本報(bào)記者 張夢然

截至10月6日,2016年諾貝爾三大科學(xué)獎(jiǎng)均已揭曉,共7位科學(xué)家摘得桂冠。

3日晚,作為第一個(gè)被公布的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目,卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院將生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了日本科學(xué)家大隅良典,以表彰他對細(xì)胞自噬機(jī)制的發(fā)現(xiàn);4日晚,三位科學(xué)家戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨獲得物理學(xué)獎(jiǎng),其成就是在物質(zhì)的拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎喾矫娴睦碚摪l(fā)現(xiàn);5日晚公布的化學(xué)獎(jiǎng),由讓-皮埃爾·索瓦日、弗雷澤·斯托達(dá)特、伯納德·費(fèi)林加三位科學(xué)家獲得,他們在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀鐾怀鲐暙I(xiàn)。

細(xì)胞自噬、拓?fù)淅碚摗⒎肿訖C(jī)器,你我在看過長篇大論后仍不知所以然,有人卻已在此間勉一生之力。對于這些冷門領(lǐng)域里的寂寞身影來說,諾獎(jiǎng)的垂青,是最酷的獎(jiǎng)勵(lì)。

自噬反應(yīng):生命清道夫

自噬一詞,從字面上就非常生動(dòng)地描述了這項(xiàng)生物學(xué)過程。

在上世紀(jì)中期,人們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)仿似有一個(gè)垃圾處理站,專職回收各種多余成分。這就是溶酶體結(jié)構(gòu)。此后十年間,借力顯微鏡技術(shù)的飛速進(jìn)步,科學(xué)家開始在溶酶體內(nèi)觀察到大量細(xì)胞,也包括整個(gè)細(xì)胞器。人們驚訝地發(fā)現(xiàn),細(xì)胞似乎是通過某種“運(yùn)輸渠道”,才將細(xì)胞組分運(yùn)送到溶酶體中進(jìn)行回收降解。當(dāng)時(shí)溶酶體的發(fā)現(xiàn)者克里斯汀·德·迪夫創(chuàng)造了“自噬”這個(gè)詞來描繪該現(xiàn)象。但在之后三十年,相關(guān)領(lǐng)域依然行進(jìn)艱難。

自噬的過程與規(guī)律之謎,是大隅良典解開的。他研究了大量酵母細(xì)胞突變株,設(shè)計(jì)了極其巧妙的實(shí)驗(yàn),在1993年找到了許多和細(xì)胞自噬有關(guān)的酵母突變體。接下來的四年間,他的團(tuán)隊(duì)成功克隆出了自噬基因。自此,人們對自噬——這種細(xì)胞自身的“減肥”機(jī)制,終于有了一個(gè)較為清晰透徹的認(rèn)識,自噬的啟動(dòng)、流程和后果逐漸走入研究者眼簾。

據(jù)《新科學(xué)家》在線版文章,大隅良典在一次采訪中曾說道,隨著自噬研究的深入擴(kuò)展,人們已認(rèn)識到這不再是一種簡單反應(yīng),許多生理現(xiàn)象的發(fā)生都與之有密切關(guān)系,譬如病原體的殺滅、細(xì)胞內(nèi)部清理,以及癌細(xì)胞的抑制和成熟。

正是由于自噬對腫瘤來說形同一把雙刃劍,才能利用它們在細(xì)胞異常中的作用,持續(xù)為人類的疾病治療謀求新思路。

拓?fù)鋵W(xué):從面包圈到蝴蝶卷

拓?fù)鋵W(xué)的目的,是借助洞的數(shù)量等最基本的特征,來描繪物質(zhì)的形狀和結(jié)構(gòu)。從這個(gè)意義上說,一個(gè)紙杯和一個(gè)面包圈都是相似的,因?yàn)樗鼈兌加幸粋�(gè)洞。但蝴蝶卷這種面包就不是,因?yàn)樗�上面有兩個(gè)洞。

聽起來有趣,但實(shí)際的理論研究冷門而晦澀。在上世紀(jì),這一數(shù)學(xué)理論對當(dāng)時(shí)的人們來說相當(dāng)生僻,少有人能理解。但正是依靠三位科學(xué)家的努力,才推動(dòng)了現(xiàn)今材料科學(xué)以及包括量子計(jì)算在內(nèi)的電子學(xué)的進(jìn)步。

據(jù)《新科學(xué)家》文章稱,在得知自己獲獎(jiǎng)的消息時(shí),鄧肯·霍爾丹訝異之余還有一絲欣慰,畢竟大部分的研究工作都發(fā)生在上世紀(jì)70至80年代。

三十多年前,學(xué)界仍普遍認(rèn)為超導(dǎo)特性,即物質(zhì)的電阻為0這一現(xiàn)象是無法發(fā)生在薄層中的。是索利斯和科斯特利茨駁斥了這一說法,并借用拓?fù)鋵W(xué)進(jìn)行了詮釋。他們發(fā)現(xiàn),薄層導(dǎo)電的現(xiàn)象,會(huì)出現(xiàn)在依照離散拓?fù)涞牟襟E而被賦予形式的物質(zhì)中。這些步驟里的每向上一步,都相當(dāng)于“把面包圈變成了蝴蝶卷”。

以此類推,霍爾丹又詮釋了某些物質(zhì)的磁性特征。他承認(rèn)這工作起初非常抽象,但隨著時(shí)間推移,越來越多的物質(zhì)屬性能夠被拓?fù)鋵W(xué)所解釋,“實(shí)際上,許多人們花數(shù)年去尋找的物質(zhì)特性,一直就在他們眼皮底下。只是我們沒有去看而已”。

現(xiàn)在,他們?nèi)�人的研究覆蓋了諸多不同特性的物質(zhì),包括當(dāng)前因其獨(dú)特屬性而風(fēng)頭正勁的石墨烯。但就對拓?fù)鋵W(xué)的理解及其應(yīng)用而言,人們僅僅是開了一個(gè)頭。對此,霍爾丹說,想知道目前的成果能告訴我們什么?那就是前方還有很長的路要走。

分子機(jī)器:世界最小的機(jī)械

發(fā)明機(jī)器,是人類歷史不可分割的一部分。而本屆化學(xué)獎(jiǎng),見證了科學(xué)家們將分子成功連接起來并設(shè)計(jì)出微型電梯、微型發(fā)動(dòng)機(jī)以及分子肌肉的歷程。