Šī gada oktobra otrajā nedēļā Zviedrijas Karaliskā Zinātņu akadēmija (The Royal Swedish Academy of Sciences) paziņojusi Nobela prēmijas laureātus.

Fizioloģijā vai medicīnā - 2019. gada Nobela balva fizioloģijā vai medicīnā ir kopīgi piešķirta Viljamam Kelinam (William G. Kaelin Jr, 1/3; ASV), Pīteram Retklifam (Sir Peter J. Ratcliffe, 1/3; Lielbritānija) un Gregam Semensam (Gregg L. Semenza, 1/3; ASV) "par atklājumiem, kā šūnas apzinās un pielāgojas skābekļa pieejamībai".

Nobela komiteja atzīmēja, ka skābekļa nozīme jau sen ir noskaidrota, taču līdz šim nebija zināms, kā šūnas pielāgojas skābekļa līmeņa izmaiņām. Nobela balvas komitejas loceklis Randals Džonsons (Randall Johnson) raksturoja triju zinātnieku darbu kā "mācību grāmatas atklājumu": „Tas ir kaut kas tāds, ko bioloģijas studenti nākotnē mācīsies. Viņi jau 12 vai 13 gadu vecumā varēs apgūt šūnu funkcionēšanas fundamentālos pamatus". Laureāti ļoti lielā mērā paplašinājuši mūsu zināšanas par to, kā fizioloģiskās atbildes reakcijas padara dzīvību iespējamu" un parādījuši "nepieciešamos aktierus, kuri izdomājuši, kā šī lieta darbojas". Paziņojot par balvu Karolinskas institūtā Stokholmā pirmdien, 7. oktobrī Nobela komiteja sacīja, ka triju zinātnieku atklājumi bruģējuši ceļu "daudzsološām jaunām stratēģijām cīņā pret anēmiju, vēzi un daudzām citām slimībām. Trīs zinātnieki savā starpā sadalīs deviņus miljonus kronu (832 520 eiro) lielo balvu.

LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas priekšsēdētāja akadēmiķa Pētera Trapenciera komentārs: Šī gada Nobela balva fizioloģijā vai medicīnā ir piešķirta par ieguldījumu hipoksijas molekulāro mehānismu pētījumos. Visi trīs zinātnieki vairāk nekā divu gadu desmitu laikā neatkarīgi viens no otra strādāja, lai noteiktu, kā šūnas var sajust un pielāgoties skābekļa pieejamības izmaiņām. Skābekļa līmeņa noteikšanas mehānisms ir ārkārtīgi svarīgs gan fizioloģiskajos (metabolisms, imuno atbildes reakcijas, spēja pielāgoties fiziskajai slodzei, elpošana), gan patoloģiskajos (anēmija, vēzis, miokarda infarkts, insults, infekcijas, brūču dzīšana) procesos. Papildus ātrai pielāgošanās zemam skābekļa līmenim (hipoksija), ir arī citi fundamentāli fizioloģiski pielāgošanās mehānismi. Galvenā fizioloģiskā reakcija uz hipoksiju ir hormona eritropoetīna (EPO) līmeņa paaugstināšanās, kas izraisa palielinātu sarkano asinsķermenīšu veidošanos (eritropoēze). Eritropoēzes hormonālās kontroles nozīme bija zināma jau 20. gadsimta sākumā, taču tas, kā šo procesu kontrolē skābeklis, palika noslēpums. Mūsdienās ir zināmi vairāk nekā 300 gēni, kas darbojas saistībā ar skābekli. Hipoksijas gadījumā hipoksiju inducējošais factors (HIF-1α) aizsargā no noārdīšanās un uzkrājas kodolā, kur tas asociējas ar aromātisko receptoru translokatoru (ARNT) un saistās ar specifiskām DNS sekvencēm (HRE) ar hipoksiju regulētos gēnos. Pie normāla skābekļa līmeņa HIF-1α skābeklis regulē proteasomu noārdīšanās procesu, pievienojot hidroksilgrupas (AH) HIF-1α. Pēc tam VHL proteīns var atpazīt un veidot kompleksu ar HIF-1α, kas izraisa tā noārdīšanos no skābekļa atkarīgā veidā.

