Pánové Martin Karplus (USA/Izrael), Michael Levitt (Británie/Izrael) a Arieh Warshel (USA/Izrael) dokázali vytvořit systém, jak v počítači předpovídat průběh velmi složitých chemických reakcí. Například těch, které probíhají mezi ohromnými a velmi složitými molekulami v našich buňkách. Až na úroveň, kde už neplatí newtonovské zákony, ale zákony kvantové mechaniky.
Odkud jsou?Letošní laureáti za chemii jsou dost nesourodá trojice. Martin Karplus se narodil v Rakousku a dnes má má americké a rakouské občanství. Michael Levitt se narodil ve Velké Británii a má americké a britské občanství. Arieh Warshel má americké a izraelské občanství. Společné mají tedy snad jedině to, že všichni významnou část kariéry pracovali (či pracují) na špičkových univerzitách ve Spojených státech. |
Vyvinuli totiž systém, jak v jednom počítačovém modelu spojit newtonovskou a kvantovou fyziku. Jednoduše řečeno si to můžeme představit tak, že důležité, centrální části reakce spočítají pomocí přesnějších, kvantových postupů na úroveň atomových jader a jednotlivých elektronů. Ostatní části reakce se počítají pomocí jednodušších pravidel klasické newtonovské fyziky.
Takový "hybridní" model je nezbytný. Neexistují počítače, které by nějakou i jen trochu složitější reakci dokázaly spočítat na kvantové úrovni v rozumném čase. Před prací letošních laureátů ovšem nebylo vůbec jasné, zda je něco takového vůbec možné a jak na to.
"Ne, že by obor úplně založili, snahy o modelování reakcí až na úroveň jader atomů, probíhaly už na začátku 20. století, ale díky nim je tato metoda dnes použitelná," říká Lubomír Rulíšek z Ústavu organické chemie a biochemie. (Připomíná ale také, že všichni ocenění za sebou mají i spoustu jiné práce, a tak cena je i projevem jejich celkového přínosu pro biochemii.)
Laureáti Nobelovy ceny za chemii. Zleva Martin Karplus, Michael Letvitt a Arieh Warshel.
Doba modelová
Práce letošních laureátů proběhla především v 70. letech. Tehdy položili základy postupů, které pak v posledních zhruba dvou desetiletích zásadně proměnily celou chemii. Díky rozvoji jejich a dalších počítačových modelů se z čistě experimentální vědy změnila na vědu, ve které teorie i pokus mají stejnou váhu.
I chemici s nadsázkou říkají, že před 20 lety chemici, kteří se zabývali "jen" teorií, museli nakonec vždycky poslechnout kolegy, kteří dělali samotné experimenty. Sami teoretici prý dobře věděli, že prakticky nikdy nemají pravdu. Dnes už se bez teoretiků moderní chemie neobejde prakticky nikdy. "Dnes jsou tyto metody na takové úrovni, že mohou opravit i experiment," říká Lubomír Rulíšek.
Modelování v počítači také šetří vědcům spoustu času a peněz. Jeden z členů Švédské akademie, chemik Sven Lidin z univerzity v Lundu, neváhal odhadnout, že až 90 procent pokusů nyní může probíhat jen v počítači. Jde o reakce, jejichž modely jsou už prakticky dokonale přesné. Vědci se tak mohou soustředit na ty zbylé reakce, u kterých je reálná naděje, že objeví něco skutečně zajímavého.
Například vlastnosti "zázračného materiálu" grafenu, za který byla udělena Nobelova cena před třemi lety, byl předpovězeny teoreticky předem. I proto, že byly tyto "odhady" tak fantastické, pokusili se vůbec nějací experimentátoři tento materiál připravit. Díky počítačovým modelům tak dnes mají vědci v rukou materiál, který možná bude zárodkem nové generace počítačů a jiných zařízení.
V případě grafenu nešlo samozřejmě o složitou organickou molekulu, kterými se letošní laureáti zabývají především, ale dobře to ukazuje sílu počítačových modelů jako takových. Jejich použití je ovšem mnohem všestrannější a všechny nově vytvořené léky, nové plasty či sloučeniny dnes vznikají právě i s pomocí počítačových simulací.
Tři ocenění se rovným dílem rozdělí o finanční odměnu ve výši osmi milionů švédských korun, tedy zhruba 24 milionů korun českých. Cenu si spolu s ostatními letošními nobelisty převezmou ve Stockholmu v prosinci.
Udělování Nobelových cen bude pokračovat zítra, tedy ve čtvrtek, kdy se se svět dozví jméno laureáta ceny za literaturu. V pátek pak přijde na řadu cena za mír a v pondělí Nobelova cena za ekonomii. Minulé pondělí byla udělena Nobelova cena za medicínu vědcům objasňujícím přepravu látek v buňce, v úterý pak cenu za fyziku dostali autoři teorie o existenci Higgsova bosonu.
Koho tipovali sázkaři
Agentura Thomson Reuters jako každý rok tipovala tři "favority" na základě množství citací vědců v oboru v posledních letech. Tipy to nejsou obvykle příliš spolehlivé, protože Nobelova komise vybírá z nominací, které dostane ze světa, a ty nijak přímo nesouvisí s počtem citací. Letos jmenovala mezi uchazeči například slavného biochemika, který je autorem celosvětově proslulého a velmi široce používaného Amesova testu (Wikipedie) na určování karcinogenního a mutagenního potenciálu chemických sloučenin.
Na virtuální burze uchazečů o Nobelovy ceny na stránkách Nautil.us zvítězil u burziánů Adriaan Bax, původem Nizozemec žijící nyní ve Spojených státech. Proslul především svou prací na metodách zkoumání bílkovin a nukleových kyselin pomocí tzv. NMR spektroskopie (Wikipedie). Pomocí této metody vědci získali nový způsob, jak přesně určit podobu těchto látek, a díky tomu například určit, které látky by mohly ovlivnit jejich činnost a fungovat například jako léky. Jinými slovy, pro vědce v biochemii jde o klíčovou metodu.
Na druhém místě mezi "obchodovanými komoditami" byl japonský vědec Akira Fujishima. V roce 1967 objevil proces fotolýzy, tedy rozkladu vody na některých látkách při jejich ozáření slunečním zářením (přesněji UV zářením). Dnes se tento a další podobné procesy shrnují pod pojem fotokatalýza, který je v chemii široce využívaný a je i základem řady průmyslových procesů a výrobků. Fujishima byl mezi trojicí, kterou v loňském roce tipovala i agentura Thomson Reuters, takže je opravdu horkým kandidátem.
