Seratus Institute

Bidang Fisiologi dan Medis

Yoshinori Ohsumi lahir 1945 di Fukuoka, Jepang. Dia menerima gelar Ph.D. dari University of Tokyo pada tahun 1974. Setelah menghabiskan tiga tahun di Universitas Rockefeller, New York, Amerika Serikat, ia kembali ke Universitas Tokyo di mana ia mendirikan kelompok penelitiannya pada tahun 1988. Dia adalah sejak 2009 seorang profesor di Tokyo Institute of Technology.

Tahun 2016 ini Ohsumi menerima hadiah Nobel bidang fisiologi dan medis atas kontribusinya menemukan dan menjelaskan mekanisme yang mendasari autofagi, proses fundamental untuk merendahkan dan daur ulang komponen seluler (LIHAT VIDEO PENGUMUMANNYA DI SINI).

Kata autofagi berasal dari kata Yunani auto, yang berarti "diri", dan phagein, yang berarti "untuk makan". Dengan demikian, autofagi menunjukkan "makan diri sendiri". Konsep ini muncul selama tahun 1960-an, ketika para peneliti pertama mengamati bahwa sel dapat menghancurkan isi sendiri dengan melingkupinya dalam membran, membentuk vesikel (seperti karung) yang diangkut ke kompartemen daur ulang, yang disebut lisosom, karena degradasi. Kesulitan dalam mempelajari fenomena berarti bahwa hanya sedikit yang diketahui, dalam serangkaian percobaan brilian di awal 1990-an, Yoshinori Ohsumi menggunakan ragi roti untuk mengidentifikasi gen penting untuk autofagi. Dia kemudian melanjutkan untuk menjelaskan mekanisme yang mendasari untuk autofagi dalam ragi dan menunjukkan bahwa mesin canggih yang sama digunakan dalam sel kita.

Penemuan Ohsumi ini menyebabkan paradigma baru dalam pemahaman kita tentang bagaimana sel mendaur ulang isinya. Penemuannya membuka jalan untuk memahami pentingnya autofagi dalam banyak proses fisiologis, seperti di adaptasi kelaparan atau respon terhadap infeksi. Mutasi pada gen autofagi dapat menyebabkan penyakit, dan proses autofagik terlibat dalam beberapa kondisi termasuk kanker dan penyakit saraf.

Degradasi - fungsi sentral dalam semua sel hidup

Pada pertengahan tahun 1950-an ilmuwan mengamati kompartemen seluler khusus yang baru, yang disebut organel, yang mengandung enzim yang mencerna protein, karbohidrat dan lipid. Kompartemen khusus ini disebut sebagai "lisosom" dan berfungsi sebagai workstation (stasiun kerja) untuk degradasi konstituen seluler. Ilmuwan Belgia Christian de Duve dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1974 untuk penemuan lisosom tersebut (BACA DI SINI). Pengamatan baru selama tahun 1960 menunjukkan bahwa jumlah besar konten selular, dan bahkan seluruh organel, kadang-kadang dapat ditemukan di dalam lisosom. Oleh karena itu, sel tampaknya memiliki strategi untuk memberikan kargo besar untuk lisosom tersebut. Analisis biokimia dan mikroskopis lebih lanjut mengungkapkan tipe baru vesikel mengangkut kargo seluler untuk lisosom untuk degradasi (Gambar 1). Christian de Duve, ilmuwan di balik penemuan lisosom itu, menciptakan autofagi istilah, "makan diri sendiri", untuk menggambarkan proses ini. Vesikula baru bernama autofagosom.
Autofagosom.

Gambar 1: Sel-sel kita memiliki kompartemen khusus yang berbeda. Lisosom merupakan salah satu kompartemen tersebut dan mengandung enzim untuk pencernaan isi seluler. Sebuah jenis baru dari vesikel yang disebut autofagosom diamati dalam sel. Sebagai bentuk autofagosom, menelan isi seluler (seperti protein rusak dan organel). Akhirnya, melebur dengan lisosom, di mana isi terdegradasi ke konstituen yang lebih kecil. Proses ini menyediakan sel dengan nutrisi dan blok bangunan untuk pembaruan.

Selama tahun 1970-an dan penelitian di tahun 1980 difokuskan pada penjelasan sistem lain yang digunakan untuk menguraikan protein, yaitu "proteasom". Dalam bidang penelitian ini Aaron Ciechanover, Avram Hershko dan Irwin Rose diberikan tahun 2004 Hadiah Nobel Kimia untuk "penemuan degradasi protein yang dimediasi oleh ubiquitin" (BACA DI SINI). Proteasom secara efisien menurunkan protein satu-per-satu, tapi mekanisme ini tidak menjelaskan bagaimana sel menyingkirkan protein kompleks yang lebih besar dan organel usang. Bisa jadi proses autofagi jawabannya dan, jika demikian, apa yang menjadi mekanisme tersebut?

Sebuah percobaan inovatif

Yoshinori Ohsumi telah aktif dalam berbagai bidang penelitian, tapi setelah mulai lab sendiri pada tahun 1988, ia fokus usahanya pada degradasi protein dalam vakuola, organel yang sesuai dengan lisosom dalam sel manusia. Sel-sel ragi relatif lebih mudah untuk belajar dan akibatnya ragi sering digunakan sebagai model untuk sel manusia. Ragi sangat berguna untuk identifikasi gen yang penting dalam jalur seluler kompleks. Tapi Ohsumi menghadapi tantangan besar, sel-sel ragi yang kecil dan struktur terdalamnya tidak mudah dibedakan di bawah mikroskop dan dengan demikian ia tidak yakin apakah autofagi bahkan ada di organisme ini. Ohsumi beralasan bahwa jika ia bisa mengganggu proses degradasi dalam vakuola sementara proses autofagi aktif, maka autofagosom harus menumpuk di dalam vakuola dan menjadi terlihat di bawah mikroskop. Karena itu ia membudidayakan ragi bermutasi yang kurang enzim vakuola degradasi dan sekaligus merangsang autofagi oleh kelaparan sel. Hasilnya mengejutkan! Dalam beberapa jam, vakuola dipenuhi dengan vesikel kecil yang belum terdegradasi (Gambar 2). Vesikel yang merupakan autofagosom dan percobaan Ohsumi membuktikan bahwa autofagi ada di sel ragi. Tetapi yang lebih penting, ia sekarang memiliki metode untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi gen kunci yang terlibat proses ini. Ini adalah terobosan besar dan Ohsumi menerbitkan hasil penelitiannya pada tahun 1992.

Gambar 2: Dalam ragi (panel kiri) kompartemen besar yang disebut vakuola sesuai dengan lisosom dalam sel mamalia. Ohsumi menghasilkan ragi yang kurang enzim vakuola degradasi. Ketika sel-sel ragi tersebut kelaparan, autofagosome cepat terakumulasi dalam vakuola (panel tengah). Eksperimennya menunjukkan bahwa autofagi ada dalam ragi. Sebagai langkah berikutnya, Ohsumi mempelajari ribuan mutan ragi (panel kanan) dan mengidentifikasi 15 gen yang penting untuk autofagi.

Gen autofagi ditemukan

Ohsumi sekarang mengambil keuntungan dari strain ragi yang direkayasa di mana autofagosom terakumulasi selama sel kelaparan. Akumulasi ini seharusnya tidak terjadi jika gen penting bagi autofagi yang tidak aktif. Ohsumi memberikan sel ragi paparan bahan kimia yang secara acak menjelaskan mutasi pada banyak gen, dan kemudian ia diinduksi autofagi. Strateginya bekerja! Dalam waktu satu tahun penemuan autofagi dalam ragi, Ohsumi telah mengidentifikasi gen pertama yang penting untuk autofagi. Dalam seri berikutnya tentang studi yang elegan, protein yang dikodekan oleh gen tersebut secara fungsional ditandai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa autofagi dikendalikan oleh kaskade protein dan protein kompleks, masing-masing mengatur tahap yang berbeda dari inisiasi autofagosom dan pembentukan (Gambar 3).
Tahapan pembentukan autophagosome

Gambar 3: Ohsumi mempelajari fungsi protein yang dikodekan oleh gen autofagi kunci. Dia menggambarkan bagaimana sinyal stres memulai autofagi serta mekanisme oleh protein dan protein kompleks mempromosikan tahap yang berbeda dari formasi autofagosom.

Autofagi - mekanisme penting dalam sel-sel kita

Setelah identifikasi mesin untuk autofagi dalam ragi, pertanyaan kunci tetap. Apakah ada mekanisme yang sesuai untuk mengontrol proses ini dalam organisme lain? Segera menjadi jelas bahwa mekanisme hampir identik beroperasi di sel kita sendiri. Alat penelitian diperlukan untuk menyelidiki pentingnya autofagi pada manusia yang sekarang tersedia.

Berkat Ohsumi dan peneliti lain mengikuti jejaknya, kita sekarang tahu bahwa kontrol autofagi terhadap fungsi fisiologis ini penting di mana komponen seluler perlu terdegradasi dan didaur ulang. Autofagi dapat menyediakan dengan cepat bahan bakar untuk energi dan blok bangunan untuk pembaruan komponen seluler, dan oleh karena itu sangat penting untuk merespon sel yang kelaparan dan jenis-jenis stres. Setelah infeksi, autofagi dapat menghilangkan serangan bakteri intraseluler dan virus. Autofagi memberikan kontribusi untuk perkembangan embrio dan diferensiasi sel. Sel juga menggunakan autofagi untuk menghilangkan protein rusak dan organel, mekanisme kontrol kualitas yang sangat penting untuk menangkal dampak negatif dari penuaan.

