Энэ жилийн Нобелийн шагналтнуудын судалгаа, бүтээл өмнөх жилүүдийн адилаар дэлгэрүүлж бичихгүй байхын аргагүй онцлогтой. Тухайлбал физиологи буюу анагаах ухааны салбарт оптогенетик гэх цоо шинэ салбар мэндэлж, химийн салбарт 100 жилийн турш тайлагдаагүй нууц тайлагдаж, физикийн салбарт хар нүх, супернова зэрэг орчлон ертөнцийн хамгийн нууцлаг зүйлсийг хүн төрөлхтөн илүү сайн ойлгох боломж бүрдэж байна.

2022 оноос хойш манай редакц Нобелийн шагналтнуудын зохиол, бүтээлийн ач холбогдол, үр нөлөөг тайлбарласан нийтлэлүүдийг бэлдсээр ирсний хувьд энэ жилийн судалгаа, нээлтийг өмнөх жилүүдээсээ ч илүү гүнзгий задалж бичлээ. Ингээд хүн төрөлхтний ирээдүйг олон арван шат ахиулсан байгалийн ухааны салбарын гурван судалгаатай танилцъя.

Ташрамд дурдахад бид ирэх долоо хоногт нийгмийн ухааны салбарын Нобелийн шагналтнуудын бүтээлийг мөн дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно.

Өнгөрсөн жилүүдийн Нобелийн шагналтнуудтай танилцах:

Нобель 2023-ийн эзэд: ХЭН, ЯАГААД?

Нобель 2024-ийн эзэд: ХЭН? ЯАГААД?

Нобель 2024-ийн эзэд: ХЭН? ЯАГААД?

Физиологи буюу анагаах ухаан 

Хэзээ, хэн эхлүүлэв?

70-аад жилийн өмнө ДНХ-ийн давхар утаслагийг нээж байсан Францис Кирк одоо тайлбарлах гэж буй уг судалгааг бараг боломжгүй хэмээн үзэж байсан гэдэг. Гэтэл аугаа Францис байтугай одоо цагт амьдарч буй бид хүртэл үзэж, сонсоод нүд, чихэндээ итгэмээргүй нэгэн судалгаа энэ жилийн физиологи буюу анагаах ухааны Нобелийн шагналыг хүртжээ. Учир юу вэ гэвэл уг нээлт нь мартагдсан дурсамжийг сэргээх, байхгүй дурсамжийг бий болгох, сэтгэл хөдлөлийг унтраалга мэт удирдах боломжтой гэдгийг батлаад байгаа юм.

Бидний биеийн нэг хэсэг хэр нь тайлагдашгүй нууц олонтой, хүн төрөлхтнийг өөрсдийг нь гайхшируулдаг эрхтэн бол тархи. Хэдий 1.3-хан килограмм жинтэй боловч бидний дурсамж, сэтгэл хөдлөл, зан төлөв, зүрхний цохилт, нойрны хэмнэл гээд маш олон үйл ажиллагааг захирдаг тархины яг аль хэсэг нь ямар үүрэгтэйг бид саяхныг хүртэл “ерөнхийдөө л” мэддэг байлаа.

Тухайлбал яг аль мэдрэлийн эс ямар сэтгэл хөдлөл, зан төлөвийг удирддагийг судлаачид яг тэр гээд хэлэх боломжгүй байж. Учир нь хүний тархинд 90 орчим тэрбум мэдрэлийн эс байдаг бөгөөд тэдгээр нь бүгд тус бүр бусад мэдрэлийн эсүүдтэйгээ хэдэн арван мянган холбоос үүсгэдэг. Дээрээс нь огт өөр өөр үүрэгтэй, тусдаа үйл ажиллагааг хариуцдаг мэдрэлийн эсүүд тархин дотор нэг дор маш нягт бүтэцтэйгээр оршдог тул тэдгээрийг бие биеэс нь зааглаж судлах боломжгүй байв.

