Виктория Мишустина

Как правило, бактериофаги имеют небольшие геномы, состоящие из нескольких десятков тысяч пар оснований. Некоторое время назад были опубликованы результаты исследования проб самого разного происхождения: образцы брали из морской и пресной воды, из почвы, горячих источников, слюны и фекалий людей и животных. Метагеномный анализ выявил сотни бактериофагов, геномы которых состояли из более чем 200 тысяч пар оснований. Один из обнаруженных бактериофагов имеет геном из 737 тысяч пар оснований — это абсолютный рекорд для вирусов бактерий. Функции некоторых генов удалось определить: оказалось, что у найденных бактериофагов есть гены, кодирующие тРНК, тРНК-синтетазы, ферменты, модифицирующие тРНК, факторы инициации и элонгации трансляции, рибосомные белки и белки системы CRISPR/Cas, которые используются фагами для регуляции экспрессии клеточных генов и конкурентной борьбы с другими фагами. Бактериофаги (или просто фаги) — это вирусы, заражающие бактерий и архей. Попав в подходящую клетку, бактериофаг (как и любой вирус) подчиняет себе клеточный аппарат синтеза белка, заставляя ее производить белки, необходимые для построения новых вирусных частиц. Такое интенсивное размножение истощает клетку-жертву и в конце концов она погибает. Впрочем, активная фаза размножения вируса не всегда начинается сразу после проникновения в клетку: иногда фаги встраиваются в геном бактерии-хозяина и «затихают» на некоторое время, пребывая в покоящемся состоянии. Такую стадию жизненного цикла вируса называют профагом. Триггером выхода из покоя и начала размножения вируса могут стать неблагоприятные внешние условия, препятствующие размножению бактерий. Бактериофаги были открыты больше ста лет назад. Это произошло после того, как было замечено, что лабораторные культуры бактерий страдают от чего-то, что явно передается из культуры в культуру и при этом является очень маленьким и невидимым. Целенаправленные исследования позволили французско-канадскому микробиологу Феликсу Д'Эреллю разобраться с тем, что именно вызывает гибель бактерий, и объявить об открытии бактериофагов в сентябре 1917 года. Он же первым успешно вылечил пациента от дизентерии при помощи фаготерапии (см. Phage therapy). В доантибиотиковую эпоху это было серьезным успехом. Исследования в этом направлении ведутся и сейчас, поскольку фаготерапия может оказаться действенным оружием против инфекций, вызванных резистентными к антибиотикам бактериями. Больше об истории изучения бактериофагов и о том, как еще их используют, можно узнать из статьи Бактериофаги: 100 лет на службе человечеству. Бактериофаги играют важную роль в природе. Они активно участвуют в круговороте органических веществ на Земле: по некоторым оценкам число вирусных частиц бактериофагов достигает 1032 — больше, чем всех живых существ вместе взятых (C. A. Suttle, 2005. Viruses in the sea). Постоянная «гонка вооружений» с фагами — один из важных факторов, влияющих на эволюцию бактерий (в том числе и появление более опасных штаммов некоторых патогенных видов). В частности, с фагами борется одна из важных составляющих клеточного иммунитета — система CRISPR, которую ученые несколько лет назад приспособили для редактирования генома. Подробнее этот аспект взаимоотношений фагов и бактерий описан в новости Ученые выяснили, почему бактериофагам трудно бороться с иммунной системой бактерий («Элементы», 18.04.2016). Сказанного вполне достаточно, чтобы убедиться в том, что изучение бактериофагов — важная часть современной микробиологии. Проблема, однако, в том, что это очень сложно делать. Частицы фагов мелкие, из-за чего их сложно выделять из среды и исследовать. Для их размножения (и существования хоть сколько-нибудь продолжительное время) требуются культуры бактерий, специфичные для изучаемых фагов, и так далее. И здесь на помощь ученым приходит метагеномика. С развитием ее методов ученые получили возможность выделять генетический материал, содержащийся в пробах из окружающей среды — воды, почвы, грунта из водоемов и т. д. Сейчас буквально можно взять каплю любой грязи и восстановить геномы всех микробов, присутствующих в ней в значимом количестве. Метагеномика приоткрыла завесу тайны над тысячами видов архей, бактерий и вирусов, которые не поддаются культивации в лабораторных условиях (а таких видов среди микроорганизмов большинство): удалось получить последовательности их геномов, предсказать в них гены с известными функциями и составить некоторое представление о биологии этих организмов. Недавно в журнале Nature были опубликованы