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解读诺贝尔奖

来源:  发布时间:2014-01-05

张 刚 特邀编辑 宋子煜

 
  北京时间2012年12月10日,2012年诺贝尔奖颁奖仪式在瑞典斯德哥尔摩音乐厅举行。诺贝尔基金会主席马库斯·斯托尔克(Marcus Storch)致开场辞,回顾了诺贝尔奖的发展历史,重申了诺贝尔奖的宗旨和评选标准。瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫(Carl XVI Gustaf)为获奖者颁奖。早些时间,诺贝尔和平奖在挪威首都奥斯陆市政厅颁奖。
  法国科学家塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)与美国科学家大卫·维因兰德(David Wineland)因“独立地发明并发展了在保持量子力学特性的条件下测量和控制单个粒子的方法,在此之前这被认为是不可能实现的。”而获得诺贝尔物理学奖。 瑞典皇家科学院院士、诺贝尔物理学奖评委会主席比约恩·琼森(Bj rn Jonson)致颁奖词,“他们利用巧妙设计的实验成功地实现了在不破坏量子特性的条件下操控和测量一个独立量子系统,打开了一扇观测最基础量子世界的大门。”
  美国科学家罗伯特·莱福特霍维茨(Robert Lefkowitz)和布赖恩·克比尔卡(Brian Kobilka)因“突破性发现揭示了一类重要的受体家族G蛋白偶联受体的工作机制。”而获得诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院院士、诺贝尔化学奖评委会委员萨拉·斯诺格瑞普·林森教授(Sara Snogerup Linse)致颁奖词。“他们为我们展示了奇妙G蛋白偶联受体如何组装、如何工作以及如何在最精细的分子水平上被调控,发现了整个受体家族以相似的方式组装和行动。”
  日本京都大学物质-细胞统合系统据点iPS细胞研究中心长山中伸弥(Shinya Yamanaka)与英国发育生物学家约翰·戈登(John Gurdon)因“发现了成熟、特化细胞可以被重新编程,变成具有发育成人体所有组织能力的未成熟细胞”而获得诺贝尔生理学或医学奖,他们的研究成果彻底地改变了我们对细胞和生物发育的认知。瑞典卡罗琳斯卡医学院、诺贝尔化学奖评委会委员托马斯·普尔曼(Thomas Perlmann)教授致颁奖词。“他们突破性研究证明了解除细胞分化状态的可行性,成熟细胞可以从任何细胞类型转变为未成熟状态,他们的发现为新诊断和治疗方法的开发提供了具有巨大价值的全新手段。”
  中国作家莫言因“将魔幻现实主义与民间故事、历史与当代社会融合在一起”而荣获诺贝尔文学奖。瑞典皇家文学院、诺贝尔委员会主席作家(Per W stberg)致颁奖词。“莫言是个诗人,他扯下程式化的宣传画,使个人从茫茫无名大众中突出出来。他用嘲笑和讽刺的笔触,攻击历史和谬误以及贫乏和政治虚伪。他有技巧的揭露了人类最阴暗的一面,在不经意间给象征赋予了形象。莫言生动的向我们展示了一个被人遗忘的农民世界,虽然无情但又充满了愉悦的无私。每一个瞬间都那么精彩。作者知晓手工艺、冶炼技术、建筑、挖沟开渠、放牧和游击队的技巧并且知道如何描述。他似乎用笔尖描述了整个人生。他比拉伯雷、斯威夫特和马尔克斯之后的多数作家都要滑稽和犀利。他的语言辛辣。他对于中国过去一百年的描述中,没有跳舞的独角兽和少女。但是他描述的猪圈生活让我们觉得非常熟悉。意识形态和改革有来有去,但是人类的自我和贪婪却一直存在。所以莫言为所有的小人物打抱不平。从日本占领到毛泽东的错误到今天的疯狂生产。在莫言的小说世界里,品德和残酷交战,对阅读者来说这是一种文学探险。曾有如此的文学浪潮席卷了中国和世界吗?莫言作品中的文学力度压过大多数当代作品。”
  挪威诺贝尔委员会(Norwegian Nobel Committee)主席托尔比约恩·亚格兰(Thorbj  rn Jagland)公布了诺贝尔和平奖。欧盟因“在过去60年中为促进欧洲的和平和和解、民主与人权作出的贡献”获得诺贝尔和平奖。欧盟在让法国和德国更加团结、以及帮助加强欧洲南部和中部国家的民主上,起到了重要作用。欧洲理事会常任主席赫尔曼·范龙佩(Herman Van Rompuy)、欧盟委员会主席若泽·曼努埃尔·巴罗佐(José Manuel Dur  o Barroso)和欧洲议会议长马丁·舒尔茨(Martin Schulz)代表欧盟领奖。
  美国经济学家埃尔文·罗斯(Alvin Roth)与罗伊德·沙普利(Lloyd Shapley)因在“稳定配置理论及市场设计实践”研究上的贡献而获得诺贝尔经济学奖(全称瑞典国家银行纪念阿尔弗雷德·诺贝尔经济学奖)。瑞典皇家科学学院院士,经济学奖评委会委员托尔斯滕·佩尔森(Torsten Persson)教授致颁奖词,“沙普利的基础理论与罗斯的经验性调查一经结合,各类实验和实际的设计已经产生出了一个繁荣的研究领域,并改善了许多种市场的表现。”