Terganggunya autofagi telah dikaitkan dengan penyakit Parkinson, diabetes tipe 2 dan gangguan lainnya yang muncul pada orang tua. Mutasi pada gen autofagi dapat menyebabkan penyakit genetik. Gangguan pada mesin autofagik juga telah dikaitkan dengan kanker. Penelitian intensif sekarang sedang berlangsung untuk mengembangkan obat yang dapat menargetkan autofagi di berbagai penyakit.

Autofagi telah dikenal selama lebih dari 50 tahun tetapi pentingnya fundamental dalam fisiologi dan obat-obatan hanya diakui setelah penelitian pergeseran paradigma oleh Yoshinori Ohsumi di tahun 1990-an. Untuk penemuannya inilah ia diberikan Hadiah Nobel tahun ini dalam fisiologi atau kedokteran.

Bidang Fisika

Penghargaan Nobel dalam Fisika 2016 diberikan dengan setengah pada David J. Thouless, University of Washington, Seattle, dan setengah lainnya untuk F. Duncan M. Haldane, Princeton University, dan J. Michael Kosterlitz, Brown University, Providence. Penemuan mereka telah membawa terobosan dalam pemahaman teoritis misteri materi dan perspektif baru dibuat pada pengembangan bahan inovatif (VIDEO PENGUMUMANNYA LIHAT DI SINI).

kiri : David Thouless, tengah : Duncan Haldane, kanan : Michael Kosterlitz

David Thouless, Duncan Haldane, dan Michael Kosterlitz menggunakan metode matematika canggih untuk menjelaskan fenomena aneh di fase yang tidak biasa (atau keadaan) materi, seperti superkonduktor, superfluida atau film tipis magnetik. Kosterlitz dan Thouless telah mempelajari fenomena yang muncul di dunia datar yaitu pada permukaan atau di dalam lapisan yang sangat tipis yang dapat dianggap dua dimensi, dibandingkan untuk tiga dimensi (panjang, lebar dan tinggi) dengannya kenyataan biasanya digambarkan. Haldane juga telah mempelajari materi yang membentuk benang sangat tipis yang mana dapat dianggap sebagai satu dimensi saja.

Fisika yang terjadi di permukaan datar sangat berbeda dengan yang kita kenal di dunia sekitar kita. Bahkan jika materi yang didistribusikan sangat tipis terdiri dari jutaan atom, dan bahkan jika perilaku masing-masing atom dapat dijelaskan menggunakan fisika kuantum, atom menampilkan sepenuhnya sifat yang berbeda ketika banyak dari mereka datang bersama-sama. Fenomena kolektif baru yang terus-menerus ditemukan di permukaan datar ini, dan fisika benda padat sekarang adalah salah satu bidang yang paling bersemangat dalam fisika.

Pemenang hadiah Nobel bidang Fisika ini menggunakan 'konsep topologi' di fisika sangat menentukan untuk penemuan mereka. Topologi adalah cabang matematika yang menggambarkan sifat-sifat yang merubah langkah. Dengan topologi modern sebagai alat, Nobel tahun ini disajikan dengan hasil yang mengejutkan, yang memiliki membuka bidang penelitian baru dan menyebabkan penciptaan konsep-konsep baru dan penting dalam beberapa bidang fisika.

Fisika kuantum menjadi terlihat dalam dingin

Secara mendalam, semua materi diatur oleh hukum fisika kuantum. Gas, cairan dan padatan merupakan fase yang umum dari materi, di mana efek kuantum sering
disembunyikan oleh gerakan acak atom (baca : gerak Brown). Namun dalam suhu yang ekstrim dingin, mendekati nol mutlak (-273 derajat Celsius) materi menunjukkan fase baru yang aneh dan berperilaku dengan cara yang tak terduga. Fisika kuantum, yang hanya bekerja di dunia skala mikro, tiba-tiba menjadi terlihat (gambar. 4).

Gambar 4. Fase materi. Tahapan paling umum adalah gas, cair dan zat padat. Namun, di suhu sangat tinggi atau rendah suhu materi menunjukkan keadaan yang lebih eksotis.

Umumnya fase materi juga bertransisi antara satu sama lain ketika terjadi perubahan suhu. Misalnya, seperti transisi fase terjadi ketika es, yang terdiri dari kristal yang tertata dengan baik, dipanaskan dan meleleh ke bentuk air, tahap yang lebih kacau dari materi. Ketika kita melihat materi, kita menemukan fase materi yang belum sepenuhnya dieksplorasi.

Hal-hal aneh bisa terjadi dalam suhu dingin. Misalnya, resistansi tidak dihadapi oleh semua partikel bergerak yang tiba-tiba berhenti. Hal ini terjadi ketika arus listrik mengalir tanpa hambatan di superkonduktor, atau ketika pusaran di superfluida berputar selamanya tanpa memperlambat.

Orang pertama yang secara sistematis mempelajari superfluida adalah Fisikawan Rusia, Pyotr Kapitsa, pada 1930-an. Dia mendinginkan helium-4, yang dapat ditemukan di udara, ke suhu -271 derajat Celsius dan membuatnya merangkak naik sisi-sisi penyangganya. Dengan kata lain, itu berperilaku aneh seperti superfluida ketika viskositas telah benar-benar menghilang. Kapitsa diberi dengan Penghargaan Nobel dalam Fisika pada 1978, dan sejak itu beberapa jenis superfluida telah diciptakan di laboratorium (BACA DI SINI). Helium superfluida, film tipis superkonduktor, lapisan tipis bahan magnetik dan konduktif elektrik benang ukuran nano adalah beberapa dari banyak fase materi baru yang sekarang sedang intensif dipelajari.

Pasangan Vortex memberikan solusinya

Para peneliti lama percaya bahwa fluktuasi termal menghancurkan semua urutan materi dalam dunia datar, dunia dua dimensi datar, bahkan pada nol mutlak. Jika tidak ada orde fase maka tidak ada transisi fase. Namun pada awal 1970-an, David Thouless dan Michael Kosterlitz bertemu di Birmingham, Inggris, dan mereka menantang teori itu saat ini. Bersama-sama, mereka mengambil pada masalah transisi fase dalam dataran. Kerjasama ini mengakibatkan pemahaman yang sama sekali baru dalam transisi fase, yang dianggap sebagai salah satu penemuan paling penting abad kedua puluh dalam teori fisika benda terkondensasi. Penemuan itu disebut transisi KT (Kosterlitz-Thouless transition) atau transisi BKT, di mana B adalah untuk Vadim Berezinskii, seorang ahli fisika teoritis yang sudah meninggal dari Moskow yang mana memberikan ide yang sama.

Transisi fase topologi bukanlah fase transisi biasa, seperti bahwa antara es dan air. Peran utama dalam transisi topologi dimainkan oleh vortisitas kecil dalam bahan datar. Pada
suhu rendah mereka membentuk pasangan yang ketat. Ketika suhu naik, fase transisi berlangsung: para vortisitas tiba-tiba menjauh dari satu sama lain dan berlayar di materi sendiri (lihat gambar 5).

Gambar 5 Tahap transisi. Hal ini terjadi ketika fase transisi peduli antara satu sama lain, seperti ketika es mencair dan menjadi air. Menggunakan topologi, Kosterlitz dan Thouless menjelaskan transisi fase topologi dalam lapisan tipis materi sangat dingin. Dalam dingin, pasangan pusaran membentuk dan kemudian tiba-tiba terpisah pada suhu transisi fase meningkat. Ini adalah salah satu dari abad kedua puluh paling penemuan penting dalam fisika benda terkondensasi.

Hal yang indah tentang teori ini adalah bahwa teori ini dapat digunakan untuk berbagai jenis materi berdimensi rendah - transisi KT adalah universal. Hal ini telah menjadi alat yang berguna, yang tidak hanya diterapkan dalam dunia benda terkondensasi, tetapi juga di daerah fisika yang lain, seperti fisika atom atau mekanika statistik. Teori di balik transisi KT juga telah dikembangkan oleh pencetusnya dan orang lain, dan juga telah dikonfirmasi melalui eksperimen.

Lompatan kuantum misterius

Perkembangan eksperimental akhirnya membawa sejumlah keadaan baru dari materi yang diperlukan penjelasan. Pada 1980-an, baik David Thouless dan Duncan Haldane memberikan terobosan pekerjaan teoritis baru yang menantang teori sebelumnya, yang satu adalah teori mekanika kuantum untuk menentukan bahan menghantarkan listrik. Ini awalnya dikembangkan pada 1930-an dan, beberapa dekade kemudian, daerah fisika ini dianggap telah dipahami dengan baik.

Ini adalah kejutan besar ketika, pada tahun 1983, David Thouless membuktikan bahwa gambar sebelumnya tidak lengkap dan, pada suhu rendah dan di medan magnet yang kuat, tipe baru dari sebuah teori diperlukan, salah satunya adalah konsep topologi yang mengambil peranan penting. Pada sekitar waktu yang sama, Duncan Haldane juga tiba di
sebuah kemiripan yang tak terduga sebelumnya, sebuah kesimpulan saat menganalisis rantai atom magnetik. Pekerjaan mereka memiliki peran dalam perkembangan dramatis terhadap teori fase baru dari materi.