результаты масштабного метагеномного исследования, в ходе которого были получены геномные последовательности сотен прежде неизвестных фагов с необычно большими геномами. Надо сказать, что большинство из известных ранее ученым бактериофагов имеют довольно миниатюрные геномы по сравнению с вирусами эукариот. По состоянию на 2017 год были описаны только 93 фаговых генома, состоящие из более чем 200 тысяч пар оснований. Вирусам, в том числе бактериофагам, большой геном, содержащий множество генов, обычно оказывается попросту не нужен: многие ферменты, необходимые для размножения, вирусы заимствуют у клетки-хозяина. Кроме того, большой геном требует больших энергетических затрат для удвоения и упаковки в капсид. Тем не менее, ранее некоторые фаги с большими геномами уже были описаны. Фаги с геномами, в которых от 200 до 500 тысяч пар оснований объединили в группу «джамбофаги» (см.: Y. Yuan, M. Gao, 2017. Jumbo Bacteriophages: An Overview), а фаги с геномами более 500 тысяч пар оснований — в группу «мегафаги» (A. E. Devoto et al., 2019. Megaphages infect Prevotella and variants are widespread in gut microbiomes). В обсуждаемой работе были описаны представители обеих этих групп, поэтому авторы не делали разделения, называя все фаги с большими геномами просто огромными ('huge phages'). Ученые секвенировали ДНК из проб морской и пресной воды, донных осадков, почв, горячих источников, а также из образцов животного и человеческого происхождения (фекалий, выделений ротовой полости) — всего было отобрано 45 проб. Из полученных генетических последовательностей исследователи сумели выделить 351 ранее неизвестную последовательность фагового происхождения, из которых 175 могли принимать кольцевую форму (в большинстве случаев геномы фагов представлены кольцевой молекулой ДНК). Среди этих 175 последовательностей ученым удалось почти полностью собрать 35 новых геномов фагов длиной более 200 тысяч пар оснований. В самом крупном найденном исследователями геноме 735 000 пар оснований — небывалый для вирусов бактерий размер (это больше, чем у некоторых бактерий!). А еще три фаговых генома имеют размер около 640 тысяч пар оснований. До этого рекордный фаговый геном имел 596 тысяч пар оснований. Также был обнаружен один профаг. Некоторые из собранных фаговых геномов имеют очень низкую для вирусов плотность кодирующих последовательностей (то есть в этих геномах функциональные гены сильно разбавлены некодирующими последовательностями😞 в девяти случаях эта плотность ниже 78%. Авторы исследования предполагают, что обладатели этих геномов используют нестандартный генетический код, отличающийся от того, который использует подавляющее большинство живых организмов. У этих фагов стоп-кодон UAG является кодирующим, поэтому процесс трансляции на нем не обрывается, а продолжается далее. Это пока не позволяет предсказать все гены в их геномах. К слову, нестандартность генетического кода — не уникальное явление. Оно было ранее описано у инфузорий, бактерий, дрожжей и даже у нематод (см. новость Генетический код допускает разночтения («Элементы», 14.01.2009), а также статьи Неоднозначность стоп-кодонов и Самые нестандартные генетические коды). Нестандартный код ранее был описан и у фагов (A. E. Devoto et al., 2019. Megaphages infect Prevotella and variants are widespread in gut microbiomes). Чем обусловлено увеличение размера генома у огромных фагов? Является ли оно результатом недавнего увеличения геномов фагов с геномами обычного размера, или же огромные фаги — это совершенно особая группа вирусов бактерий, имеющая необычный для фагов набор генов и уникальную жизненную стратегию? Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи построили филогенетическое дерево огромных фагов на основании аминокислотных последовательностей большой субъединицы терминазы (фермент, необходимый для упаковки вирусной ДНК в капсид) и белков капсида (рис. 2). Многие огромные фаги образовали на дереве хорошо обособленные клады, что подтверждает общность их происхождения. Из известных ранее фагов в клады огромных фагов удалось с большой степенью достоверности поместить только фаги с геномами из не менее чем 120 тысяч пар оснований. Примечательно, что четыре фага с самыми крупными геномами вошли в состав одной клады и, следовательно, являются близкими родственниками. Тот факт, что огромные фаги на эволюционном дереве группируются друг с другом, свидетельствует, что большой размер генома оказался довольно стабильным признаком, сохранявшимся в ходе эволюции. При этом в состав одной и той же клады нередко попадали