Prêmio Kavli em Astrofísica, Nanociência e Neurociência

Os Prêmios Kavli 2022 reconhecem a ciência pioneira no desenvolvimento da helio- e astero-sismologia; desenvolvimento de monocamadas automontadas em substratos sólidos e revestimentos em escala molecular para controlar as propriedades da superfície; e a descoberta de genes subjacentes a uma série de distúrbios cerebrais graves.

Os laureados do Prêmio Kavli deste ano são:

• Prêmio Kavli de Astrofísica: Conny Aerts (Bélgica), Jørgen Christensen-Dalsgaard (Dinamarca) e Roger Ulrich (EUA).
• Prêmio Kavli em Nanociência: David L. Allara (EUA), Ralph G. Nuzzo (EUA), Jacob Sagiv (Israel) e George Whitesides (EUA).
• Prêmio Kavli em Neurociência: Jean-Louis Mandel (França), Harry T. Orr (EUA), Christopher A. Walsh (EUA) e Huda Y. Zoghbi (Líbano/EUA).

“Honramos os laureados do Prêmio Kavli de 2022 por suas contribuições transformadoras para a ciência e a sociedade. Suas descobertas criaram campos inteiramente novos, abriram novos domínios de pesquisa científica e ciência avançada para o benefício da humanidade”, diz Lise Øvreås, presidente da Academia Norueguesa de Ciências e Letras.

Astrofísica

Três cientistas compartilham o Prêmio Kavli de Astrofísica por seu trabalho pioneiro no desenvolvimento dos campos da helio- e astero-sismologia e por pesquisas inovadoras que lançaram as bases da teoria da estrutura solar e estelar e revolucionaram nossa compreensão do interior das estrelas.

Ao combinar o estudo das oscilações do Sol e de outras superfícies estelares com modelagem matemática, os laureados mesclaram métodos de análise de dados (como análise de séries temporais, reconhecimento de padrões e modelagem estatística) com a física e a química da termodinâmica, física nuclear e atômica, e mecânica quântica. A ponte desses campos científicos permite a determinação extraordinariamente precisa das propriedades físicas dos interiores estelares.

“Esses três cientistas são os pioneiros da heliosismologia e da asterosismologia e abrangem o desenvolvimento desses campos”, destacou o presidente do Comitê de Astrofísica, Viggo Hansteen. “Todos os três descobriram uma maneira de olhar para o interior de diferentes tipos de estrelas e desenvolveram ferramentas para estudá-las com precisão.”

Roger Ulrich foi o primeiro a mostrar que as oscilações observadas na superfície solar podem ser usadas para fazer medições precisas das características do interior do Sol e desenvolveu um modelo matemático, dando ao campo da heliosismologia uma base teórica. Ele demonstrou que o Sol se comporta como um instrumento musical, o qual toca com um grande número de ondas acústicas, cada uma com uma frequência ressonante – assim como um tubo de órgão ou uma corda de violino dedilhada. Sua demonstração da concordância entre cálculos solares e observações foi um ingrediente chave para convencer os físicos de que o problema dos neutrinos solares só poderia ser resolvido pela revisão da teoria eletrofraca padrão.

Jørgen Christensen-Dalsgaard elaborou ainda mais o tópico da heliosismologia e desempenhou um papel importante no desenvolvimento da asterosismologia ao estudar estrelas frias de baixa massa e o Sol. Ele determinou o perfil de velocidade do som em todo o sol, seu mapa de rotação bidimensional, seu conteúdo de hélio e o nível de hélio que se deposita na base de sua zona de convecção. Com isso, ele viu o grande potencial de aplicar essa ciência a outras estrelas da Via Láctea, plenamente realizado com o lançamento das missões de descoberta de planetas #CoRoT, #Kepler e #TESS.

Conny Aerts é uma das principais figuras da asterosismologia e é amplamente conhecida por seu trabalho em estrelas quentes massivas. Ela estendeu a pesquisa para estrelas de todas as massas em vários estágios evolutivos, usando observações terrestres e espaciais e desenvolveu métodos inteligentes para identificar modos de pulsação em estrelas massivas, abrindo as portas para a modelagem de seus interiores. Aerts também foi pioneiro em uma metodologia rigorosa para identificar e modelar modos gravito-inerciais em estrelas de rotação rápida e as primeiras estimativas quantitativas de certos núcleos e interações estelares, levando a melhorias significativas na teoria da evolução estelar.

