هر کدام از برندگان نوبل ۲۰۲۶ داستان‌های جالبی از فعالیت علمی و زندگی شخصی خود برای روایت دارند.
باشگاه خبرنگاران جوان - آکادمی سلطنتی سوئد در روز‌های اخیر برگزیدگان امسال را معرفی کرد و تکلیف برندگان نوبل ۲۰۲۶ مشخص شد. دانشمندانی که هر کدام داستان‌های جالبی از فعالیت علمی و زندگی شخصی خود برای روایت دارند؛ مثلاً وقتی فرانسیس هالزن از دانشگاه ویسکانسین- مدیسن اواخر امسال جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند، از امتیازی کم‌نظیر برخوردار خواهد شد؛ تمام توجه‌ها تنها به او معطوف خواهد بود.
بیشتر برندگان نوبل فیزیک ناچارند صحنه را با یکی از همکاران یا رقبای خود تقسیم کنند؛ اما دکتر هالزن نخستین برنده‌ای خواهد بود که از سال ۱۹۹۲ تاکنون، این افتخار را به‌تنهایی از آنِ خود می‌کند. در بیانیه اعطای جایزه که روز سه‌شنبه منتشر شد، از «مشارکت‌های تعیین‌کننده او در رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب» تقدیر شده است.
آیس‌کیوب آشکارساز ذراتی است که در حجمی به وسعت یک کیلومتر مکعب از یخ‌های نزدیک قطب جنوب گسترده شده و حاصل تلاش ۴۵۰ پژوهشگر از ۱۴ کشور است. بااین‌حال، به گفته اُلف دانیلسون، فیزیک‌دان دانشگاه اوپسالا و دبیر کمیته نوبل فیزیک، «بدون چشم‌انداز علمی او، انجام این کار غیرممکن بود».
اکونومیست در گزارشی که در ادامه بخش‌هایی از آن را می‌خوانید، به داستان سوژه‌های علمی برندگان نوبل پرداخته، مثل آشکارسازی نوترینو‌ها که به بینش علمی فوق‌العاده‌ای نیاز دارد. نوترینو‌ها از نظر الکتریکی خنثی‌اند - و پیشوند «نوترینـ» در نامشان نیز به همین ویژگی اشاره دارد - و از نظر فیزیکی ذراتی بسیار کوچک هستند؛ ویژگی‌ای که پسوند «ـینو» به آن اشاره می‌کند. در عمل، این ذرات تقریباً از تأثیر دو نیروی الکترومغناطیسی و گرانش در امان‌اند و می‌توانند از میان بیشتر آشکارساز‌های ذرات عبور کنند، بی‌آنکه شناسایی شوند. برهم‌کنش آنها با ماده معمولی عمدتاً به‌واسطه نیرویی صورت می‌گیرد که به‌درستی نیروی هسته‌ای ضعیف نامیده می‌شود.
نوترینو‌ها با وجود ماهیت شبح‌مانندشان، در سراسر جهان فراوان‌اند. این ذرات هم محصول واکنش‌های شکافت هسته‌ای هستند و هم از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای به وجود می‌آیند؛ ازاین‌رو، خورشید منبعی قدرتمند و نزدیک برای آنهاست. در هر ثانیه، حدود ۶۵ میلیارد نوترینوی خورشیدی از سطحی به اندازه ناخن انگشت انسان عبور می‌کنند. واکنش‌های خورشیدی تولیدکننده نوترینو، ذرات دیگری از جمله پروتون‌ها را نیز آزاد می‌کنند. بااین‌حال، گاهی پروتون‌هایی به زمین می‌رسند که انرژی آنها میلیون‌ها برابر بیشتر از انرژی پروتون‌های حاصل از خورشید است. این موضوع نشان می‌دهد منشأ آنها باید منابعی بسیار قدرتمندتر و بسیار دورتر باشد.