Fenomena misterius yang David Thouless jelaskan secara teoritis, menggunakan topologi, adalah efek Hall kuantum. Ini ditemukan pada tahun 1980 oleh fisikawan Jerman Klaus von Klitzing, yang dihargai dengan Hadiah Nobel pada tahun 1985 (BACA DI SINI). Ia belajar lapisan konduktif tipis antara dua semikonduktor, di mana elektron didinginkan sampai beberapa derajat di atas nol mutlak dan dikenakan medan magnet yang kuat.

Dalam fisika, hal ini menjadi tidak umum ketika suhu materi diturunkan secara drastis. Sebagai contoh, banyak bahan menjadi magnet (baca : superkonduktor). Hal ini terjadi karena semua magnet atom kecil di materi tiba-tiba menunjuk ke arah yang sama, sehingga menimbulkan medan magnet yang kuat, yang dapat juga diukur.

Namun, efek Hall kuantum lebih sulit untuk dipahami, konduktansi listrik di lapisan tampaknya hanya dapat berasumsi pada nilai-nilai tertentu, yang juga sangat tepat, sesuatu yang tidak biasa dalam fisika. Pengukuran memberikan tepatnya hasil yang sama bahkan jika temperatur, medan magnet atau jumlah impuritas dalam semikonduktor bervariasi. Ketika medan magnet cukup berubah, konduktansi lapisan juga berubah, tetapi hanya dalam langkah-langkah, mengurangi kekuatan medan magnet membuat konduktansi listrik pertama-tama persis dua kali lebih besar, lalu tiga kali lipat, empat kali lipat, dan sebagainya. Langkah bilangan bulat ini tidak dapat dijelaskan oleh fisika yang dikenal pada saat itu, tapi David Thouless menemukan solusi untuk teka-teki ini menggunakan topologi.

Dijawab oleh topologi

Topologi menggambarkan sifat-sifat yang tetap utuh ketika suatu objek ditarik, bengkok atau berubah bentuk, tetapi tidak jika terkoyak. Topologi, bola dan mangkuk termasuk dalam kategori yang sama, karena benjolan bulat dari tanah liat bisa diubah ke dalam mangkuk. Namun, bagel dengan lubang di secangkir kopi dengan lubang di pegangan tengah masuk kategori lain, mereka juga dapat direnovasi untuk membentuk bentuk masing-masing. Benda topologi dapat berisi satu lubang, dua, tiga, atau empat dst tetapi jumlah ini haruslah bilangan bulat. Ini ternyata berguna dalam menggambarkan konduktansi listrik yang ditemukan di efek Hall kuantum, yang hanya berubah dalam langkah-langkah yang merupakan kelipatan bilangan bulat (gambar 6).

Gambar 6 Topologi. Cabang matematika yang tertarik pada properti yang mengubah langkah, seperti jumlah lubang di sebuah objek. Topologi adalah kunci untuk penemuan bagi pemenang hadiah Nobel bidang Fisika tahun 2016 ini, dan itu menjelaskan mengapa konduktivitas listrik di dalam lapisan tipis berubah di langkah bilangan bulat.

Dalam efek Hall kuantum, elektron bergerak relatif bebas di lapisan antara semikonduktor dan membentuk sesuatu yang disebut cairan kuantum topologi. Dalam cara yang sama seperti properti baru sering muncul ketika banyak partikel datang bersama-sama, elektron dalam cairan kuantum topologi juga menampilkan karakteristik mengejutkan. Sama seperti itu tidak bisa dipastikan apakah ada lubang di secangkir kopi dengan hanya melihat sebagian kecil dari itu, adalah mustahil untuk menentukan apakah elektron telah membentuk cairan kuantum topologi jika Anda hanya mengamati apa yang terjadi pada beberapa dari mereka. Namun, konduktansi menggambarkan gerakan kolektif elektron dan, karena topologi, bervariasi dalam langkah-langkah, tapi tetap terkuantisasi. Karakteristik lain dari cairan kuantum topologi adalah perbatasannya memiliki properti yang tidak biasa. Hal tersebut diprediksi oleh teori dan kemudian dikonfirmasi melalui eksperimen.

Tonggak lain terjadi pada tahun 1988, ketika Duncan Haldane menemukan bahwa cairan kuantum topologi, seperti yang ada di efek Hall kuantum, dapat terbentuk dalam lapisan semikonduktor tipis bahkan ketika tidak ada medan magnet. Dia mengatakan dia tidak pernah bermimpi model teoritis nya dibuktikan secara eksperimental tetapi, baru-baru ini tahun 2014, model ini telah divalidasi dalam percobaan menggunakan atom yang didinginkan sampai hampir nol mutlak.

Bahan topologi baru dalam pipa

Dalam karya jauh lebih awal, dari tahun 1982, Duncan Haldane membuat prediksi yang mengagumkan bahkan para ahli di lapangan. Dalam studi teoritis rantai atom magnetik yang terjadi di beberapa bahan, ia menemukan bahwa rantai memiliki sifat dasarnya berbeda tergantung pada karakter atom magnet. Dalam fisika kuantum ada dua jenis magnet atom, gasal dan genap. Haldane menunjukkan bahwa rantai dibentuk oleh magnet genap adalah topologi, sementara rantai magnet gasal adalah tidak. Seperti cairan kuantum topologi, tidak mungkin untuk menentukan apakah suatu rantai atom adalah topologi atau tidak dengan hanya menyelidiki sebagian kecil dari itu. Dan, seperti dalam kasus cairan kuantum, sifat topologi mengungkapkan diri di tepi. Ini adalah ujung rantai, karena properti kuantum yang telah dikenal sebelumnya sebagai spin setengah di ujung rantai topologi.

Awalnya, tidak ada yang percaya penalaran Haldane tentang rantai atom, peneliti yakin bahwa mereka sudah benar-benar memahami atom. Tapi ternyata bahwa Haldane telah menemukan contoh pertama dari tipe bahan topologi baru, yang sekarang menjadi bidang hidup dari penelitian di materi fisika terkondensasi.

Baik fluida Hall kuantum dan bahkan rantai atom magnetik termasuk dalam kelompok baru dari keadaan topologi. Kemudian, peneliti menemukan beberapa keadaan topologi tak terduga lainnya dari materi, tidak hanya di rantai dan lapisan perbatasan tipis, tetapi juga dalam bahan tiga dimensi biasa. Isolator topologi, superkonduktor topologi dan logam topologi sekarang sedang hangat - hangatnya untuk didiskusikan. Ini adalah contoh dari daerah yang, selama satu dekade terakhir ini, telah ditetapkan di garis depan dalam penelitian fisika benda terkondensasi, paling tidak karena harapan bahwa bahan topologi akan berguna untuk generasi elektronik baru dan superkonduktor, atau dalam komputer kuantum masa depan. Penelitian ini mengungkap rahasia materi di dataran eksotis yang ditemukan oleh pemenang hadiah Nobel bidang Fisika tahun 2016 ini.

Bidang Kimia

Nobel Kimia tahun 2016 diberikan kepada Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart dan Bernard L. Feringa bagi perkembangan mereka dari mesin molekuler yang ukurannya seribu kali lebih tipis dari sehelai rambut (LIHAT VIDEO PENGUMUMANNYA DI SINI).

kiri : Bernard L. Feringa, tengah : Sir J. Fraser Stoddart, kanan : Jean-Pierre Sauvage

Ini adalah kisah tentang bagaimana mereka berhasil menghubungkan molekul bersama-sama untuk merancang segala sesuatu dari lift kecil untuk motor dan otot miniscule.

"Seberapa kecil Anda dapat membuat mesin?"

Ini adalah pertanyaan yang terkenal dari pemenang hadiah Nobel bidang Fisika tahun 1965 Richard Feynman (BACA DI SINI). Feynman terkenal untuk prediksi tahun 1950-an-nya 'dari perkembangan nanoteknologi, berpose di awal kuliah visioner di 1984. Dengan telanjang kaki (baca : tidak mengenakan sepatu), dan mengenakan polo top pink dan celana pendek krem, ia berpaling ke penonton dan mengatakan: "Sekarang mari kita bicara tentang kemungkinan membuat mesin dengan bagian bergerak, yang sangat kecil. "

Dia yakin itu mungkin untuk membangun mesin dengan dimensi pada skala nanometer. Ini sudah ada di alam. Dia memberi flagella bakteri sebagai contoh, makromolekul pembuka botol berbentuk yang, ketika mereka berputar, membuat bakteri bergerak maju. Tapi bisa manusia - dengan tangan raksasa mereka - membangun mesin sangat kecil sehingga Anda akan perlu mikroskop elektron untuk melihatnya?

Sebuah visi masa depan - mesin molekuler akan ada dalam 25-30 tahun

Salah satu cara yang mungkin membangun sepasang tangan mekanik yang lebih kecil dari tangan Anda sendiri, yang pada gilirannya membangun sepasang tangan yang lebih kecil, yang membangun tangan bahkan lebih kecil, dan seterusnya, sampai sepasang dari tangan miniscule dapat membangun mesin sama miniscule. Ini telah dicoba, kata Feynman, tapi tanpa sukses besar.