2019. gada Nobela balvas laureāti ir identificējuši molekulāros mehānismus, kas regulē gēnu aktivitāti, reaģējot uz dažādiem skābekļa līmeņiem. Tagad mēs skaidrāk saprotam šo fundamentālo "bioloģisko slēdzi", kas ietekmē visas dzīvās būtnes, kuras uz zemes elpo skābekli."

Fizikā - 2019. gada Nobela prēmija fizikā tika piešķirta Džeimsam Pīblsam (James Peebles; Prinstonas universitāte),
Mišelam Majoram (Michel Mayor; Ženēvas universitāte) un Didjē Kelozam (Didier Queloz; Ženēvas un Kembridžas universitātes) par "ieguldījumu mūsu izpratnes veidošanā par Visuma evolūciju un Zemes vietu kosmosā".

LU Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes Lāzeru centra vadošā pētnieka Dr.phys. Laimona Zača komentārs:

½ prēmijas saņems Dž. Pīblss, kurš 1960. gadu vidū sāka izstrādāt kosmoloģijas teorētiskos (fizikālos) pamatus. Mikroviļņu fona (relikto) starojumu ar temperatūru 2.7 K (1978. gada Nobela prēmija fizikā) viņš rosināja izmantot par informācijas avotu Visuma agrīnās evolūcijas pētīšanai pēc Lielā Sprādziena, un tas vēlāk noveda pie secinājumiem par tumšās matērijas un tumšās enerģijas dominanci Visumā. Dž. Pīblsa teorētiskie modeļi parāda, ka tikai 5% no matērijas ir mums zināmā formā (galaktikas, zvaigznes, planētas, miglāji, un tml.), pārējie 26% ir nezināmas formas (tumšā) matērija, bet 69% - nezināmas formas (tumšā) enerģija, kopā nodrošinot plakanu Visuma ģeometriju, kurā divas paralēlas taisnes nekrustojas. Plakanā Visuma modeli un tumšo matēriju apstiprināja reliktā starojuma detalizēti mērījumi izmantojot kosmiskos instrumentus (2006. gada Nobela prēmija fizikā), bet tumšās enerģijas eksistenci - novērojumi, kas pierādīja Visuma izplešanos ar paātrinājumu (2011. gada Nobela prēmija fizikā). Nezināmas formas matērijas un enerģijas eksistence Visumā ir izaicinājums mūsdienu fizikai, risinājumu cerot sagaidīt no topošajiem Nobela prēmijas laureātiem.

½ prēmijas saņems divi franču astronomi, kuri atklāja pirmo planētu Visumā ārpus Saules sistēmas (tā saucamo eksoplanētu), kas riņķo ap Saulei līdzīgu zvaigzni Pegaza zvaigznājā apmēram 50 gaismas gadu attālumā no Saules sistēmas. Laureātu 1995. gada publikācija žurnālā "Nature" ievadīja jaunu ēru Galaktikas planētu pētniecībā.

Astronomiskā attālumā planētas parasti tiešā veidā nav saskatāmas pat ar pasaules lielākajiem teleskopiem, taču to gravitācija mātes zvaigznei liek riņķot ap kopējo masas centru. Zvaigznes kustības (radiālo) ātrumu iespējams izmērīt, izmantojot Doplera efektu - zvaigznes spektra līniju sarkano un zilo nobīdi orbitālās kustības rezultātā zvaigznei attālinoties un tuvojoties novērotājam.

