Нобелиаты-2024: «крестные отцы ИИ», жертвы Хиросимы и Нагасаки, клеточные биологи
Новости науки за 7—13 октября: как прошла Нобелевская неделя
Главными новостями научного мира на уходящей неделе были оглашения имен нобелиатов 2024 года. Уже известны лауреаты Нобелевской премии в области физиологии и медицины, физики, химии, литературы, а в пятницу вручили премию мира. На 14 октября остается только премия по экономике — она войдет в наш следующий обзор.
Физиология и медицина: за открытие микроРНК — крошечного «выключателя» для генов
Нобелевскую премию по физиологии или медицине получили молекулярные генетики Виктор Эмброс из Массачусетского университета и Гэри Равкан из Гарварда — «за открытие фундаментального принципа регуляции активности генов». В 1993 году ученые опубликовали в журнале Cell статьи, в которых описали открытую ими микроРНК и принцип регуляции работы генов, за которую она отвечает.
Все клетки нашего тела содержат ДНК с одним и тем же «текстом». Но почему тогда они такие разные по форме и функциям? Ведь, считанные и развивающиеся по единому сценарию, они должны быть клонами друг друга? Вовсе нет. Просто к «проигрыванию» в клетках «включается» не весь текст ДНК. В каждой ткани активируются лишь определенные гены, отвечающие за конкретные функции — будто клавиши, нажимаемые при проигрывании пьесы на фортепиано. Этот процесс называется экспрессией генов. За такую дифференциацию и отвечает микроРНК: она блокирует активацию тех генов, которые в конкретном типе клеток не нужны.
Ее и ее функции как раз и открыли американские молекулярные биологи, проводя эксперименты на червях-нематодах. Оказалось, что механизм-«включатель» для генов у червя и человека одинаковый: он вообще универсальный для живого мира.
Понимание того, как регулируется активация генов, было недосягаемой целью на протяжении многих десятилетий. Нарушение этой регуляции у человека приводит к серьезным заболеваниям: здесь и рак, и диабет, и многие аутоиммунные заболевания. Глубинное понимание механизма процесса позволяет человечеству, например, надеяться на то, что впоследствии тяжелейшие болезни удастся победить.
Физика: обеспокоенным «отцам» искусственного интеллекта за исследование нейросетей
Нобелевскую премию по физике 2024 года получили Джон Хопфилд из Принстонского университета и Джеффри Хинтон из Университета Торонто «за основополагающие открытия и изобретения, которые позволяют использовать машинное обучение с помощью искусственных нейронных сетей». Методы, которые они разработали, используя принципы физики, легли в основу современных нейросетей и технологий машинного обучения. Как и множество других Нобелевских премий, награда по физике — 2024 хорошо «настоялась»: исследования Хопфилда были опубликованы более сорока лет назад, в 1983 году. А самому ученому уже 91 год!
Говоря об искусственном интеллекте, обычно мы имеем в виду машинное обучение с использованием искусственных нейронных сетей. Изначально эта технология была вдохновлена структурой мозга — сетью нейронов. Искусственная такая сеть представлена узлами, каждый из которых имеет разную значимость. Узлы связаны друг с другом искусственными синапсами, и связь эту можно сделать сильнее и слабее. Сеть обучается, к примеру, путем развития более сильных связей между узлами с одинаково высокой значимостью.
Джон Хопфилд изобрел ассоциативную нейросеть, которая сохраняет и восстанавливает изображения или другие типы шаблонов в массивах данных. В ней используется принцип, эквивалентный законам атомной физики (расчету энергии в спиновой системе). А Джеффри Хинтон использовал сеть Хопфилда в качестве основы для новой нейросети, которая применяет другой метод — машину Больцмана. Ее можно научить выделять определенные свойства в больших массивах данных. Для создания своей сети Хинтон применил инструменты из статистической физики (науки о системах, выстроенных из множества похожих компонентов — молекул, атомов, электронов и т.д.). Его детище стало прообразом больших искусственных нейросетей, которые используются сегодня — потому Хинтона и называют «крестным отцом искусственного интеллекта».
Сегодняшнее взрывное развитие ИИ стало возможным в том числе благодаря работам этих двоих ученых. Однако после объявления лауреатов возникли несколько щекотливых ситуаций. Во-первых, многим физикам стало не очень понятно, при чем здесь, собственно, физика — ведь из нее Хопфилд и Хинтон позаимствовали только принципы, а сами исследования проводились в другой области.
А во-вторых, сами нобелиаты крайне обеспокоены тем, как далеко завели человечество их идеи. Так, Джон Хопфилд в своем выступлении заявил, что сегодняшние успехи в сфере ИИ «крайне тревожные». Все дело в том, что ученые до сих пор не понимают в подробностях, каковы физические механизмы работы систем, которые настолько сложны и обширны. «Они могут обладать свойствами, которые вы, возможно, не сможете интуитивно понять по свойствам элементарных частиц, которые вы в них помещаете. Эта система содержит в себе новую физику, и это надо понимать», — предупредил профессор.
В свою очередь, 77-летний Хинтон сказал: «У нас нет опыта, каково это — взаимодействовать с чем-то, что умнее нас. Это замечательно во многих отношениях — например, в здравоохранении. Однако мы также должны думать и о ряде возможных плохих последствий. В частности, об угрозе того, что эти технологии выйдут из-под контроля».