Nanociência

A interação com os materiais ocorre através de suas superfícies. O Prêmio Kavli de #Nanociência de 2022 homenageia quatro pioneiros cujo trabalho transformou a ciência de superfície e levou a aplicações que moldam nossas vidas diárias em áreas de diagnóstico médico a dispositivos semicondutores. Esses cientistas criaram revestimentos em escala molecular para superfícies que permitem controle e engenharia sem precedentes das propriedades da superfície. A visão deles era compartilhada, inspirada no conceito de filmes organizados em monocamada, introduzido na década de 1930 pelos físicos e químicos americanos Katherine Blodgett e Irving Langmuir.

“As monocamadas automontadas são extremamente importantes em muitos fenômenos em nanoescala”, afirmou o presidente do Comitê de Nanociência, Bodil Holst. “Sagiv, Nuzzo, Allara e Whitesides abriram um mundo totalmente novo com suas descobertas. Isso é documentado por meio de insights científicos e da enorme quantidade de aplicativos que utilizam monocamadas automontadas.”

Jacob Sagiv forneceu as primeiras demonstrações da possibilidade de criar filmes de moléculas adsorvidas em superfícies de vidro e de metal. O conceito funcionou para moléculas com diferentes grupos funcionais e poderia, em princípio, ser útil em inúmeras aplicações.

Ralph Nuzzo e David Allara mostraram as primeiras monocamadas automontadas fortemente ligadas a superfícies metálicas nuas. Eles estabeleceram que as monocamadas automontadas podem ser caracterizadas por espectroscopias de infravermelho e outras espectroscopias ópticas. Além disso, eles deduziram o empacotamento e a orientação das moléculas constituintes, inclusive seus grupos funcionais. Isso gerou um profundo conhecimento científico, que possibilitou o projeto racional de monocamadas automontadas com funcionalidades específicas.

George Whitesides e sua equipe em Harvard foram responsáveis ​​por muitas inovações que consolidaram as monocamadas automontadas como um campo da nanociência e da engenharia. O trabalho de Whitesides demonstrou que era possível usar monocamadas automontadas para criar inúmeros padrões na escala micrométrica. Desde então, as monocamadas automontadas permitiram um grande número de aplicações comerciais e mercados comerciais multibilionários, e são amplamente usadas em diagnóstico médico, farmacologia, biossensores, sensores químicos, impressoras, fabricação de eletrônicos, tintas, células solares e baterias.

Neurociência

Antes de os cientistas mapearem o #genoma humano no início dos anos 2000, a busca por genes era um processo trabalhoso. Quatro neurocientistas persistentes são reconhecidos por serem pioneiros na descoberta de genes subjacentes a uma série de distúrbios cerebrais graves e por estabelecerem um plano para pesquisa em #neurociência, #diagnóstico e #tratamento para a síndrome do X frágil, ataxia espinocerebelar, síndrome de Rett e formas raras de #epilepsia e transtorno do espectro #autista.

“Esses cientistas descobriram a base genética de vários distúrbios cerebrais e elucidaram os caminhos pelos quais esses genes funcionam”, diz a presidente do Comitê de Neurociência, Kristine B. Walhovd.

Jean-Louis Mandel descobriu uma mutação incomum em um gene no cromossomo X que causa a síndrome do X frágil, uma forma hereditária de deficiência intelectual, incluindo autismo e mais comumente presente em homens. Ele mostrou que a mutação era uma sequência de repetições de três letras que interrompeu o gene FMR1. Essas repetições interrompem a transcrição da proteína FMRP, que é vital para a função cerebral. Hoje, “expansões repetidas instáveis” são reconhecidas como um mecanismo comum de doença responsável por mais de 50 distúrbios genéticos. Um padrão familiar também surgiu: à medida que o número de repetições aumenta a cada geração, os sintomas surgem mais cedo e são mais graves. A compreensão dessas expansões repetidas instáveis ​​fornece um modelo para inúmeras doenças neurológicas. O trabalho de Mandel levou a ferramentas de diagnóstico aprimoradas para o X Frágil.

