциями непосредственно с ЭСК, и молекулярной генетики.

Оливер Смитис — один из наиболее выдающихся американских ученых современности. Он принимал участие в создании различных молекулярно-генетических методов. За свои выдающиеся работы этот исследователь сравнительно недавно, зимой 2007 года, был удостоен медали Томаса Ханта Моргана, награды Американского генетического общества. На протяжении значительного времени Оливер Смитис изучал процесс так называемой генетической рекомбинации — это перераспределение генетического материала (ДНК), приводящее к возникновению новых комбинаций генов (см. рисунок). В 1985 он опубликовал статью, в которой сообщил о направленной генетической модификации клеток млекопитающих. В 1987 году Смитис и, независимо от него, Марио Капекки объявили об успешной попытке применить метод таргетинга генов для модификации генетического материала эмбриональных стволовых клеток мышей, но лишь в культуре клеток. В свою очередь, Мартин Эванс применил результаты работ Смитиса и Капекки для получения живых организмов с иной структурой генов. И уже вскоре, в самом конце 80-х годов, появление на свет мышей с целенаправленно измененным наследственным материалом ознаменовало наступление новой эры в изучении функции генов.

Методика, разработанная учёными, позволила исследователям продвинуться вперёд в самых разных сферах биологии и медицины. В настоящее время редкая область этих наук, связанная с изучением не только разнообразных болезней, но и просто процессов развития организмов обходится без применения результатов пионерских работ трех новоиспеченных нобелевских лауреатов.

В 2001 году Эванс, Смитис и Капекки получили премию фонда Алберта и Мэри Ласкеров (Albert and Mary Lasker), которую зачастую называют американской «нобелевкой» — значительная часть лауреатов этой премии в дальнейшем удостаивались и высшей научной награды. Нынешний год, как видим, не стал исключением.


В статье использованы материалы: Центр "Открытая экономика"


Средний балл: 10.0 (голосов 6)

 


Комментарии
Алексей Огнев, 07 ноября 2007 19:24 
Понимаю, что комментировать результаты работы Нобелевского комитета дело не простое, но не смог удержаться и не оставить свои замечания к статье, а именно к части посвященной физике. Автор абсолютно прав, что премию дали за открытие эффекта ГМС, вот только причина - почему именно за него?- раскрыта не полностью. Конечно, миниатюризация жестких дисков важна для пользователя, но за это Нобелевскую премию не дают. Открытие ГМС, его осмысление и понятие механизмов происхождения привело к возникновению нового направления в физике: спинтроника. Вот за это дали премию. За то, что впервые стали учитывать не только заряд электрона, но и направление его спина. В этом была пионерская идея, которая уже нашла отражение в целом классе устройств составляющих spin-based electronics.
Совершенно верно
Trusov L., 09 ноября 2007 20:31 
а я думаю, что дали премию за жесткие диски. если б дело было в спинтронике, дали б лет через 15.
Палии Наталия, 14 декабря 2007 17:57 
Нобелевские лауреаты 2007 г. уже получили свои премии, а завтра, 15 декабря, последний день приема заявок номинантов на премию Кавли (Kavli) в области Nanosciences, которая составляет $1.000.000 : http://www.kavliprize.no
Интересно, что вы можете сами номинироваться на эту премию, в отличие от Нобелевской: http://www.k...nomination/
Нужно заполнить 7 страниц - для кого это число станет счастливым (?)
Палии Наталия, 14 декабря 2007 18:08 
Trusov L. - посетив сайт http://nobel.../lists/all/
вы сможете узнать практически все о всех Нобелевских лауретах, получивших премию
(с 1901 г. по 2007 г.), прочитать и даже прослушать их нобелевские лекции, а также узнать как их открытия изменили жизнь людей.
Рекомендую всем этот очень интересный ресурс, к тому же очень полезный для школьников, студентов и аспирантов (в том числе и для сдачи "тысяч" и "топиков").

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Твист
Твист

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.