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解读2008诺贝尔自然科学奖:解决人类的难题

2008-10-13
2008诺贝尔自然科学奖
解读2008诺贝尔自然科学奖:解决人类的难题
2008年10月13日 北京科技报2008年10月13日封面

  从今年的诺贝尔科学奖中我们能获得什么启示?在欢欣鼓舞的背后,我们发现,奖项内容的字里行间,闪现着一些让人类不太如意的负面词汇:疾病、艾滋、肿瘤……

  当世界越来越幸福的时候,我们应该注意到:苦难依然此起彼伏。世上没有皇帝神仙,解决它们只能从我们的思想降临开始。

  2008诺奖:人类的难题

  □文/本报记者 马佳 陈永杰 □供图/IC CFP

  化学奖:向细胞派遣的疾病“侦探”

  获奖人:马丁·查尔菲、下村修、钱永健

  对话马丁·查尔菲:荧光蛋白让人类了解自己的疾病

  马丁·查尔菲1947年出生,在芝加哥长大,1977年获得哈佛大学神经生物学博士学位,自1982年以来任哥伦比亚大学生物学教授。他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用,并因此为科研人员在了解人类疾病是如何发生的等方面提供了重大的帮助。

  北京科技报:诺奖通常会通过电话通知获奖人,接到电话时您正在做什么?

  查尔菲:哦,事实上我错过了从斯德哥尔摩打来的电话,因为他们给我打电话时我还在睡觉,两小时后醒来,我想起化学奖应该已经公布了吧,我想看看是谁获了奖,所以我就上网去查阅了一下,一看,天,竟然就是我自己!我感到非常的意外,同时也非常高兴。

  北京科技报:您曾经想过“绿色荧光蛋白”这项研究会获得诺贝尔化学奖吗?

  查尔菲:没想过,但是曾经有过很多人问我这个问题,因此我想,也许吧。但是我作为这个课题其中的一个研究者,得到诺奖太惊喜了。

  北京科技报:您自己对于“绿色荧光蛋白”这一发现如何评价?

  查尔菲:14年前,我们发表了这篇研究论文,在后来的这14年里,人们通过荧光蛋白,获得了很多生物学上的基本知识。所以我想这一发现和研究的主要贡献是,人们在观察活体组织内部和细胞内部的时候,由于绿色的荧光蛋白很容易辨识,因此研究人员能够通过这些蛋白的活动了解到这些细胞是如何工作的。这样我们也可以了解很多人类疾病是如何发生的。对于这些生物学基础的了解是非常重要的,之前没有人用这种方法来认识人类的疾病。我获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用。

  北京科技报:很多科研结果对于人类发展都很重要,结果也通常令人喜悦,但是过程往往是枯燥的,研究过程中一定有很多吸引您的地方让您坚持一项研究这么多年。

  查尔菲:多数情况下一个研究成果的出现是需要很长的一段时间的,我们需要尝试很多的想法和方法,有些方法行得通但有些会失败。我是一个喜欢新想法的人,失败一次我就会再去寻找新的方法。有些时候一种想法一次就可以实验成功,就拿“绿色荧光蛋白”来说,我想到一种方法后马上进行实验,然后就成功地得到了结论,这让我很有成就感。当一种想法变成现实,我会感到非常的高兴。

  北京科技报:对于其他两位获奖者下村修和钱永建,你们之间是否有过研究的交流?

  查尔菲:我认识他们,但没有在一起做过研究。不过对于他们的成果我也有所了解,下村修是“绿色荧光蛋白”的最早的发现者,而钱永建对“绿色荧光蛋白”的改造拓宽了这个领域的研究。能够和他们一起分享这个奖,我感到非常荣幸。

  北京科技报:在您的工作团队中有华人吗?

  查尔菲:我有很多来自中国的学生(他能一一细数他们的名字,现在的工作),他们都非常棒,非常优秀,现在也都有各自的事业,我们都已经是很好的朋友。

  北京科技报:对于中国在该领域的研究,您了解吗?

