Однако это было только начало. В июне 2007 года исследователи из Киото и еще два коллектива сообщили, что точно тем же способом они осуществили более глубокую трансформацию такого же исходного материала и создали практически точные копии мышиных ЭСК. Полученные результаты давали основание надеяться, что вскоре аналогичную операцию удастся произвести и с человеческими клетками. А всего несколькими месяцами позже японские ученые и их американские коллеги сделали и это. Яманака и его сотрудники применили те же четыре фактора транскрипции, с которыми работали на клетках мыши. В качестве исходного материала они взяли культуру, содержащую 50 000 человеческих фибробластов. Им удалось получить несколько линий плюрипотентных клеток, которые по всем показателям практически ничем не отличались от ЭСК. Эти клетки стали предшественниками клеток сердечной мышцы, нервной ткани и некоторых других органов.
Искусственные аналоги ЭСК называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК). Считается, хоть это окончательно и не доказано, что трансплантация ИПСК позволит излечивать многие заболевания генетической природы. Сейчас ученые умеют с помощью факторов транскрипции изменять специализацию соматических клеток даже без предварительной переделки их в ИПСК. Так, в этом году было опубликовано сообщение о превращении фибробластов в клетки сердечной мышцы — кардиомиоциты (причем с помощью всего лишь трех факторов транскрипции). В общем, технологии генетического перепрограммирования открывают огромные возможности как для фундаментальной биологии, так и (по крайней мере, в перспективе) для практической медицины.
Физика: за разработку новаторских экспериментальных методов, позволяющих измерять индивидуальные квантовые системы и манипулировать ими.
Лауреаты: Серж Арош (Парижский Коллеж де Франс и Высшая нормальная школа), Дэвид Джей Вайнленд (Национальный институт стандартов и технологии США).
Игнобель-2012
Ученые, как правило, обладают хорошим чувством юмора и умеют посмеяться над собой. Поэтому Игнобелевская премия, которая вручается «за научные достижения, которые сначала заставляют людей смеяться, а потом — задумываться», хотя и не может поспорить с Нобелевской по своей престижности, но ничуть не менее знаменита.
Премию в области психологии за работу «Наклон влево заставляет Эйфелеву башню казаться меньше» в этом году получили голландцы — профессор психологии отделения социальных наук Университета им. Эразма Роттердамского в Роттердаме Рольф Цваан и аспирантка этого же отделения Анита Еерланд, а также аспирант Института психолингвистики им. Макса Планка в Неймгене Тулио Гвадалупе. Ученые изучали влияние положения тела испытуемых на количественное восприятие. Согласно одной из психологических теорий, сознание человека создает мысленную шкалу со значениями, увеличивающимися слева направо. Поставив испытуемых на игровой контроллер Wii Balance Board, ученые опрашивали их о размерах тех или иных предметов, наклоняя испытательную платформу в ту или иную сторону, и подтвердили, что в случае наклона влево рассматриваемые предметы кажутся меньше, чем в случае ровного положения и тем более наклона вправо («ПМ» настоятельно рекомендует рыболовам учитывать этот эффект при фотосъемке и демонстрации трофеев!).
Премия мира присуждена сотрудникам российской компании СКН из города Снежинска за разработки в области наноалмазов — синтетических алмазов с размером зерна в единицы, десятки и сотни нанометров, которые используются в промышленности в качестве абразивного материала. Эти наноалмазы синтезируются при помощи технологии ударного сжатия — при детонации взрывчатых веществ (ВВ) свободный углерод продуктов взрыва при соответствующих условиях конденсируется в виде ультрадисперсных алмазов. К миротворчеству это имеет самое непосредственное отношение, поскольку исследователи компании СКН (к слову, большинство из которых — бывшие сотрудники Федерального ядерного центра, где разрабатывают российское ядерное оружие) использовали для производства наноалмазов боевые ВВ, подлежащие утилизации, воплотив в жизнь поговорку «перекуем мечи на орала». Что же, вполне заслуженная награда!