Харин уг Нобелийн шагналын эзэд “оптогенетик” хэмээх цоо шинэ салбарыг гаргаж ирснээр хүн төрөлхтөн тархины зөвхөн зорилтот эс дээр гэрэл тусгаж буюу бусад эсүүдэд нь нөлөөлөхгүйгээр мэдрэлийн холбоосыг "асааж, унтрааж" зан төлөв болон сэтгэл хөдлөлийн шууд хамаарлыг нь анх удаа судлах боломжтой болов.

Хэрхэн, яаж судлав?

Замаг ба гэрэл

1990-ээд оны эхээр Петер Хегеманн нэг эст Chlamydomonas замаг гэрэлд асар хурдан хариу үйлдэл үзүүлдгийг судалжээ. Хүний нүд гэрэл мэдрэхэд 10 гаруй миллисекунд зарцуулдаг бол замгийн хувьд энэ үйл явц нь 20 дахин хурдан буюу ердөө 0.5 миллисекундэд явагддаг. Үүний шалтгааныг тайлбарлахын тулд гэрэлд хариу үйлдэл үзүүлэх хүртэл ямар үйл явц болоод буйг ойлгох хэрэгтэй. Тухайлбал хүний нүд рүү гэрэл тусахад хамгийн түрүүнд гэрэл хүлээн авагч уураг идэвхэждэг. Тэр уураг нь дараагийн уураг руугаа, тэр нь дахиад өөр фермент рүү гэх мэтээр ээлжлэн нэг төрлийн "мессеж" шидсээр, хамгийн сүүлд нь эсийн хаалга буюу ионы суваг нээгдэж цахилгаан дохио тархи руу очдог. Ийм олон дамжлагатай учраас хүний нүдэнд замгаас урт хугацаа шаарддаг хэрэг. Харин замгийн хувьд тэр олон дамжлагыг алгасаж, гэрэл мэдрэгч нь өөрөө шууд мэдээлэл дамжуулагч буюу ионы сувгийн үүргийг давхар гүйцэтгэдэг нэг л цогц уурагтай байж магадгүй гэдгийг Хегеманн баталж, 2000-аад онд замгаас гэрэлтэй холбогддог хоёр ген илрүүлсэн байна.

Мэлхийний өндөг

Хегеманн уг нээлтээ Германы Вюрцбургийн Их сургуулийн профессор Георг Нагель руу илгээж Георг харин мэлхийний өндгөнд өнөөх генийг нь суулгаж үзэхэд тус генийн үйлдвэрлэж буй уураг цэнхэр гэрэл тусгахад ердөө 0.2 миллисекундэд сувгаа нээж байгааг ажиглав. Уг уургийн нэр нь "Channelrhodopsin-2".

Тархийг асааж, унтрааж болно гэж үү?

Уг уургийг ашиглан тархийг асааж унтраах боломжтой гэдгийг 2004 онд Стэнфордын Их сургуулийн нэрт сэтгэцийн эмч, биоинженер, мэдрэл судлаач Карл Дайссерот тусгенийг хархны мэдрэлийн эсэд суулгаснаар баталсан юм. Тархины эсүүд уг гаднын генийг яг л өөрийн юм шиг хүлээж авсан бөгөөд цэнхэр гэрэл тусгахад шууд идэвхжиж, зэргэлдээх эсүүд рүүгээ цахилгаан дохиог амжилттай дамжуулж эхэлжээ.

2007 онд Дайссеротын баг амьд хулганын тархинд тус генийг суулгаж, гавлын ясанд нь үс шиг нарийн шилэн кабель холбов. Ингэхдээ тэд тархины хөдөлгөөн болон нойр хариуцсан хэсгүүдийг тусгайлан онилсон байна. Гаднаас ямар нэгэн байдлаар гар хүрэхгүй бөгөөд зөвхөн шилэн кабелиар тархи руу нь гэрэл тусгамагц, хулгана яг л удирдлагатай тоглоом шиг сахлаа хөдөлгөж, бүр гүн нойрондоо автсан байхдаа ч гэрэл асаах төдийд шууд сэрж байв.