  查尔菲:对这个领域我了解得不多。但是今年的四月我刚刚去过中国的上海和北京,有机会和这两个城市的很多科学家进行了交流。对于中国科学界的发展我感到非常惊讶。中国科学的发展和建立非常好,我还参观了北京的国家级生物学项目实验室。同时一些项目当中很多年轻的科学家也拥有了他们自己的研究,这让我感到非常兴奋。我非常有兴趣了解接下来5年到10年的中国的科学界发展。

  下村修:“绿色荧光蛋白”之父

  美国海洋生物研究所的日裔科学家下村修是最早发现“绿色荧光蛋白”的人。他在1960年从日本到了美国的普林斯顿,开始水母等发光生物体的研究,并且从水母中的分离纯化了发光蛋白“水母素”。1974年,下村修又确认得到了一种在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色的蛋白,当时被称为“绿色蛋白”,也就是“绿色荧光蛋白”。下村修被誉为生物发光研究第一人。

  下村修的发现成为生物学研究的一个新的开端,后来的很多科学家都在此基础上不断地研究探索,包括此次同时获奖的钱永建和马丁·查尔菲,他们的研究都是在发现了“绿色荧光蛋白”的基础上进行的。获知得奖的下村修也是在凌晨5点的睡梦中被惊醒,当他的妻子告诉他是斯德哥尔摩的电话,他就知道“出事了”,得奖的消息让这位80岁的老人十分惊喜。

  钱永健:缤纷的荧光蛋白

  我国导弹之父钱学森的堂侄华裔科学家钱永健教授获得诺贝尔化学奖,他实验室的新闻发言人黛博拉·凯恩告诉《北京科技报》,钱永健得知获得诺奖的消息后第一时间在美国加利福尼亚大学圣迭戈分校举行了一个电话记者会,电话采访中钱永健感谢了和他一起分享今年诺贝尔化学奖的马丁·查尔菲和下村修。钱永健也表示下村修的工作让一切成为可能。同时也对他实验室内的工作人员表示了感谢,他表示这是他的团队共同努力的结果。

  钱永健此次和其他两位科学家都是因在“绿色荧光蛋白”的研究中做出的贡献而获殊荣。而钱永健所作的研究色彩更加缤纷。他在“绿色荧光蛋白”的基础上,通过改变其氨基酸排序,拓展出能吸收和发出不同颜色光的荧光蛋白,包括蓝色、黄色、橙色、红色、紫色等。有了这些不同颜色的荧光标记,科研人员通过光学显微镜,就可以轻松确认基因或蛋白质活动的时间和位置。

  凯恩告诉《北京科技报》,钱永健的同事和学生们得到他获奖这个消息时只有兴奋没有惊讶,因为他们认为这个奖非他莫属。凯恩说,在电话记者会中,也有很多记者对钱永健是钱学森堂侄这一关系非常感兴趣,因为钱学森是中国著名的科学家,钱永健自己也风趣地表示在科学领域做出成就和家族血脉很有关系。

 生理学或医学奖:挑战癌症、艾滋病

  获奖人:哈拉尔德·楚豪森、弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西、吕克·蒙塔尼

  哈拉尔德·楚豪森:寻找攻克宫颈癌的武器

  科研人员认识人类乳头状瘤病毒已经将近100年,但是在70年代之前,对它的研究仅仅在于这种病毒感染所引起的人以及动物的皮肤疾病。哈拉尔德·楚豪森在六七十年代就提出了人类乳头状瘤病毒与女性宫颈癌有关。

  德国癌症研究中心的研究人员魏泉祥师从楚豪森,魏泉祥说:“楚豪森的研究最初曾引起了很大的争论,这项研究能够最后取得成功,也是归功于楚豪森教授自己对于学术的坚持。”

