На фестивале науке NAUKA 0+ выступил с лекцией Уильям Мёрнер – американский химик, получивший в 2014 году Нобелевскую премию за разработку флуоресцентной микроскопии. Учёный рассказал, как устроена эта технология, а также дал несколько советов студентам, которые планируют связать жизнь с наукой.
©https://pixabay.com/
Своё выступление Уильям Мёрнер начал с наставления молодым учёным: «В пятидесятых годах ХХ века Эрвин Шрёдингер – один из основателей квантовой физики – писал, что мы никогда не сможем увидеть один атом или одну молекулу, потому что это невозможно. В первой же своей лекции в качестве нобелевского лауреата я сказал: «Не спешите верить, если вам говорят, что что-то невозможно».
Мёрнер объяснил слушателям необходимость подробного изучения молекулярной структуры на примере бейсбольной команды: «В 2004 году команда «Boston Red Sox» стала чемпионом. В игровой статистике за сезон была отражена средняя для всей команды результативность, среднее количество добытых очков на одного члена команды. Но если посмотреть на статистику каждого конкретного игрока, вдруг окажется, что есть, к примеру, тот, кто хорошо отбивает, а есть тот, кто хорошо бегает. При ближайшем рассмотрении оказывается, что игроки не идентичны и действуют каждый по-своему. В этом их сходство с молекулами».
«Даже самый дорогой обычный микроскоп ограничен пределом дифракции, то есть минимальным размером видимого пятна. Проблема в том, что многие частицы значительно меньше этого предела. Использование флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения позволяет рассмотреть предмет, превышающий предел дифракции в пять, десять или даже двадцать раз».
«Мы работаем с флуоресцентными молекулами, способными взаимодействовать со светом. Мы направляем фотоны зелёного света на такие молекулы, в результате чего они переходят из спокойного состояния в возбуждённое. Этот процесс называется светопоглощением. Молекулы начинают вибрировать и отправлять фотоны обратно с изменённой частотой. Проще говоря, мы «накачиваем» молекулы энергией, а затем собираем исходящий от них свет и анализируем его с помощью камер».
«Для того, чтобы рассмотреть одну конкретную молекулу, необходимо подобным образом «накачать» энергией именно её, чтобы исходящий от неё свет доминировал в окружающем пространстве. Для этого мы используем систему «включения» и «выключения», которая позволяет не улавливать свет, исходящий от молекул, находящихся вне необходимой области. После мы отмечаем несколько точек, исходящих от молекул в нужной области, и фиксируем их расположение в компьютере. Из-за эффекта мерцания в разные моменты времени свет излучают разные молекулы, поэтому мы повторяем данную операцию необходимое количество раз, а затем сводим изображение из точек с помощью компьютера. Проще всего объяснить это на примере светлячков. Если мне нужно увидеть в темноте дерево, я будут рассаживать светлячков по его веткам, пока из отдельных светящихся точек не начнут вырисовываться очертания. Такое изображение из точек похоже на искусство пуантилизма».
«Флуоресцентная микроскопия сверхвысокого разрешения открывает перед нами новые возможности в изучении клеточной структуры. Используя этот метод, мы можем увидеть предмет в пять или даже десять раз меньше дифракционного предела. Несомненно, это приведёт к появлению новых подходов к исследованию патогенных процессов, в том числе рака и вирусных заболеваний».
В завершение лекции Уильям Мёрнер дал несколько полезных советов молодым учёным и всему будущему поколению:
1. Найдите свою страсть! Наука может быть очень тяжёлым занятием, поэтому вы должны любить её, чтобы достичь успеха. Будьте терпеливы, последовательны и методичны.
2. Задавайтесь глубокими вопросами. Как работает телефон? Почему небо голубое? Вы должны задумываться о настоящем устройстве всего, что вас окружает.
3. Будьте открыты для неожиданностей! Это поможет вам увидеть разницу между уже известным и чем-то принципиально новым.
4. Научитесь принимать неудачи. Далеко не всегда исследования заканчиваются успехом, нужно воспринимать это как ценный опыт и неотъемлемую часть учебного процесса.
5. Помните, что наука даёт рациональный, предикативный взгляд на мир. С её помощью мы можем заглядывать в будущее и предсказывать вероятный результат эксперимента ещё до его проведения.
6. У нас нет выбора. Построить мост, запустить спутник к Плутону, решить проблемы с энергией и продовольствием – мы не сможем сделать это как-либо иначе, кроме как обратившись к науке. Она – необходимый ключ к решению больших проблем.
Эту и многие другие лекции можно посмотреть в записи на официальном сайте Фестиваля науки.
