Nobelove nagrade 2019: korisne, važne, utjecajne

Litijumska baterija, izvor: Nobel Prize/Swedish Academy of Sciences

2019. godine, nagrade su zaista otišle za fundamentalna istraživanja bliska čak i običnim ljudima i za dostignuća relativno bliska i laicima. Komitet za dodjelu Nobelove nagrade za fiziologiju ili medicinu je odlučio dodijeliti nagradu trojici ljekara - Greggu L. Semenzi, Peteru J. Ratcliffu i Williamu Kaelinu Jr. za „njihovo otkriće kako se ćelije prilagođavaju količini dostupnog kisika“. Nobelovu nagrada za fiziku će podijeliti James Peebles, Michael Mayor i Didier Queloza za nevjerovatno važna otkrića istraživanja svemira- model evolucije svemira i otkriće egzoplaneta. Ova nagrada će biti podijeljena tako da će James Peebles dobiti polovinu nagrade, a druga polovina će biti podijeljena između Mayora i Queloze. Nobelovu nagradu u hemiju će podijeliti John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham i Akira Yoshino za stvaranje litijumske baterije.

Ko su ovu ljudi? Hoćemo li nekome od njih zapamtiti ime? Hoćemo li zapamtiti njihova dostignuća i povezati ih sa imenima? I, jesmo li svjesni važnosti njihovih otkrića?

Počnimo od kraja - Nobelove nagrade 2019. za hemiju. Ovo je možda "najopipljivija Novelova nagrada ove godine, ali i u nekoliko posljednjih godina? Litijumske baterije su osnove naše moderne civilizacije unazada dvadesetak godina, otkada je 1991. godine Sony komercijalizovao litikum-jonsku bateriju koju je stvorio Akira Yoshino. 

Dakle, svaki dan baratamo sa ovim otkrićem, kuckajući po mobitelima, kompjuterima, a djeca nam se možda igraju sa igračkama koje imaju ove baterije. I većina nas je čula za njih. U čemu je fora sa ovim baterijama i zašto su bolje od alkalnih baterija? Litijumske baterije traju duže, mogu se puniti, a pošto je litijum lagan metal - zapravo najlakši metal, dosta atoma litijuma se može "upakovati" u jednu bateriju. Ove baterije su nam omogućile jednu novu tehnološku revoluciju, ravno onu nakon otkrića tranzistora. I - omogućile su reciklibiran svijet, svijet koji se može ponovo puniti. 

Dakle, jasno nam je da je ovo jakor korisno otkriće. Sama Nobelova nagrada za ovo se prilično dugo očekivali i srećom, proglašena je dok jedan od ljudi koji su prokrčili  put ovom dostignuću - John B. Goodenough - još uvijek živ. Inače. B, Goodenough je rekorder Nobelovih nagrade - postaće najstariji dobitnik jer je u trenutku objave imena imao 97 godina. I - sigurno ćemo njegovo vrlo specifično ime zapamtiti. No šta je uradio?

Ne tako davno - 1980. - Goodenough je otkrio jedinjenje zvano litijum-kobalt oksid, LiCoO₂

Ovo jedinjenje je zapravo osnova litijumske baterije, odnosno, čini katodu ovih baterija.

Temelj litij-jonske baterije postavljen je tijekom naftne krize u 1970-ima. Stanley Whittingham radio je na razvoju metoda koje bi mogle voditi ka energetskim tehnologijama bez fosilnih goriva. Započeo je s istraživanjem superprovodnika i otkrio je izuzetno energetski bogat materijal koji je koristio za stvaranje inovativnog katoda u litijevoj bateriji. Ovaj materijal je bio od titanovog disulfida koji na molekularnoj razini ima prostore u kojima se mogu smjestiti - interkalirati - litijevi ioni. I storija je počela. 

Kasnije će Akira Yoshino stvoriti prvu komercijalno održivu litij-ionsku bateriju. Umjesto da koristi vrlo reaktivni litij u anodi, koristio je naftni koks, ugljični materijal koji, poput kobaltovog oksida katode, može interkalirati litij-ione.

Rezultat je bila lagana, čvrsta baterija koja se mogla napuniti stotine puta prije nego što se njezin učinak pogorša.Danas. vijekt jedne litijumske baterije iznosi oko 15 godina. Prednost litij-ionskih baterija je što se ne temelje na hemijskim reakcijama koje razbijaju elektrode, već na litijevim ionima koji teku između anode i katode:

Zatim, tu je Nobelova nagrada za fiziku 2019. koja je također dugo čekana. Ovaj put, ona je podijeljena za dva različita, ali veoma bliska otkrića na polju astrofizike. Nagrada Jamesu Peeblesu ide za njegov teoretski rad, koji je trajao decenijama, a koji je omogućio osnove modernog razumijevanja istorije univerzuma, od Velikog praska do danas. Nagrada Mayoru i Quelozi će biti dodijeljena za otkriće egzoplaneta – planeta koje se nalaze izvan našeg, Sunčevog sistema. Nagrada će biti podijeljena tako da će James Peebles dobiti polovinu nagrade, a druga polovina će biti podijeljena između Mayora i Queloza.

James „Jim“ Peebles  je američko-kanadski fizičar, teoretski kosmolog, trenutno profesor na Princetonu. Njegavi alma mater su Univerzitet Manitoba i Princeton. Od sedamdesetih, jedan je od vodećih fizičara i dao je veliki doprinos na polju istraživanja nukleosinteze (stvaranje težih atomskih jezgara), pozadinskog kosmičkog zračenja te teorije tamne materije.