Strategi lain, di mana Richard Feynman memiliki kepercayaan (baca : iman) yang lebih, akan membangun mesin dari bawah ke atas. Dalam konstruksi teoretisnya, zat yang berbeda, seperti silikon, yang disemprotkan ke permukaan, satu lapisan atom demi satu. Setelah itu, beberapa lapisan sebagian terlarut dan dihapus, menciptakan bagian yang bergerak yang dapat dikendalikan dengan menggunakan arus listrik. Dalam visi Feynman dari masa depan, seperti konstruksi dapat digunakan untuk membuat rana optik untuk kamera kecil.

Tujuan dari kuliah ini adalah untuk menginspirasi para peneliti di tribun penonton, untuk mendapatkan mereka menguji batas-batas dari apa yang mereka mungkin percaya. Ketika Feynman akhirnya melipat catatannya, ia melihat keluar di penonton dan mengatakan, nakal: "... memiliki waktu yang menyenangkan dalam mendesain ulang semua jenis mesin, untuk melihat apakah Anda dapat melakukannya. Dan memberikan 25-30 tahun, akan ada beberapa penggunaan praktis untuk ini. Apa itu, saya tidak tahu. "

Apa yang tidak Feynman, maupun peneliti di tribun penonton, ketahui pada saat itu adalah bahwa pertama langkah menuju mesin molekuler telah diambil, tapi dengan cara yang agak berbeda dengan yang diprediksi oleh Feynman.

Molekul mekanis saling bertautan

Pada pertengahan abad ke-20, sebagai bagian dari upaya untuk membangun molekul canggih, ahli kimia yang mencoba untuk menghasilkan rantai molekul di mana molekul berbentuk cincin yang dihubungkan bersama-sama. Orang yang berhasil tidak hanya akan membuat molekul baru yang menakjubkan, tetapi juga ikatan jenis baru. Biasanya, molekul yang diikat bersama oleh ikatan kovalen yang kuat di mana atom berbagi elektron. Mimpi untuk menciptakan ikatan mekanik, di mana molekul saling bertautan tanpa atom
berinteraksi langsung dengan satu sama lain (gambar 7).

Pada 1950-an dan 1960-an, beberapa kelompok penelitian melaporkan bahwa tabung mereka terkandung rantai molekul, tetapi jumlah mereka diproduksi kecil dan metode begitu kompleks sehingga penggunaannya masih terbatas. Kemajuan dari sebuah progres lebih sebagai rasa ingin tahu dari pada sebagai fungsional kimia. Setelah bertahun-tahun kemunduran, banyak orang menyerah harapan dan, pada awal tahun 1980-an, bidang itu dilanda kelelahan. Namun, terobosan besar datang pada tahun 1983. Menggunakan ion tembaga biasa, kelompok penelitian Perancis yang dipimpin oleh ahli kimia Jean-Pierre Sauvage, mengambil kontrol dari molekul.

Jean-Pierre Sauvage mengumpulkan molekul sekitar ion tembaga

Gambar 7. Jean-Pierre Sauvage menggunakan ion tembaga untuk saling molekul menggunakan ikatan mekanik.

Seperti yang sering terjadi dalam penelitian, inspirasi datang dari bidang yang sama sekali berbeda. Jean-Pierre Sauvage bekerja dengan Fotokimia, di mana ahli kimia mengembangkan kompleks molekul yang dapat menangkap energi yang terkandung dalam sinar matahari dan menggunakannya untuk mendorong reaksi kimia. Ketika Jean-Pierre Sauvage membangun sebuah model dari salah satu kompleks fotokimia aktif, ia tiba-tiba melihatnya kesamaan dengan rantai molekul: dua molekul yang terjalin di sekitar ion tembaga pusat.

Wawasan ini menyebabkan giliran dramatis ke arah Jean-Pierre Sauvage penelitian ini. Menggunakan kompleks fotokimia sebagai model, kelompok penelitiannya membangun satu berbentuk cincin dan satu molekul berbentuk bulan sabit sehingga mereka tertarik pada ion tembaga (gambar 7). Ion tembaga disediakan semacam kekuatan kohesif yang memegang molekul bersama-sama. Pada tahap kedua, kelompok penelitian ini menggunakan kimia untuk mengelas bersama-sama molekul berbentuk bulan sabit dengan molekul ketiga sehingga cincin baru dibentuk, hasilnya menciptakan link pertama dalam rantai. Para peneliti kemudian bisa menghapus ion tembaga, yang telah digunakan sebelumnya.

Ahli kimia berbicara tentang hasil reaksi: persentase molekul awal yang membentuk molekul target. Dalam upaya sebelumnya untuk menciptakan molekul terkait, para peneliti telah menghasilkan pencapaian terbaik dari beberapa persen. Berkat ion tembaga, Sauvage mampu meningkatkan hasil mengesankan ke 42 persen. Secara tiba-tiba, dan rantai molekul merupakan hal yang lebih dari sekedar rasa ingin tahu.

Dengan bantuan metode revolusioner ini, Sauvage membangkitan bidang kimia topologi, yang mana peneliti - sering menggunakan ion logam - molekul interlock dalam struktur yang semakin kompleks, dari rantai panjang berupa simpul yang rumit. Jean-Pierre Sauvage dan J. Fraser Stoddart adalah pemimpin dalam bidang ini dan kelompok penelitian mereka telah menciptakan versi simbol budaya molekul seperti simpul trefoil, simpul Salomon dan cincin Borromean (gambar 8). Namun, estetika knot molekul adalah pengalihan dalam kisah Hadiah Nobel Kimia 2016.

Gambar 8a. Jean-Pierre Sauvage menciptakan simpul trefoil molekul. Simbol ini ditemukan dalam Celtic salib, Runestones, penggambaran palu Thor (Mjolnir) dan, dalam agama Kristen, itu melambangkan Tritunggal Kudus. b. Fraser Stoddart telah menghasilkan Borromean molekul cincin.Keluarga Italia Borromeo menggunakan simbol pada perisai mereka. Hal ini juga ditemukan di batu gambar Norse Lama dan melambangkan Tritunggal Kudus. c. Stoddart dan Sauvage telah membuat versi molekul simpul Salomon, simbol kebijaksanaan Raja Salomon. Sering digunakan dalam Islam dan ditemukan dalam mosaik Romawi.

Mengambil langkah pertama menuju motor molekul

Jean-Pierre Sauvage segera menyadari bahwa rantai molekul (disebut catenane, dari kata Latin untuk rantai yaitu catena) tidak hanya kelas baru molekul, tetapi dia juga telah mengambil langkah pertama menuju penciptaan mesin molekuler. Agar mesin melakukan tugas, mesin harus terdiri dari beberapa bagian-bagian yang dapat bergerak dalam hubungan satu sama lain. Dua cincin saling memenuhi persyaratan ini. Pada tahun 1994, kelompok riset Jean-Pierre Sauvage juga berhasil memproduksi catenane di mana satu
cincin diputar, dengan cara yang terkendali, satu revolusi di sekitar ring lainnya ketika energi ditambahkan.

Ini adalah embrio pertama dari mesin molekuler non-biologis. Embrio kedua mesin molekul diproduksi oleh seorang ahli kimia yang dibesarkan di sebuah peternakan
tanpa listrik atau modern di Skotlandia.

Fraser Stoddart benang cincin molekul ke sebuah poros molekul

Sebagai seorang anak, J. Fraser Stoddart tidak punya televisi atau komputer. Akan tetapi, untuk memenuhi keahliannya sendiri, dia menyelesaikan beberapa puzzle. Kesibukannya ini melatih keterampilan yang diperlukan bagi ahli kimia yaitu mengenali bentuk dan melihat bagaimana mereka dapat dihubungkan bersama. Dia juga tertarik untuk kimia dengan prospek menjadi seorang seniman molekul - memahat bentuk baru, yang belum pernah terlihat di dunia sebelumnya.

Ketika Fraser Stoddart mengembangkan salah satu kreasi molekul yang merupakan dasar dari hadiah Nobel Kimia tahun 2016 ini, ia juga memanfaatkan potensi kimia untuk merancang molekul yang tertarik satu sama lain. Pada tahun 1991, kelompok penelitiannya membangun sebuah cincin terbuka yang kekurangan elektron, dan batang panjang, atau poros, yang memiliki struktur yang kaya elektron di dua tempat (gambar 9). Ketika dua molekul bertemu dalam suatu larutan, bagian yang kurang elektron tertarik menuju bagian yang kaya elektron, dan cincin berulir ke as roda. Di langkah berikutnya, kelompok riset menutup pembukaan di ring sehingga tetap pada molekul gandar. Dia telah demikian, dengan hasil yang tinggi, menciptakan rotaxane: molekul berbentuk cincin yang secara mekanik melekat pada poros.

Fraser Stoddart kemudian memanfaatkan kebebasan cincin untuk bergerak sepanjang poros tersebut. Ketika ia menambahkan panas, cincin melompat maju dan mundur - seperti pesawat kecil - antara dua bagian yang kaya elektron pada as roda (gambar 9). Pada tahun 1994, ia benar-benar bisa mengendalikan gerakan ini, dengan demikian melepaskan diri dari keacakan yang lain mengatur gerakan dalam sistem kimia.

Gambar 9. Fraser Stoddart membuat antar molekul bisa bergerak sepanjang poros dengan cara yang terkendali.