Улмаар 2012 онд Нобелийн шагналт С.Тонегаватай хамтран уг судалгааны дараагийн ажил эхэлсэн юм. Тэд хулганын айдастай холбоотой ой санамжийн эсүүдийг тэмдэглэж аваад, хожим нь цоо эрүүл, аюулгүй орчинд байхад нь өнөөх эсүүдийг гэрлээр дахин идэвхжүүлэхэд хулгана айдсаа санан зогтусаж байв. Энэ нь бидний ой санамж тархины яг аль эсүүдэд, хэрхэн хадгалагддагийг харуулсан бөгөөд гэрлээр тархины үйл ажиллагааг удирдах оптогенетикийн (optogenetics) хэмээх цоо шинэ шинжлэх ухааны салбарыг гаргаж ирсэн билээ.

Ямар ач холбогдолтой вэ?  

Уг нээлтийн эхний том ач холбогдол нь цоо шинэ салбарыг шинжлэх ухаанд бий болгож буй явдал. Харин дараагийнх нь ирээдүйд хийж болох маш олон төрлийн эмчилгээнүүд. Тухайлбал оптогенетикийн туршилт амьдрал дээр биеллээ олсон нэг жишээ нь хараа сэргээх эмчилгээ.

Хүний нүд яг л камертай ижил бөгөөд гэрэл хүлээж авдаг эсүүд нь (камерын мэдрэгч) гэмтэж үхжихэд хүн хараагүй болдог. Хэдийгээр мэдрэгч нь эвдэрсэн ч, тархи руу мэдээлэл дамжуулдаг "утаснууд" (мэдрэлийн эсүүд) нь эрүүл үлддэг. Өнөөх эрүүл утаснуудад гэрэл мэдрэгч уургийг суулгаснаар орчноо бичиж авдаг камертай тусгай нүдний шил зүүхэд тархи руу шууд дүрс дамжуулагдаж хараа сэргэх боломжтой юм.

Мөн цаашлаад сонсголын аппаратын чанарыг сайжруулах, сэтгэл гутрал, донтолт, альцгеймер зэрэг сэтгэцийн болон мэдрэлийн өвчнийг анагаах, паркинсон болон саажилтын үед хөдөлгөөний чадварыг сэргээх, зүрхний хэмнэл алдагдах гээд тархинаас бусад эрхтний үйл ажиллагааг зохицуулахад мөн ашиглах боломжтой.

Физик 

Хэзээ, хэн эхлүүлэв? 

Хэрэв хэн нэгэн танд "Антарктидын мөсөн гүнд нүдэнд үл үзэгдэх сүнс барьдаг тор тавья" гэвэл та яаж хүлээж авах вэ? Тэртээ 1988 онд Бельги гаралтай, АНУ-ын Висконсин-Мэдисоны Их Сургуулийн физикийн профессор Фрэнсис Халзенг анх энэ санаагаа танилцуулахад ихэнх эрдэмтэд бүтэшгүй мөрөөдөл хэмээн эргэлзэж байсан гэдэг. Харин тэрээр туршилт, судалгаагаа урагшлуулсаар, өдгөө дэлхийн 14 улсын 58 эрдэм шинжилгээний байгууллагын 450 гаруй шилдэг эрдэмтэн, инженерүүд мөр зэрэгцэн ажилладаг "IceCube" хэмээх төслийг амжилттай хэрэгжүүлж чадсан юм. Тэдний зорилго бол орчлон ертөнцийн хамгийн нууцлаг бөөм болох өндөр энергит нейтриног илрүүлэх байлаа.

Хэрхэн, яаж судлав?

