轉(zhuǎn)眼間，備受矚目的“諾獎月”又近在眼前了。據(jù)諾貝爾獎官網(wǎng)（http://www.nobelprize.org/）消息，2017年諾貝爾獎將從10月2日起陸續(xù)揭曉。
1.生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎（The Nobel Prize in Physiology or Medicine）：最早于斯德哥爾摩時間10月2日11時30分揭曉（北京時間10月2日17時30分）；
2.物理學(xué)獎（The Nobel Prize in Physics）：最早于斯德哥爾摩時間10月3日11時45分揭曉（北京時間10月3日17時45分）；
3.化學(xué)獎（The Nobel Prize in Chemistry）：最早于斯德哥爾摩時間10月4日11時45分揭曉（北京時間10月4日17時45分）；
4.和平獎（The Nobel Peace Prize）：最早于斯德哥爾摩時間10月6日11時揭曉（北京時間10月6日17時）；
5.經(jīng)濟(jì)學(xué)獎（The Sveriges Riksbank Prize in Economic Sciences in Memory of Alfred Nobel ）：最早于斯德哥爾摩時間10月9日11時45分揭曉（北京時間10月9日17時45分）。
6.文學(xué)獎（The Nobel Prize in Literature）：揭曉時間尚未確定。
細(xì)胞的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”
——2016諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎
2016年10月3日，諾貝爾基金會宣布了今年的諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎的獲獎?wù)摺毡究茖W(xué)家大隅良典（Yoshinori Ohsumi）。大隅教授因他在自噬反應(yīng)（autophagy）研究中作出的貢獻(xiàn)而獲獎。
銜尾蛇，自己吃自己
吞噬自己尾部的蛇符號，代表了循環(huán)與再生，細(xì)胞的自噬可用這個符號來象征。所謂自噬,是指細(xì)胞在某些特定的條件下，將自己內(nèi)部一些蛋白質(zhì)甚至細(xì)胞器消化、分解、再利用的過程。這個概念在20世紀(jì)中期提出后“引無數(shù)英雄競折腰”，前后有5位科學(xué)家因此獲得諾貝爾獎。
自噬發(fā)生時，細(xì)胞會“做”出一個個囊泡“垃圾袋”——自噬體（autophagosome）。這些自噬體“垃圾袋”將細(xì)胞內(nèi)的某些蛋白質(zhì)或受損細(xì)胞器包裹起來，運(yùn)送到被稱為溶酶體（lysosome）的細(xì)胞器旁。溶酶體是細(xì)胞內(nèi)的回收站，里面準(zhǔn)備著一整套用于消化細(xì)胞內(nèi)容物的消化酶，它們降解蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂質(zhì)——那些被打包袋裝的舊物的營養(yǎng)和能量將被細(xì)胞重新利用。
1974年的諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎頒給了發(fā)現(xiàn)溶酶體的比利時生物化學(xué)家克里斯丁·德·迪夫（Christiande Duve）。2004年，阿倫·切哈諾沃（Aaron Ciechanover）、阿夫拉姆·赫什科（Avram Hershko）和歐文·羅斯（Irwin Rose）因?qū)Φ鞍酌阁w的研究而獲得了諾貝爾化學(xué)獎——他們揭示了單個蛋白質(zhì)如何在細(xì)胞內(nèi)被處理和降解。今年獲獎的大隅良典則更進(jìn)一步揭示了細(xì)胞自噬的機(jī)理。
大教授看小酵母
大隅良典從20世紀(jì)80年代就開始研究酵母菌蛋白質(zhì)在液泡中降解的過程——液泡在酵母中的作用類似于人體細(xì)胞中溶酶體的功能。
一開始，大隅教授并不能確定自噬現(xiàn)象是否會在酵母細(xì)胞內(nèi)發(fā)生，酵母細(xì)胞非常小，而那時的顯微設(shè)備還不足以看到它們的液泡內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他設(shè)想，如果能破壞酵母細(xì)胞自噬過程，讓自噬體在液泡內(nèi)大量積累，就便于觀察了。要阻斷細(xì)胞自噬過程，只有從源頭上想辦法：找到自噬的關(guān)鍵基因，讓它發(fā)生突變，令自噬在某一步中斷。
在研究中，大隅良典篩選了大量酵母突變株，培育出了因突變而缺乏液泡降解酶的酵母菌。他使這些酵母菌“挨餓”，以激發(fā)自噬。效果非常明顯，在這些突變體的細(xì)胞中，由于缺乏降解酶而失去資源回收功能的液泡“回收站”里，幾個小時內(nèi)就充滿了未被降解的自噬體“垃圾袋”。
