Luonnontieteiden Nobelin palkinnot jaetaan Tukholmassa joulukuussa ilmiöistä, jotka ovat tuttuja arjen elektroniikasta ja lukion oppikirjoista. Palkittavien joukossa on ennätysmäärä naisia.



Julkaistu Tiede -lehdessä 12/2009

Fysiikan Nobelin palkinnon saajat ovat kehittäneet optista tekniikkaa, jota ilman emme voisi ottaa kuvia digikameralla ja lähettää niitä sitten laajakaistaverkossa toiselle puolelle maailmaa.

Palkinnon jakavat kiinalaissyntyinen, Britanniassa uransa luonut Charles Kao (s. 1933) ja kaksi yhdysvaltalaista: Kanadasta lähtöisin oleva Willard Boyle (s. 1924) ja George Smith (s. 1930).


Kuitu vuoti valoa

Monet käyttävät laajakaistaliittymää kotona langattomalla yhteydellä tietokoneesta modeemiin, joka taas on yhteydessä internetin runkoverkkoihin kuparikaapelin välityksellä. Optiset kuidut eivät tavalliselle internetin käyttäjälle näy.

Ilman valokaapeleita kotiin ei kuitenkaan voisi välittää nykyisiä valtavia määriä videoita, musiikkia ja valokuvia. Koko internetin runkoverkko perustuu optisiin kuituihin, jotka risteilevät operaattorien konesalien välillä alittaen kokonaisia valtameriä.

Optinen kuitu perustuu yksinkertaiseen ilmiöön: valon niin sanottuun kokonaisheijastumiseen ohuen lasikuidun ja sitä ympäröivän aineen rajapinnasta. Siten valosignaali pysyy kuidussa myös mutkaisissa kohdissa.

Periaate oli tiedossa jo 1920-luvulla, mutta käytännössä valo pääsi vuotamaan aina, kun kuidut koskivat toisiinsa. Tämä ongelma keksittiin ratkaista 1950-luvun alussa pinnoittamalla kuitu suojakuorella. Valokaapeleita hyödynnettiin esimerkiksi vatsan tähystyksessä.


Piidioksidista parempaa

1960-luvulla optisessa kuidussa yritettiin välittää tietoa hyödyntämällä juuri keksittyä laservaloa. Kuidussa oli kuitenkin yhä niin suurta hävikkiä, että 20 metrin matkalla vain prosentti valosta pääsi perille.

Charles Kao päätteli vuonna 1966, että ongelmat johtuivat lasikuidun epäpuhtauksista, lähinnä rautaioneista. Kaon mukaan piidioksidista valmistettu kuitu olisi puhtaampi ja mahdollistaisi pidemmät tiedonsiirtoetäisyydet ilman signaalin vahvistusta.

1970-luvun alussa Kaon löytö johti optisten kuitujen läpimurtoon tietoliikenteessä. Piidioksidikuitua opittiin valmistamaan, ja valo alkoi kulkea kymmeniä kilometrejä. Tästä tunnustukseksi Kao saa nyt puolet Nobelin fysiikan palkinnosta.

Willard Boyle ja George Smith jakavat palkinnon toisen puolen ensimmäisen digitaalisen kuvaustekniikan kehittämisestä. He keksivät vuonna 1969 ccd-kennot, joita yhä käytetään digikameroissa.

Ccd-kenno perustuu valosähköiseen ilmiöön eli valon kykyyn irrottaa elektroneja pinnoista. Albert Einstein löysi ilmiön "hurjana vuotenaan" 1905. Einstein sai juuri tästä löydöstään - ei suhteellisuusteoriasta - Nobelin palkinnon vuonna 1921.


Kemian palkinto ribosomeista

Kemian palkinto annetaan ribosomien rakenteen ja toiminnan selvittämisestä. Sen saa kolme tutkijaa, Venkatraman Ramakrishnan (s. 1952) Cambridgen yliopistosta Britanniasta, Thomas Steiz (s. 1940) Yalen yliopistosta Yhdysvalloista ja Ada Yonath (s. 1939) Weizmann-instituutista Israelista.

Ribosomit tulkitsevat dna:n sisältämät, lähetti-rna:n välittämät rakennusohjeet ja kokoavat niiden mukaan proteiineja, kaiken elämän rakennuspalikoita. Palkitut ovat selvittäneet, miltä ribosomit näyttävät atomitasolla. Röntgenkristallografiaa käyttäen he ovat paikantaneet ribosomista joka ikisen atomin, joita siihen mahtuu satojatuhansia.


Lääketieteen palkinto telomeereistä

Lääketieteen palkinto on kolmen yhdysvaltalaisen kauppa. He ovat Elizabeth Blackburn (s. 1948), Carol Greider (s. 1961) ja Jack Szostak (s. 1952). Palkinto tulee telomeerilöydöistä.

Telomeerit ovat dna-jaksoja, eräänlaisia tuppia, jotka sijaitsevat kromosomien päissä. 1980-luvun alussa australialaissyntyinen Blackburn ja Lontoossa syntynyt Szostak paljastivat, että niiden tehtävä on suojata kromosomeja hajoamiselta. Vuonna 1984 Kaliforniassa syntynyt Greider taas tunnisti yhdessä Blackburnin kanssa telomeraasi-entsyymin, joka tuottaa telomeerin dna:ta.

Telomeerit ovat tärkeitä normaalissa solunjakautumisessa, jossa dna-polymeraasi kopioi dna-juostetta. Jos telomeerejä ei olisi, kromosomi menettäisi päästään pienen palasen ja arvokasta geneettistä informaatiota tuhoutuisi. Kun pätkä katoaa vain telomeeristä, tietoa ei mene hukkaan.  

Telomeerien lyhenemistä kompensoi telomeraasientsyymi. Se uudistaa telomeerejä niissä soluissa, joiden kuuluu jakautua usein.

Jotkin sairaudet johtuvat siitä, että telomeraasientsyymi ei toimi. Esimerkiksi eräässä perinnöllisessä anemiassa luuytimen solut eivät pysty jakautumaan ja tuottamaan tarpeeksi verisoluja.



Naisilla paras vuosi

Uusien nobelistien joukossa on peräti kolme naispuo¬lista luonnontieteilijää. Kun kirjallisuuspalkintokin menee Herta Müllerille ja taloustieteen palkinto Elinor Ostromille, voidaan puhua ennätyksellisestä naisten vuodesta. Tätä ennen parhaana vuonna 2004 palkittiin kolme naista.

Nobelin palkinnon on nyt saavuttanut kaikkiaan 40 naista: 2 fysiikasta ja 4 kemiasta (Marie Curie kummastakin), 10 fysiologiasta tai lääketieteestä sekä 12 kirjallisuudesta. Rauhanpalkinnon on saanut 12 naista. Ostrom on ensimmäinen taloustieteen naisnobelisti.