Rafał Latała, Maria Lewicka, Krzysztof Liberek i Marcin Stępień z Nagrodami Fundacji na rzecz Nauki Polskiej

Nagroda Fundacji na rzecz Nauki Polskiej jest przyznawana za szczególne osiągnięcia i odkrycia naukowe, które przesuwają granice poznania i otwierają nowe perspektywy poznawcze, wnoszą wybitny wkład w postęp cywilizacyjny i kulturowy naszego kraju oraz zapewniają Polsce znaczące miejsce w podejmowaniu najbardziej ambitnych wyzwań współczesnego świata. Jest przyznawana przez Radę Fundacji w drodze konkursu. Laureaci są wybierani z grona kandydatów zgłaszanych przez wybitnych przedstawicieli środowiska naukowego, zaproszonych imiennie przez Radę i Zarząd FNP. Rada FNP pełni tutaj funkcję Kapituły konkursu i dokonuje wyboru laureatów na podstawie opinii niezależnych ekspertów i recenzentów – głównie z zagranicy.

Prof. Rafał Latała z Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki Uniwersytetu Warszawskiego – Nagroda w kategorii Nauki matematyczno-fizyczne i inżynierskie „za opracowanie narzędzi matematycznych, które umożliwiły udowodnienie hipotezy Talagranda dotyczącej procesów Bernoulliego”.

Rachunek prawdopodobieństwa (inaczej probabilistyka) to dział matematyki zajmujący się zdarzeniami losowymi. Wśród obiektów, którymi zajmują się probabiliści, są procesy stochastyczne służące do modelowania zmian (zwykle w czasie) zjawisk takich jak cena akcji, stężenie substancji w eksperymencie, poziom rzeki, temperatura w ustalonym miejscu geograficznym, liczba wyświetleń strony internetowej czy wielkość populacji grupy zwierząt lub roślin.

Do procesów losowych należy m.in. proces Bernoulliego – nazwany tak od nazwiska wybitnego, XVII-wiecznego, szwajcarskiego matematyka. Dotyczy on sytuacji, w których badane są zdarzenia związane z wielokrotnym powtarzaniem pojedynczego eksperymentu losowego, który może się zakończyć jednym z dwóch równo-prawdopodobnych wyników. Przykładowo: jakie jest prawdopodobieństwo, że dokładnie trzy razy wypadnie reszka przy pięciu rzutach monetą?

Przez wiele lat jednym z podstawowych pytań pozostawało, jaka jest maksymalna wartość takiego procesu. Pod koniec lat 90. XX w. francuski matematyk Michel Talagrand sformułował hipotezę mówiącą, że „istnieją zasadniczo tylko dwa sposoby szacowania supremum (kresu górnego) procesu Bernoulliego – jeden polega na ograniczeniu jednostajnym i brutalnym dostawieniu modułów, drugi zaś na szacowaniu przez supremum dominującego procesu gaussowskiego”. Dla tego, kto przedstawi dowód na prawdziwość tej hipotezy, Talagrand ufundował nagrodę w wysokości 5 tys. dolarów. Zanim jednak w naukach matematycznych dojdzie do przeprowadzenia dowodu, konieczne jest opracowanie odpowiednich, służących do tego narzędzi matematycznych. I to udało się prof. Rafałowi Latale.

Dla udowodnienia hipotezy Bernoulliego polski matematyk zastosował i połączył wiele wyrafinowanych metod, m.in.: miary majoryzujące i związane z nimi konstrukcje partycji, nierówności koncentracyjne, oszacowania minoryzacyjne typu Sudakowa, „zachłanne” algorytmy indukcji oraz nierówności maksymalne dla wektorów losowych.

Efektem opracowania kreatywnych narzędzi matematycznych było przeprowadzenie dowodu na hipotezę Talagranda dotyczącą procesów Bernoulliego przez prof. Latałę i dr. hab. Witolda Bednorza (publikacja w najbardziej prestiżowym na świecie czasopismie matematycznym „Annals of Mathematics”). Przeprowadzony dowód został uznany przez Talagranda za „po prostu oszałamiająco piękny”.

Praca ta była demonstracją matematycznej potęgi, kultury i osiągnięć naukowych Warszawskiej Szkoły Prawdopodobieństwa.

Pytanie poruszone w hipotezie Talagranda, na które znalazł odpowiedź prof. Rafał Latała, jest kluczowe dla teorii prawdopodobieństwa, statystyki czy uczenia maszynowego. Znaczenie tego dokonania wykracza jednak daleko poza dziedzinę, w której zostało osiągnięte i wpływa na rozległe obszary czystej i stosowanej matematyki, a także na wiele innych bardzo różnych dziedzin nauki.