大隅良典利用酵母作為遺傳模型來研究細(xì)胞自噬，進(jìn)行遺傳篩選，不但找到了一批與自噬相關(guān)的基因，還分析了這些基因起作用的機(jī)理。他的這一系列研究奠定了細(xì)胞自噬的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，讓我們有了探索人體細(xì)胞自噬所必需的研究工具。
資源循環(huán)與拯救生命
細(xì)胞自噬并不僅僅為了“勤儉節(jié)約”，對于細(xì)胞本身保持健康也有著至關(guān)重要的作用。自噬會在“挨餓”時將細(xì)胞內(nèi)無用的冗余化為整個細(xì)胞的生存能量；還能不斷清除有損傷的線粒體、蛋白質(zhì)聚合體，將它們作為材料快速更新細(xì)胞“零件”。有研究發(fā)現(xiàn)，癌癥、帕金森病、阿爾茨海默病等多種疾病很可能就與細(xì)胞自噬機(jī)制被擾亂有關(guān)。
然而，我們對細(xì)胞自噬的了解只能算初窺門徑，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到應(yīng)用階段。大隅良典呼吁大家重視基礎(chǔ)科學(xué)研究：“我自己尚不能造出濟(jì)世良藥。我所從事的科研不是直接服務(wù)當(dāng)下的，在基礎(chǔ)科研中沒有立竿見影一說?！惫膭罨A(chǔ)科學(xué)研究、開拓未來方向——諾貝爾獎就是為此而存在的。
三維智慧探尋二維世界
——2016諾貝爾物理學(xué)獎
2016年10月4日，諾貝爾物理學(xué)獎被授予戴維·索利斯（David Thouless）、鄧肯·霍爾丹（Duncan Haldane）和邁克爾·科斯特利茨（Michael Kosterlitz），以表彰他們在理論上發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎唷?/p>
甜甜圈=咖啡杯≠蝴蝶酥
拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個分支，最近幾十年中，它越來越廣泛地在物理學(xué)研究領(lǐng)域使用。拓?fù)涿枋龅氖钱?dāng)一個物體在未被撕裂的條件下，被拉伸、扭曲或變形時保持不變的特性。從拓?fù)浞矫鎭碚f，一個甜甜圈和一只咖啡杯是一樣的，因?yàn)樗鼈兌贾挥幸粋€洞；而甜甜圈和有兩個洞的蝴蝶酥雖然都是糕點(diǎn)面食，卻因洞的數(shù)量不同而成為截然不同的東西。事實(shí)上，為了解釋本屆物理學(xué)獎獲獎理由，評委會在現(xiàn)場真的拿出了3種環(huán)圈數(shù)不同的面包。
二維世界，有序還是無序
如今，人類科學(xué)前沿往往會突破我們?nèi)粘ＵJ(rèn)知的邊界，這一點(diǎn)在物理學(xué)領(lǐng)域特別明顯。在研究極薄層的物質(zhì)時，可以把其表面或內(nèi)部看作二維世界。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在由數(shù)百萬的原子組成的物質(zhì)薄層中，每個單一原子的行為完全能用量子物理學(xué)解釋，但聚在一起的原子卻會表現(xiàn)出截然不同的屬性。顯然，在二維世界,物質(zhì)遵循著與我們所在世界完全不同的規(guī)律。
戴維·索利斯和邁克爾·科斯特利茨在這方面的首次突破出現(xiàn)20世紀(jì)70年代。他們在一個簡單的模型中指出了拓?fù)湎嘧兊拇嬖?。?dāng)時，學(xué)界普遍認(rèn)為，對于很薄層的物質(zhì)，分子是隨機(jī)運(yùn)動的，沒有任何有序的“相”，談不上有“相變”。但索利斯和科斯特利茨發(fā)現(xiàn)，只要溫度足夠低，極薄層物質(zhì)也可以是有序的，也有“相”。
薄層物質(zhì)上的相變和我們?nèi)粘Ｊ煜さ臍鈶B(tài)、液態(tài)、固態(tài)相變完全不同。它們的變化與溫度和物質(zhì)上的渦旋有關(guān)。在極低的溫度下，薄層物質(zhì)上的渦旋成對出現(xiàn)，而當(dāng)溫度上升的時候，渦旋會彼此分開、逐漸遠(yuǎn)離——這樣的相變被稱為“KT相變”。接著，索利斯等人將拓?fù)鋵W(xué)原理引入描述“KT相變”的方程式。從此，“拓?fù)湎嘧儭薄拔镔|(zhì)拓?fù)湎唷背蔀槟蹜B(tài)物理學(xué)研究的熱點(diǎn)。
拒絕滑行，跳著走
1983年，索利斯又運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)，在理論上描述了量子霍爾效應(yīng)（Quantum Hall Effect）。這種現(xiàn)象是在1980年被德國物理學(xué)家克勞斯·馮·克利青（Klaus von Klitzing）發(fā)現(xiàn)的，克利青也因此被授予1985年的諾貝爾獎。
