作者:张梦然 来源:中国科技网-科技日报 发布时间:2017/10/8 18:25:49
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科学之路 惟信念坚定与砥砺前行

 

截至10月5日,2017年诺贝尔三大科学奖均已揭晓,九位科学家摘得桂冠。

2日晚,作为第一个被公布的获奖项目,卡罗琳斯卡医学院将生理学或医学奖授予了三名美国科学家杰弗里•霍尔、迈克尔•罗斯巴什和迈克尔•扬,以表彰他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就;3日晚,美国科学家雷纳•韦斯、巴里•巴里什和基普•索恩获得物理学奖,其成就是在“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目和发现引力波方面的贡献;4日晚公布的化学奖,由瑞士科学家雅克•杜博歇、美国科学家约阿希姆•弗兰克以及英国科学家理查德•亨德森获得,他们研发出能对生命分子进行三维成像的冷冻电子显微镜技术。

三项成果,无不成就于数十年的努力,而今诺奖的垂青,是对艰难科学道路上砥砺前行、信念坚定之人的最佳鼓励。

生物节律:生命时钟的“滴答”

人类心中有两种看似冲突的原始冲动,一种要将事物简化到最基本要素,另一种又要通过这些基本要素摸索出更重要的意义。

探究生物钟的奥秘,是前者;而利用生物节律的分子机制改善人类健康,则是后者。

生物钟这个词汇,人们其实相当熟悉。这部体内的时钟,可以在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,有助于为日常的生理机能做好准备,但是,它的运作机制却一直成谜。

其实早在上世纪六、七十年代,生物学家们已经开始了生物钟相关基因的研究。但直到80年代中期,三位美国科学家才打破传统,从果蝇中分离出一种能够控制昼夜节律的基因,以大胆的实验揭开了与生物钟有关基因的产生、运作机制,并于后来30多年里,在这一领域的研究中越钻越深。

这项研究成果的最大价值在于,该调控机制也同样适用于人类。而能够从基因变异角度研究哺乳动物的生物节律,亦为后来的科学家们进一步治疗遗传性疾病铺平了道路。

对生物钟基因密码的求索,最终为促进人类健康做出了巨大贡献。这一份价值,不管有没有诺贝尔奖,它都在那里。

引力波:一场寰宇有声电影

引力波获奖,其实是四十多年的努力成果。

LIGO天文台如一面巨大的竖琴,以激光为弦,但只有宇宙中高度动态的事件才有本事拨弦。弦多年未响,LIGO潜伏时空蛛网一角,等待捕捉猎物。

以当年的眼光来看,同样的建设资金放到大型望远镜上才是正途,投在LIGO上等同冒险。这个项目可以依靠的,只有“爱因斯坦的名声”以及数位科学家们的坚持。

但坚持的结果我们都知道了,LIGO找到了要找的东西。

正是这次收获,让天文学迎来了一次革命——从16世纪伽利略的望远镜发现天空中原本一片黑暗之所竟蕴藏着丰富细节,到全球联网的射电望远镜群向遮蔽我们视野的天幕发起挑战,人类从未放弃对星空的展望。但此前的成果,呈现给人们只是一部默片,引力波却可以让我们聆听到宇宙的隐匿之音,领略一场寰宇有声电影。

可见光、无线电波、红外线……这些都是由单个原子或电子发出的,只带有天体的单一特性。但引力波迥然不同,它能告诉我们大质量天体运行的全部信息——这是一个400年来探测太空最根本、却最先进的器具。

捕捉宇宙时空里捉摸不定的涟漪,这个项目在最初被嘲讽为“妄想”。但科学家们的信念一步步把我们引向检验它的边缘,更见证它成为事实。

冷冻电镜:借双“上帝之眼”

自2013年以来,一项技术——低温冷冻电子显微镜,开始成熟并得到大量应用,是以在2013年之前和之后,分子结构显像效果有了鲜明对照。这一点,诺奖评选委会特意于发布会上呈现给世人。

上世纪70年代到90年代之间,三位科学家分别开发出了图像合成算法,将电子显微镜模糊的二维图像合成清晰的三维图像;改进了传统电子显微镜,获得了原子级分辨率的图像;以及研发了将液体水迅速冷冻成玻璃态从而使生物分子保持自然形态的技术。正是这些发明,让冷冻电镜的各个部件都得到优化,才奠定了近年来众多科学家所称的“生物化学革命”。

工具的创新,产生了比发明本身更了不起的影响。凭借“上帝之眼”,此往不为人知的分子生命状态被揭露,结构生物学翻天覆地。而对于人类来说,理解生命机理、研究开发新药,自此不可同日而语。

正如评选委员会所说,科学发现常建立于“对肉眼看不见的微观世界真实显像”这一基础之上,可惜在漫长一段时间里,旧显微技术只适用于“无生命”样品,已无法充分展示分子生命周期全过程,生物化学图谱上因此有了“留白”。而冷冻电镜的出现,终将整个领域推入了全新纪元。

相关专题:2017年诺贝尔奖
 
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