Sebuah lift, otot dan chip komputer miniscule

Sejak tahun 1994, kelompok riset Stoddart telah menggunakan berbagai rotaxane untuk membangun berbagai mesin molekul, termasuk lift (2004, gambar 10), yang dapat meningkatkan sendiri 0,7 nanometer di atas permukaan, dan sebuah otot buatan (2005), di mana rotaxane melengkung lamina emas sangat tipis.

Gambar 10. Lift molekul rancangan Fraser Stoddart

Dalam kemitraan dengan peneliti lainnya, Fraser Stoddart juga telah mengembangkan sebuah chip komputer berbasis rotaxane dengan memori 20 kB. Transistor pada chip komputer saat ini kecil, tapi raksasa bila dibandingkan dengan molekul berbasis transistor. Para peneliti percaya bahwa chip komputer molekul mungkin merevolusi teknologi komputer dengan cara yang sama bahwa transistor berbasis silikon dulu.

Jean-Pierre Sauvage juga meneliti potensi rotaxanes. Pada tahun 2000, kelompok penelitiannya berhasil memadukan dua molekul yang dilingkarkan bersama-sama, membentuk struktur elastis yang mengingatkan pada filamen dalam otot manusia (gambar 11). Mereka juga membangun sesuatu yang dapat disamakan dengan motor, di mana cincin rotaxane ini berputar bergantian dalam arah yang berbeda.

Memproduksi motor yang terus berputar di arah yang sama telah menjadi tujuan penting bagi seni rekayasa molekuler. Banyak upaya perbedaan dilakukan pada 1990-an, tapi pertama dijalur ini adalah peneliti asal Belanda, Bernard (Ben) L. Feringa.

Gambar 11. Jean-Pierre Sauvage mengulir dua loop molekul bersama-sama, sehingga struktur dapat meregang dan kontraksi.

Ben Feringa membangun motor molekul pertama

Sama seperti Fraser Stoddart, Ben Feringa dibesarkan di sebuah peternakan dan tertarik untuk kimia oleh-nya kesempatan tak terbatas untuk kreativitas. Karena dia mengekspresikannya dalam satu wawancara: "Mungkin kekuatan kimia tidak hanya memahami, tetapi juga menciptakan, membuat molekul dan bahan yang tidak pernah ada sebelumnya ... "

Pada tahun 1999, ketika Ben Feringa memproduksi motor molekul pertama, ia menggunakan sejumlah trik pintar untuk mendapatkan itu berputar dalam satu dan arah yang sama. Biasanya, gerakan molekul 'diatur' secara kebetulan, rata-rata, sebuah molekul berputar bergerak sebanyak ke kanan saat ke kiri. Tapi Ben Feringa merancang molekul yang mekanis dibangun untuk berputar pada arah tertentu (gambar 12).

Gambar 12. Ketika Ben Feringa menciptakan motor molekul pertama, mekanis motor dibangun berputar dalam arah tertentu. Kelompok penelitiannya telah mengoptimalkan motor sehingga sekarang berputar di 12 juta putaran per detik.

Molekul terdiri dari sesuatu yang dapat disamakan dengan dua baling-baling kecil, dua struktur kimia datar yang bergabung dengan ikatan ganda antara dua atom karbon. Sebuah kelompok metil melekat untuk setiap pisau rotor dan menjadi bagian dari pisau rotor, bekerja seperti pengikat yang memaksa molekul untuk tetap berputar dalam arah yang sama. Ketika molekul itu terkena sebuah pulsa cahaya ultraviolet, satu pisau rotor melompat 180 derajat di sekitar ikatan rangkap pusat. Lalu roda bergigi searah pindah posisi. Dengan pulsa cahaya berikutnya, pisau rotor melompat lagi 180 derajat. Dan itu terus, berputar dan putaran ke arah yang sama.

Motor pertama tidak persis cepat, tapi kelompok riset Feringa telah mengoptimalkannya. Pada tahun 2014 motor diputar pada kecepatan 12 juta putaran per detik. Pada tahun 2011, kelompok riset juga membangun empat wheel drive nanocar yaitu sasis molekul empat motor diselenggarakan bersama-sama yang berfungsi sebagai roda.
Ketika roda rentang, mobil bergerak maju di atas permukaan (gambar 13).

Gambar 13. Empat wheel drive nanocar rancangan Ben Feringa.

Sebuah motor molekul berputar silinder gelas kecil

Dalam percobaan mencolok lain, kelompok riset Ben Feringa menggunakan motor molekul untuk memintal 28 mikrometer kaca panjang silinder (10.000 kali lebih besar dari motor molekul). Dalam percobaan mereka memasukkan motor menjadi kristal cair (cairan dengan struktur kristal). Hanya satu persen dari kristal cair terdiri dari motor molekul tetapi, ketika para peneliti mulai motor berputar, motor berubah struktur kristal cair karena motor merentang. Ketika para peneliti menempatkan silinder kaca di atas kristal cair, itu diputar karena gerakan yang disediakan oleh motor (film dari proses ini dapat didownload melalui link berikut ini).

Sebuah kotak peralatan molekuler untuk membangun

Langkah-langkah terobosan yang diambil oleh Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart dan Ben Feringa dalam mengembangkan mesin molekuler telah menghasilkan toolbox (kotak peralatan) dari struktur kimia yang digunakan oleh peneliti di seluruh dunia untuk membangun kreasi semakin maju. Salah satu contoh yang paling mencolok adalah robot molekul yang dapat memahami dan menghubungkan asam amino. Robot ini dibangun pada tahun 2013 dengan sebuah rotaxane sebagai landasannya.

Peneliti lain telah menghubungkan motor molekul untuk polimer yang panjang, sehingga mereka membentuk jaringan yang rumit. Ketika motor molekul terkena cahaya, motor angin polimer menjadi bundel berantakan. Dengan cara ini, energi cahaya disimpan dalam molekul dan, jika para peneliti menemukan teknik untuk mengambil energi ini, jenis baru dari baterai dapat dikembangkan. Bahan ini juga menyusut ketika motor kusut polimer, yang dapat digunakan untuk mengembangkan sensor yang bereaksi terhadap cahaya.

Jauh dari kesetimbangan - menuju kimia baru dan bersemangat

Bagian penting dari pengembangan yang telah menghasilkan Hadiah Nobel Kimia tahun 2016 ini adalah para peneliti telah didorong sistem molekul jauh dari apa yang disebut ekuilibrium. Semua sistem kimia berusaha untuk seimbang - keadaan energi yang lebih rendah - tapi ini adalah jalan buntu. Kita dapat mengambil hidup sebagai contoh. Ketika kita makan, molekul tubuh mengekstrak energi dari makanan dan mendorong sistem molekuler kita jauh dari kesetimbangan, ke tingkat energi yang lebih tinggi. Biomolekul kemudian menggunakan energi untuk mendorong reaksi kimia yang diperlukan bagi tubuh untuk bekerja. Jika tubuh berada di kesetimbangan kimia, kita akan mati.

Sama seperti molekul kehidupan, sistem molekul buatan Sauvage Stoddart dan Feringa ini melakukan tugas yang kontrol. Kimia telah mengambil langkah pertama ke dunia baru. Waktu telah menunjukkan dengan jelas efek revolusioner miniatur teknologi komputer, sedangkan kita hanya melihat awal tahapan apa yang bisa dihasilkan dari miniaturisasi mesin. Dalam hal pengembangan, motor molekul adalah sekitar panggung yang sama dengan motor listrik adalah di tahun 1830-an, ketika para peneliti bangga menampilkan berbagai engkol berputar dan roda di laboratorium mereka tanpa ide bahwa mereka akan mmebuat kereta listrik, mesin cuci, kipas dan pengolah makanan.

Jadi, 32 tahun setelah kuliah visioner Feynman, kita masih hanya bisa menebak perkembangan mendebarkan di masa depan kita ini. Namun, para pemenang hadiah Nobel kimia tahun 2016 ini memiliki jawaban yang pasti untuk pertanyaan awal nya - "Seberapa kecil Anda dapat membuat mesin? Setidaknya 1.000 kali lebih tipis dari sehelai rambut".

Bidang Perdamaian

Juan Manuel Santos Calderón (Spanyol: [xwan manwel santos kaldeon]; lahir 10 Agustus 1951) adalah 32 dan saat ini Presiden Kolombia sejak 2010. Ia adalah Menteri Pertahanan pada periode 2006-2009.

Komite Nobel Norwegia telah memutuskan untuk penghargaan Hadiah Nobel Perdamaian tahun 2016 kepada Presiden Kolombia Juan Manuel Santos atas upaya tegas membawa perang saudara lebih dari 50 tahun panjang negara itu berakhir (LIHAT VIDEO PENGUMUMANNYA DI SINI).

Perang Kolombia yang telah memakan korban jiwa dari pada setidaknya 220 000 warga Kolombia dan pengungsi hampir enam juta orang. Penghargaan ini juga harus dilihat sebagai penghargaan kepada orang-orang Kolombia yang, meskipun kesulitan besar dan pelanggaran, belum menyerah harapan perdamaian yang adil, dan semua pihak yang telah memberikan kontribusi bagi proses perdamaian. Penghargaan ini dibayar, tidak sedikit, dengan perwakilan dari korban yang tak terhitung jumlahnya dari perang sipil.