фаги, выделенные из проб совершенно разного происхождения, что свидетельствует о необычайно широком распространении огромных фагов в окружающей среде. Исследователи также определили, какие бактерии являются хозяевами огромных фагов. Дело в том, что огромные фаги содержат собственные системы CRISPR/Cas, которые используют для регуляции экспрессии генов бактерии-хозяина и конкурентной борьбы друг с другом. Спейсеры в фаговых системах CRISPR/Cas соответствуют фрагментам геномов их бактерий-хозяев, поэтому, анализируя спейсеры в составе фаговой системы CRISPR/Cas, можно установить, какие бактерии этот фаг поражает. Выяснилось, что большинство бактерий-хозяев огромных фагов относится к типам фирмикуты и протеобактерии. Более того, оказалось, что родственные огромные фаги чаще всего поражают также родственные друг другу бактерии. Любопытно, что огромные фаги не имеют собственного аппарата вставки новых спейсеров в локус CRISPR, а также ферментов, которые разрушают ДНК, комплементарно взаимодействующую с crРНК. Для этих целей они заимствуют соответствующие ферменты у бактерии-хозяина. Среди генов огромных фагов, функции которых удалось предсказать, оказалось много таких, чьи белковые продукты значительно изменяют биологию клетки-хозяина. Так, в геномах огромных фагов закодированы белки, которые локализуются в клеточной мембране и на поверхности клетки и, вероятно, препятствуют заражению клетки другими фагами, — это своего рода инструмент конкуренции между фагами. Многие огромные фаги имеют ферменты биосинтеза пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, входящих в состав нуклеотидов, а также ферменты, катализирующие химические превращения нуклеотидов. Любопытно, что похожие гены есть у бактерий, которые имеют чрезвычайно маленькие клетки и ведут симбиотический образ жизни (C. J. Castelle et al., 2018. Biosynthetic capacity, metabolic variety and unusual biology in the CPR and DPANN radiations). Многие огромные фаги имеют гены, белковые продукты которых участвуют в транскрипции и трансляции. В геноме огромного фага может быть закодировано до 67 транспортных РНК (тРНК), играющих важнейшую роль в биосинтезе белков, причем их последовательности отличаются от последовательностей тРНК бактерий-хозяев. Можно сказать, что чем больше геном фага, тем больше в нем генов тРНК. Геномы огромных фагов кодируют до 15 аминоацил-тРНК-синтетаз (эти ферменты связывают тРНК с аминокислотами при синтезе белка), а их аминокислотные последовательности тоже заметно отличаются от последовательностей аналогичных ферментов бактерий-хозяев. Вероятно, собственные тРНК-синтетазы огромные фаги используют для того, чтобы «красть» аминокислоты у клетки-хозяина и встраивать их в свои белки при помощи собственных тРНК. У некоторых огромных фагов даже есть ферменты, модифицирующие тРНК, а также ферменты, «склеивающие» молекулы тРНК, разрушенные защитными системами бактерии-хозяина. Многие белки огромных фагов служат для «переманивания» аппарата трансляции клетки-хозяина на трансляцию фаговых мРНК. К числу таких фаговых белков относятся некоторые факторы инициации трансляции, а также рибосомные белки. Фаговые рибосомные белки, вероятно, встраиваются в рибосомы бактерий вместо бактериальных белков, и рибосомы, содержащие фаговые белки, начинают трансляцию преимущественно фаговых мРНК, а не бактериальных. Но одной инициацией трансляции дело не ограничивается: в геномах многих огромных фагов закодированы собственные факторы элонгации трансляции, что, вероятно, повышает эффективность синтеза вирусных белков в ходе инфекции. В геномах огромных фагов удалось выявить и факторы терминации трансляции, а также транспортно-матричные РНК и белок SmpB, которые необходимы для отделения от мРНК «зависших» рибосом (когда мРНК повреждена или не имеет стоп-кодона, рибосома часто не может завершить трансляцию и «зависает» на ней). Но помимо описанных выше генов с понятными функциями, у огромных фагов есть много генов с непонятной ролью. Пока лишь ясно, что они не свойственны другим вирусам, описанным на данный момент. Обсуждаемая работа показала, что огромные фаги — это совершенно особая группа вирусов прокариот. Но пока всё, что мы о них знаем, получено из метагеномных исследований. Для полноценного изучения этих необычных вирусов нужны их вирионы. Желательно вообще научиться выращивать их в лабораторных условиях. Будем надеяться, что вскоре микробиологи продвинутся в этих исследованиях. Источник: B. Al-Shayeb et al. Clades of huge phages from across Earth’s ecosystems // Nature. 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2007-4. Елизавета Минина

