Na severu Evropy se v minulém týdnu znovu rozdělovaly Nobelovy ceny. Za každou z nich je letos velmi zajímavá práce i příběh, tak si pojďme jejich nositele představit. První, hned v pondělí, dostali svou cenu za medicínu a fyziologii Angloameričan John O'Keefe a norští manželé May-Britt a Edvard Moserovi. Oceněn byl jejich objev buněk, jež mají v mozku na starosti vytváření mapy našeho okolí. O’Keefe v roce 1971 objevil tzv. místové neurony. Jde o speciální buňky, které jsou aktivní pouze v případě, že zvíře dorazí na nějaké určité místo ve svém okolí – jsou to jakési „špendlíky“ u význačných bodů na mapě. Manželé Moserovi jsou příslušníky následující generace neurologů a cenou ověnčená práce spadá na přelom 20. a 21. století. Objevili v mozku tzv. grid cells, tedy „mřížkové“ buňky, síť bodů pokrývající celé naše okolí. Velmi zjednodušeně řečeno, O’Keefe zjistil, jak si mozek označuje důležitá místa na mapě a manželé Moserovi systém kódování souřadnic pro tuto mapu. (V praxi je celý systém samozřejmě složitější.) Sledování prostorové paměti umožňuje propojit dvě vzdálené roviny: fungování jednotlivých buněk a chování celého organismu. Je to jeden z mála způsobů, jak obě roviny – buňky a celé organismy – studovat najednou. Modrá je dobr á To cena za fyziku padla za vynález, který už jsme měli všichni v ruce. Jejími nositeli jsou Japonci Isamu Akasaki, Hiroši Amano a Šuji Nakamura. Na začátku 90. let jejich práce vedla k vytvoření fungující světelné diody vydávající modré světlo. Kombinací s již dříve existující technologií zelených a červených diod se tak poprvé naskytla možnost vytvořit bílé LED světlo. Tento objev spustil zásadní technologickou změnu, jejímž dokladem jsou třeba jasně svítivá světla našich mobilů. Ocenění souvisí především s obtížností vytvořit právě modré světlo. Červené a zelené diody se používaly už desetiletí předtím, ale v nich aplikované materiály (hlavně sloučeniny gallia, arzénu a fosforu) nešlo upravit tak, aby vydávaly modré světlo. Proto je práce všech tří oceněných spojena především s jinou látkou: nitridem gallia (GaN). Krystalická struktura GaN byla popsána už roku 1937 a na začátku 70. let se z něj podařilo vyrobit jednoduchou modrou diodu. Materiál se ovšem nedařilo připravit v dostatečné kvalitě. Velké firmy, které se o vývoj diod usilovaly, svou snahu jedna po druhé vzdávaly. Jedněmi z mála, kteří vydrželi, byli letošní ocenění – i přes pochybnosti kolegů či v Nakamurově případě přímo zákazem nadřízených. Práce obou skupin nakonec vedla k vytvoření modré diody (1993) a polovodičového modrého laseru (1995). Obojí bylo vytvořeno na základě složitého sendviče GaN „obohaceného“ o stopové množství dalších prvků (v daném případě india a hliníku). Díky práci tří letošních nobelistů mohly svítící diody naplno předvést své výhody proti jiným druhům osvětlení: mají vyšší účinnost, malé rozměry a vlastnosti produkovaného světla lze snadno měnit a ovládat. Klasické žárovky (správně „tepelné zářiče“) dosahují účinnosti přeměny elektrické energie na světelnou pouze kolem 20 lumenů na watt (lm/W). Zářivky (tedy fluorescenční lampy) mají už účinnost několikrát vyšší (cca 80 lm/W), ale zato vyžadují složitý napájecí zdroj, jinak velmi trpí jejich životnost. Svítící diody dosahují účinnosti zářivek (a mají potenciál je výrazně překonat), ale přitom mají jednoduché napájení, dlouhou životnost a nízkou výrobní cenu. LED technologie se blíží teoretickému fyzikálnímu limitu v osvětlování vůbec (zjednodušeně řečeno tedy hranici, kdy za jeden elektron do „žárovky“ získáte jednu částici světla, tedy jeden foton). V současné době je účinnost kolem 50 procent teoretického maxima. Vidíme víc ! Cena za chemii znovu padla ovšem za objev či spíše vynález, který přímo bude používat jen vybraná část lidstva. Eric Betzig (USA), Stefan Hell (Německo) a William Moerner (USA) společně dokázali překročit fyzikální limity běžných optických mikroskopů. Díky nim dnes můžeme přímo pozorovat například dění v buňkách až na úroveň molekul, aniž bychom je museli předem zabít. Optické mikroskopy už v 19. století narazily na hranici, kterou se nedařilo překonat. Mohou zobrazovat přesně pouze předměty zhruba do velikosti poloviny vlnové délky světla, které se k zobrazení používá (je to tedy cca 200 nanometrů, což je zhruba několikanásobek velikosti běžných virů). Podrobnější rozlišení nabízel pouze elektronový mikroskop, ale ten má jednu velkou nevýhodu: živou hmotu musíte kvůli jeho sledování zabít. Prolomit se tuto zdánlivě nepřekonatelnou bariéru podařilo až na konci 20. století. Jako první uspěl Stefan Hell, který se do tohoto projektu zakousl, i když to vážně ohrožovalo jeho kariéru. Přišel s originálním nápadem na vytvoření laserového paprsku, který díky vzájemnému rušení dvou laserů ve výsledku osvětluje jen velmi malý prostor a molekuly v něm (na vysvětlování principu bohužel nemáme místo). Hranice padla. Zatímco Hellova metoda postupně získává obraz detailním skenováním vzorku do jednoho snímku, v postupu jeho spolulaureátů vzniká snímek skládáním mnoha obrazů. Moerner v roce 1997 zjistil, že jeden z typů látek používaných biology jako „barevná značka“ pro označování jednotlivých části buněk lze světlem vypínat a zapínat. Erik Betzig s pomocí tohoto objevu využil mikroskopickou metodu. Na každém z mnoha pořízených snímků necháme svítit jenom několik značek. Každá z nich sice bude jen „flek“ veliký jako difrakční limit, ale to nevadí. Značka se nachází zhruba uprostřed fleku a její polohu tak lze určit s daleko větší přesností. Složením snímků, na kterých jsou rozsvícené různé molekuly, a tak se sesbírá postupně snímek s vysokým rozlišením. Tyto metody mikroskopie s vysokým rozlišením se dnes používají různé a ne všechny jsou dílem letošních oceněných. Díky nim se však chemie propojila s biologií. Letošní Nobelova cena za chemii by mohla klidně být „biologická“. Koneckonců Eric Betzig řekl novinářům, že chemie byla vždycky jeho nejhorší předmět a nic o ní neví. Nobelova cena se zdát být v dobrých rukou. Rubriku Věda připravuje: /jj/