Presiden Santos memprakarsai perundingan yang memuncak dalam kesepakatan damai antara pemerintah Kolombia dan gerilyawan FARC, dan ia telah secara konsisten berupaya untuk memindahkan proses perdamaian. Nah mengetahui bahwa kesepakatan itu kontroversial, ia berperan dalam memastikan bahwa pemilih Kolombia mampu untuk menyuarakan pendapat mereka mengenai perjanjian damai dalam referendum. Hasil suara itu bukan apa yang Presiden Santos inginkan: mayoritas tipis dari lebih dari 13 juta orang Kolombia yang memberikan suara mereka mengatakan tidak untuk kesepakatan damai itu. Hasil ini telah menciptakan ketidakpastian yang besar untuk masa depan Kolombia. Ada bahaya nyata bahwa proses perdamaian akan terhenti dan bahwa perang sipil akan menyala lagi. Ini membuatnya bahkan lebih penting bahwa pihak, yang dipimpin oleh Presiden Santos dan FARC pemimpin gerilya Rodrigo Londoño, terus menghormati gencatan senjata.

Fakta bahwa mayoritas pemilih mengatakan tidak untuk kesepakatan damai tidak berarti bhwa proses perdamaian sudah mati. Referendum itu bukan suara untuk atau terhadap perdamaian. Sisi apa yang "Tidak" ditolak bukanlah keinginan untuk perdamaian, namun kesepakatan damai tertentu. Komite Nobel Norwegia menekankan pentingnya fakta bahwa Presiden Santos kini mengundang semua pihak untuk berpartisipasi dalam dialog nasional berbasis luas yang bertujuan untuk memajukan proses perdamaian. Bahkan mereka yang menentang perjanjian damai menyambut dialog tersebut. Komite Nobel berharap bahwa semua pihak akan mengambil bagian mereka dari tanggung jawab dan berpartisipasi secara konstruktif dalam pembicaraan damai yang akan datang.

Menyeimbangkan antara kebutuhan untuk rekonsiliasi nasional dan menjamin keadilan bagi para korban akan menjadi tantangan yang sangat sulit. Tidak ada jawaban sederhana untuk bagaimana ini harus dicapai. Sebuah fitur penting dari proses perdamaian Kolombia sejauh ini adalah partisipasi perwakilan korban perang sipil. Menyaksikan keberanian dan kemauan dari perwakilan korban untuk bersaksi tentang kekejaman, dan untuk menghadapi pelaku dari setiap sisi dari konflik, telah membuat kesan yang mendalam.

Dengan pemberian Hadiah Perdamaian tahun ini kepada Presiden Juan Manuel Santos, Komite Nobel Norwegia ingin mendorong semua orang yang berusaha untuk mencapai perdamaian, rekonsiliasi dan keadilan di Kolombia. Presiden sendiri telah menjelaskan bahwa ia akan terus bekerja untuk perdamaian tepat sampai hari terakhir di kantor. Komite berharap bahwa Hadiah Perdamaian akan memberinya kekuatan untuk berhasil dalam tugas ini menuntut. Selain itu, harapan Komite bahwa dalam tahun-tahun mendatang rakyat Kolombia akan menuai buah dari proses perdamaian dan rekonsiliasi yang sedang berlangsung. Hanya dengan itu maka negara akan dapat mengatasi tantangan secara efektif utama seperti kemiskinan, ketidakadilan sosial dan kejahatan terkait narkoba.

Perang saudara di Kolombia adalah salah satu perang saudara terpanjang di zaman modern dan konflik bersenjata yang tersisa satu-satunya di Amerika. Komite Nobel Norwegia yakin bahwa Presiden Santos, meskipun "Tidak" suara mayoritas dalam referendum, telah membawa konflik berdarah secara signifikan lebih dekat dengan solusi damai, dan bahwa banyak dari dasar telah diletakkan untuk kedua perlucutan senjata diverifikasi gerilyawan FARC dan proses bersejarah persaudaraan nasional dan rekonsiliasi. Usahanya untuk mempromosikan perdamaian sehingga memenuhi kriteria dan semangat kehendak Alfred Nobel.

Bidang Ekonomi

Sveriges Riksbank Prize dalam Ilmu Ekonomi memberikan Nobel 2016 bersama-sama untuk Oliver Hart dan Bengt Holmström "atas kontribusi mereka untuk teori kontrak" (LIHAT VIDEO PENGUMUMANNYA DI SINI).

kiri : Bengt Holmström, kanan : Oliver Hart

Kontrak membantu kita untuk bersikap kooperatif dan mempercayai ketika kita mungkin sebaliknya menjadi kurang sopan dan tidak mempercayai. Sebagai karyawan, kita memiliki kontrak kerja. Sebagai peminjam, kami memiliki kontrak kredit. Sebagai pemilik properti berharga, kami memiliki kontrak asuransi. Beberapa kontrak mengisi kurang dari satu halaman, sementara yang lain berjalan lebih dari ratusan halaman.

Salah satu alasan penting untuk menyusun kontrak adalah untuk mengatur tindakan masa depan. Misalnya, kontrak kerja dapat menetapkan imbalan untuk kinerja yang baik dan kondisi untuk pemecatan, tetapi penting untuk dicatat bahwa kontrak sering memiliki tujuan lain juga, seperti risiko berbagi antara pihak dalam kontrak.

Teori kontrak memberikan kita sarana umum desain pemahaman kontrak. Salah satu tujuan teori ini adalah untuk menjelaskan mengapa kontrak memiliki berbagai bentuk dan desain. Tujuan lain adalah untuk membantu kita mengetahui bagaimana membuat kontrak yang lebih baik, sehingga membentuk lembaga yang lebih baik di masyarakat.

Akankah layanan publik, seperti sekolah, rumah sakit, atau penjara, menjadi umum atau pribadi milik?
Haruskah guru, tenaga kesehatan, dan penjaga penjara dibayar gaji tetap atau harus membayar mereka menjadi berbasis kinerja?
Sejauh mana harus manajer dibayar melalui program bonus atau pilihan persediaan?

Teori kontrak tidak selalu memberikan jawaban yang pasti atau unik untuk pertanyaan-pertanyaan ini, sebagai kontrak terbaik biasanya akan tergantung pada situasi dan konteks tertentu. Namun, kekuatan teori ini adalah bahwa hal itu memungkinkan kita untuk berpikir jernih tentang isu-isu yang terlibat. Kontribusi dari pemenang Nobel Ekonomi tahun 2016 ini, Oliver Hart dan Bengt Holmström, tidak ternilai dalam membantu kita memahami kontrak kehidupan nyata dan lembaga, serta potensi jebakan ketika merancang kontrak baru.

Model multi-tasking Holmström menunjukkan bahwa jika seorang manajer membayar kinerja menekankan arus kas jangka pendek, tindakannya mungkin mengabaikan kesehatan jangka panjang perusahaan.

Ketegangan antara asuransi dan insentif

Jika Anda memiliki asuransi kendaraan, tidak mungkin bahwa Anda akan sepenuhnya diganti jika Anda mengalami kecelakaan.
Apa motivasi untuk penyelenggara asuransi dan pembayar? Jika kecelakaan terjadi secara kebetulan murni, pasti itu akan lebih baik untuk memiliki kontrak asuransi yang sempurna risiko (perfectly pool risks) dan dengan demikian membebaskan Anda dari semua kerugian yang terkait dengan kecelakaan tertentu. Tapi asuransi penuh mengundang bahaya moral : jika kita sepenuhnya diasuransikan, maka kita dapat menjadi cenderung lebih ceroboh.

Ketegangan antara asuransi dan insentif (pembayar premi asuransi) adalah karena kombinasi dari dua faktor. Yang pertama adalah konflik kepentingan: tidak semua orang adalah seorang malaikat. Jika kita semua sama-sama berhati-hati, terlepas dari apakah atau bukankah kita menanggung konsekuensi penuh dari perilaku kita, asuransi penuh akan bermasalah. Faktor kedua adalah pengukuran: tidak semua tindakan kita dapat sempurna diamati. Jika perusahaan asuransi bisa melihat setiap tindakan ceroboh, kontrak asuransi mungkin sepenuhnya menutupi semua kerugian yang disebabkan oleh kecelakaan murni, tetapi tidak yang disebabkan oleh perilaku sembrono.

Jenis yang sama ketegangan mungkin hadir di banyak pengaturan kontrak lainnya, seperti hubungan kerja. Dalam kebanyakan kasus, majikan lebih mampu menanggung risiko dari seorang karyawan. Jika karyawan selalu bertindak dalam kepentingan terbaik 'kedua belah pihak', tidak ada insentif yang bertentangan akan diperlukan. Ketegangan antara asuransi dan insentif akan diperdebatkan, dan itu akan menjadi optimal untuk menawarkan karyawan dengan gaji tetap. Tetapi jika kepentingannya berbenturan dengan orang-orang dari majikan dan perilakunya sulit untuk diamati secara langsung, kontrak kerja dengan hubungan yang kuat antara gaji dan kinerja mungkin diinginkan.

Membayar untuk kinerja

Meskipun masalah pemberian insentif bagi karyawan telah dikenal untuk waktu yang lama, tingkat analisis secara dramatis dibesarkan di akhir 1970-an, ketika para peneliti hadir dalam jawaban yang lebih tepat untuk pertanyaan bagaimana merancang kontrak insentif yang optimal. Wawasan besar pertama berasal dalam konteks kontrak kerja yang melibatkan agen (karyawan) yang tindakannya tidak dapat diamati secara langsung oleh prinsipal (owner). Sebaliknya, prinsipal (owner) hanya bisa mengamati ukuran kinerja agen (karyawan) meskipun tidak sempurna.