Во второй половине 2020 года ожидается релиз следующего поколения складных гаджетов Samsung — Galaxy Fold 2. Релиз устройства может состояться в третьем квартале вместе с линейкой Galaxy Note 20, но в сети уже появились подробности об основных характеристиках устройства. Об этом сообщает XDA Developers. Смартфон разрабатывается под кодовым названием Project Champ или Prjoect Winner 2 внутри компании. Основным дисплеем станет гибкий Dynamic AMOLED с диагональю 7,59 дюйма, разрешением 2213x1689, плотностью пикселей 372 ppi и частотой обновления изображения 120 Гц. Samsung планировала установить в Galaxy Fold 2 подэкранную фронтальную камеру, но от этой идеи пришлось отказаться из-за сроков поставок. Передняя камера в новом складном гаджете будет размещена в привычном для смартфонов Samsung вырезе на экране. Как и Galaxy Z Flip, складной дисплей Fold 2 получит ультратонкое стекло. Диагональ внешнего экрана девайса составит 6,23 дюйма, разрешение 819x2267, частота обновления стандартная — 60 Гц. Здесь также будет установлена фронтальная камера в вырезе. Galaxy Fold 2 появится в двух вариантах — с поддержкой 4G и 5G. В обе версии устройства установят Snapdragon 865 или Snapdragon 865+. Смартфон будет поддерживать стилус S Pen. Планируется две модификации памяти: на 256 ГБ и на 512 ГБ. За автономность будет отвечать аккумулятор на 4500 мАч с 25-ваттной быстрой зарядкой и поддержкой беспроводной зарядки. Неизвестно, сколько будет стоить устройство, но, скорее всего, гаджет окажется дороже «раскладушки» Galaxy Z Flip, которая в России продается за 100 тысяч рублей.

Физики смоделировали систему двух квантовых точек с одноэлектронными переходами для теоретической оценки термодинамических характеристик демона Максвелла с учетом информации и возвратного действия измерений. Они продемонстрировали возможность преобразования тепла в работу за счет информации и получили кривые зависимостей тепла и мощности от запирающего напряжения и степени туннелирования. Статья опубликована в журнале Physical Review B. Максвелл поставил свой знаменитый мысленный эксперимент с участием демона Максвелла в 1867 году. Сформулировал он его так: герметичный сосуд, заполненный молекулами, разделен перегородкой с дверцей. Этой дверцей управляет демон — он измеряет скорости молекул и избирательно пропускает в один отсек быстрые молекулы, а в другой — медленные, что в конечном итоге разделит все молекулы сосуда на две части относительно средней скорости изначального газа. В разных отсеках после разделения частиц будут разные средние скорости. Температура напрямую зависит от средней скорости частиц, а значит демон создаст разницу температур между двумя частями сосуда. Демон своими действиями упорядочил молекулы, и тем самым уменьшил энтропию системы, что на первый взгляд противоречит второму закону термодинамики. Схематическое изображение классического мысленного эксперимента wikimedia commons С развитием теории информации ученые предложили новый подход к решению этого парадокса: демон собирает и запоминает информацию о скорости движения каждой частицы, но когда память переполняется, демон удаляет всю информацию, что увеличивает энтропию системы в целом. Таким образом, второй закон термодинамики должен учитывать наличие информации в этой системе. Согласно принципу Ландауэра на один бит информации при комнатной температуре выделяется как минимум 2.87*10-21 джоуля, и хотя эта величина невелика, при количестве частиц порядка 1023 она уже вносит ощутимый вклад в энтропию системы. На сегодняшний момент система с демоном Максвелла много раз моделировалась в лабораторных условиях, ученые использовали такие системы, как броуновские частицы, молекулярные машины, фотонные и электронные системы, ультрахолодные атомы и даже молекулы ДНК. Для исследования термодинамики информации интересной кажется система квантовых точек, в которой измеряется заряд одного электрона, потому что электроны напоминают частицы газа в оригинальном мысленном эксперименте. Одноэлектронные транзисторы и квантовые точечные контакты — распространенные детекторы заряда — связаны с электрической схемой, и если ток через детектор чувствителен к близлежащим зарядам, то отдельные туннелирующие явления электронов могут быть замечены сразу же. Ученые уже осуществляли некоторые экспериментальные реализации такой системы в качестве двигателя Сциларда — прикладного аналога демона Максвелла. Бьёрн Аннби-Андрессон (Björn Annby-Andersson) со своими коллегами из