  
物理学奖
测量和操控单个量子系统的突破性实验方法

  
  塞尔日·阿罗什
  Serge Haroche
  法兰西学院
  Collège de France
  法兰西高等师范学院
  école Normale Supérieure
  1944年9月11日出生于摩洛哥卡萨布兰卡的一个犹太家庭
  1967年毕业于巴黎高等师范学院
  1971年获得法国第六大学物理学博士学位,师从1997年诺贝尔物理学奖得主克洛德·科昂-唐努德日
  1967年至1975年,法国国家科学研究院工作
  1981年,美国哈佛大学客座教授
  1984年至1993年,美国耶鲁大学兼职教授
  1975年至2001年,巴黎第六大学教授
  1982年至2001年,巴黎高等师范学院教授
  1994年至2000年,巴黎高等师范学院物理系主任
  2012年至今,法兰西学院院长
  
  大卫·维因兰德
  David  Wineland
  National Institute of Standards and Technology
  美国科罗拉多大学波尔得分校
  University of Colorado, Boulder, CO, USA
  1944年2月24日出生于威斯康星州米尔沃基市
  1965年,毕业于美国加州大学伯克利分校
  1970年,获得哈佛大学物理学博士学位,师从1989年诺贝尔物理学奖获得者诺曼·拉姆齐
  1970年至1975年,华盛顿大学1989年诺贝尔物理学奖获得者汉斯·格奥尔格·德默尔特(Hans Georg Dehmelt)团队做研究助理
  1975年至1995年,美国国家标准技术研究所物理学家
  1995年至今,美国国家标准技术研究所总工程师
  1979年至今,美国国家标准技术研究所粒子储存组负责人
  