هنوز تا حد زیادی مشخص نیست این شتاب‌دهنده‌های طبیعی ذرات دقیقاً چه هستند و چگونه ذراتی با چنین انرژی بالایی تولید می‌کنند. پروتون‌ها بار الکتریکی دارند و در مسیر رسیدن به زمین، تحت‌تأثیر میدان‌های مغناطیسی منحرف می‌شوند؛ بنابراین، بازسازی مسیر آنها تا مبدأ اصلی دشوار است. بااین‌حال، همان فرایند‌هایی که این پروتون‌ها را شتاب می‌دهند، باید نوترینو‌های پرانرژی نیز تولید کنند. در دهه ۱۹۸۰، دکتر هالزن از جمله دانشمندانی بود که دریافتند؛ چون نوترینو‌ها تمایل بسیار کمی به برهم‌کنش با ماده دارند، می‌توانند مسافت‌های عظیمی را بدون مانع طی کنند و به‌عنوان پیام‌رسان‌هایی ایدئال از اجرامی عمل کنند که در غیر این صورت نامرئی می‌مانند.
بااین‌همه یک مشکل اساسی باقی می‌ماند؛ چگونه می‌توان این ذرات را آشکارسازی کرد؟ آشکارساز‌های پیشین نوترینو بر مخازن بزرگی از پرکلرواتیلن، مایعی متکی بودند که در خشک‌شویی استفاده می‌شود. دانشمندان این مخازن را پر می‌کردند و منتظر می‌ماندند تا نوترینو‌ها - که به‌ندرت با اتم‌های مایع برهم‌کنش می‌کنند - سرانجام واکنشی قابل‌شناسایی ایجاد کنند. هرچند می‌شد از رویکردی مشابه برای جست‌وجوی نوترینو‌های نادر فراخورشیدی نیز استفاده کرد، برای آنکه احتمال ثبت حتی یک نوترینو وجود داشته باشد، به آشکارسازی بسیار بزرگ‌تر از نمونه‌های ساخته‌شده پیشین نیاز بود.
به این ترتیب، ایده ساخت آیس‌کیوب (IceCube) شکل گرفت. ساخت این رصدخانه در سال ۲۰۰۴ آغاز شد و در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید. این سامانه تنها دو سال بعد توانست ۲۸ نوترینوی پرانرژی کیهانی را شناسایی کند و پنجره‌ای تازه به روی کیهان بگشاید. روز سه‌شنبه، وقتی از دکتر هالزن پرسیدند این پنجره ممکن است چه راز‌هایی را آشکار کند، او که از طریق تلفن با خبرنگار گفت‌و‌گو می‌کرد، پاسخ داد: «هیجان واقعی ماجرا در این است که هنوز نمی‌توانم به این پرسش پاسخ بدهم.»
برندگان جایزه فیزیولوژی یا پزشکی شاید بتوانند با اطمینان و خوش‌بینی بیشتری درباره مزایای بالقوه پژوهش‌های خود صحبت کنند. کارل دایسروت از دانشگاه استنفورد، پیتر هگمن از دانشگاه هومبولت برلین و گئورگ ناگل از دانشگاه وورتسبورگ به دلیل پایه‌گذاری علم اپتوژنتیک مورد تقدیر قرار گرفتند. این فناوری به عصب‌پژوهان امکان می‌دهد با استفاده از نور، سلول‌های منفرد مغز را در لحظه فعال کنند و از این طریق، دقیقاً مشخص سازند که هر سلول چه نقشی ایفا می‌کند. چنین قابلیتی به پژوهشگران کمک می‌کند هم سازوکار‌های بنیادی زیست‌شناسی عصبی و هم مبانی عصبی بیماری‌ها را بررسی کنند.
داستان این دستاورد به دهه ۱۹۹۰ و پژوهش‌های دکتر هگمن بازمی‌گردد. او در آن زمان بررسی می‌کرد که جلبک‌های تک‌سلولی از سرده کلامیدوموناس (Chlamydomonas) چگونه به نور واکنش نشان می‌دهند. او دریافت که واکنش این جلبک‌ها سریع‌تر از پاسخ مشابه در چشم انسان است. در شبکیه چشم انسان، یک مولکول پروتئینی نور را تشخیص می‌دهد و سپس به طور غیرمستقیم پروتئین دیگری را که کانال یونی نام دارد، فعال می‌کند تا یک سیگنال الکتریکی ایجاد شود. دکتر هگمن این فرضیه را مطرح کرد که در جلبک‌های مورد مطالعه او، این فرایند پیچیده و چندمرحله‌ای به شکلی فشرده‌تر انجام می‌شود.