Hasil pusat, diterbitkan secara terpisah dan independen oleh Bengt Holmström dan Steven Shavell di 1979, adalah kontrak optimal harus menghubungkan pembayaran untuk semua hasil yang berpotensi dapat memberikan informasi tentang tindakan yang telah diambil. Prinsip keinformatifan ini tidak hanya mengatakan bahwa pembayaran harus bergantung pada hasil yang dapat dipengaruhi oleh agen (karyawan). Misalnya, agen (karyawan) adalah manajer yang tindakannya mempengaruhi harga saham perusahaan sendiri, tetapi tidak berbagi harga lainnya perusahaan. Apakah itu berarti bahwa gaji manajer harus hanya tergantung pada harga saham perusahaan nya? Jawabannya adalah tidak. Sejak harga saham mencerminkan faktor-faktor lain dalam perekonomian - di luar kendali manajer - hanya menghubungkan kompensasi untuk harga saham perusahaan akan jasa manajer untuk keberuntungan dan menghukum dia karena nasib buruk. Hal ini lebih baik untuk menghubungkan gaji manajer untuk harga saham perusahaannya relatif terhadap orang-orang dari lainnya, perusahaan yang sama (seperti di industri yang sama).

Hasil terkait adalah semakin sulit untuk mengamati usaha manajer - mungkin karena banyak faktor mendistorsi/mengaburkan hubungan antara usaha dan kinerja perusahaan - yang kurang dari pembayaran gaji manajer harus didasarkan pada kinerja. Dalam industri dengan resiko tinggi, pembayaran harus relatif lebih bias terhadap gaji tetap, sedangkan di lingkungan yang lebih stabil itu harus lebih bias terhadap ukuran kinerja.

Penelitian awal, terutama artikel Holmström tahun 1979, memberi jawaban yang tepat untuk pertanyaan dasar tentang membayar kinerja. Namun, segera menjadi jelas bahwa aspek penting dari realitas yang hilang dari model yang mendasar. Oleh karena itu penelitian awal merangsang banyak penelitian selanjutnya, baik oleh Holmström dan oleh orang lain.

Insentif yang kuat terhadap insentif yang seimbang

Dalam sebuah artikel yang diterbitkan pada tahun 1982, Holmström menganalisis situasi dinamis di mana saat gaji karyawan tidak secara eksplisit tergantung pada penampilannya. Sebaliknya, karyawan termotivasi untuk bekerja keras karena kekhawatiran tentang karirnya dan gaji di masa depan. Dalam pasar tenaga kerja yang kompetitif, perusahaan harus memberikan penghargaan kinerja saat ini dengan laba masa depan yang lebih tinggi, jika karyawan hanya akan beralih prinsipal (owner). Meskipun ini mungkin tampak sistem yang efisien bagi pekerja bermanfaat dan memotivasi, tapi memiliki satu kelemahan: keprihatinan karir mungkin begitu kuat bagi orang-orang mulai kerja mereka dengan begitu keras, sementara orang-orang yang lebih tua tanpa insentif ini cenderung mengendur. Model perhatian karir Holmström juga telah diterapkan untuk konteks lain, seperti hubungan antara politisi dan pemilih mereka.

Di artikel asli Holmström tahun 1979 ini, agen (karyawan) diasumsikan bertanggung jawab untuk satu tugas. Di 1991, Holmström dan Paul Milgrom memperpanjang analisis untuk skenario yang lebih realistis di mana kerja karyawan terdiri dari banyak tugas yang berbeda, beberapa di antaranya mungkin sulit bagi prinsipal (owner) untuk memantau dan memberi hadiah. Untuk mencegah karyawan dari berkonsentrasi pada tugas-tugas yang mana kinerja adalah mudah untuk diukur, mungkin yang terbaik untuk menawarkan insentif keseluruhan lemah. Misalnya, jika gaji guru tergantung pada (mudah untuk mengukur) nilai tes siswa, maka guru mungkin menghabiskan terlalu sedikit mengajar waktu
sama pentingnya (tapi lebih sulit untuk mengukur) keterampilan seperti kreativitas dan pemikiran mandiri. Gaji tetap, terlepas dari ukuran kinerja, akan menyebabkan alokasi yang lebih seimbang dalam usaha di seluruh tugas. Hasil model multi-tasking ini mengubah cara ekonom berpikir tentang skema kompensasi optimal dan desain pekerjaan.

Tim kerja juga memodifikasi kerangka asli bayar-untuk-kinerja. Jika kinerja mencerminkan upaya bersama dari sekelompok individu, beberapa anggota mungkin tergoda untuk syirik, bebas menunggangi pada upaya rekan kerja mereka. Holmström membahas masalah ini dalam sebuah artikel dari tahun 1982, menunjukkan bahwa ketika seluruh pendapatan perusahaan dibagi di antara anggota tim (seperti dalam sebuah perusahaan firma), usaha umumnya akan terlalu rendah. Seorang pemilik luar bagi perusahaan dapat meningkatkan insentif individu karena kompensasi bisa lebih fleksibel: Jumlah kompensasi untuk anggota tim tidak lagi perlu menambahkan hingga total pendapatan yang mereka hasilkan. Contoh ini mengisyaratkan masalah penting lain yang dapat ditangani oleh teori kontrak, yaitu kepemilikan dan kontrol.

Kontrak yang tidak lengkap

Pengukuran kinerja yang tidak tepat bukanlah satu-satunya halangan untuk menyusun kontrak yang efisien. Pihak sering tidak dapat secara realistis mengartikulasikan ketentuan kontrak rinci di muka. Masalah kemudian muncul, bagaimana merancang kontrak dasar terbaik. Ini adalah domain dari kontrak yang tidak lengkap.

Sebuah terobosan besar tiba di pertengahan 1980-an, dalam karya Oliver Hart dan rekan-rekannya. Ide utama adalah kontrak tidak dapat secara eksplisit menentukan kemungkinan apa yang para pihak harus lakukan di masa depan, harusnya menentukan siapa yang berhak untuk memutuskan apa yang harus dilakukan ketika kedua pihak tidak bisa setuju. Pihak dengan keputusan tepat ini akan memiliki daya tawar yang lebih, dan akan bisa mendapatkan kesepakatan yang lebih baik setelah keluaran/hasil (output) telah terwujud. Pada gilirannya, ini akan memperkuat insentif untuk pihak dengan hak keputusan yang lebih untuk mengambil keputusan tertentu, seperti investasi, sementara melemahnya insentif untuk pihak dengan hak keputusan yang lebih sedikit. Dalam situasi kontrak yang kompleks, mengalokasikan hak keputusan karena menjadi alternatif untuk membayar sebuah kinerja.

Hak milik

Dalam beberapa penelitian, Hart - bersama dengan berbagai penulis, seperti Sanford Grossman dan John Moore - menganalisis bagaimana mengalokasikan kepemilikan aset fisik, misalnya apakah aset harus dimiliki oleh satu perusahaan, atau secara terpisah oleh perusahaan yang berbeda. Misalkan penemuan baru membutuhkan penggunaan mesin tertentu dan saluran distribusi. Siapa yang harus memiliki mesin dan siapa yang harus memiliki saluran distribusi - penemu, operator mesin, atau distributor? Jika inovasi adalah kegiatan yang paling sulit untuk merancang kontrak, yang tampaknya realistis, jawabannya bisa jadi inovator harus memiliki semua aset dalam satu perusahaan, meskipun dia mungkin kurang produksi dan keahlian distribusi. Sebagai inovator adalah pihak yang harus membuat investasi yang tak dapat dibuat kontraknya (non-contractible) dalam ukuran lebih besar, dia juga memiliki kebutuhan yang lebih besar dari tawar-menawar masa depan bahwa hak kekayaan membawa ke aset.

Kontrak keuangan

Salah satu aplikasi penting dari teori kontrak telah ada di kontrak keuangan. Misalkan, contoh manajer, kinerja yang benar adalah sulit untuk digunakan dalam kontrak karena manajer mampu mengalihkan keuntungan perusahaan. Solusi terbaik mungkin untuk manajer untuk menjadi seorang pengusaha dan memiliki perusahaan sendiri - seorang pengusaha bebas dapat memutuskan bagaimana menjalankan perusahaan, dan membuat trade-off yang tepat antara tindakan yang meningkatkan keuntungan dan tindakan yang meningkatkan manfaat pribadinya.

Keterbatasan dari solusi ini adalah bahwa manajer kadang-kadang tidak mampu membeli perusahaan, sehingga investor luar harus membiayai pembelian. Tapi jika keuntungan tidak dapat dikontrak, bagaimana investor bisa yakin mereka akan mendapatkan uang mereka kembali? Salah satu solusi adalah dengan menjanjikan mereka pembayaran masa depan tetap (terlepas dari keuntungan) dengan agunan: jika pembayaran tidak dilakukan, kepemilikan ditransfer ke investor, yang dapat melikuidasi aset perusahaan. Ini sebenarnya bagaimana sebagian pinjaman bank bekerja - dan teori menjelaskan mengapa. Lebih umum, teori kontrak memprediksi bahwa pengusaha harus memiliki hak untuk membuat sebagian besar keputusan di perusahaan mereka selama kinerja yang baik, tapi investor harus memiliki hak keputusan yang lebih ketika kinerja memburuk. Fitur ini khas di kontrak keuangan dunia nyata, seperti kontrak canggih yang ditandatangani oleh pengusaha dan kapitalis ventura.