  在取得了越来越充足的证据后,1996年世界卫生组织对这一研究成果的正式公布,让女性第二大疾病杀手的检查和治疗得到了突破性进展:90%以上得宫颈癌的女性的宫颈癌都是由人类乳头状瘤病毒引起。感染这种病毒的女性多数能够通过自身免疫清除,但有7%到8%的人的感染会发展成为肿瘤。但这种病毒感染不是急性感染,通常也要20年至30年的时间发展成为致命杀手。因此如果能够早期查出病毒的感染就可以采取措施进行预防。

  “这个研究结果,使得很多女性在定期的检查中可以查出早期病毒感染,进行预防。科学家们还在此基础上研制出了有效的疫苗”,魏泉祥告诉《北京科技报》,“德国癌症研究中心已经通过临床试验研制出疫苗,并且已经可以上市应用了,只是它的普及还需要时日。我想这也是为什么今年他会得到诺贝尔奖,应该是所有这些事件意义的综合,这个荣誉给他,他当之无愧。”

  2007年人类乳头状瘤病毒研究年会在北京召开,魏泉祥说:“这也说明我们国家在这个方面取得了很好的成绩,得到了世界学界的认可。楚豪森教授也出席了北京的年会,他对北京的印象很深刻。”

  目前在德国癌症研究中心从事研究工作的魏泉祥,和楚豪森教授有4年的师生情谊,说起这位老人,魏泉祥充满敬佩和感激。“严谨是科学家的共性,工作中的勤奋也是令我们敬佩的。2003年退休前,他担任德国癌症研究中心所长很多年。在科研探讨中他很严谨,同时思维非常敏捷,很快就可以发现关键问题,这是他的专业能力。”

  同时楚豪森教授的平易近人让他们的相处非常愉快。魏泉祥说:“他很严谨,包括衣着,上班永远都是西装。他的决断力让我们感到很信任。他的和蔼也让我们相处很轻松。他的记忆力让我很佩服,学生同事的家人,谁来探望过他都能记得住,还会不时地问候,让我们感到很亲切。”

  在楚豪森获得诺贝尔奖的当天,研究中心为他举行了庆祝会和记者会。“他在会议上的发言,多数都在感谢别人,而谈到自己的部分很少。”魏泉祥说:“他只说‘对于我来说,以往的今天是很平常的一天,今天斯德哥尔摩打来的电话告诉我我获得了诺贝尔奖,今天就变得和以前不一样了。’他没有那种欣喜若狂,我想这应该是科学家所拥有的一种气质吧。”

  弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西和吕克·蒙塔尼:揭开艾滋病的神秘面纱

  分享生理学或医学奖的另外两名科学家是法国的弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西和吕克·蒙塔尼,他们因发现人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)共获此殊荣。

  吕克·蒙塔尼目前是世界艾滋病研究和预防基金的荣誉教授和主管。弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西是法国巴黎巴斯德研究所逆转录病毒感染调控研究小组主任,主要从事反转录病毒研究领域的研究。这两位科学家在1982年从淋巴结肿大的早期病人的淋巴细胞和晚期病人的血液中确定了人类免疫缺陷病毒(HIV),根据形态、生物化学、免疫特性将这种反向病毒定为首个人类已知慢病毒。由于大量的病毒复制和对淋巴细胞的破坏,HIV破坏了人体的免疫系统。这一发现对于了解艾滋病的生物学和抗病毒治疗是一个前提,也正是由于他们的发现才有了艾滋病诊断和血液产品筛选方法的产生,有效延缓了艾滋病的流行。

  艾滋病病毒发现者的确定曾经还有一些波折,1983年一名美国科学家罗伯特·加洛博士宣称是他发现了HIV病毒,因此加洛博士和蒙塔尼持续进行了多年争论,最终在1987年和解同意平分这项荣誉。但后来,加洛发现,他实验室中的培养物是意外沾染了蒙塔尼的实验室的艾滋病病毒,因此在1992年科学界一致认为发现艾滋病病毒的人就是蒙塔尼。