آزمایش فرضیه او با ابزار‌هایی که در آن زمان در دسترس بود، دشوار از آب درآمد؛ تا اینکه پیشرفت چشمگیر علم ژنومیک به کمکش آمد. گروهی از پژوهشگران ژاپنی نقشه DNA جلبک کلامیدوموناس را تهیه کرده بودند و نشان داده بودند که این DNA حاوی دو ژن است که شباهت‌هایی با ژن‌های مسئول تولید پروتئین‌های حساس به نور در برخی جانداران دیگر دارند. زمانی که دکتر هگمن از دکتر ناگل کمک گرفت، این یافته تأیید شد. دکتر ناگل DNA این دو ژن تازه‌شناسایی‌شده را به تخمک‌های قورباغه وارد کرد. این تخمک‌ها سپس پروتئین‌های موردنظر را در مقادیری تولید کردند که برای آزمایش کافی بود. همان‌طور که دکتر هگمن پیش‌بینی کرده بود، مشخص شد این پروتئین‌ها کانال‌های یونی‌ای هستند که با نور تحریک می‌شوند.
دکتر‌ها ناگل و هگمن که به اهمیت کشف خود پی برده بودند، در مرحله بعد تلاش کردند یکی از این ژن‌ها را - ژنی که پروتئین حاصل از آن امروزه کانال‌رودوپسین-۲ نامیده می‌شود - به سلول‌های کلیه‌ای وارد کنند که از همستر‌ها و جنین‌های انسان گرفته شده بودند. این آزمایش نیز موفقیت‌آمیز بود. به بیان دیگر، آنها راهی برای حساس کردن سلول‌های پستانداران به نور یافته بودند. بااین‌حال، این دکتر دایسروت بود که ایده واردکردن کانال‌رودوپسین-۲ به سلول‌هایی را مطرح کرد که وظیفه اصلی‌شان انتقال سیگنال‌های الکتریکی است؛ نورون‌ها. آزمایش این ایده نشان داد نورون‌های موش صحرایی پرورش‌یافته در محیط کشت، نه‌تنها در معرض نور واکنش نشان می‌دهند، بلکه می‌توانند سیگنال‌ها را به سلول‌های مجاور خود نیز منتقل کنند.
مقاله‌ای که این یافته را اعلام می‌کرد، در سال ۲۰۰۵ منتشر شد؛ اما پژوهشگران دیگری نیز در حال بررسی ایده‌های مشابه بودند. سه سال پیش از آن، گرو میزنبوک که در آن زمان در مرکز سرطان مموریال اسلون کترینگ در نیویورک فعالیت می‌کرد، با استفاده از پروتئینی حساس به نور که از مگس میوه گرفته شده بود، پژوهشی مشابه انجام داده بود. به گفته برخی ناظران، دکتر میزنبوک شاید دلایلی جدی برای دلخوری داشته باشد. ادوارد بویدن، عصب‌پژوه مؤسسه فناوری ماساچوست که زمانی دانشجوی دکتری در دانشگاه استنفورد بود و با دکتر دایسروت همکاری می‌کرد نیز یکی دیگر از افرادی بود که به طرزی غافلگیرکننده در میان برندگان جایزه قرار نگرفت.
بااین‌حال، فارغ از جزئیات مربوط به تقدم در این کشف، این حوزه از آن زمان تاکنون رشدی انفجاری داشته است. آزمایشگاه دکتر دایسروت پیش‌گام این مسیر بود؛ ابتدا آنچه را در سلول‌های موش صحرایی پرورش‌یافته در محیط کشت انجام شده بود، در مغز موش‌های زنده تکرار کرد و سپس روشی ابداع کرد که در آن از فیبر‌های نوری بسیار باریک برای تاباندن نور به گروه‌هایی از نورون‌ها و در نتیجه تحریک آنها استفاده می‌شد. این دو روش در کنار هم به پژوهشگران امکان دادند حرکت سبیل‌های موش را کنترل کنند.