Privatisasi

Aplikasi lain dari teori kontrak Hart yang tidak lengkap menyangkut pembagian antara sektor swasta dan publik. Haruskah penyedia layanan publik, seperti sekolah, rumah sakit, dan penjara, akan milik pribadi atau tidak? Menurut teori, ini tergantung pada sifat investasi yang tak dapat dibuat kontraknya (non-contractible). Misalkan seorang manajer yang menjalankan fasilitas kesejahteraan layanan dapat membuat dua jenis investasi: beberapa meningkatkan kualitas, sementara yang lain mengurangi biaya dengan mengorbankan kualitas. Selain itu, anggaplah bahwa investasi tersebut sulit untuk menentukan dalam kontrak. Jika pemerintah memiliki fasilitas dan mempekerjakan seorang manajer untuk menjalankannya, manajer akan memiliki sedikit insentif untuk memberikan kedua jenis investasi, karena pemerintah tidak bisa dipercaya menjanjikan untuk menghargai upaya tersebut. Jika kontraktor swasta menyediakan layanan, insentif untuk berinvestasi dalam kualitas dan pengurangan biaya yang lebih kuat.

Sebuah artikel yang dirilis oleh Hart pada tahun 1997, bersama-sama dengan Andrei Shleifer dan Vishny Robert, menunjukkan bahwa insentif untuk pengurangan biaya biasanya terlalu kuat. Keinginan privatisasi karena tergantung pada trade-off antara pengurangan biaya dan kualitas. Dalam artikel mereka, Hart dan penulis lainnya sangat peduli tentang penjara swasta. Pemerintah federal di Amerika Serikat sebenarnya mengakhiri penggunaan penjara swasta, sebagian karena - menurut Departemen Kehakiman AS yang baru-baru ini merilis laporan - kondisi penjara yang dikelola swasta ternyata lebih buruk daripada penjara yang dikelola publik.

Kehidupan nyata pemahaman

Teori kontrak telah sangat mempengaruhi banyak bidang, mulai dari tata kelola perusahaan untuk konstitusional hukum. Berkat karya Oliver Hart dan Bengt Holmström, kita sekarang memiliki alat untuk menganalisis tidak hanya kontrak 'istilah keuangan, tetapi juga alokasi kontrak hak kontrol, hak milik, dan hak keputusan antara pihak. Kontribusi oleh pemenang hadiah Nobel bidang Ekonomi tahun 2016 ini telah membantu kita memahami banyak kontrak yang kita amati dalam kehidupan nyata. Mereka juga telah memberi kita cara berpikir yang baru tentang bagaimana kontrak harus dirancang, baik di pasar swasta dan di ranah kebijakan publik.

Bidang Sastra

Penghargaan Nobel dalam Sastra tahun 2016 diberikan kepada Bob Dylan "Karena telah menciptakan ekspresi puitis baru dalam tradisi lagu Amerika yang bagus".

Dylan saat tampil Azkena Rock Festival di Vitoria-Gasteiz, Spanyol pada Juni 2010

Bob Dylan lahir pada 24 Mei 1941 di Duluth, Minnesota. Dia dibesarkan di sebuah keluarga kelas menengah Yahudi di kota Hibbing. Sebagai seorang remaja ia bermain di berbagai band dan memperdalam minat musik, dengan hasrat tertentu untuk musik rakyat Amerika dan blues. Satu dari idolanya adalah penyanyi folk Woody Guthrie. Ia juga dipengaruhi oleh penulis awal Beat Generation, serta oleh penyair modern.

Dylan pindah ke New York pada tahun 1961 dan mulai tampil di klub dan kafe di Desa Greenwich. Ia bertemu dengan produser rekaman John Hammond dengannya ia menandatangani kontrak debut album, yang disebut Bob Dylan (1962). Pada tahun-tahun berikutnya ia mencatat sejumlah album yang memiliki dampak besar pada musik populer: Bringing It All Back Home and Highway 61 Revisited pada tahun 1965, Blonde On Blonde pada tahun 1966 dan Blood On The Tracks pada tahun 1975. Produktivitasnya terus dalam dekade berikutnya, sehingga karya seperti Oh Mercy (1989), Time Out Of Mind (1997) dan Modern Times (2006).

Tur Dylan pada tahun 1965 dan 1966 menarik banyak perhatian. Untuk periode ini ia didampingi oleh sineas D. A. Pennebaker, yang mendokumentasikan kehidupan di sekitar panggung yang berikutnya menjadi film Dont Look Back (1967). Dylan telah mencatat sejumlah besar album sekitar topik seperti kondisi sosial manusia, agama, politik dan cinta. Liriknya terus diterbitkan dalam edisi baru, dengan judul Lyrics. Sebagai seorang seniman, dia sangat mencolok, ia telah aktif sebagai pelukis, aktor dan penulis naskah.

Selain produksi yang besar tentang album, Dylan telah menerbitkan karya eksperimental seperti Tarantula (1971) dan koleksi Writings and Drawings (1973). Dia telah menulis
otobiografi Chronicles (2004), yang menggambarkan kenangan dari tahun-tahun awal di New York dan yang memberikan sekilas hidupnya di pusat budaya populer. Sejak akhir 1980-an, Bob Dylan telah melakukan tur terus-menerus, suatu usaha yang disebut "Never-Ending Tour". Dylan memiliki status sebagai seorang ikon. Pengaruhnya pada musik kontemporer yang mendalam, dan ia adalah objek dari aliran literatur sekunder. (BIOGRAFI SINGKAT BOB DYLAN LIHAT DI SINI)

Daftar Pustaka

Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T. and Ohsumi, Y. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. Journal of Cell Biology 119, 301-311

Tsukada, M. and Ohsumi, Y. (1993). Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cervisiae. FEBS Letters 333, 169-174

Mizushima, N., Noda, T., Yoshimori, T., Tanaka, Y., Ishii, T., George, M.D., Klionsky, D.J., Ohsumi, M. and Ohsumi, Y. (1998). A protein conjugation system essential for autophagy. Nature 395, 395-398

Ichimura, Y., Kirisako T., Takao, T., Satomi, Y., Shimonishi, Y., Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kominami, E., Ohsumi, M., Noda, T. and Ohsumi, Y. (2000). A ubiquitin-like system mediates protein lipidation. Nature, 408, 488-492

Sauvage, J.-P., Duplan, V. and Niess, F. (2016) Contractile and Extensile Molecular Systems: Towards Molecular Muscles. In R. M. Izatt (Ed.) Macrocyclic and Supramolecular Chemistry: How Izatt-Christensen Award Winners Shaped the Field. (s. 444-464). John Wiley & Sons, Inc.

Capecelatro, A.N. (2007) From Auld Reekie to the City of Angels, and all the Meccano in between: A Glimpse into the Life and Mind of Sir Fraser Stoddart. The UCLA USJ., 20,1-7.

Stoddart, J.F. (2009) The Master of Chemical Topology. Chem. Soc. Rev., 38,1521-1529.

Weber, L. and Feringa, B.L. (2009) “We Must be Able to Show How Science is Beneficial to Society.†Chimia, 63 (6),352-356.

Feringa, B.L. (2011) Ben L. Feringa. Angew. Chem. Int. Ed., 50, 1470-1472.

Peplow, M. (2015) The Tiniest Lego: a tale of nanoscale motors, rotors, switches and pumps. Nature., 525, 18-21.

NorthwesternU (2008, May 28). Nanotechnology Town Hall Meeting – Sir J. Fraser Stoddart.

Francis Villatoro (2011, Nov. 9). A four-wheeled molecule moving on a metal surface.

Elsevier Journals (2016, Sept. 7). Tetrahedon Prize 2016.

Ackerberg, D., and M. Botticini (2002): Endogenous Matching and the Empirical Determinants of Contract Form, Journal of Political Economy 110, 564-591.

Acemoglu, D., P. Aghion, R. Gri¢ th, and F. Zilibotti (2010): Vertical Integration and Technology: Theory and Evidence, Journal of European Economic Association 8, 989-1033.

Adrian, T., and H. Shin (2008): Financial Intermediary Leverage and Value-at-Risk, Federal Reserve Bank of New York Sta§ Report no. 228.

Aggarwal, R., and A.A. Samwick (1999): The Other Side of the TradeO§: The Impact of Risk on Executive Compensation, Journal of Political Economy 107, 65-105.

Catatan Editor

Artikel dan gambar diambil dari situs nobelprize.org
Majelis Nobel, yang terdiri dari 50 profesor di Karolinska Institutet, menjadi juri penghargaan Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Komite Nobel mengevaluasi nominasi. Sejak 1901 Hadiah Nobel telah diberikan kepada ilmuwan yang telah membuat penemuan paling penting bagi kepentingan umat manusia.
Sedangkan Royal Swedish Academy of Sciences, didirikan pada 1739, adalah sebuah organisasi independen yang tujuan keseluruhan adalah untuk mempromosikan ilmu dan memperkuat pengaruh mereka di masyarakat. Akademi mengambil tanggung jawab khusus untuk ilmu-ilmu alam dan matematika, tetapi juga berupaya untuk mempromosikan pertukaran ide antara berbagai disiplin ilmu.