Сансрын "сүнс" буюу нейтрино

Судалгааг ойлгохын тулд эхлээд бид юу хайж байгаагаа мэдэх хэрэгтэй. Нейтрино гэдэг нь массгүй шахам, ямар ч цахилгаан цэнэггүй маш жижигхэн бөөм. Тэд бусад бодистой огт мөргөлддөггүй бөгөөд яг одоо гэхэд л таны биеэр, бидний амьдарч буй дэлхийгээр секунд тутамд хэдэн их наядаараа кинон дээр сүнс хана нэвтэлдэг шиг нэвтэрч гарч байдаг. Ийм ч учраас эрдэмтэд нейтриног "сүнсэн бөөм" хэмээн хочилдог.

Мөсөн доторх аварга урхи

Ийм баригдашгүй сүнсийг яаж барих вэ? Үүний тулд ямар ч гаднын нөлөөгүй, тув тунгалаг, аварга том орон зай хэрэгтэй байв. Фрэнсис Халзен тэрхүү төгс орчныг Антарктидын Өмнөд туйлын гүний мөс гэж үзсэн юм. Сая сая жилийн турш дагтаршсан энэ мөс рүү ямар ч гэрэл нэвтрэхгүй тас харанхуй, шил шиг тунгалаг. Дээрээс нь газар хөдлөлт огт болдоггүй тул хамгийн тогтвортой лаборатори болж чадна гэсэн үг. Сонирхолтой нь, тэдний Өмнөд туйлд бүтээсэн детектор нь дэлхийг бүхэлд нь бамбай болгон ашигладаг буюу бөмбөрцгийн хойд хагасаас нэвтлэн ирж буй нейтриног бүртгэхийн тулд гэрэл мэдрэгчүүд нь доошоо харсан байрлалтай байдгаараа онцлог.

Судлаачид тусгай өрөмдлөгөөр мөсийг 2.5 километр хүртэл гүнзгий өрөмдөж, олон гүн цооног гаргаж тус бүр рүү нь сагсан бөмбөгийн хэмжээтэй, гэрэлд маш мэдрэмтгий мянга мянган мэдрэгчийг урт кабелиар хэлхэн доошлуулжээ. Ингээд 2011 он гэхэд 1 куб километр эзлэхүүнтэй асар том "мөсөн камер" буюу IceCube дуран албан ёсоор ажиллаж эхэлсэн юм.

Мөсөн доторх "дэлбэрэлт"

Биднийг нэвтлэн гарч буй их наяд нейтрино дундаас маш ховор тохиолдолд ганц нэг нь мөсөн доторх усны атомын цөмтэй мөргөлддөг. Энэ үед черинковын цацраг хэмээх бүдэгхэн цэнхэр гэрлийн гялбаа ялгардаг. Үүнийг энгийнээр тайлбарлавал, тийрэлтэт онгоц дууны хурдыг давах үед агаарт хүчтэй дэлбэрэх чимээ (sonic boom) гардагтай адил, өндөр хурдтай нейтрино мөсөн доторх атомтой мөргөлдөх үед усны гүнд гэрлийн гялбаа үүсэж байна гэсэн үг юм. Мөсөнд гүн зоосон өнөөх гэрэл мэдрэгчүүд энэхүү маш бүдэг цэнхэр гэрлийг секундээс ч бага хугацаанд бүртгэж авдаг.

Шуугиан дундах шивнээ

Гэхдээ энэ ажил яг ингэж тайлбарлаж байгаа шиг ийм амархан бас биш. Уг детектор нь секунд тутамд 3000 орчим энгийн цэнэгт бөөмсийг давхар бүртгэж авдаг. Эрдэмтэд тэр чанга "шуугиан" дундаас сансраас ирсэн жинхэнэ нейтриног ялгахын тулд математикийн тооцоолол хийдэг бөгөөд сард ердөө ганц нэгийг нь л үнэн зөвөөр баталгаажуулж чаддаг гэнэ. Гэрэл анивчсан хугацаа болон чиглэлд нь үндэслэн тухайн нейтрино сансар огторгуйн аль зүгээс, ямар хурдтайгаар манай дэлхийд ирснийг ухраан тооцоолдог гэсэн үг.

Ямар ач холбогдолтой вэ? 