Juntos, Harry T. Orr e Huda Y. Zoghbi descobriram o ATAXN1, o gene responsável pela ataxia espinocerebelar 1 (SCA1), uma doença na qual os neurônios do cerebelo se degeneram e causam perda de equilíbrio e coordenação; é progressiva, permanente e, muitas vezes, fatal. Em trabalho conjunto, Orr e Zoghbi descobriram que uma expansão de repetição semelhante causa SCA1, e que a mutação fazia que as proteínas se dobrassem e se aglomerassem nos neurônios cerebelares, o que levava à morte. Além disso, o trabalho de Orr mostrou que a doença pode ser tratada, e sua metodologia é um dos principais modelos usados ​​para estudar doenças neurodegenerativas atualmente.

Zoghbi também descobriu o gene MECP2, que causa a síndrome de Rett, um distúrbio neurológico genético raro que se apresenta principalmente em meninas, muitas vezes com sintomas semelhantes ao autismo, e resulta em sintomas motores e cognitivos devastadores. Zoghbi descobriu que mudanças no nível de MECP2, um repressor da expressão gênica, são essenciais para o funcionamento normal de muitos tipos de neurônios no cérebro. MECP2 é uma das primeiras causas epigenéticas identificadas para um distúrbio cerebral.

A pesquisa dela descobriu que o MECP2 afeta centenas de neurônios e genes, e que a normalização dos níveis de MECP2 por meio da terapia com oligonucleotídeos reverte os efeitos do gene.

Christopher A. Walsh descobriu mais de três dúzias de genes de doenças neurológicas, como a síndrome do “córtex duplo”, um distúrbio raro de migração neuronal que se apresenta com convulsões e com deficiência intelectual e que é observado quase exclusivamente em mulheres. Sua pesquisa identificou mutações genéticas subjacentes aos distúrbios que afetam o córtex cerebral e que podem causar malformações estruturais que variam de sutis a profundas, inclusive algumas formas de epilepsia e distúrbios do espectro do autismo. Muitas dessas descobertas vieram de uma das principais inovações de Walsh para estudar mutações recessivas em famílias geograficamente isoladas. Em algumas dessas crianças, Walsh fez uma descoberta intrigante – mutações que estavam presentes em algumas, mas não em todas as células do corpo. Eles são chamados de mutações somáticas e podem se acumular lentamente durante o desenvolvimento do cérebro.

Mais detalhes disponíveis no site do Prêmio Kavli: Home | The Kavli Prize

Comitês do Prêmio Kavli

Astrofísica

• Viggo Hansteen (Presidente), Universidade de Oslo, Noruega
• Alessandra Buonanno, Instituto Max Planck de Física Gravitacional, Alemanha
• Françoise Combes, Observatório de Paris, França
• Andrea Ghez, Universidade da Califórnia Los Angeles, EUA
• Max Pettini, Universidade de Cambridge, Reino Unido

Nanociência

• Bodil Holst (Presidente), Universidade de Bergen, Noruega
• Gabriel Aeppli, Paul Scherrer Institut, Suíça
• Naomi Halas, Rice University, EUA
• Joachim Spatz, Instituto Max Planck de Pesquisa Médica, Alemanha
• Li-Jun Wan, Academia Chinesa de Ciências, China

Neurociência

• Kristine B. Walhovd (Presidente), Universidade de Oslo, Noruega
• Angela Friederici, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, Alemanha
• Mary E. Hatten, The Rockefeller University, EUA
• John O'Keefe, University College London, Reino Unido
• Antoine Triller, Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure, França

Sobre o Prêmio Kavli

O Prêmio Kavli é uma parceria entre a Academia Norueguesa de Ciências e Letras, o Ministério Norueguês de Educação e Pesquisa e a Fundação Kavli (EUA). O Prêmio Kavli homenageia cientistas por avanços em #astrofísica, #nanociência e #neurociência que transformam nossa compreensão do grande, do pequeno e do complexo. Três prêmios de milhões de dólares são concedidos a cada dois anos em cada um dos três campos.

A Academia Norueguesa de Ciências e Letras seleciona os laureados com base nas recomendações de três comitês de prêmios independentes, cujos membros são indicados pela Academia Chinesa de Ciências, pela Academia Francesa de Ciências, pela Sociedade Max Planck da Alemanha, pela Academia Nacional de Ciências dos EUA, e pela Royal Society, do Reino Unido.

Todos os laureados do Prêmio Kavli 2022