университета Лунда теоретически смоделировал проявление демона Максвелла в системе двух квантовых точек с одним электроном и продемонстрировал, как конвертировать тепло в работу с помощью информации. В модели они реализовали непрерывное измерение зарядов квантовых точек и продвижение электрона против приложенного напряжения по возвратной схеме. Модель включала в себя электронную систему из двух квантовых точек с одним энергетическим уровнем и резервуар электронов с той же температурой. Аналогичные операции другие ученые проводили с одной квантовой точкой или с металлическими островками, но в этой работе физики рассмотрели более реалистичный детектор со своим уровнем шума и выбрали квантовые точки в качестве тел за счет возможности подбирать степень туннелирования электронов. Они выбрали достаточно большую энергию кулоновского отталкивания, чтобы в задаче рассматривать только один электрон, и пренебрегли вырожденными состояниями электрона, например, наличием спиновой вырожденности. И таким образом система могла находиться в трех состояниях: заряжена левая квантовая точка, заряжена правая квантовая точка или обе точки не заряжены. Визуализация цикла работы демона Максвелла, кривыми стрелками обозначено туннелирование электрона. Подобное событие регистрируется детектором и энергетические уровни меняются, как показано вертикальными линиями Björn Annby-Andersson / Physical Review B, 2020 Для рассмотрения сложной задачи с ошибками физики сначала разобрались с тем, что будет в случае идеальности всех операций. Для идеальности они использовали три допущения: измерения заряженности квантовой точки безошибочны, а потому в любой момент ученые могут быть уверены в состоянии системы, возвратное воздействие применяется мгновенно и температуры подобраны таким образом, что вероятность нахождения системы в состоянии высшей энергии практически нулевая, а в состоянии наименьшей энергии — стопроцентная. Тогда процесс можно описать так: (1) Сначала квантовые точки пустые, в таком положении единственное возможное событие — туннелирование электрона из резервуара электронов в левую квантовую точку, при этом энергетические уровни немедленно достигают нижнего положения; (2) Электрон туннелирует к правой квантовой точке и энергии уровней соответственно поднимаются; (3) Электрон туннелирует в электронный резервуар и система приходит в начальное положение. В таком случае совершается работа против приложенного напряжения и температура электронного резервуара понижается. При исследовании статистических моментов распределения электрона ученые выяснили, что транспортное, тепловое и рабочее распределение не подчиняется нормальному распределению, а суммарное изменение энтропии системы — сумма энтропии демона Максвелла и электрической схемы резервуаров и квантовых точек — больше нуля, что подчиняется второму закон термодинамики. Затем ученые перешли к рассмотрению неидеального демона, они добавили задержку измерения в качестве шума детектора заряда и ослабили условия на вероятности нахождения в состояниях максимальной и минимальной энергии. Физики смоделировали методом Монте-Карло четыре различных типа поведения системы с реалистичным детектором — медленный, шумный, близкий к идеальному детектору и шумный и медленный. Они вычислили среднюю из десяти тысяч симуляций мощность тепла и работы и пришли к выводу, чем больше зашумленность детектора, тем меньше область действия демона Максвелла. Зависимость мощности от запирающего напряжения между квантовыми точками в случае неидеального детектора Björn Annby-Andersson / Physical Review B, 2020 При малой степени туннелирования электрона система может рассматриваться, как идеальная, и электронные траектории хорошо описываются. Если начать увеличивать степень туннелирования, то ученые все еще смогут оперировать демоном Максвелла, но идеальные параметры мощности станут недостижимыми. Еще большее увеличение степени туннелирования электрона не позволяет точно описывать траектории электронов и система переходит в состояние электронного насоса за счет напряжения управления. Зависимость мощности от степени туннелирования электрона. Левее черной вертикальной линии реализуется демон Максвелла, правее - электронный насос за счет управляющего напряжения Björn Annby-Andersson / Physical Review B, 2020 Два года назад американские физики получили экспериментальную модель демона Максвелла на примере упорядочивания 50 атомов цезия в трехмерной оптической ловушке. А о других мысленных экспериментах можно прочитать в нашем материале — «Не вставая с дивана».