  当今年的诺贝尔奖颁布时,加洛感到很失落,但他认为获奖的三位科学家获奖当之无愧,而蒙塔尼则表示获奖的不应该只是“我们两个人”。

  物理学奖:追问宇宙存在之谜

  获奖人:南部阳一郎、小林诚、益川敏英

  南部阳一郎、小林诚、益川敏英:量子世界的预言家

  出生于日本,今年已经87岁高龄的南部阳一郎是美国理论物理学家,现就职于美国芝加哥大学恩里科·费米学院。他在物理学自发对称破缺机制上作出了开创性的工作,其结果被称为南部-戈德斯通定理。

  “南部阳一郎取得的学术成就非常多,发现亚原子物理学中的自发性对称破缺机制只是其中之一。”10年前到美国芝加哥大学恩里科·费米学院从事为期3年的学术研究工作,曾与南部阳一郎教授共事的中国科学院理论物理研究所李淼研究员对《北京科技报》说。

  在恩里科·费米学院期间,李淼和南部阳一郎教授有过几次学术上的交流。“一次,我和同事合作完成一篇论文,其中遇到一些问题,最后和南部阳一郎教授进行交流,他的建议让我们受益匪浅。论文发表后,在国际物理界产生了一定的影响。”李淼说。

  李淼研究员和南部阳一郎教授相差40多岁,“南部阳一郎同我国著名物理学家杨振宁院士和李政道院士是一个时代的物理学前辈,他们在美国期间相互关系非常好。只是,当时杨振宁院士和李政道院士到美国留学,而比他们晚到美国的南部阳一郎教授已经在日本国内取得了学位。”李淼介绍说。

  根据已知理论,大约137亿年前,宇宙在“大爆炸”中诞生。之后,夸克、电子等粒子和同样数量质量但电荷相反的反粒子构成了物质。粒子和反粒子一旦碰撞,将在释放出光之后“同归于尽”。因此,如果两者始终并存,宇宙中的物质最终将消失殆尽,但是,现在的宇宙中只有粒子“幸存”,没有发现反粒子。

  科学家认为,反粒子幸存率不如粒子,是因为除电荷相反外,还存在其他微小差异,这种粒子和反粒子的性质差异被称为“对称破缺”,它的机制是亚原子物理学的一大谜团。

  “早在1960年,南部阳一郎就阐明了基本粒子物理中自发对称破缺的数学描述。”瑞典皇家科学院在授奖评语中写道。

  “就像一个草帽是圆形的,它是对称的,但是如果在草帽的一边放上一个东西,那么这种对称就被破坏了。”李淼研究员对于南部阳一郎的获奖这样解释到。南部对自发性对称破缺机制的研究奠定了亚原子物理学的“标准理论”基础。

  对于南部阳一郎教授本人的印象,李淼回忆说,“南部是一位非常低调的科学家,说一口日本味很浓的英语。我在美国期间,他当时已经是70多岁的高龄,还经常到实验室工作,他现在还坚持学术研究,还发表学术论文。”

  与南部阳一郎教授共同获得2008年诺贝尔物理学奖的还有小林诚、益川敏英。他们两人在1972年发表论文,解释了对称破缺的起源。值得一提的是,当时两人分别只有29岁和33岁。

  根据他们的理论,只要存在6种以上夸克,对称破缺就能发生。发表这篇论文时,科学家只发现了3种夸克。另外3种夸克分别发现于1974年、1977年和1995年。此后再无夸克发现,剩下的课题是科学家通过实验确证对称破缺。2001年和2004年,美国斯坦福实验室和日本高能加速器研究机构的粒子探测器分别独立实现了对称性破缺。

  “结果与小林、益川30年前的预测一致,”诺贝尔奖评语特意点出。

  当得知两位日本科学家小林诚、益川敏英获得诺贝尔物理学奖以后,曾经到日本从事研究工作的中国科学院高能物理研究所邢志忠研究员非常兴奋。

  “我在日本工作期间,数次与小林诚有过接触。他个子不高,为人低调谦和,甚至有点羞羞答答。”邢志忠告诉《北京科技报》。

  在邢志忠的印象里,益川敏英是个很保守的日本人,在国际学术会议和接待国外客人的时候从来不说英语,但是他听得懂。他的英文科学论文数目只有三十多篇,且几乎都是发表在日本的《理论物理进展》杂志上。

