Загрузил dovira2016

Химия на перекрестке наук

Реклама
Химия на перекрестке наук
Нобелевский комитет по химии признает, что она занимает достаточно уникальное
положение среди естественных наук: фундаментальные основы химии базируются на
строении атома, которое находится в ведении физики.
И одновременно биология дает химикам широчайшее поле для исследований,
учитывая, что живые организмы представляют собой сложнейшие химические системы.
Многие исследования, получившие Нобелевскую премию по химии, можно было
бы квалифицировать и как работы в медицине, и как физические исследования
Химия, возможно, была самой важной наукой для самого Нобеля. Изобретение
динамита, принесшее ему миллионы, также как и организация процесса производства,
требовали глубоких химических знаний. Химия стала второй научной дисциплиной,
упомянутой Нобелем в завещании.
Премии по химии присуждаются Шведской академией наук.
Нобелевский комитет часто сталкивается с тем, что один и тот же кандидат
получает номинации и по физике, и по химии, и по медицине.
Первый раз эта проблема возникла уже на третий год существования Нобелевских
премий в 1903 году, когда шведский ученый Сванте Аррениус был одновременно
номинирован и на премию по физике, и на премию по химии
Нобелевский комитет никак не мог решить, к какой же науке отнести работу
Аррениуса
После продолжительных раздумий Нобелевский комитет по химии предложил,
чтобы Аррениуса отметили по обеим категориям, и он бы получил половину химической,
и половину физической премий. Идея эта, однако, не понравилась Нобелевскому
комитету по физике, и химики решили наградить Аррениуса по своему департаменту.
Вот почему сейчас все три комитета по естественным наукам проводят совместные
заседания, чтобы "распределить" кандидатов между собой.
Председатель Нобелевского комитета по химии в 1945 году, профессор Вестгрен
заявил, что, по большому счету, по какой именно статье тот или иной ученый получит
премию, не так уж и важно: "Большинство из нас согласны с тем, что самое главное,
решить, достойна ли та или иная работа Нобелевской премии в принципе".
Например, Питер Митчелл, получивший в 1978 году Нобелевскую премию по
химии за изучение механизмов передачи биологической энергии, мог с тем же успехом
получить награду в области физиологии или медицины.
Химия оказалась самой "семейной" наукой в нобелевском послужном списке. И
самой успешной нобелевской семьей стала семья Кюри - Мари Кюри с мужем Пьером и
дочерью Ирэн. Все трое стали Нобелевскими лауреатами
Мари Кюри дважды стала Нобелевским лауреатом: первый раз вместе с мужем
Пьером в 1903 году она получила премию по физике, во второй раз – в 1911 году - по
химии. Старшая дочь Мари и Пьера Ирэн в 1935 году получила Нобелевскую премию по
химии вместе с мужем Фредериком Жолио.
Немецкий ученый Ганс фон Эйлер-Хельпин стал Нобелевским лауреатом по химии
в 1929 году, а его сын Ульф – получил премию по физиологии и медицине в 1970.
Американский биохимик Артур Корнберг стал Нобелевским лауреатом по
физиологии и медицине в 1959 году (хотя с тем же успехом мог получить премию и по
химии, учитывая, что его исследования касались синтеза ДНК и РНК), а его сын Роджер
получил Нобелевскую премию по химии в 2006.
Больше всего Нобелевских премий по химии получили ученые из Соединенных
Штатов - 49. Однако, большинство из них стали лауреатами уже после Второй мировой
войны. До 1945 года США могли похвастаться только 3 Нобелевскими премиями по
химии.
Химики из Германии находятся на втором месте – 26 лауреатов. Однако
большинство из них (14 человек) получили премию до Второй мировой войны.
Британия занимает третье место с 25 лауреатами. За ней идут Франция (7), Швеция
и Швейцария (по 5), Нидерланды и Канада (по 3).
Адольф Гитлер запретил двум ученым Ричарду Куну и Адольфу Бутенандту
принять Нобелевскую премию по химии в 1938 году. Правда, позднее, им было
разрешено принять медали и дипломы, но не призовые деньги.
Нобелевские медали по химии и физике одинаковы. На обратной стороне
отчеканено аллегорическое изображение Природы в виде богини, поднимающейся из
облаков. В руках у нее рог изобилия. Ее лицо закрывает вуаль, которую приподнимает
аллегория Науки.
Надпись по латыни гласит: "Inventas vitam juvat excoluisse per artes". Эта строка
взята из поэмы Вергилия "Энеида" и в приблизительном переводе звучит примерно так:
"И те, кто улучшили жизнь на Земле своим вновь обретенным мастерством".
Если научное изобретение становится детской игрушкой, то это означает его
народное признание. А если за изобретение дается Нобелевская премия, то оно,
безусловно, получило признание всего научного мира. Именно это и произошло
с открытием и последующим всесторонним исследованием технологии редактирования
генома
Лауреатами Нобелевской премии по химии за 2020 год стали француженка
Эммануэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудне. Именно они открыли
технологию редактирования геномов, с помощью которой можно изменять с высокой
точностью ДНК животных, растений и микроорганизмов.
До Шарпантье и Дудне был открыт интересный, но мало практичный процесс
изменения генома у бактерий. Авторы же высказали предположение, что этот механизм
можно использовать для других биологических видов по изменению необходимых
участков ДНК.
В будущем новый метод точного редактирования генов может позволить решать
многие проблемы. С помощью генетических ножниц можно внести разрывы так, чтобы
убрать из ДНК целый участок. На его место встраивается последовательность, созданная
генетиками. Таким образом можно «ремонтировать» мутации, вызывающие тяжелые
заболевания.