Prof. Maria Lewicka z Wydziału Filozofii i Nauk Społecznych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu – Nagroda w kategorii Nauki humanistyczne i społeczne „za sformułowanie i weryfikację psychologicznego modelu przywiązania do miejsca i pamięci miejsca”.

Pierwsze badania prof. Lewickiej, z 2003 r., pokazały, że osoby zainteresowane historią miejsca zamieszkania są bardziej do niego emocjonalnie przywiązane, bardziej angażują się społecznie, tworzą silniejsze relacje międzyludzkie i mają wyższy kapitał kulturowy. Te niezwykle interesujące wyniki sprawiły, że prof. Lewicka postanowiła nadal zgłębiać tę tematykę. W kolejnych latach przeprowadziła liczne badania w miastach w Polsce, Ukrainie i Litwie. Analizowała nie tylko fizyczne aspekty środowiska miejskiego (takie jak np. zamknięte osiedla czy rodzaj zabudowy), ale przede wszystkim więzi związane ze środowiskiem (np. sąsiedzkie) jako determinanty tego, jak ludzie zachowują się w mieście. W ten sposób wypracowała oryginalny model aktywności obywatelskiej, której motorem jest silne przywiązanie do miejsca i kapitał kulturowy.

Prof. Lewicką szczególnie interesowały miasta, które po II wojnie światowej zmieniły swoją przynależność państwową (jak np. Wrocław, Szczecin czy Lwów). Prowadzone przez laureatkę Nagrody FNP i jej zespół badania pozwoliły przede wszystkim odkryć tendencyjność pamięci etnicznej (etnocentryzm pamięci lokalnej). Okazało się, że mieszkańcy miast, które zmieniły skład narodowy, są skłonni patrzeć na historię tych miejsc niemal wyłącznie przez pryzmat swojej grupy etnicznej (np. rzutują obecny skład etniczny na historyczny, tym samym przeszacowując liczbę członków oraz wkład własnej grupy).

W ten sposób prof. Maria Lewicka przyczyniła się do społecznego i psychologicznego zrozumienia pamięci zbiorowej, identyfikując nowe uprzedzenia międzygrupowe. Okazało się też, że im bardziej dana osoba jest etnocentryczna w postrzeganiu historii swojego miejsca zamieszkania, tym bardziej etnocentryczną postawę wykazuje w teraźniejszości.

Prof. Krzysztof Liberek z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego – Nagroda w kategorii Nauki o życiu i o Ziemi „za wykazanie roli białek opiekuńczych w odzyskiwaniu białek z agregatów i zwijaniu ich do aktywnej formy”.

Białka opiekuńcze są syntetyzowane w komórkach wszystkich znanych organizmów. Odpowiadają m.in. za poprawne zwijanie się innych białek, zarówno w warunkach fizjologicznych, jak i stresu. Uczestniczą w budowaniu kompleksów białkowych (nie wchodząc jednak w skład ich finalnej aktywnej struktury – stąd ich nazwa w języku angielskim molecular chaperone, czyli „molekularne przyzwoitki”), a ponadto zapobiegają agregacji innych białek. Są również zaangażowane w odzyskiwaniu aktywnych białek z agregatów białkowych. A zagregowane białka mogą być toksyczne dla komórki.

Upraszczając, rola białek opiekuńczych polega na kontroli jakości stanu innych białek. Gdy wskutek zmiany sekwencji aminokwasów lub warunków zewnętrznych białko ulega nieprawidłowemu zwinięciu, te opiekuńcze rozwijają je i pozwalają mu się powtórnie zwinąć do prawidłowej struktury. Jeśli taka reakcja „naprawcza” nie nastąpi i białko nadal jest źle zwinięte – stymulują jego degradację. Robią więc wszystko, aby białka źle zwinięte nie akumulowały się w komórce, dzięki czemu zapobiegają tworzeniu się agregatów białkowych, co może prowadzić do stanów patologicznych.

