·科技风云·
2014诺贝尔奖:科学新的里程碑
每年10月初,全世界科学界的目光都
会聚焦到瑞典。瑞典皇家科学院会公布
当年诺贝尔物理学奖和化学奖的获奖名
单,而瑞典卡罗琳医学院则会揭晓诺贝尔
生理学及医学奖花落谁家。在此之后,多
位科学家会因为在各自研究领域内的卓
越成就而被载入史册。而在这本记录人
类一百多年来探索未知世界历程的史册
中,2014年又要增添9位科学家的名字。
2014年最先开启诺贝尔科学奖大幕
的是诺贝尔生理学及医学奖。10月6日,
拥有美英双重国籍的John O'Keefe 以及
一对挪威夫妇Edvard Moser和May-Britt
Moser 因为“发现构成
大脑定位系统的细胞”
而获奖。与此同时,
Moser夫妇也成为历史
上第5 对获得诺贝尔
奖的夫妻(10月6日果壳网)。
3人研究的意义在于构建出大脑里
的“定位系统”。1971年,John O'Keefe发
现大脑海马体里有一种神经细胞,每当
老鼠身处屋子的某个特定地点的时候,
这种细胞总是会被激活。其他神经细胞
则在大鼠身处其他地方的时候被激活,
于是他认为这些“位置细胞”组成了屋子
的地图。2005年,Moser夫妇发现了大脑
定位系统的另一个关键成分,即一种被
称为“网格细胞”的神经细胞。这些细胞
组成了一个坐标系,允许生物进行精确
的定位和寻路。他们的后续研究表明,
地点细胞和网格细胞共同作用使得定位
和导航成为可能。这套系统就像是大脑
中的GPS,而人类大脑的定位系统和老鼠
的定位系统有相似的地方。正是得益于
他们的出色工作,我们可以回答长期以
来困扰人类的难题——大脑如何给周围
的空间创造地图,我们如何在复杂的环
境中寻找路线。
1天之后,10月7日,诺贝尔物理学
奖揭晓,日本科学家Akasaki Isamu 和Amano Hiroshi
以及日裔美籍科学家Na
kamura Shuji因为“发明有效率的蓝色发
光二极管,催生明亮而节省能源的白色
光源”而获此殊荣(10月7日新浪网)。这
个结果也继承了诺贝尔奖最初的宗旨,
即奖励对全人类带来巨大益处的发明。
当3位科学家在20世纪90年代初期
用半导体发出一道蓝光时,他们在发光
技术的领域里开启了一场深刻的变革。
红光LED和绿光LED当时已经问世很久,
但是没有蓝光LED的存在,白光灯就无法
制造出来。蓝光LED的发明补足了光谱
上最后一块缺口,让基于LED的白光照明
和全彩色显示成为可能,为之后出现的所
有LED 照明灯、LED 背光液晶显示器和
LED全色显示点阵铺平了道路。
白光LED 灯发出明亮的白光,既持
久又节能。由于全球电力的近1/4都用
在照明上,白光LED灯为节约地球资源
作出巨大的贡献。鉴于LED的使用寿命
可达10万小时——而白炽灯只可用1000
小时,荧光灯可用10000小时——照明材
料的消耗也大大减少。在提高全球15亿
无法接受电网供应的人们的生活质量方
面,LED 灯有着光明的前途——由于所
需的能量较低,廉价的本地太阳能就能
给LED灯供能。因此尽管蓝光LED仅仅
被发明了20年,但它已带来了一种全新
的白光生产方式,也为全人类带来了一
种全新的生活方式。
10月8日,最后一项诺贝尔科学奖公
布结果,美国霍华德·休斯医学研究所的Eric Betzig
、德国马克斯普朗克生物物理
化学研究所的Stefan W. Hell以及美国斯
坦福大学的William E. Moerner 因为“在
超高分辨率荧光显微技术方面的贡献”
而获得诺贝尔化学奖(10 月8 日科学
网)。长期以来,人们认为光学显微技术
无法突破一条极限:它永远不可能获得
比所用光的半波长更高的分辨率。早在
1873年,Ernst Abbe就给传统的光学显微
镜分辨率规定了一个物理极限:它不可
能突破0.2 μm,这个极限后来也被成为
“阿贝极限”。然而,2014年诺贝尔化学
奖的得主却使用荧光分子成功绕开了这
一极限。
这次获奖的是2项独立的技术。第1
项是Stefan W. Hell于2000年研制的受激
发射减损(STED)显微技术。用该技术仔
细扫描样本,得出的图像分辨率打破了
Abbe提出的显微分辨率极限。Eric Betzig
和William E. Moerner则分别独立地进行
研究,为第2种技术打下了基础,即单分子
显微技术。这种方法依赖于开关单个分
子荧光的可能性。科学家对同一区域进
行了多次“绘图”,每次仅仅让很少量的分
散分子发光。将这些图像叠加起来产生
了密集的纳米尺寸超分辨率图像。
3位获奖者突破性的工作将光学显
微技术带到了纳米尺度,我们可以使用
光学显微镜对神奇的纳米世界一探究
竟。现在,科学家们
能够观察到分子是如
何在大脑神经细胞之
间生成神经突触,可
以追踪帕金森病、阿
尔兹海默症和亨廷顿症患者体内相关蛋
白的累积情况,同时还能跟踪受精卵在
分裂形成胚胎时蛋白质的变化过程。因
此这项技术也将会对生物学和医学的研
究产生深远的意义。
在2014年诺贝尔奖结果揭晓之前,
汤森路透公布了2014年度“引文桂冠奖”
获奖名单。这份名单被看作是诺贝尔奖
的“风向标”,因为从2002年到2013年这
12届名单中,最终有35位引文桂冠奖得
主获得了诺贝尔奖。值得一提的是,今
年的名单中首次同时出现了4位华裔科
学家,包括物理学家杨培东、张首晟,化
学家邓青云以及生物学家钱泽南。虽然
4人最终并没有获奖,但是4位科学家在
各自研究领域内已经获得了世界级的成
就,他们作为杰出的代表也向世界科学
界发出了华人科学家响亮的声音。
时至今日中国大陆的大学和科研机
构还没有培养出诺贝尔科学奖得主,但
是随着综合国力的不断提高和科研投入
的不断加大,特别是管理体制的不断健
全和创新精神的备受重视,中国科学家
近年来已经取得了一批举世瞩目的科技
成果。我们有理由期待,中国科学家会
继续披荆斩棘,勇攀高峰,并且最终摘取
诺贝尔奖这座“科学界的王冠
文/鞠强
(责任编辑 杨书卷)
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