Vitenskap

Published on November 24th, 2016 | by Tomas Nordeide Hjartnes

ÅRETS NOBELPRISVINNERE I REALFAG

Tidlig i oktober ble de årlige nobelprisene gitt på grunnlag av vitenskapelige fremskritt innen biologi eller fysiologi, kjemi og fysikk. Forskningen på de ulike områdene dykker dypt ned i vitenskapens verden. Men hva har prisvinnerne egentlig oppdaget, og hva betyr denne forskningen for fremtiden?

Resirkulasjon av celler
Prosessen for hvordan celler brytes ned ble oppdaget av den japanske forskeren Yoshinori Ohsumi. Gjennombruddet kan bidra til å øke forståelsen for hvordan sykdommer utvikles i celler, og for dette ble han overrakt nobelprisen i fysiologi. Omsetningen av proteiner og organceller reguleres av en prosess kalt autofagi, som oversatt betyr «å spise». Her lager cellen en membran rundt seg selv for så å bryte ned sitt eget innhold ved at lysosomer tømmer enzymer inn i membranen. Et lysosom har den funksjon å bryte ned cellulært avfall, skadde makromolekyler og skadde organceller. Konseptet om at celler ødelegger sitt eget innhold ved «selv spising» har vært kjent i over femti år, men den fundamentale prosessen har lenge vært ukjent inntil Ohsumi utførte sine eksperimenter på 90-tallet. Da ble bakegjær brukt til å identifisere gener som er essensielle for nedbrytningen av celler. Deretter påviste han at det samme sofistikerte maskineriet også finnes i celler.

årets nobelprisvinnere i realfag2

Autofagi illustrert. Membranen dannes og isolerer proteiner og organceller. Lysosomer tømmer enzymer inn i membranen for å bryte ned innholdet. ILLUSTRASJON: The Art of Medicine

Oppdagelsen var signifikant fordi det forandrer forståelsen av hvordan celler resirkulerer sitt eget innhold. Det kan oppstå forstyrrelser under autofagi knyttet til Parkinsons, type 2 diabetes, kreft og andre sykdommer som forekommer blant eldre. Ohsumis fremskritt har inspirert til en intens forskning innen medisin rettet mot autofagi.

årets nobelprisvinnere i realfag3

Merkelige materier
Årets nobelpris i fysikk gikk til David Thouless, Duncan Haldane og Michael Kosterlitz for sine publikasjoner angående materier som blir til superledende materier og superfluider når temperaturen blir ekstremt lav. Et superledende materie har null elektrisk resistans og er heller ikke i stand til å skape et magnetfelt. Dermed kan energi overføres uten tap. Superfluider karakteriserer fluider med null viskositet, og som kan strømme uten å miste kinetisk energi. Hvis man da rører i et superfluid kan fluidet forbli i uendelig bevegelse.

Ved slike tilstander, hvor temperaturen er ekstremt lav, blir kvanteeffekter synlige. Forskerne beviste dette ved bruk av en spesiell type matematikk kalt topologi. Essensen bak topologi er at former og strukturer karakteriseres etter hvor mange hull de har. For eksempel vil en doughnut (som har ett hull) beskrives på samme måte som en kaffekopp, men ulikt en kringle (som har to hull).

Vinnerne viste at mange materier kan forstås ved hjelp av prinsippene bak topologi. Det åpner dører for å videreutvikle nye generasjoner av teknologi og elektronikk. Et eksempel er kvantemaskiner, som i teorien kan utføre en mengde operasjoner tradisjonelle maskiner ikke er i stand til.

Ulike fasetilstander reguleres av temperatur. På kvantenivå er temepraturen nær det absolutte nullpunktet. ILLUSTRASJON: © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Verdens minste maskiner
Kontrollerbare molekyler i stand til å utføre oppgaver blir i dag anerkjent som verdens minste maskiner, og var verdig av årets nobelpris i kjemi. Prisen ble tildelt Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddard og Bernard L. Feringa for å ha designet og produsert disse maskinene.

Det første steget ble tatt av Jean-Pierre Sauvage da han var suksessfull i å knytte to ring-formede molekyler til hverandre og danne en kjede ved hjelp av et mekanisk bånd heller enn et kovalent bånd. Frasier Stoddard utviklet neste steg ved å tre en molekylær ring på et molekylært aksel, og viste at ringen var i stand til å bevege seg langs akselen. Det siste steget for å fullstendiggjøre den molekylære motoren ble gjort av Bernard Feringa som fikk et molekylært rotorblad til å spinne kontinuerlig i samme retning ved å tilføre energi i form av UV-lys. Han viste at en slik motor kunne rotere en gassylinder som var tusen ganger større. Feringa var også i stand til å konstruere en nanobil med roterende molekyler fungerende som hjul.

På lik linje med de første elektriske motorer og dampmotorene, er det potensiale for molekylære motorer til å bli del av den nye industrielle revolusjonen i det tjueførste århundre. Det er ikke utenkelig at molekylær robotikk kan bli en essensiell del av livene våre.

årets nobelprisvinnere i realfag4

Nanobil konstruert ved å bruke roterende molekyl som hjul. Hjulene er festet til flere sammensatte molekyl. ILLUSTRASJON: © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences.

Tags: , ,


About the Author



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Back to Top ↑