Награда в области акустики досталась японским исследователям — ее получили Казутака Курихара из Национального института передовых промышленных наук и технологии и Кодзи Цукада из Университета Очаномизу в Токио за создание «подавителя речи» SpeechJammer. Это устройство вносит нарушения в акустическую обратную связь, снабжая оратора только что произнесенными словами с задержкой в несколько десятых долей секунды с помощью направленного микрофона и динамиков. Результаты предварительных исследований кажутся вполне многообещающими.
Квантовая оптика
Новые лауреаты — признанные авторитеты в области квантовой оптики, которая изучает взаимодействия вещества и электромагнитного излучения. Оба они работают с системами, включающими небольшое количество частиц и фотонов. В таких системах квантовая природа вещества и излучения проявляется особенно отчетливо и подчас парадоксально. Арош занимается микроволновыми фотонами, замкнутыми внутри полостей с идеально отражающими стенками. Вайнленд и его сотрудники исследуют тонкие детали взаимодействий световых квантов с ионами, запертыми в электромагнитных ловушках.
«Вычислять динамику микросистем с малым числом участников не слишком сложно, поскольку она подчиняется хорошо известным законам квантовой механики и электродинамики, — объясняет «ПМ» профессор физики Университета Эмори в Атланте, специалист по квантовой оптике Сидней Берковиц. — Однако такие системы трудно получить и исследовать экспериментально, ибо любые взаимодействия с внешней средой маскируют и даже разрушают их квантовую специфику. Напротив, системы из большого числа частей поддаются лишь статистическому описанию, хотя экспериментировать с ними намного легче. Главное достижение Ароша и Вайнленда состоит в разработке целого ряда невозмущающих способов исследования взаимодействий между фотонами и атомами или ионами. Эти методы позволили непосредственно наблюдать и измерять эффекты, обусловленные суперпозицией квантовых состояний, и дали возможность по‑новому исследовать такие проявления квантовой природы материи, как возникновение спутанных систем и соотношение неопределенностей».
Квантовый Нобель. Слева на фото — ион в электромагнитной ловушке. Его квантовым состоянием можно управлять с помощью импульсов лазерного излучения (схема приведена для ионов бериллия). Справа на фото — фотон в микроволновом резонаторе. Его состояние измеряется при взаимодействии с возбужденными атомами рубидия.
Лауреаты этого года внесли большой вклад в разработку методов тонкого управления поведением отдельных атомов и фотонов и переноса информации между ними. Эти работы обещают приблизить появление квантовых компьютеров, использующих для вычислений частицы и фотоны, которые могут одновременно находиться как минимум в двух состояниях. Такие компьютеры смогут решать многие (хотя далеко не все!) задачи гораздо быстрее и эффективнее, нежели компьютеры на полупроводниковых схемах. Усилиями группы Вайнленда также создан оптический суперхронометр на ионах алюминия, который при заявленной относительной точности 8,6 х 10−18 на два порядка превосходит часы на атомах цезия.
Зеркальные ловушки
Оба лауреата в своих экспериментах запирали фотоны и частицы внутри вакуумных ловушек, охлажденных почти до абсолютного нуля. В опытах Сержа Ароша такой ловушкой служили идеально отполированные вогнутые сферические зеркала из сверхпроводящего ниобия. Их поглощающая способность была столь малой, что микроволновые фотоны выживали в межзеркальной полости в течение 130 микросекунд и успевали за это время пройти расстояние порядка 40 000 км. Сквозь полость поодиночке пролетали сильно возбужденные атомы рубидия, внешние электроны которых были заброшены на очень высокие энергетические уровни с большими угловыми моментами. Атомы в таких состояниях (их называют ридберговскими) имеют аномально большой диаметр, который в экспериментах Ароша достигал четверти микрометра. На пролете со скоростью 250 м/с атомы взаимодействовали с фотонами, слегка изменяя свои волновые функции, однако такое взаимодействие не приводило к поглощению фотонов. Отслеживая эти изменения, парижские физики смогли собрать информацию о количестве фотонов внутри полости. Они также использовали ридберговские атомы для получения фотонов, которые одновременно находились в различных квантовых состояниях, аналогичных «смеси» из живого и мертвого кота в знаменитом мысленном опыте Шредингера.
