Названные лауреаты Госпремии в области науки и технологий 2024 года заслужили признание благодаря своим прорывным работам, открывающим новые направления в науке. В этом году жюри проявило разнообразие, выделив достижения не только в медицине и науках о жизни, но и в таких областях, как генетика, история и математика, что произошло впервые с 2013 года.
Одним из заметных лауреатов стал Максим Никитин, доктор физико-математических наук из МФТИ. Его исследование касается двойной спирали ДНК, структуры, которая определяет основы современной генетики и была признана одной из величайших находок XX века. Со времен своего открытия в 1950-х годах двойная спираль оставалась основным символом генетических исследований, обеспечивая надежное хранение и обработку генетической информации.
Однако Никитин начал ставить под сомнение классические представления о комплементарности цепочек ДНК. Двойная спираль состоит из четырех нуклеотидов — аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые соединяются строго по определённым правилам: А всегда связывается с Т, а Г — с Ц. Это строгое соответствие обеспечивает стабильность структуры, что критически важно для хранения генетической информации о болезни, внешности и даже чертах характера.
Тем не менее, ученый обратил внимание на короткие цепочки ДНК с низкой степенью комплементарности, в которых количество общих элементов между цепочками минимально. Это новое направление исследований может изменить представления о механизмах генетической информации и её передачи. Работы Никитина открывают путь для дальнейших открытий в области биологии и медицины, что подтверждает высокую значимость его вклада в науку.
На первый взгляд, короткие цепочки ДНК кажутся недолговечными и незначительными по сравнению с двойной спиралью. Однако, как выяснил ученый Никитин, они могут играть важную роль в передаче информации.
Главное открытие заключается в том, что силу связи между короткими цепочками можно настраивать в зависимости от количества комплементарных пар.
Для иллюстрации Никитин использует аналогию с бульоном, в котором плавают короткие ДНК. Допустим, есть цепочка A с интересной информацией и цепочка Г, которая максимально не совместима с A. Казалось бы, передача информации невозможна. Но в этом процессе может участвовать цепочка Б, часть которой схожа с A. Кратковременное взаимодействие между цепочками Б и A позволяет обмениваться информацией, даже если напрямую этого сделать невозможно.
Далее, цепочка Б может передать информацию цепочке В, а та — уже Г. Таким образом, передача информации напоминает распространение слухов: сообщение перемещается от одного к другому.
Это открытие, названное «молекулярной коммутацией», бросает вызов традиционным представлениям о генетике, основанным на модели двойной спирали. Оно открывает новые горизонты для изучения разнообразных биологических процессов, включая генетику, сложные заболевания, память и старение, а также может пролить свет на вопросы возникновения жизни и её эволюции.
Работа Никитина привлекла внимание ученых из различных областей: биологии, физики, химии, математики и генетики. Они активно исследуют, как его открытия могут быть применены в таких сферах, как старение, происхождение жизни, кратковременная память и разработка новых лекарств и компьютерных систем на основе ДНК. Это создает уникальные возможности для решения актуальных научных задач.
Одним из ключевых фигурантов в этой области является Николай Кузнецов, профессор Санкт-Петербургского государственного университета и член-корреспондент РАН. Он заявил о себе как о ведущем российском математике, сделавшем открытие, которое стало основой для нового научного направления. За развитие теории скрытых колебаний Кузнецов был удостоен государственной премии.
Жюри особо подчеркнуло, что теория скрытых колебаний открыла новые горизонты для анализа устойчивости систем, что позволяет выявлять нежелательные колебания и предотвращать техногенные катастрофы. Например, благодаря этим математическим методам стало возможным выяснить причины аварии на Саяно-Шушенской ГЭС и оценить риски, связанные с опасными колебаниями. Таким образом, работа Кузнецова и Никитина имеет значительное значение для науки и технологий.
Суть рассматриваемого явления заключается в наличии скрытых колебаний в технических системах, которые могут не проявляться при обычной эксплуатации, но возникать под определенным воздействием. Эти колебания представляют собой опасность, особенно в критических ситуациях, и могут привести к серьезным последствиям, как это случилось на Саяно-Шушенской ГЭС, где нарушения в динамике гидроагрегата вызвали катастрофу.
Для предотвращения подобных инцидентов необходимо выяснить границы устойчивости системы. Математическая теория Кузнецова применяется для анализа поведения технических устройств и выявления условий возникновения скрытых колебаний.
Одним из лучших примеров является явление флаттера — вибрации крыла самолета, которая может привести к его разрушению при определенных условиях. Известный математик Мстислав Келдыш еще до Второй мировой войны описал флаттер, отмечая, что некоторые его выводы основаны на интуиции, так как тогда отсутствовали нужные математические инструменты.
Его исследования помогли многим самолетам избежать флаттера, что в конечном итоге спасло жизни летчиков.
Теория скрытых колебаний значительно изменила подход к оценке устойчивости технических систем, позволяя четко установить условия, при которых возможны скрытые колебания. Эти скрытые колебания могут привести к катастрофам, если параметры функционирования системы будут превышены.
Методы Кузнецова, разработанные на основе этой теории, нашли применение в различных отраслях, включая проектирование систем управления для электростанций, авиации, буровых установок и телекоммуникационных сетей.
Устойчивость сельских поселений Ополья оказала значительное влияние на стабильность всей Северо-Восточной Руси. В этих поселениях проживали не только земледельцы, но и представители элиты, служившие князю.
Важной частью научной деятельности Макарова стали раскопки на территории Кремля, который славился своими храмами, но был долгое время закрытой для археологов. Несколько лет назад ученым удалось получить разрешение на исследования, что открыло новые возможности для изучения.
В ходе работ были обнаружены уникальные объекты, среди которых сооружения Чудова монастыря и здания Приказов, представляющие центральные органы управления Русского государства. Как отмечает Макаров, «Кремлевский культурный слой открывает новые аспекты истории как города, так и страны в целом, демонстрируя путь Москвы от обычного городка до мощного центра государства».
Сенсацией стало инициированное Макаровым исследование генофонда древнего населения Русской равнины, охватывающее период от каменного века до средневековой Руси с акцентом на генетический облик Рюриковичей. Ранее такие исследования проводились преимущественно за границей, однако этот проект стал первым, где вся лабораторная работа выполнена в России.
В результате был осуществлён полногеномный анализ костных останков князя Дмитрия Александровича, сына Александра Невского, который стал первым расследованным представителем рода Рюриковичей с документированными останками.