تاکنون هزاران مقاله درباره اپتوژنتیک منتشر شده است. پژوهشگران از این روش در حیوانات برای بررسی افسردگی، اسکیزوفرنی، نابینایی، ناشنوایی، زوال عقل، اعتیاد و اضطراب استفاده می‌کنند، حتی تلاشی نیز برای به‌کارگیری آن به‌منظور بازگرداندن بینایی در افرادی در جریان است که به‌نوعی نابینایی به نام رتینیت پیگمنتوزا مبتلا هستند. درختان تنومند از دانه‌های کوچک می‌رویند یا در این مورد، از جلبک‌هایی کوچک.
جایزه شیمی همان‌طور که اغلب پیش می‌آید، از مطالعه حیات الهام گرفته بود. بسیاری از مولکول‌های ضروری برای زیست‌شناسی کایرال‌اند؛ یعنی می‌توانند به دو شکل آینه‌ای وجود داشته باشند که دست‌کم از نظر نظری، باید به مقدار برابر در جهان یافت شوند. بااین‌حال، طبیعت در انتخاب میان این دو شکل بی‌رحمانه گزینشی عمل می‌کند. در موجودات زنده، اسید‌های آمینه عموماً چپ‌گردند و قند‌ها راست‌گرد. هانری کاگان از دانشگاه پاری‌ساکله و کنسو سوآی از دانشگاه علوم توکیو، به دلیل پیشرفت در مسیر درک چگونگی پیدایش چنین عدم تقارنی، از استکهلم تماس دریافت کردند.
شیمی‌دانان پیش‌تر توانسته بودند مولکول‌هایی با کایرالیته مشخص را به‌صورت گزینشی تولید کنند. بااین‌حال، تمام این واکنش‌ها به یک کاتالیزگر کایرال وابسته بودند؛ کاتالیزگری که اغلب از ترکیبی نامتوازن از مولکول‌های چپ‌گرد و راست‌گرد تشکیل می‌شد. فرض بر این بود که نسبت مولکول‌های چپ‌گرد به راست‌گرد در محصولات واکنش، با نسبت همین مولکول‌ها در خود کاتالیزگر مطابقت خواهد داشت. این مسئله مشکلی ایجاد می‌کرد؛ اگر واکنش فقط می‌توانست عدم تقارن موجود در کاتالیزگر را بازتولید کند، پس عدم تقارن گسترده در مقیاس بزرگ چگونه می‌توانست پدید آید؟
دکتر کاگان در سال ۱۹۸۶ با نشان‌دادن اینکه کاتالیزگر‌های کایرال می‌توانند از این حد فراتر بروند، این فرض را رد کرد. او با استفاده از کاتالیزگری که تعداد مولکول‌های چپ‌گرد آن سه برابر مولکول‌های راست‌گرد بود، توانست واکنش‌هایی طراحی کند که محلولی با عدم توازن شش‌برابری تولید می‌کردند. این پیشرفتی قابل‌توجه بود، اما هنوز برای تبدیل تقارن تقریباً کامل ماده بی‌جان به کایرالیته تقریباً کاملی که در حیات مشاهده می‌شود، کافی نبود.
این دکتر سوآی بود که شکاف باقی‌مانده را پر کرد. او در پژوهشی که در سال ۲۰۰۳ منتشر شد، نشان داد می‌توان محلول‌هایی را که در آنها عدم توازن مولکول‌های کایرال بسیار ناچیز است، به‌گونه‌ای به کار گرفت که کاتالیزگر‌هایی با کایرالیته فزاینده تولید کنند. این تقویت خودبه‌خودی می‌توانست تغییراتی سریع ایجاد کند. برای مثال، دکتر سوآی با تکرار یک واکنش تنها سه بار توانست عدم تقارن محلول را ۶۳۰ هزار برابر افزایش دهد.
واکنشی که امروزه به نام «واکنش سوآی» شناخته می‌شود، سازوکاری نیست که کایرالیته حیات از طریق آن پدید آمده باشد. از یک‌سو، مواد واکنش‌دهنده‌ای که دکتر سوآی به کار برد، چهارمیلیارد سال پیش نمی‌توانستند وجود داشته باشند. بااین‌حال، همان‌طور که یکی از اعضای کمیته جایزه توضیح داد، این نخستین‌بار بود که کسی توانسته بود از ترکیبی از مولکول‌های غیرکایرال، کایرالیته ایجاد کند؛ اتفاقی که از زمان پیدایش حیات، میلیارد‌ها سال پیش، سابقه نداشت.
منبع: فرهیختگان