  小林诚与益川敏英的工作是率先在标准模型中引入三代夸克并解释了CP对称性破坏。后者是宇宙的物质-反物质不对称的动力学根源之一,已经在加速器实验中得到证实。他们合作的文章1973年发表在日本本土的《理论物理进展》杂志上,迄今已有近5500次的引用率,在高能物理领域的被引次数最多之论文中排名第三。

  “这次三位得奖人中的两位主要工作都与基本对称性的破缺有关,很有意思。对称性是美的,对称性破坏是对称性的‘妹妹’,所以后者也是美的。这样的逻辑可能不完全通顺,但是反映了自然规律的两面性。”邢志忠说。

  对于曾经在日本筑波高能加速器研究机构工作过的中国科学院高能物理研究所吕才典研究员来说,曾经有幸和小林诚同在一个实验室。“当时,我的导师告诉我们,小林诚是在攻读博士后期间发表的获奖论文,让我们年轻人以他们为榜样。”吕才典回忆说。

  但是,吕才典研究员告诉《北京科技报》,在发表完获奖论文后,小林诚与益川敏英开始主要从事教书工作。

  另类诺贝尔奖:搞笑和科学不矛盾

  当各国的科学家翘首期待诺贝尔奖颁布的时候,人们也将越来越多的目光集中在另一个奖项“另类诺贝尔奖”上,这个由美国幽默科技杂志《不可能的研究纪录》发起的奖项虽然起了个有些恶搞的名字,但是它的获奖名单在普通人看来似乎与现实生活距离更加贴近、更有趣些。

  英国《新科学家》杂志报道,美国波士顿大学医学院妇科学教授德博拉·安德森和同事因实验证明可乐是有效的杀精剂,成为今年的另类诺贝尔化学奖得主。同时,台湾台北蒥立万芳医院医生洪传岳、谢茶唱、吴佩芬和姜必宁因证明了相反的结论也平分了该项荣誉。

  安德森说,这种用可乐冲洗精子已达到避孕的方法在上世纪50至60年代就在民间使用,人们相信碳酸可以杀死精子。在她们的实验中,将精子浸入4种可乐的混合液中,1分钟内精子就全部死去,但是在英国新出的一种名为“新可乐”的可乐中还有41%的精子存活。不过安德森也警告想要用这种方法避孕的女性,因为精子可以以非常快的速度到达子宫深处并找到卵子,这个速度大大超过了包括可乐在内的杀精剂的速度,并且也超出了它们能到达的范围。因此两组研究者虽然得出了截然不同的研究成果,但他们都让我们得到了一个同样的生活参考:如果真的想避孕,最好别指望可乐能帮上忙。

  问鼎另类诺贝尔物理学奖的是美国加州大学圣地雅哥分校的道隆-雷米尔和道格拉斯·史密斯,他们证明毛发、细绳和同类的其它任何东西,都会无可避免纠缠成结,这个过程称为“一条不安的细绳自然打结”。所以如果你不想在找耳机听音乐时发现它们和其他的数据线缠绕在一起难解难分,从而影响了听音乐的兴趣,请把这些线状物单独存放。

  另类诺贝尔医学奖得主、美国杜克大学行为经济学家丹-阿里的获奖研究课题是“昂贵假药比便宜假药管用”,在他的研究中,同样的假药用于两组志愿者,但他们所知的价格不同,结果贵一些的一组取得一些疗效。他总结说,这说明价格会影响患者心理和他们在疗效上的反应,药物价格贵,患者的病痛就会得到更多的缓解
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本栏目主要介绍最新科技发展动态方面,包括最新的现代科学研究成果、现代科技方向、现代科学技术动态、解读2008诺贝尔自然科学奖:解决人类的难题等。特别关注有关人与文化的价值方面的研究。

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