论文部分内容阅读
2013年，举世瞩目的诺贝尔奖已尘埃落定。除后来追加的经济学奖外，传统的诺贝尔奖一共有五项，包括了文学奖、和平奖和三项科学奖，后者分别是生理学和医学奖、物理学奖、化学奖。其中，科学奖离政治最远，被誉为科学界的第一奖，每次的获奖者都可谓众望所归，这次也不例外。现在，就让我们一起扒一扒2013年的科学奖。
小“泡泡”大作用
诺贝尔生理学和医学奖颁发给了美国的詹姆斯·E·罗斯曼、兰迪·W·谢克曼和德国的托马斯·C·苏德霍夫，因为他们发现了细胞“吹泡泡”的重要作用。
没错，如果在电子显微镜下，你能看到一个个定格在“吹泡泡”瞬间的细胞们，而这些“泡泡”对细胞们来讲，意义重大，它们吃喝拉撒全靠这些“泡泡”了。这些“泡泡”被称为囊泡或者膜泡，它们表面覆盖着薄薄的一层膜，物质就是通过囊泡从一个细胞被“打包邮寄”到另一个细胞的。
但事情比我们想象的还要复杂一些，细胞要知道何时释放出囊泡，更要让囊泡到达目的地，而且这种运输还不仅限于细胞之间，甚至在细胞内也能够发生。细胞内部被很多类似细胞膜的膜结构分割成不同的功能区域，这些功能区域之间也可以通过囊泡进行“包裹邮寄”。谢克曼发现，细胞中某些蛋白质能够引导囊泡运输，他通过改变这些蛋白质，成功地将囊泡运送到了不同的区域。罗斯曼则更进一步地发现原来这些蛋白质是镶嵌在囊泡表面的，它们能够和目标区域膜上的蛋白质进行互补，当囊泡运动到那里的时候，就像握手一样，来自两个膜的蛋白质紧紧“抓”在一起。如果双方不匹配，就“手滑了”，不会发生结合。接下来，就在双方结合的蛋白质的作用下，“邮包”被接收了。
细胞还可以把物质“打包”，但并不会把整个包裹丢出去，而是像抖袋子一样把里面的东西丢到细胞外去，至于“袋子”则还在细胞手里。这被称为“胞吐”，我们也可以取个更大众化的名字，那就是分泌。苏德霍夫便是从神经细胞入手，研究了这个过程：当上一个神经细胞兴奋的时候，它会想办法去刺激下一个神经细胞，通过胞吐的方法释放出物质，引起下一个神经细胞的兴奋或抑制。细胞还可以用类似的“袋子”将外面的东西“兜”进来形成囊泡，如人体的免疫细胞可以用这种方法吞噬病菌，然后在体内消化掉它们，再以胞吐的方式将残渣排出。
至此，我们可以构建出一幅生物体内物质运输的景象：细胞通过胞吞从体液中获取物质，然后通过胞吐把物质排放到体液中，而在细胞内，囊泡也在传递着各种物质——这便是生物体中最重要的物质运输景象之一。
当试管的计算机
诺贝尔化学奖授予了美国科学家马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和亚利耶·瓦谢尔，因為他们用计算机揭开了化学反应的奥秘，把计算机当成了反应的试管。
这一成果解决了困扰化学家多年的难题，因为化学反应是非常微观的变化，一支试管中的反应可能在千分之一秒内完成，化学家想要捕捉到反应的过程非常困难，所以很多时候要靠计算。
但是这真的很难计算，特别是在面对着由数以万计的原子构成的大分子时，其工作量是不可想象的。就在化学家们一筹莫展的时候，卡普拉斯等科学家则开始把目光锁定在计算机上。计算机拥有远超人类大脑的计算能力，如果用它来描述分子的结构和预测反应结果，会不会更容易呢？
但是即使是计算机，也无法监控和分析大分子的每一个部分，这时候，他们采取了一种折中的创新方法——用粗略的模型来描述分子的绝大部分，而用细致的模型来分析分子的反应活性中心，从而来模拟和预测化学反应。他们把注意力转向生物体内主要的催化物质——酶上面。酶是重要的化合物，因其能够改变化学反应的速率而作用广泛，如洗衣粉中普遍添加了酶类物质以加快污渍的分解速度。1976年，第一个酶反应的计算机模型诞生了。这个程序是革命性的，因为它适用于任何种类的分子，帮助各种分子甚至是超级分子建模。他们还进一步节省了计算工作量，让计算机“无视”部分结构，使计算的功能更为强大。