Koristeći teoriju i proučavajući upravo pozadinsko kosmičko zračenje, Peebles je stvorio model oblika univerzuma, i to je upravo čuveni dijagram u kojem se univerzum predstavlja u obliku „zvona“. Prema njegovim predikcijama, univerzum se sastoji od 5% materije kakvu znamo („obična materija“), 26% tamne materije i 69% tamne energije. Upravo je to teoretska slika univerzuma koju imamo danas, premda još uvijek nije pokazano šta je to tamna materija, a još manje znamo o tamnoj energiji. Prve naznake postojanja tamne materije dali su Fritz Zwicky i nedavno preminula Vera Rubin (1928.  - 2016.), svojim istraživanjima rotacije galaksija. Peeblesova slika kosmosa je trenutno najbolje što imamo. 

Što se egzoplaneta tiče, molim, pogledajte ovaj video prvo, posebno ako vam ovaj termin nie poznat: 

Michel Mayor (rođen 1942. u Laussane, Švicarska), profesor emeritus je astrofizike na Univerzitetu Ženeva. Njegovi alma mater su Univerzitet Laussane i Univerzitet Ženeva. Didier Queloz (rođen 1966.) jedan je od šampiona otkrivanja egzoplaneta. Didier je kao student, zajedno sa svojim profesorom Michelom Mayorom analizirao zvijezdu 51 Pegasi i pomoću metode zvane Dopplerova spektroskopija, oni su otkrili kako oko ove zvijezde orbitira planeta.

Planeta će dobiti ime 51 Pegasi b, nezvanično Belerofon, i to je prva egzoplaneta otkrivena oko neke zvijezde slične Suncu. Međutim, ovaj sistem je bio drugačiji od našeg – planeta koja je bila blizu zvijezde više je bila nalik našem Jupiteru nego Zemlji. Ovo je ujedino bio dokaz ne samo kako postoje drugi planetarni sistemi, nego i dokaz da oni mogu biti veoma drugačiji od našeg.  

Sve do potvrde postojanja egzoplaneta, mi smo mogli samo u filmovima naučne fantastike maštati kako postoje svjetovi mimo Sunčevog sistema. Zbog ove ideja i još nekih ideja, italijanski filozof Giordano Bruno je proglašen heretikom i 1600. godine spaljen na lomači. Bruno je smatrao kako je svaka zvijezda neko sunce i kako se oko njega  okreću planete slično kao u Sunčevom sistemu. Do danas je otkriveno preko 4000 egzoplaneta. 

Treba reći i to da je prva egzoplaneta otkrivena 1992., dakle 3 godine prije Mayor-Quelozinog otkrića. Međutim, ova egzoplaneta je orbitirala oko jednog pulsara, dakle, taj sistem je bio umnogome drugačiji nego naš sistem. Otkriće iz 1995. je zapravo prva egzoplaneta u sistemu ponešto sličnom našem, jer je orbitirala oko zvijezde iz glavnog niza. 

Svima nama je jasno da, da bismo živjeli, moramo disati. Međutim, iako osnovno znanje o važnosti kisika za živi svijet postoji već nekoliko stotina godina, zapravo vrlo malo se znalo o adaptivnim mehanizmima ćelija u uslovima promjene količine kisika. Hipoksija – stanje smanjenja dostupne količine kisike se na organizam odražava u mnoštvu fizioloških i patoloških procesa. Jedan od najpoznatijih je lučenje hormona zvanog eritropoetin u ćelijama bubrega, a ovaj hormon „tjera“ organizam na produkciju više crvenih krvnih zrna. Upravo se to i dešava na velikim nadmorskim visinama, gdje tijelu nedostaje kisika, jer je parijalni pritisak kisika manji. Zato na boravak na planini poboljšava krvnu sliku i zato ljudi i životinje koji žive na velikim visinama, poput stanovnika Anda i njihovih lama, imaju veći broj etritrocita u krv. 

Gregg L. Semenza je otkrio hipoksija-inducirajuće faktore (HIF-1), proteine koji kontrolišu transkripciju u situacijama smanjenja količine kisika. Na njegov rad se naslanja i rad Sir Petera J. Ratcliffa i njegove istraživačke grupe. On su otkrili kako i druge stanice odgovaraju na smanjenje količine kisika. Nastavljajući rad na ovom otkriću, Ratcliffe i njegovi saradnici su otkrili detaljan molekularni lanac događaja koji ćelije koriste kako bi „osjetile“ kisik.

William Kaelin Jr., treći dobitnik Nobelove nagrade za medicinu, proučavao je genetičke uzroke nastanka tumora i gene koji uzrokuju ili supresiraju tumore. Proučavajući genetički sindrom nazvan von Hippel-Lindauova bolest, koji povećava rizik od nekih vrsta karcinoma, Kaelin je uočio da kod osoba s ovom bolešću postoji mutacije u genu zvanom VHL. Kaelin je pokazao da stanice bez funkcionalnog VHL gena  imaju jače odgovore na uslove sa niskim kisikom. Ratcliffe i njegov tim tada su otkrili da VHL protein djeluje u interakciji s jednom od komponenti HIF faktora, isključujući reakcije na nisku količinu kisika tako što ga uništavaju kad poraste razine kisika. Sprega rada ova tri ljekara je dala novu sliku molekularnih i genetičkih mehanizama reakcija ćelija na hipoksiju, a time i bolje razumijevanje metabolizma, disanja, anemije, stvaranja tumora i procesa zacjeljivanja rana.  

Njih trojica će jednako podijeliti nagradu.