По словам председателя Нобелевского комитета по химии Класа Густавсона,
технология редактирования геномов не только произвела революцию в фундаментальной
науке. Она поспособствует созданию передовых методов лечения.
И самим авторам работы, и всем их коллегам и критикам было ясно, что у этого
изобретения большое будущее: система позволяет вырезать из последовательности ДНК
любую часть, а также вставить в нее любой фрагмент. Специалисты планируют
экспериментировать с этой технологией для борьбы с такими заболеваниями, как рак и
ВИЧ, лейкемии.
Вместо того чтобы искать донора костного мозга, можно взять образцы тканей
кроветворного органа самого пациента, исправить дефективные стволовые клетки,
избавив их от раковой мутации, а затем пересадить обратно. Если злокачественные
клетки, оставшиеся в больном организме, уничтожить облучением, исправленные клетки
получат возможность размножаться и производить здоровые клетки крови.
Но масштабы практического применения этого инструмента невозможно
предугадать и сейчас, спустя годы после его открытия. Хотя, по мнению новоиспеченных
лауреатов, до использования молекулярных ножниц для лечения человеческих
генетических недугов потребуется еще очень много работы. Ведь точность относительна,
а ошибка в один нуклеотид может оказаться не менее опасной, чем сама болезнь.
А пока ученые с успехом испытывают новую систему генетического
редактирования на животных, растениях и микроорганизмах.Так, что китайские генетики
с помощью геномного редактирования создали свинок, которые не накапливают жир.
В перспективе возможно создание низкоаллергенных сортов культурных растений,
безглютеновой пшеницы, тест-полосок на разные мутантные варианты микроорганизмов
и т. д. Проектов множество, но в их основе — использование созданного Дудной и
Шарпантье инструмента для генетического редактирования.
Хотя с тех пор, как были проведены важнейшие исследования в этой области, не
прошло и 15 лет, уже можно купить
для своего ребенка набор «сделай сам»,
позволяющий создать с помощью генетических ножниц светящиеся дрожжи.
Капаешь в дрожжи чуть-чуть мутного раствора, и — о чудо! — простые пекарские
дрожжи начинают светиться зеленым. В инструкции вполне доступным для детей языком
объясняется, как в ДНК дрожжей вставляется ген светящегося белка.
Химия постоянно развивается как наука, и не только в теоретическом
аспекте. На нынешнем уровне развития человечества химические
открытия
приобрели огромное практическое значение в самых разных сферах человеческой
деятельности. Именно поэтому открытия в химической науке часто соотносятся с
другими науками, отраслями знаний, практическими технологиями - с физикой,
биологией, экологией, утилизацией отходов, альтернативной энергетикой
Например:
Вместо топлива – соленая вода
Химики из Пенсильванского государственного университета подтвердили, что
инженеру Джону Канзиусу
действительно удалось создать аппарат, позволяющий
сжигать соленую воду, также ученые высоко оценили изобретение Канзиуса и считают
его самым значительным открытием в науке о воде за последние сто лет. В аппарате
Канзиуса вода подвергается воздействию радиоволн, которые ослабляют связи между ее
компонентами и высвобождают водород. При наличии искры водород воспламеняется и
горит ровным пламенем, температура которого, как показывают эксперименты, может
превышать 1600 градусов Цельсия. Воду не надо подвергать никакой специальной
очистке, годится любая соленая вода, в том числе взятая непосредственно из моря. Если
эксперименты подтвердят, что аппарат Канзиуса энергетически выгоден (получаемая
энергия превышает энергию, затрачиваемую на генерацию радиоволн) и может
использоваться для приведения в действие достаточно тяжелой техники, например,
автомобилей, то это открывает большие перспективы перед топливной отраслью.
Соленая вода доступна почти в любом регионе Земли практически в неограниченном
количестве, для окружающей среды аппарат безвреден: отходом производства является
опять же вода. Канзиус совершил свое открытие случайно. Шестидесятитрехлетний
пенсионер стремился (и продолжает стремиться) найти альтернативу химиотерапии:
способ уничтожать раковые клетки при помощи радиоволн. Когда он показывал действие
своего аппарата коллегам, кто-то заметил осадок на дне пробирки и посоветовал
попытаться применить аппарат для опреснения воды. Канзиус последовал совету, и в
ходе эксперимента вода неожиданно вспыхнула от случайной искры.
Немецкая компания Clyvia Technology разработала технологию, которая позволяет
преобразовывать отходы масел и пластика, например, полиэтилен и полипропилен, в
минеральное топливо. Благодаря этому будет частично решена не только энергетическая
проблема, но и проблема ликвидации отходов.
Процесс,
разработанный
компанией
Clyvia,
позволяет
переработать
неиспользуемое потенциальное сырье, около 11.6 млн. тонн отходов с большим
содержанием пластика, в высококачественные горючие и топливные материалы.
Инновационная технология основана на процессе, который похож на крекинг
сырой нефти. При температуре 400 градусов Цельсия длинные углеводородные цепочки
подвергаются разделению, затем выпариваются и осаждаются в конденсаторе в виде
дизельного топлива. Планируется, что технология заинтересует как частные, так и
государственные компании, оказывающие услуги по ликвидации отходов, а также
промышленные и коммерческие предприятия. Новый метод также очень хорошо
сочетается с идеей защиты окружающей среды. Планируется, что благодаря
инновационной технологии, дизельное и печное топливо станет значительно дешевле чем
то, которое все сейчас покупают на АЗС или берут для отопительных систем.
Скачать