Нобелевскую премию по физике 2019 года присудили Джеймсу Пиблсу (James Peebles), за «теоретические открытия в области космологии», Мишелю Майору (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Queloz) за «открытие экзопланеты на орбите вокруг солнцеподобной звезды». По словам Нобелевского комитета, оба этих открытия позволили по-новому взглянуть на место человека во Вселенной. Прямая трансляция объявления победителя ведется на сайте Нобелевского комитета. Подробнее о заслугах ученых можно узнать из пресс-релиза Нобелевского комитета. Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2019 год: Джеймс Пиблс, Мишель Майор и Дидье Кело Ill. Niklas Elmedhed // Nobel Media Первую половину премии в этом году получил Джеймс Пиблс, который вместе с Яковом Зельдовичем заложил основы теоретической космологии. В настоящее время космологи довольно много знают о строении и истории Вселенной — в частности, физики могут рассчитать возраст Вселенной и проследить ее эволюцию вплоть до Большого взрыва, примерно назвать время, когда сформировались первые звезды и галактики. Однако так было далеко не всегда — долгое время космология оставалась чисто теоретической наукой, которую было очень сложно проверить с помощью прямых измерений. Джеймс Пиблс (с соавторами) теоретически предсказал ряд эффектов, которые указали астрономам верное направление поисков и впоследствии помогли подтвердить верность физических принципов, положенных в основу космологии. В основном предсказания Джеймса Пиблза были посвящены спектру реликтового излучения — одного из немногих объектов, которые напрямую связаны с ранней эпохой жизни Вселенной. Вообще говоря, реликтовое излучение было теоретически предсказано в 1948 году, а в 1965 году его случайно зарегистрировали Арно Пензиас и Роберт Вильсон, которые впоследствии получили за это открытие Нобелевскую премию по физике. Однако предсказания Пиблса связаны не с фактом существования реликтового излучения, а с его свойствами. Во-первых, нобелевский лауреат показал, что реликтовое излучение играет важную роль в формировании галактик. Во-вторых, Пиблс рассчитал спектр флуктуаций реликтового излучения — в частности, оценил, как излучение будет выглядеть, если добавить к обычной материи холодную темную материю, и показал, что в такой модели относительная амплитуда колебаний температуры излучения находится на уровне 5×10−6. В-третьих, физик добавил в модель темную энергию с отрицательной плотностью и снова пересчитал спектр излучения. Кроме того, Пиблс изучил, как введенные им гипотетические сущности сказываются на эволюции Вселенной в целом и формировании галактик в частности. Схематическое изображение эволюции Вселенной, включая момент, начиная с которого до нас доходит реликтовое излучение Nobel Media Впоследствии все эти предсказания были подтверждены спутниками COBE, WMAP и Planck. Именно благодаря расчетам космологов и измерениям спутников мы знаем, что Вселенная на 5 процентов состоит из обычной материи, на 26 процентов из темной материи и на 69 процентов из темной энергии. Попробовать себя в роли нобелевского лауреата и оценить, как состав Вселенной сказывается на спектре реликтового излучения, можно с помощью следующей интерактивной модели. Вторую половину премию получили Мишель Майор и Дидье Кело, открывшие первую экзопланету на орбите солнцеподобной звезды — горячий Юпитер, вращающийся вокруг желтого карлика Гельветиоса в созвездии Пегаса. Для этого ученым пришлось разработать сверхточный спектрометр, который чувствовал слабые смещения спектра звезды, сопровождающие вращение планеты. После этого открытия астрономы, поверившие в возможности измерительных приборов, открыли более 4000 «новых миров», разбросанных по Млечному пути (интересное совпадение: количество открытых экзопланет примерно равно числу цитирований статьи Майора и Кело). Некоторые из этих миров даже какое-то время считались потенциально обитаемыми. Метод, с помощью которого астрономы нашли экзопланету, был основан на эффекте Доплера. Чтобы понять, как работает этот метод, рассмотрим упрощенный пример звездной системы с одной массивной планетой. В такой системе и звезда, и планета будут обращаться