量子霍爾效應(yīng)非常有趣：當(dāng)一個薄層導(dǎo)體被放進(jìn)兩塊半導(dǎo)體之間，冷卻到極低溫度，再加上一個磁場的時候，它的電導(dǎo)率會忽然無法連續(xù)改變了，而是精確地變成原先的2倍、3倍、4倍……用已知的物理學(xué)無法解釋這樣的整數(shù)級跳變。索利斯認(rèn)識到，這種現(xiàn)象能與拓?fù)鋵W(xué)聯(lián)系起來。在量子霍爾效應(yīng)中，兩層半導(dǎo)體中間的電子能夠相對自由地運(yùn)動，它們形成了拓?fù)淞孔恿黧w。索利斯在理論上預(yù)測了這些狀態(tài)，而它們都在后來的實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。
鄧肯·霍爾丹在這方面的成就主要集中在兩個方面，一是在一維量子自旋模型里發(fā)現(xiàn)了整數(shù)自旋和半整數(shù)自旋模型的不同。二是在1988年建立了一個模型：在沒有磁場的條件下，拓?fù)淞孔恿黧w（比如量子霍爾效應(yīng)中出現(xiàn)的那種）也能在薄薄的半導(dǎo)體層中形成。就在2014年，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個模型。量子霍爾流體和磁原子鏈都被歸于這類新的拓?fù)錉顟B(tài)中。
由于本屆三位諾獎得主的研究，薄層物質(zhì)平面世界的奇特屬性正被慢慢揭示出來。他們的工作開創(chuàng)了許多新的研究方向，在物理學(xué)的多個領(lǐng)域里創(chuàng)造出了全新的重要概念。
化學(xué)家拼“樂高”
——2016諾貝爾化學(xué)獎
2016年10月5日，今年的諾貝爾化學(xué)獎落定。這個獎項(xiàng)一直被戲稱為“諾貝爾理綜獎”，常常落入生物學(xué)、物理學(xué)家囊中。今年，它被頒給了讓·皮埃爾·索維奇（Jean·Pierre Sauvage）、J.弗雷澤·斯托達(dá)特（SirJ. Fraser Stoddart）以及伯納德·L.費(fèi)林加（Bernard·L. Feringa）三位化學(xué)家，以表彰他們“在黑暗中戴著拳擊手套拼樂高”所取得的巨大成功——英國《衛(wèi)報》如此形容他們的研究。當(dāng)然，諾貝爾化學(xué)獎和拼裝樂高玩具完全沒有關(guān)系，這三位科學(xué)家因其在分子機(jī)器設(shè)計和合成方面的巨大貢獻(xiàn)而獲獎的。他們實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的微型化，引導(dǎo)了納米級別的機(jī)器制造，將化學(xué)發(fā)展帶到了一個新的維度。
新工業(yè)革命始于微小
世界上有在集裝箱碼頭忙碌的巨型設(shè)備，也有“停放”在粉末或者溶液中的超微型機(jī)械——分子機(jī)器。這是納米技術(shù)應(yīng)用的飛越。
第一代納米技術(shù)，被稱為“消極納米技術(shù)”，用以改善材料性能和工業(yè)生產(chǎn)過程。而分子機(jī)器作為新一代納米技術(shù)的核心，將被用于主動操作。
分子機(jī)器是若干有著特殊形狀的分子。目前通過化學(xué)方法“組裝”的分子機(jī)器已實(shí)現(xiàn)了好幾種和宏觀世界的機(jī)器一樣的基本功能：能將操作對象滾動、抬升、折疊。它們以電子、光子或溫度變化為燃料，在納米級的尺度上工作，具備對原子和單個分子進(jìn)行直接操作的能力。
這標(biāo)志著人類能使用的工具進(jìn)入到了與宏觀世界遵循不同法則的原子世界，從根本上拓寬了人類進(jìn)步的空間。
用途？先玩起來！
從制造出分子鏈，化學(xué)家拿它們試著打出各種花結(jié)開始，如今我們已經(jīng)擁有了幾十種分子機(jī)器的原型機(jī)。雖然這些分子機(jī)器目前還只限于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)格控制的環(huán)境中運(yùn)行，但應(yīng)用前途不可限量?？茖W(xué)家們會通過各種手段探索這些機(jī)器的功能和極限——比如玩?zhèn)€分子賽車。
10月14日-15日，法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）主辦了一場賽車競速，賽場在法國材料和結(jié)構(gòu)研究中心（CEMES）。來自世界9個國家的實(shí)驗(yàn)室組成6支隊(duì)伍，用各自設(shè)計的分子賽車飆車。所有的車必須小于1000個原子，它們要在零下270多攝氏度的真空中，在純金跑道上前進(jìn)。比賽時間長達(dá)38個小時，賽道有2個轉(zhuǎn)彎、3個直道，全程約200納米，足有一個感冒病毒的直徑那么長。彎曲的賽道意味著分子賽車不僅要跑得快，還要能受控制地轉(zhuǎn)彎。短短50年，費(fèi)曼的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。