Игнобель-2012
Премия за нейронауки в этом году досталась американским психологам Крейгу Беннетту и Майклу Миллеру из Калифорнийского универститета в Санта-Барбаре, Абигайль Бэирд из Колледжа Вассар (штат Нью-Йорк) и Джорджу Уолфорду из Дартмутского колледжа (штат Нью-Хэмпшир). В своей работе «Нейрокорреляции межвидовой точки зрения посмертного атлантического лосося: аргумент для множественных сравнительных коррекций» они подняли важную проблему: к насколько абсурдным результатам может приводить бездумное использование результатов даже очень современных научных методов исследований? Изучая активность мозга купленной в магазине двухкилограммовой тушки атлантического лосося с помощью фМРТ (функциональной магниторезонансной томографии), ученые продемонстрировали, как легко впасть в заблуждение, считая, что мертвая рыба может реагировать на фотографии людей.
Награда за открытие в области жидкостной динамики досталась выпускнику МФТИ, а ныне доценту инженерного отделения Калифорнийского университета Руслану Кречетникову и его аспиранту Хансу Майеру за работу: «Прогулка с кофе: почему он расплескивается».
Глубокое охлаждение
Дэвид Вайнленд и его коллеги работали с ионами бериллия, плененными с помощью электромагнитных полей. Экспериментаторы сначала охлаждали эти частицы, подавляя их колебательные движения посредством лазерных импульсов, а затем этим же способом переводили их электроны в смешанные квантовые состояния. Исследователям удалось создать очень тонкие методы измерений, позволяющие отслеживать динамику таких состояний и наблюдать за разрушением квантовых смесей в процессе их взаимодействия с внешним окружением.
В середине 1990-х годов команда Вайнленда осуществила лазерное управление переходами между двумя электронными энергетическими уровнями запертого в ловушке иона бериллия. Так была впервые реализована двухкубитная логическая операция «контролируемое НЕ» (CNOT), которая используется в алгоритмах вычислений на квантовых компьютерах. С тех пор физики научились выполнять и другие квантовые логические операции, в которых участвуют свыше десятка ионов.
Комментируя для «ПМ» работы новых лауреатов, известный специалист по квантовой информации, профессор физики Мэрилендского университета Кристофер Монро, который много лет сотрудничает с Вайнлендом, отметил, что их исследования сильно повысили качество измерений чисто квантовых свойств отдельных частиц и фотонов и открыли новые пути к прямой экспериментальной проверке основных принципов квантовой механики и их ключевых следствий, например неравенства Белла (см. «ПМ» № 4'2006): «Они показали, что одиночные квантовые системы в принципе можно использовать в качестве блоков памяти в компьютерах следующих поколений. В более общем плане работы Ароша и Вайнленда расширили наши представления о квантовых платформах, пригодных для использования в информационных системах близкого и не очень близкого будущего. Благодаря всему этому они обогатили как фундаментальную, так и прикладную физику».
Химия: за изучение рецепторов, сопряженных с G-белком (трансмембранных рецепторов).
Лауреаты: Роберт Джозеф Лефковиц (Университет Дьюка), Брайан Кент Кобилка (Стэнфордский университет).
Технология клонирования. Схема клонирования, использованная Гёрдоном: уничтожение ядра в икринке шпорцевой лягушки Xenopus laevis с помощью УФ-излучения (1), пересадка ядра, взятого из клетки кишечника головастика (2). Результатом стало появление головастика, который затем развился до взрослой лягушки (3). Эту технику можно применить и к млекопитающим — овцам, мышам, коровам и свиньям (4).