Vairākkārtīgi radiālā ātruma mērījumi dod iespēju aprēķināt planētas orbitālo periodu un novērtēt tās masu. Ņemot vērā, ka zvaigznes kustības ātruma periodiskās izmaiņas dēļ planētas klātbūtnes ir nelielas, jo masu attiecība ir liela, novērotājam ir jānodrošina ļoti augsta mērījumu precizitāte. Piemēram, Zeme ar savu gravitāciju liek kustēties Saulei ar ātrumu tikai 9 cm/s. Uzlabojot instrumentus un metodiku, ceturtdaļgadsimta laikā astronomiem mūsu Galaktikā ir izdevies atklāt vairāk nekā 4000 eksoplanētas, pierādot, ka planētu sistēma ap Sauli nav unikāla Visumā. Jaunatklāto planētu daudzveidība ir pārsteidzoša, taču daļa pēc izmēriem un masas ir līdzīgas Zemei. Nesen tika ziņots par ūdens atklāšanu Saules izmēra eksoplanētas atmosfērā. Šīgada Nobela prēmijas laureāti Zemes civilizācijai kārtējo reizi liek pārvērtēt uzskatus par mūsu vietu Visumā un dzīvības iespējamību ārpus Saules sistēmas.

Ķīmijā - Nobela prēmija ķīmijā 2019. gadā piešķirta trijiem zinātniekiem Džonam Gudinafam (John B. Goodenough, 1/3; ASV), Stenlijam Vitinghamam (M. Stanley Whittingham, 1/3; ASV) un Akiram Jošino (Akira Yoshino, 1/3; Japāna) par ieguldījumu litija jonu baterijas izstrādē.

Triju zinātnieku grupu pētījumi 1970. un 1980. gados izrādījās ļoti veiksmīgi un rezultējās pirmajā komerciālā litija jonu baterijā 1991. gadā. Litijs negatīvajā elektrodā Stenlija Vittingema novatoriskajā baterijā 1970. gadu sākumā nebija nejauša izvēle; akumulatorā elektroniem jāplūst no negatīvā elektroda - anoda - uz pozitīvo - katodu. Tāpēc anodam jāsatur materiāls, kas viegli atdod savus elektronus, un litijs ir elements, kas vislabprātāk izdala elektronus. Rezultāts bija pirmā funkcionālā litija baterija, kas darbojās istabas temperatūrā un kam bija liels potenciāls. Vittingems devās uz Exxon galveno mītni Ņujorkā un pēc 15 minūšu sarunas vadības grupa ātri pieņēma lēmumu: izmantojot Vittingema atklājumu izstrādāt komerciāli dzīvotspējīgu akumulatoru. 1980. gadā Džons Gudinafs dubultoja akumulatora potenciālu, radot pareizos apstākļus krietni jaudīgākai un noderīgākai baterijai, bet 1985. gadā Akiram Jošino izdevās bateriju atbrīvot no tīra litija. Tas padarīja akumulatoru praktiski izmantojamu. Ar savu darbu Džons Gudinafs, Stenlijs Vittingems un Akira Jošino ir radījuši pareizos apstākļus bezvadu tehnoloģijai, kas ir brīva no fosilā kurināmā, tādējādi sniedzot lielāko labumu cilvēcei. Trīs zinātnieki savā starpā sadalīs deviņus miljonus kronu (832 520 eiro) lielo balvu.

LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas priekšsēdētāja akadēmiķa Pētera Trapenciera komentārs: Šī gada Nobela balva ķīmijā ir piešķirta par pasaulē jaudīgākā akumulatora izstrādi, kas radīja pamatu bezvadu elektronikai - mobilajiem tālruņiem, klēpjdatoriem, elektromobiļiem, kā arī saules un vēja radītās enerģijas uzglabāšanai. Tas arī padara nākotnē iespējamu no fosilā kurināmā brīvu pasauli. Centrālā loma stāstā par 2019. gada Nobela prēmiju ķīmijā ir litijam, kas tika radīts Lielā sprādziena pirmajās minūtēs un par kuru cilvēce uzzināja 1817. gadā, kad zviedru ķīmiķi Johan August Arfwedson un Jöns Jacob Berzelius to attīrīja no minerālu parauga Stokholmas arhipelāgā. Litijs ir vieglākais cietais elements, tāpēc mēs tik tikko pamanām mobilos telefonus, ko tagad nēsājam līdzi. Litija vājums ir tā reaktivitāte, kas reizē arī ir tā spēks, bet litija jonu baterijas stāsts sākas ar to, ka 1970. gadu sākumā Stenlijs Vittingems pārcēlās no Stenfordas uz Exxon firmu, kur viņa grupa sāka pētīt supervadošus materiālus, tostarp tantala disulfīdu, kas var sarecināt jonus. Viņi pievienoja jonus tantala disulfīdam un pētīja, kā tiek ietekmēta tā vadītspēja. Virzoties uz jaunu tehnoloģiju izstrādi, kas varētu uzglabāt enerģiju nākotnes elektromobiļiem, tantals kā viens no smagākajiem elementiem, tika aizvietots ar titānu, kam ir līdzīgas īpašības, bet kas ir daudz vieglāks. Lai akumulatoru padarītu drošāku, metāliskajam litija elektrodam tika pievienots alumīnijs un starp elektrodiem tika nomainīts elektrolīts. Vittingema litija baterijas priekšrocība bija tā, ka litija joni tika uzglabāti telpās titāna disulfīdā katodā. Kad baterija tika izmantota, litija joni plūda no litija anodā uz titāna disulfīdu katodā. Kad akumulators bija uzlādēts, litija joni atkal plūda atpakaļ. Kad Džonam Gudinafam tika piedāvāts neorganiskās ķīmijas profesora amats Oksfordas universitātē Lielbritānijā, viņš izmantoja izdevību un iestājās svarīgajā enerģētikas pētniecības pasaulē. Līdz tam baltkvēles baterija ģenerēja vairāk nekā divus voltus, bet Gudinafs atklāja, ka baterija ar litija kobalta oksīdu katodā izrādījās gandrīz divreiz jaudīgāka - ar četriem voltiem. Džona Gudinafa izpratne, ka akumulatori nav jāražo uzlādētā stāvoklī, bija viena no panākumu atslēgām. 1980. gadā viņš publicēja šo jauno, enerģiju bagātinošo katoda materiālu, kas bija izšķirošais solis ceļā uz bezvadu revolūciju. Gudinafa baterijai pēdējā laikā kobalta oksīds aizvietots ar dzelzs fosfātu, kas bateriju padara videi draudzīgāku. Izmantojot Gudinafa litija-kobalta oksīdu baterijas Akiro Jošino izmēģināja dažādus oglekļa materiālus kā anodu. Pētnieki jau iepriekš bija parādījuši, ka litija jonus var iestarpināt molekulārajos slāņos grafītā, bet šo modificēto grafītu struktūru izjauca baterijas elektrolīts. Jošino anodā mēģināja izmantot naftas rūpniecības blakusproduktu naftas koksu. Lādējot naftas koksu ar elektroniem, materiāla vietā tika ievilkti litija joni. Tad, ieslēdzot bateriju, elektroni un litija joni plūda uz katodā esošā kobalta oksīda pusi, kam ir daudz lielāks potenciāls. Jošino izstrādātā baterija ir stabila, viegla, tai ir liela jauda, un tās lielākā priekšrocība ir jonu iestarpinājumi elektrodos. Atšķirībā no baterijām, kuras ir balstītas uz ķīmiskām reakcijām, litija jonu akumulatorā joni plūst starp elektrodiem, nereaģējot ar to apkārtni. Tas nozīmē akumulatora ilgāku mūžu un uzlādēšanu simtiem reižu, pirms pasliktinās tā veiktspēja.

Lai gan litija jonu bateriju ražošana ietekmē vidi, tomēr ir arī milzīgi ieguvumi videi, kas ļāvis izstrādāt tīrākas enerģijas tehnoloģijas un elektriskos transportlīdzekļus, tādējādi samazinot siltumnīcefekta gāzu un makrodaļiņu emisijas.