Ердийн гэрэл болон сансрын туяа нь сансар огторгуйд аялахдаа замдаа таарсан од хоорондын мананцар, тоосонцорт саатаж, эсвэл гариг эрхсийн соронзон оронд хазайж чиглэлээ өөрчилдөг. Харин нейтрино нь массгүй шахам, цэнэггүй тул яг л сум мэт ямар ч саадад торохгүй шулуун шугамаар дэлхийд хүрч ирдэг.

Өөрөөр хэлбэл нейтрино нь огторгуйн гүнд болж буй хамгийн хүчтэй бөгөөд нууцлаг үзэгдлүүдийн гэрч болон дэлхийд ирдэг. Эдгээр бөөмсийг судалснаар орчлон ертөнц анх хэрхэн үүссэн, яаж хувьсан өөрчлөгдсөн, од эрхэс болон галактикуудын цаана ямар нууцлаг хүч оршин байдаг зэрэг хүн төрөлхтний оршихуйн хамгийн том асуултуудад хариулах түлхүүр бидний гарт орж ирж байгаагаараа асар өндөр ач холбогдолтой.

Хими 

Хэзээ, хэн эхлүүлэв? 

19-р зуунд Францын алдарт эрдэмтэн Луи Пастер микроскопоор шинжилгээ хийж байхдаа байгаль дээрх зарим молекулууд яг л хүний баруун, зүүн гар шиг хоорондоо толин тусгал хэлбэртэй байдгийг анх нээж байв.

Байгаль дээрх зарим молекулууд химийн найрлага болон атомын томьёоны хувьд яг ижилхэн боловч орон зайн гурван хэмжээст тогтоц нь хоорондоо давхцахгүй толин тусгал мэт эсрэг байрлалтай байхыг шинжлэх ухаанд хирал (chirality) гэдэг. Харин энэхүү баруун болон зүүн толин тусгал хоёр хэлбэрийг энантиомерууд (enantiomers) гэж нэрлэдэг. Эдгээр энантиомерийг туйлширсан гэрлийг хазайлгах чиглэлээр нь зүүн буюу L хэлбэр, баруун буюу D хэлбэр хэмээн ангилдаг. Лабораторийн нөхцөлд химийн урвал явуулахад L болон D хэлбэрийн энантиомерууд 50:50 гэсэн тэнцүү харьцаатайгаар үүсдэг.

Гэтэл дэлхий дээрх амьд биетүүд ингэж 50:50-иар нь ашигладаггүй бөгөөд уургийг бүрдүүлэгч амин хүчлүүд нь бараг зөвхөн зүүн буюу L хэлбэрийн амин хүчлүүд. Үүний эсрэгээр ДНХ болон РНХ-ийн бүтцэд ордог сахрын молекулууд зөвхөн баруун буюу D хэлбэртэй байдаг. Амьд байгалийн энэхүү онцгой, системтэй "нэг талыг барьсан" шинж чанарыг шинжлэх ухаанд хомохиралити (homochirality) хэмээн нэрлэдэг байна.
Энэхүү нарийн нийлмэл шинж чанарыг өвлийн бээлийтэй зүйрлэж болох юм.

Хүний биеийн эс, уургуудыг "зүүн гарын бээлий" гэж төсөөлье л дөө. Зүүн гарын бээлийнд баруун гар зөв таарч өмсөгддөггүйтэй адил, эмийн молекулын буруу толин тусгал хэлбэр нь хүний биед тохирч үйлчилдэггүй. Тийм ч учраас эрдэмтэд 50:50 харьцаатай холимог үүсгэж илүүдэл хаягдал гаргаж байхын оронд, бидний биед шууд таарах "зүүн гарын бээлий"-г (хэрэгцээт молекулаа) дангаар нь бүтээх төгс аргыг 100 жилийн турш хайсаар ирсэн хэрэг. Үүний хариуг энэ жилийн химийн салбарын Нобелийн шагналыг хүртсэн Францын эрдэмтэн Анри Б. Каган болон Японы эрдэмтэн Кэнсо Соаи нар тайлжээ.

