科学之路,惟信念坚定与砥砺前行

2017-10-09 10:17:08 来源: 科技日报 作者: 张梦然

科学之路,惟信念坚定与砥砺前行——2017年诺贝尔三大科学奖解读

 

 

今日视点

日前揭晓的2017年诺贝尔三大科学奖,9位科学家摘得桂冠。

美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬,因在研究生物钟运行的分子机制方面的成就,获得诺贝尔生理学或医学奖;美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,因在“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目和发现引力波方面的贡献,获得诺贝尔物理学奖;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,因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,获得诺贝尔化学奖。

三项成果,无不成就于数十年的努力,而今诺奖的垂青,则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。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作出了巨大贡献。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40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原本一片黑暗的天空竟蕴藏着丰富细节,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,3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。

正如诺奖评选委员会所说,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,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,终于将整个领域推入了全新纪元。

(科技日报北京10月8日电)

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责任编辑: 左瑾
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