вокруг общего центра масс. Если представить, что орбита планеты лежит в плоскости наблюдений, звезда в разные моменты времени будет двигаться с ненулевой скоростью по направлению к Земле и от Земли. Следовательно, из-за эффекта Доплера спектр ее излучения будет «краснеть» или «синеть». Чем тяжелее планета и чем ближе к звезде она расположена, тем быстрее она будет двигаться и тем заметнее будут сдвиги спектра. В частности, Майор и Кело зарегистрировали сдвиги примерно на 59 метров в секунду при погрешности спектрометра около 13 метров в секунду. Принцип, благодаря которому была открыта первая экзопланета на орбите звезды солнечного типа Nobel Media Стоит отметить, что астрономы находили экзопланеты еще до открытия Майора и Кело. Например, в 1992 году Александр Волшчан (Aleksander Wolszczan) и Дайл Фрейл (Dale Frail) сообщили об открытии экзопланеты рядом с пульсаром PSR B1257+12. Впрочем, из-за ошибочных сообщений об экзопланетах вокруг других пульсаров, а также о сомнениях в существовании таких планет в принципе астрономы отнеслись к этому сообщению скептически. Открытие Майора и Кело таким сомнениям не подвергалось. Незадолго до вручения Нобелевской премии агентство Clarivate Analytics пытается предсказать возможных кандидатов, ранжируя ученых по числу цитирований. В этом году агентство предложило трех кандидатов-физиков. Первый кандидат — Артур Эккерт, работавший в области квантовой криптографии и предложивший применять квантовую запутанность в шифровании. Второй кандидат — Тони Хайнц из Стэнфорда, внесший вклад в исследования наноразмерных материалов. Третий кандидат — Джон Пердью из Темпльского университета, разработавший широко известную теорию функционала плотности. Впрочем, обычно прогноз опережает решение нобелевского комитета на несколько лет. В частности, в 2013 году Clarivate Analytics выдвигала Майора и Кело в качестве возможных кандидатов. В прошлом году Нобелевскую премию по физике присудили Артуру Эшкину (½ премии), Жерару Муру (¼ премии) и Донне Стрикленд (¼ премии) за «новаторские изобретения в области лазерной физики». Если точнее, Эшкина наградили за создание оптического пинцета, а Муру и Стрикленд — за разработку метода генерации ультракоротких высокоинтенсивных лазерных импульсов. В настоящее время оба метода широко применяются не только в физике, но и в сопредельных науках — например, в биологии и медицине. Подробнее про работу нобелевских лауреатов можно прочитать в тексте «Скальпель и пинцет». В 2017 году Нобелевскую премию по физике разделили Райнер Вайсс (½ премии), Барри Бэриш (¼ премии) и Кип Торн (¼ премии), награжденные «за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн». Благодаря работе ученых астрономы получили еще один канал наблюдений за Вселенной, с помощью которого можно проверить несколько недоступных ранее гипотез. Например, уточнить уравнение состояния нейтронных звезд и измерить скорость расширения Вселенной еще одним независимым способом. Более подробно про историю и работу детектора LIGO, а также про будущее гравитационной астрономии можно прочитать в материалах «Тоньше протона», «За волной волна» и «Ботаники в неведомой стране». Чтобы компенсировать «потери» от вручения Нобелевских премий, организации церемонии награждения и содержания административного аппарата, фонд Нобеля вкладывает свои средства в ценные бумаги. В разные года соотношение доходов и расходов фонда получается разным, поэтому и размер премии строго не фиксирован. Например, в 2001 году лауреаты получили около 12 миллионов шведских крон, в 2007 году — около 10 миллионов, в 2012 — 8 миллионов. В этом году, как и в прошлом, премия составляет 9 миллионов крон (около 900 тысяч долларов или около 60 миллионов рублей по текущему курсу). Кроме того, нужно учитывать, что лауреатам придется разделить 9 миллионов крон между собой, так что размер выплаты каждому награжденному физику сильно меньше заветного миллиона долларов. Таким образом, Нобелевская премия — это далеко не самая прибыльная, хотя и самая престижная премия по физике. Своеобразной альтернативой этой премии в последние годы стал Breakthrough Prize, который составляет три миллиона долларов для каждого лауреата.