化學(xué)與機(jī)械工程的聯(lián)姻
1959年，在一次題為“在底部還有很大的空間”的講座上，理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）提出分子機(jī)器的設(shè)想，當(dāng)時人們并沒有真正認(rèn)識到這一想法的偉大之處。在20世紀(jì)中期，為了制造越來越復(fù)雜的分子，化學(xué)家嘗試創(chuàng)造分子鏈，一些研究小組也確實(shí)成功地在試管中制出了分子鏈，但成功率低，方法非常復(fù)雜，并沒有什么實(shí)際用途。
1983年，讓·皮埃爾·索維奇邁出了分子機(jī)器研發(fā)的第一步，他的研究小組研發(fā)的方法大大提高了把環(huán)形分子連接成鏈的成功率從6%提高到了42%，并將其命名為“索烴”（catenanes）。1994年,研究組又成功構(gòu)建了一種索烴，其中一個環(huán)能在接受能量后繞另一個環(huán)旋轉(zhuǎn),這是非生物分子機(jī)器的最初雛形。
1991年，弗雷澤·斯托達(dá)特找到了高效合成輪烷（piston-rotaxane）的辦法。他將一個環(huán)形分子套在一個線性分子上，環(huán)形分子能像梭子一樣，以線性分子為軸移動。之后，他以輪烷為研究基礎(chǔ)，研發(fā)出分子“起重機(jī)”、分子“肌肉”和分子計算芯片：“起重機(jī)”可以將自己從表面上抬高0.7納米，“肌肉”可彎曲極薄的金箔，分子計算芯片則能儲存20kB的數(shù)據(jù)。
伯納德·費(fèi)林加則是制造出分子馬達(dá)的第一人。1999年，他成功地造出了能同向持續(xù)旋轉(zhuǎn)的分子旋轉(zhuǎn)葉片。正常情況下，分子的運(yùn)動是隨機(jī)的，但費(fèi)林加通過機(jī)械構(gòu)建，設(shè)計出了只朝一個特定方向旋轉(zhuǎn)的分子馬達(dá)，能帶動一個比它自身大1萬倍的玻璃柱旋轉(zhuǎn)。
1頒獎579次、911人次獲獎
根據(jù)官方統(tǒng)計，1901年至2016年間，諾貝爾獎各類獎項(xiàng)共計頒發(fā)了579次。其中，物理學(xué)獎頒發(fā)次數(shù)最多，為110次。
目前，累計獲獎人次為911。由于少數(shù)個人與機(jī)構(gòu)獲獎次數(shù)不止1次，因此，實(shí)際上共有881人以及23個組織獲得諾貝爾獎。其中，生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎共計獲獎人數(shù)最多，為211人。詳細(xì)數(shù)據(jù)見下表：
2最年輕的獲獎?wù)撸?7歲
1901年到2016年所以類別諾貝爾獎獲獎?wù)叩钠骄挲g為59歲。最年輕的獲獎?wù)呤?014年獲諾貝爾和平獎的Malala Yousafzai，獲獎時僅17歲。下面兩張表是獲獎時年齡在33歲以下的獲獎?wù)撸约安煌悇e諾貝爾獎最年輕的獲獎?wù)撸?/p>
3最年長的獲獎?wù)撸?0歲
最年長的獲獎?wù)呤?007年獲諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎的Leonid Hurwicz，獲獎時已90歲。下面兩張表是獲獎時年齡在85歲以上的獲獎?wù)?，以及不同類別諾貝爾獎最年長的獲獎?wù)撸?/p>
449次未頒獎
自1901年以來，有一些年份部分類別的諾貝爾獎未頒發(fā)，共計49次。大部分未頒獎的年份在第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）和第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）期間。其中，諾貝爾和平獎未頒發(fā)的次數(shù)最多，為19次。具體數(shù)據(jù)如下：
548名女性獲獎
截至2016年，諾貝爾獎共頒發(fā)給女性49次，其中居里夫人獲獎2次，因此共計48名女性獲得過諾貝爾獎。
62人兩次獲不同諾貝爾獎
有兩位科學(xué)家獲得了兩次不同的諾貝爾獎：居里夫人（1903年獲物理學(xué)獎，1911年獲化學(xué)獎）以及Linus Pauling（1954年獲化學(xué)獎，1962年獲和平獎）。
75對已婚夫婦
根據(jù)官網(wǎng)數(shù)據(jù)，截至目前，共有5對已婚夫婦、1對母女、1對父女、6對父子以及1對兄弟共同獲諾貝爾獎。具體如下：
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