  与人们熟知的世界截然不同,自然界还存在着另类世界,被称为量子世界。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加难。
  曾经很长时间以来,实验派物理学家们想在一个微观层面上研究光与物质的相互作用,这完全是难以想象的事。因为,对于光或者其他物质的单个粒子而言,经典物理学已不适用,量子力学的法则在此时取而代之。但是单个粒子却很难从周围环境中被分离出来,并且,它一旦和周遭环境发生相互作用,便会立即丧失其神秘的量子特征。如此让人束手无措的局面,使得很多量子力学理论所预言的怪异现象无法被科学家们直接观察到。于是长期以来,研究人员只能依靠那些法则已证明可能会影响到量子奇异特性的实验来进行观察研究。而这或许让实验派物理学家们感觉一直跟在理论的后边亦步亦趋。
  阿罗什与维因兰德分别发展出理想的方法,用于测量并操控非常脆弱的量子态。
  维因兰德捕获带电原子(离子),随后使用光(光子)对其进行操控和测量,这些离子被放置在超低温中,防止被外界“打扰”。该方法关键在于巧妙的使用激光束以及激光脉冲抑制了离子的热运动,离子因此进入特定的量子叠加态中,叠加态正是量子世界最神秘的特性,从而保持住了单个粒子的量子特征。
  阿罗什虽然同样使实验处于真空和超低温环境,却采用的是完全相反的手段:利用原子对光子进行操控和测量。他将两面特制的、反射能力极强的镜子组成空腔,捕获住光子并让其在空腔中停留0.1秒,这点儿时间已足够光子在消失前绕地球一圈。这时他再让里德伯原子(比一般原子大1000倍的巨大原子)穿过空腔,每次通过一个里德伯原子,原子离开时,会“告诉”他空腔里还有没有光子。
  他们的研究领域采取了突破性的方法产生一个应用是将建立起一种新型的、基于量子物理学的超快计算机,这或将导致极其先进的通信和计算模式。换句话说,这是向着研制具有惊人运算速度的量子计算机迈出了第一个脚步。另一个应用是,一种非比寻常的精准时钟,并在未来成为一个新的计时标准。这种超高精度钟表的精确度将比今天所使用的铯原子钟高出数百倍。

  

化学奖
G蛋白偶联受体的研究

  
  布莱恩·克比尔卡
  Brian K. Kobilka
  美国斯坦福大学医学院
  Stanford University School of Medicine USA
  1955年5月30日,出生于美国明尼苏达州利特尔福尔斯
  1977年毕业于明尼苏达大学
  1982年获得耶鲁大学硕士学位
  1982年1984年,华盛顿大学医学中心住院医生
  1984年至1989年,杜克大学Lefkowitz实验室做博士后
  1990年至2000年,斯坦福大学医学分子细胞生理学系工作
  2000年至今,斯坦福大学教授
  2011年,当选美国科学院院士
  
  罗伯特·莱福特霍维茨
  Robert Lefkowitz
  美国杜克大学医学中心霍华德·休斯研究所
  Howard Hughes Medical Institute, Duke University  
  Medical Center, Durham, NC, USA
  1943年4月15日出生于纽约市布朗克斯区的一个犹太家庭
  1962年毕业于哥伦比亚大学
  1966年获得哥伦比亚大学硕士学位
  1968年至1970年,美国国立卫生研究院研究助理
  1973年至1977年,杜克大学副教授
  1977年至1982年,杜克大学教授
  1982年至今,杜克大学James B. Duke医学教授
  
  每个人的身体就是一个数十亿细胞相互作用的精确校准系统。每个细胞都含有微小的受体,可让细胞感知周围环境以适应新状态。然而,细胞如何感知周围环境一直是一个未解之谜。科学家已经弄清像肾上腺素这样的激素所具有的强大效果:提高血压、让心跳加速。他们猜测,细胞表面可能存在某些激素受体。但在上个世纪大部分时期里,这些激素受体的实际成分及其工作原理却一直是未知数。
  莱福特霍维茨于1968年开始利用放射学来追踪细胞受体。他将碘同位素附着到各种激素上,借助放射学,成功找到数种受体,其中一种便是肾上腺素的受体:β-肾上腺素受体。他的研究小组将这种受体从细胞壁的隐蔽处抽出并对其工作原理有了初步认识。
  20世纪中期,莱福特霍维茨等人首次发现了肾上腺素受体基因。此后,他们又相继发现了所有肾上腺受体。对比研究发现,肾上腺素受体具有相似的分子结构。克比尔卡正是这一时期加入了莱福特霍维茨团队。
  2007年,克比尔卡首次用T4溶菌酶融合法解析了β-肾上腺素受体的结构。该成果被《Science》杂志评选为该年度的重大突破。该方法也成为获取G蛋白偶联受体三维结构的常规手段。2011年,他又在这个受体被激活并向细胞发送信号时获得了三维图像。解析了结合激动剂的处于活性状态的人β2肾上腺素受体的结构,Gαβγ-β2肾上腺素受体复合物的结构,从而能够完整解释肾上腺如何被配体激活以及再激活下游G蛋白从而传递信号的过程。这些突破性成果将对相关领域产生深远的影响。
  