现在，科学家已能借助计算机模拟极为复杂的化学反应，一点一点关注反应发生的过程。这无疑是化学界的革命。通过该模型，还可以设计分子实验。比如我们可以移动一些原子的位置，验证酶的“工作效率”，重新设计酶，将其优化。再比如，在模拟药物的作用机理时，电脑可直接对与药物相互作用的分子结构执行计算，精确分析出药物发生作用的全过程，全面评估药物造成的影响。
前进的脚步不止于此，莱维特描述过他的梦想之一：在计算机里制造一个由虚拟分子构成的生命。这是一个诱人的想法，至于能够走多远，带给我们的认知有多深，则要由时间来决定。
触摸“上帝粒子”
诺贝尔物理学奖颁给了比利时的弗朗索瓦·恩格勒和英国的彼得·希格斯，因为他们从理论上预言了希格斯玻色子的存在，人类找到了“上帝粒子”。
我们一直在思考世界是怎样形成的，现在我们已经知道引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力构成了世界的基本力。我们也将物质分割到目前已知的最小状态，称为“基本粒子”，但并非所有的基本粒子都拥有质量，那构成我们身体的质量是如何产生的呢？
希格斯等人预言，存在一种玻色子，也是一种基本粒子，能够使一些基本粒子拥有质量，被后人称为“希格斯玻色子”。按照他们的推测，宇宙在爆炸中诞生，初成之时，所有的粒子都以光速在空间中运动，包括希格斯玻色子。之后，随着宇宙的冷却，希格斯玻色子冻结形成了均匀的结构，它们阻碍了一些粒子的运动，使这些粒子减速，然后具备了质量，而光子等粒子则不受影响。
这个说法显然会让很多人感觉云里雾里，英国官方甚至为此征集可以让政客们看得懂的比喻，于是有了这样的说法：政客们均匀地分布在一间屋子里面，当一个普通人经过时，没人关注他，他没有任何阻力地通过了屋子，可当首相到来时，这些政客们则会因为各种原因围拢过来，聚集在首相周围，使首相不得不停下来……
慢下来的粒子开始组合在一起，形成中子、质子直至原子和我们所熟知的物体。如果将空间中的希格斯玻色子撤除，我们身上的电子等粒子就立刻会以光速飞出，原子解体——这显然不是我们想看到的场面。于是，希格斯玻色子以维持物质世界稳定的作用而被称为“上帝的粒子”。
2013年，我们终于证实了这种粒子的存在，它的发现是科学的一大进步，关于世界的基本假说得以证实，一个新的科学纪元由此展开。
小“泡泡”大作用
诺贝尔生理学和医学奖颁发给了美国的詹姆斯·E·罗斯曼、兰迪·W·谢克曼和德国的托马斯·C·苏德霍夫，因为他们发现了细胞“吹泡泡”的重要作用。
没错，如果在电子显微镜下，你能看到一个个定格在“吹泡泡”瞬间的细胞们，而这些“泡泡”对细胞们来讲，意义重大，它们吃喝拉撒全靠这些“泡泡”了。这些“泡泡”被称为囊泡或者膜泡，它们表面覆盖着薄薄的一层膜，物质就是通过囊泡从一个细胞被“打包邮寄”到另一个细胞的。
但事情比我们想象的还要复杂一些，细胞要知道何时释放出囊泡，更要让囊泡到达目的地，而且这种运输还不仅限于细胞之间，甚至在细胞内也能够发生。细胞内部被很多类似细胞膜的膜结构分割成不同的功能区域，这些功能区域之间也可以通过囊泡进行“包裹邮寄”。谢克曼发现，细胞中某些蛋白质能够引导囊泡运输，他通过改变这些蛋白质，成功地将囊泡运送到了不同的区域。罗斯曼则更进一步地发现原来这些蛋白质是镶嵌在囊泡表面的，它们能够和目标区域膜上的蛋白质进行互补，当囊泡运动到那里的时候，就像握手一样，来自两个膜的蛋白质紧紧“抓”在一起。如果双方不匹配，就“手滑了”，不会发生结合。接下来，就在双方结合的蛋白质的作用下，“邮包”被接收了。
细胞还可以把物质“打包”，但并不会把整个包裹丢出去，而是像抖袋子一样把里面的东西丢到细胞外去，至于“袋子”则还在细胞手里。这被称为“胞吐”，我们也可以取个更大众化的名字，那就是分泌。苏德霍夫便是从神经细胞入手，研究了这个过程：当上一个神经细胞兴奋的时候，它会想办法去刺激下一个神经细胞，通过胞吐的方法释放出物质，引起下一个神经细胞的兴奋或抑制。细胞还可以用类似的“袋子”将外面的东西“兜”进来形成囊泡，如人体的免疫细胞可以用这种方法吞噬病菌，然后在体内消化掉它们，再以胞吐的方式将残渣排出。