Хэрхэн, яаж судлав?

Шугаман бус нөлөө буюу уг судалгааны “оч” нь анх 1986 онд “асаж” байж. Уламжлалт ойлголтоор бол урвалд оруулж буй катализатор буюу хурдасгуур дахь баруун болон зүүн молекулын харьцаа ямар байна, урвалаас гарах бүтээгдэхүүн яг тэр харьцаагаараа (шугаман хамааралтайгаар) гарна гэж үздэг байлаа. Гэтэл уг Нобелийн шагналыг хүртсэн Каган катализатор доторх нэг хэлбэрийн өчүүхэн бага илүүдэл нь бүтээгдэхүүн дээрээ очихдоо асар их хэмжээгээр өсөж, тэр чигтээ давамгайлдаг "шугаман бус нөлөө"-г нээсэн байна. Энэ нь яг л олс таталтын тэмцээнд нэг баг нь ердөө ганц хүнээр илүү байхад тэр маш жижиг давуу тал нь нийт уралдааны үр дүнг тэр чигт нь өөрчилдөгтэй адил юм.

Каганы нээлт дээр тулгуурлан Кэнсо Соаи энэхүү үзэгдлийг илүү төгөлдөржүүлэв. 1990-ээд оноос эхлэн тэрээр урвалаас гарсан бүтээгдэхүүн нь өөрөө дараагийнхаа урвалын катализатор болж, өөрийгөө тасралтгүй олшруулдаг "автокатализ"-ын процессыг зохион бүтээсэн юм. Зүйрлэвэл, робот үйлдвэрлэдэг робот байлаа гэж бодоход тэр үйлдвэрээс гарсан эхний робот нь буцаж ороод яг өөртэйгөө ижилхэн роботуудыг маш хурдтайгаар угсарч чадахуйц процессыг тэрээр бүтээсэн гэсэн үг.

Кэнсо Соаи 2003 онд туршилтаа жинхэнэ утгаар нь “төгс” болгож, анхны орчинд ердөө 0.00005 хувийн зөрүүтэй байсан молекулыг хэдхэн урвалын циклийн дараа 99.5 хувиас дээш буюу бараг 100 хувь цэвэр нэг хэлбэрийн бүтээгдэхүүн болгон хувиргаж чадсан байна. Уг туршилтыг Нобелийн хорооноос "химийн түүхэн дэх хамгийн гайхамшигтай туршилтуудын нэг" хэмээн өргөмжилжээ.

Ямар ач холбогдолтой вэ? 

Энэхүү судалгааны ачаар орчин үеийн эмийн үйлдвэрлэлд асар том өөрчлөлт гарах боломж бүрдэж байна.

Хүний бие өөрөө хирал буюу “нэг талт” шинж чанартай байдаг учраас эм, бэлдмэлийн молекул биеийн эд эстэй хэрхэн харилцах үйлчлэлд орох нь чухал. Өөрөөр хэлбэл эмийн молекулын нэг хэлбэр нь өвчнийг анагаах эм болж байхад, түүний толин тусгал хэлбэр нь ямар ч үйлчилгээгүй эсвэл бүр үхэлд хүргэх хор хөнөөлтэй байх эрсдэлтэй. Тухайлбал, 1960-аад онд хэрэглэж байсан "Талидомид" хэмээх эмийн нэг хэлбэр нь жирэмсний хордлого намдаадаг байсан ч, нөгөө хэлбэр нь урагт гажиг үүсгэж, олон мянган хүүхэд хохирч байсан гашуун түүхтэй.

Каган болон Соаи нарын энэхүү нээлтийн ачаар өнөөдөр химичид эм, үнэртэн, хөдөө аж ахуйн бодисуудыг үйлдвэрлэхдээ хортой хэлбэрийг нь огт үүсгэлгүйгээр, зөвхөн бидэнд хэрэгтэй байгаа яг тэр хэлбэрийн молекулыг өндөр цэвэршилттэйгээр нийлэгжүүлж авах боломжтой болж байна.