生物学或医学奖
发现成熟细胞重新编程

  
  伯特兰·格登
  John B. Gurdon
  英国剑桥戈登研究所
  Gurdon Institute, Cambridge, United Kingdom
  
  山中伸弥
  Shinya Yamanaka
  日本京都大学
  Kyoto University, Kyoto, Japan,
  美国格拉斯通(Gladstone)研究所
  Gladstone Institutes, San Francisco, CA, USA
  
  我们每个人都是由受精卵通过细胞分化发育成的不同类型的细胞组成的。在这个可控的发育过程中,未成熟的细胞不断地形成组成我们肝、肺和大脑等组织的各种特化细胞。在很长时间内,我们相信这种细胞分化仅能向一个方向进行。毕竟,发育总是控制早期胚胎中未成熟细胞向成人特化细胞发育。由此推测,细胞可能不保留禅城所有细胞类型必须的全部遗传信息,因此回程是不可能实现的。
  20世纪60年代,戈登的克隆实验彻底颠覆了人们的认识。戈登破坏了青蛙卵细胞的细胞核,并用蝌蚪肠细胞的细胞核代替,替换细胞核的卵细胞发育成了成体,这证明了在细胞发育过程中动物细胞再生的所有信息被保留下来,首次实现了脊椎动物克隆。戈登发现证明了成熟细胞可以变回到未成熟状态,但如果没有卵细胞的帮助,普通细胞中能否实现这一过程呢?能否找出成熟细胞启动回程的基因?
  40多年后,山中伸弥实验证明了细胞去分化在普通细胞中也能实现。他找到了多能干细胞的保持未成熟的重要4个基因,并将它们导入成熟的皮肤细胞中,皮肤细胞即可退化到干细胞状态。他的发现震惊了世界。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞,为研究治疗目前多种心血管绝症提供了巨大助力,并且免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。这一研究成果在全世界被广泛应用。

  

我国相关领域杰出学者

  
郭光灿 院士

  中国科学技术大学
  1942年12月9日生于福建惠安。1965年毕业于中国科学技术大学无线电电子学系。现任中国科学院中国科学技术大学量子信息重点实验室主任、物理系教授。2003年当选为中国科学院院士。
  主要从事量子光学、量子密码、量子通信和量子计算的理论和实验研究。提出概率量子克隆原理,推导出最大克隆效率,在实验上研制成功概率量子克隆机和普适量子克隆机。发现在环境作用下不会消相干的“相干保持态”,提出量子避错编码原理,被实验证实。提出一种新型可望实用的量子处理器,被实验证实。在实验上实现远距离的量子密钥传输,建立基于量子密码的保密通信系统,并提出“信道加密”的新方案,有其独特的安全保密优点。在实验上验证了K-S理论,有力地支持了量子力学理论。发现奇偶相干态的奇异特性等。
  

潘建伟 院士

  中国科学技术大学
  1970年3月生于浙江省东阳市。1992年毕业于中国科学技术大学近代物理系,1995年获该校理论物理硕士学位,1999年获奥地利维也纳大学实验物理博士学位。2011年当选为中国科学院院士。
  主要从事量子物理和量子信息研究。首次实验实现量子隐形传态及纠缠交换、终端开放的量子隐形传态、复合系统量子隐形传态、16公里自由空间量子隐形传态。首次实现三、四、五、六、八光子纠缠。首次实验验证GHZ定理。提出利用现有技术可实现的量子纠缠纯化方案,并完成实验实现。突破大气等效厚度的量子纠缠和量子密钥分发。先后实现绝对安全距离超过100公里和200公里的量子密钥分发及全通型量子通信网络。提出基于冷原子量子存储的高效量子中继器方案,并完成实验实现。利用冷原子系综实现高品质的单光子和纠缠光子的量子存储。利用多光子纠缠实现重要的量子算法和突破经典极限的高精度测量。实现任意子分数统计的量子模拟。
  