Prof. Krzysztof Liberek, stosując nowe techniki badawcze z zakresu biochemii i biofizyki, wykazał złożoność procesu, w którym białka opiekuńcze doprowadzają do odzyskiwania białek z agregatów białkowych i ich zwijania do aktywnej struktury przestrzennej. Pokazał, że obecność małych białek szoku cieplnego (sHsp) w czasie agregacji białek znacząco zmienia strukturę powstających agregatów, co ułatwia innym białkom opiekuńczym ich późniejszą efektywną dezagregację. Jeśli agregacja białek zachodzi w obecności sHsp, wtedy na pierwszym etapie białka opiekuńcze (należące do rodziny Hsp70) usuwają sHsp z powierzchni agregatu, inicjując równocześnie rozwijanie białek wchodzących w skład agregatu. Rozwinięte częściowo białka ulegają, przy współudziale innych białek opiekuńczych należących do rodziny Hsp100, całkowitemu rozwinięciu i uwolnieniu z agregatu. Umożliwia to zwinięcie białek do prawidłowej struktury, która już nie oddziałuje z pozostającą resztą agregatu. Wielokrotne powtarzanie tego procesu prowadzi do całkowitego rozpuszczenia agregatu i odzyskania puli aktywnych białek.

Jeszcze w czasie pracy nad doktoratem Krzysztof Liberek odkrył, że białka należące do rodziny Hsp70 współdziałają z pomocniczymi białkami opiekuńczymi należącymi do rodziny JDP. W cyklu pięciu prac opublikowanych w latach 2016–2021 będących podstawą przyznania Nagrody FNP pokazał, monitorując w czasie rzeczywistym proces rozpuszczania agregatów, że białka JDP klasy B promują wiązanie białek Hsp70 do agregatów, co stymuluje proces dezagregacji. Aktywność białek JDP klasy A jest natomiast istotna w ochronie białek przed agregacją oraz w procesie ich zwijania do struktury natywnej. Odkrycie to wyjaśnia obserwowany od wielu lat przez biologów molekularnych fenomen, że w zależności od białek JDP, białka z rodziny Hsp70 mogą pełnić różne funkcje.

Odkrycia prof. Liberka mają istotne implikacje. Mogą się m.in. przyczynić się do zrozumienia molekularnych mechanizmów leżących u podstaw zaburzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, dotykająca coraz większą rzeszę ludzi na świecie (w Polsce to już ponad 350 tys. osób) i stanowiąca ogromne wyzwanie medyczne, społeczne i ekonomiczne.

Prof. Marcin Stępień z Wydziału Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego – Nagroda w kategorii: Nauki chemiczne i o materiałach „za zaprojektowanie i otrzymanie nowych związków aromatycznych o unikatowej strukturze i właściwościach”.

Określenie „aromatyczność” zostało użyte po raz pierwszy w drugiej połowie XIX w. w odniesieniu do grupy związków organicznych charakteryzujących się wieloma nietypowymi cechami – m.in. bardzo wyrazistym zapachem. Obecnie opisuje ono niezwykle liczną klasę związków chemicznych, których cząsteczki zawierają w swojej strukturze pierścienie atomów i są w szczególny sposób stabilizowane obecnością tzw. zdelokalizowanych wiązań chemicznych (delokalizacja oznacza, że elektrony tworzące wiązanie są uwspólnione przez więcej niż dwa atomy, co prowadzi do ich rozmycia w cząsteczce).

Obecność układu wiązań zdelokalizowanych w związku aromatycznym może być źródłem użytecznych właściwości, takich jak np. zdolność pochłaniania i emisji światła czy możliwość przenoszenia lub przechowywania ładunku. Związki aromatyczne mają współcześnie fundamentalne znaczenie w prawie wszystkich dziedzinach chemii organicznej (stosowane są w przemyśle m.in. jako barwniki, materiały półprzewodnikowe, katalizatory i leki).

Owocem badań na pograniczu syntezy organicznej, fizycznej chemii organicznej i chemii teoretycznej prowadzonych przez prof. Marcina Stępnia było zaprojektowanie, a następnie synteza nowych cząsteczek aromatycznych i antyaromatycznych o unikatowej budowie i niezwykłych, często trójwymiarowych kształtach.

Wśród zsyntetyzowanych przez niego związków aromatycznych są m.in. takie, które naśladują swoją budową fragmenty grafenu, a dzięki obecności nietypowych pierścieni oraz atomów innych niż węgiel wykazują unikatowe właściwości optyczne i elektronowe. Cząsteczki prof. Stępnia mogą stanowić inspirację w poszukiwaniach nowych materiałów organicznych, w szczególności barwników funkcjonalnych. Materiały takie mogą znaleźć różnorodne zastosowania, m.in. w urządzeniach LED i fotowoltaice, ale także w diagnostyce medycznej i fototerapii.

Oprac. na podstawie materiałów informacyjnych FNP.