至此，我们可以构建出一幅生物体内物质运输的景象：细胞通过胞吞从体液中获取物质，然后通过胞吐把物质排放到体液中，而在细胞内，囊泡也在传递着各种物质——这便是生物体中最重要的物质运输景象之一。
当试管的计算机
诺贝尔化学奖授予了美国科学家马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和亚利耶·瓦谢尔，因為他们用计算机揭开了化学反应的奥秘，把计算机当成了反应的试管。
这一成果解决了困扰化学家多年的难题，因为化学反应是非常微观的变化，一支试管中的反应可能在千分之一秒内完成，化学家想要捕捉到反应的过程非常困难，所以很多时候要靠计算。
但是这真的很难计算，特别是在面对着由数以万计的原子构成的大分子时，其工作量是不可想象的。就在化学家们一筹莫展的时候，卡普拉斯等科学家则开始把目光锁定在计算机上。计算机拥有远超人类大脑的计算能力，如果用它来描述分子的结构和预测反应结果，会不会更容易呢？
但是即使是计算机，也无法监控和分析大分子的每一个部分，这时候，他们采取了一种折中的创新方法——用粗略的模型来描述分子的绝大部分，而用细致的模型来分析分子的反应活性中心，从而来模拟和预测化学反应。他们把注意力转向生物体内主要的催化物质——酶上面。酶是重要的化合物，因其能够改变化学反应的速率而作用广泛，如洗衣粉中普遍添加了酶类物质以加快污渍的分解速度。1976年，第一个酶反应的计算机模型诞生了。这个程序是革命性的，因为它适用于任何种类的分子，帮助各种分子甚至是超级分子建模。他们还进一步节省了计算工作量，让计算机“无视”部分结构，使计算的功能更为强大。
现在，科学家已能借助计算机模拟极为复杂的化学反应，一点一点关注反应发生的过程。这无疑是化学界的革命。通过该模型，还可以设计分子实验。比如我们可以移动一些原子的位置，验证酶的“工作效率”，重新设计酶，将其优化。再比如，在模拟药物的作用机理时，电脑可直接对与药物相互作用的分子结构执行计算，精确分析出药物发生作用的全过程，全面评估药物造成的影响。
前进的脚步不止于此，莱维特描述过他的梦想之一：在计算机里制造一个由虚拟分子构成的生命。这是一个诱人的想法，至于能够走多远，带给我们的认知有多深，则要由时间来决定。
触摸“上帝粒子”
诺贝尔物理学奖颁给了比利时的弗朗索瓦·恩格勒和英国的彼得·希格斯，因为他们从理论上预言了希格斯玻色子的存在，人类找到了“上帝粒子”。
我们一直在思考世界是怎样形成的，现在我们已经知道引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力构成了世界的基本力。我们也将物质分割到目前已知的最小状态，称为“基本粒子”，但并非所有的基本粒子都拥有质量，那构成我们身体的质量是如何产生的呢？
希格斯等人预言，存在一种玻色子，也是一种基本粒子，能够使一些基本粒子拥有质量，被后人称为“希格斯玻色子”。按照他们的推测，宇宙在爆炸中诞生，初成之时，所有的粒子都以光速在空间中运动，包括希格斯玻色子。之后，随着宇宙的冷却，希格斯玻色子冻结形成了均匀的结构，它们阻碍了一些粒子的运动，使这些粒子减速，然后具备了质量，而光子等粒子则不受影响。
这个说法显然会让很多人感觉云里雾里，英国官方甚至为此征集可以让政客们看得懂的比喻，于是有了这样的说法：政客们均匀地分布在一间屋子里面，当一个普通人经过时，没人关注他，他没有任何阻力地通过了屋子，可当首相到来时，这些政客们则会因为各种原因围拢过来，聚集在首相周围，使首相不得不停下来……
慢下来的粒子开始组合在一起，形成中子、质子直至原子和我们所熟知的物体。如果将空间中的希格斯玻色子撤除，我们身上的电子等粒子就立刻会以光速飞出，原子解体——这显然不是我们想看到的场面。于是，希格斯玻色子以维持物质世界稳定的作用而被称为“上帝的粒子”。
2013年，我们终于证实了这种粒子的存在，它的发现是科学的一大进步，关于世界的基本假说得以证实，一个新的科学纪元由此展开。