Химия: биохимику и сотрудникам Google за исследование структуры белка
Нобелевскую премию по химии получили Дэвид Бейкер из Медицинского института Говарда Хьюза, а также двое сотрудников Google DeepMind Демис Хассабис и Джон Джампер.
«Они взломали код удивительных белковых структур, — говорится о лауреатах на сайте Нобелевской премии. — Нобелевская премия по химии 2024 года посвящена белкам — гениальным химическим инструментам жизни. Дэвид Бейкер преуспел в почти невозможном подвиге — создал совершенно новые виды белков. Демис Хассабис и Джон Джампер разработали модель искусственного интеллекта для решения проблемы, которой уже полвека: предсказания комплексной структуры белков по их аминокислотным последовательностям. У этих открытий огромный потенциал».
Белки — класс органических веществ, которые можно по праву назвать основой жизни на Земле. Они управляют всеми биохимическими процессами, могут работать как гормоны, сигнальные вещества, антитела, стройматериал для биологических тканей — словом, без них жизнь непредставима. Длинная молекула белка строится из аминокислот — их всего 20, и из этих кирпичиков создано все многообразие жизни на Земле. Аминокислоты собираются сначала в длинную цепь, а она потом скручивается, сворачивается в трехмерный клубок определенным, строго установленным способом. Эта трехмерная структура и определяет свойства белка.
Дэвид Бейкер в 2003 году сумел разработать новый уникальный белок, не похожий ни на один другой. Эта работа продолжается по сей день — в его научной группе были собраны белки, которых раньше не существовало в природе, но которые очень пригодились всей остальной биологической науке: их можно использовать в качестве лекарств, вакцин, крошечных биологических датчиков и даже наноматериалов.
А открытие Демиса Хассабидиса и Джона Джампера решило одну из самых сложных задач биохимии, над которой с 1970-х годов бились ученые всего мира: как построить трехмерную структуру белка, зная только его аминокислотную последовательность. В 2018 году сотрудники лаборатории Google DeepMind явили миру свой алгоритм машинного обучения AlphaFold. В 2020-м вышла вторая его версия, и с ее помощью удалось точно предсказать структуру всех 200 миллионов белков, которые идентифицированы к настоящему моменту.
Сегодня их вычислительная модель (уже третья версия) используется для решения различных задач: исследование устойчивости бактерий к антибиотикам, поиск потенциальных мишеней для лекарств, реконструкция молекулярных структур, «придумывание» изображений ферментов, которые смогли бы разлагать пластик…
Литература: за «прозу, противостоящую историческим травмам»
Нобелевская премия по литературе отправляется в Южную Корею — новым лауреатом стала писательница Хан Ган. Ее наградили «за сильную поэтическую прозу, которая противостоит историческим травмам и обнажает хрупкость человеческой жизни». Хан Ган стала третьим корейским нобелиатом и первой азиатской женщиной, получившей эту престижную премию. А любители чтения по всему миру облегченно вздохнули: на этот раз Нобелевка по литературе досталась известной писательнице.
А вот самые популярные ставки в букмекерских конторах опять не сыграли. Фаворитом букмекеров была китаянка Цань Сюэ, ей в спину дышали Джералд Мернайн, Энн Карсон, Маргарет Этвуд, румынский прозаик Мирча Кэртэрэску. Но — опять не попали, и миллион шведских крон получает Хан Ган.
В 2014 году вышел ее роман «Человеческие поступки», посвященный трагическим событиям студенческих волнений в Кванджу (май 1980), жестоко подавленных правительством. А в 2016 писательница получила Международную Букеровскую премию за роман «Вегетарианка» (по этому роману Хан Ган в основном и знают в России, хотя и «Человеческие поступки» тоже переведены на русский язык).
Премия мира: японскому объединению выживших жертв Хиросимы и Нагасаки
Нобелевскую премию мира в 2024 году получает японская ассоциация Nihon Hidankyo (Нихон Хиданкё), которая объединяет несколько организаций японцев, которые пережили атомные бомбардировки. Таких людей называют «хибакуся». Формулировка Норвежского нобелевского комитета — «за усилия в достижении мира, свободного от ядерного оружия, и демонстрацию очевидцами свидетельств того, что ядерное оружие никогда больше не должно быть использовано».
За годы своего существования (с 1956 года) Нихон Хиданкё предоставила тысячи свидетельских показаний, опубликовала множество резолюций и обращений, отправила в ООН десятки делегаций. Хибакуся много лет были живым напоминанием необходимости ядерного разоружения. Их страшный опыт уникален, ведь атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки остаются единственными в истории человечества ситуациями, в которых ядерное оружие было применено в боевом режиме. Во время бомбардировки Хиросимы и от лучевой болезни после нее погибли 130 тысяч человек. В Нагасаки ядерная бомба унесла 74 тысячи жизней.
Присуждением премии мира Нихон Хиданкё Норвежский нобелевский комитет желает почтить память выживших, которые, несмотря на свои физические страдания и горечь воспоминаний, решили использовать свой опыт на благо укрепления мира на планете. Хибакуся, по мнению комитета, помогают соблюдать ядерное табу — необходимое условие мирного будущего человечества.
«Сегодняшнее ядерное оружие обладает гораздо большей разрушительной силой. Оно способно убить миллионы и окажет катастрофическое воздействие на климат. Ядерная война может уничтожить нашу цивилизацию», — пишет в своем послании Нобелевский комитет.