饶子和 院士

  南开大学生命科学学院
  1950年9月6日生于江苏南京。1977年毕业于中国科技大学,1982年获中国科学院研究生院硕士学位,1989年获墨尔本大学博士学位。2003年当选为中国科学院院士。
  首次提出HIV及其家族分子的装配模型,揭示了HFactorⅨEGF-likeDomain与Ca2+结合复合物的结构与功能。在2003年SARS爆发期间,成功地解析出第一个SARS病毒的蛋白质-3CLPRO及其与抑制剂复合物的晶体结构,为抗SARS药物的发现奠定了重要的结构基础。其研究组已经系统地表达出200余个与人类健康密切相关的重要蛋白质,解析出50多个重要蛋白质的结构。
  

施一公 教授

  清华大学生命科学学院
  1967年5月出生,河南驻马店人。世界著名的结构生物学家,曾是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身教授和讲席教授,2007年被聘为教育部长江学者讲座教授。2008年2月至今,受聘清华大学教授。国家杰出青年基金获得者。2009年任清华大学生命科学学院院长。
  主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制,集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究,与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究,细胞内生物大分子机器的结构与功能研究。
  

裴钢 院士

  中国科学院上海细胞生物学研究所
  1953年12月11日生于辽宁沈阳。1981年毕业于沈阳药科大学药学专业,1984年获该校硕士学位。1991年获美国NorthCarolina大学博士学位后,在Duke大学做博士后至1995年。中国科学院上海细胞生物学研究所研究员。1999年当选为中国科学院院士。
  主要从事细胞信号转导及其调控机理的研究。利用G蛋白偶联受体变异验证了受体激活平衡态的假说。发现阿片受体(G蛋白偶联)C末端在激动剂作用下发生的磷酸化而导致阿片受体脱敏。揭示阿片受体信号脱敏和负反馈调节在阿片成瘾性形成中的重要作用。证明兴奋性氨基酸受体与阿片受体信号转导途径间存在crosstalk。发现氧化低密度脂蛋白可经过G蛋白途径激活p38MAPK而抑制平滑肌细胞的生长。发现中药有效成分天花粉蛋白能与HIV共受体(趋化因子受体)结合、增强受体的激活从而发挥抗HIV作用。揭示五次跨膜的趋化因子受体具有正常七次跨膜G蛋白偶联受体的功能。
  

周琪 研究员

  中国科学院动物研究所
  1970年4月出生于黑龙江省哈尔滨市。1996年获得东北农业大学博士学位。1997年进入中国科学院发育生物学研究所博士后流动站。1999-2002年,法国国家农业研究中心分子发育生物学部博士后。
  主要从事分化与去分化机制、体细胞重编程、干细胞可塑性和全能性及体细胞可塑性方面的研究,并致力于开展动物模型及疾病模型的建立及研究工作,从而推动基础研究在再生医学领域的应用。世界首次利用iPS细胞通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,从而证明iPS细胞具有与胚胎干细胞相似的多能性;首次发现并明确证实决定小鼠(哺乳动物)干细胞多能性的关键基因决定簇;证明iPS细胞来源的小鼠具有与胚胎干细胞来源小鼠相同的生理功能但具有致瘤倾向性建立了小鼠、人等物种的胚胎干细胞系、孤雌胚胎干细胞系及iPS细胞系。现已在Nature,Science,PNAS, JBC, Stem cells,Cell Research等数家刊物发表研究论文69篇。

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2024年10月

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