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2021诺贝尔奖三类型 精选

已有 4665 次阅读 2021-10-7 08:53 |系统分类:观点评述

                                      2021诺贝尔奖三类型:通向诺奖三途径

  今年的诺贝尔奖十分巧合,巧合的是三个自然科学诺贝尔奖涵盖了通向重大科学发现的三条途径。

1.生理学医学奖大海捞针

  今年的诺贝尔生理学医学奖授予David Julius和Ardem Patapoutian,以表彰他们“发现了人体感知温度、压力及疼痛的分子机制”。

  我们能够对外界的刺激做出反应,其过程是神经细胞接受外界刺激,将外界刺激转换成为电信号传递到大脑作出相应的反应,而接受外界刺激的是分子神经细胞膜上一种蛋白质感受器。问题是神经细胞膜上有成千上万的蛋白质,哪一种才是要寻找的目标。这完全是一个大海捞针的实验。David Julies研究小组先收集神经细胞的mRNA,反转录为cDNA,建立了一个包含数百万个DNA片段的文库。文库中包含一个特殊的DNA片段,可以编码对外界刺激辣椒素产生反应的蛋白质。然后使用另一种培养细胞,这种细胞对辣椒素没有反应,不表达对辣椒素产生反应的蛋白。他们需要做“加法”,把cDNA文库中的DNA片段一个一个在这种细胞中表达,然后测试其是否对辣椒素有反应。这是一项大海捞针的工作,经过逐个筛选,最终筛选到了对辣椒素敏感的单一cDNA片段,其相应的基因被命名为TRPV1,是一个离子通道蛋白。Julies发现了一个热感应受体,当温度上升到43度以上就会被激活,引起疼痛。Ardem Patapoutian则与Julies的策略相反,他们做的是“减法”。为了找到该离子通道蛋白,他们筛选出一个对针刺(触觉)有反应的细胞系,然后用RNAi技术一个一个的沉默这些基因,再检测其是否不会发出电信号。直到沉默到第72个的时候,才找到一个关键基因,当把这个基因沉默后,该细胞不再发出电信号了,他们把这个基因命名为Piezo1。

2:物理学奖天才的桂冠

  今年的物理奖授予 Syukuro Manabe、Klaus Hasselmann 和 Giorgio Parisi,以表彰他们“在理解复杂物理系统方面的开创性贡献”。

  复杂系统由许多混乱不堪的相互影响的部分组成,乱作一团,理也理不清,剪也剪不断。物理学的特点之一是用数学的方法来描述自然现象。几个世纪以来,无数的物理学家一直在研究它们,但却很难用数学方法来描述。它们可能受大量的因素影响,受随机的因素支配。它们也可能是混沌的模糊的。今年的获奖者却天才的解决了这一极其艰难的问题。Giorgio Parisi提出了自旋玻璃理论的复制方法,提出了复制对称破缺,将超对称方法用于统计力学,是Kardar–Parisi–Zhang方程中的P,对无序和复杂系统做出重要贡献。乔治·帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏的有序模式。这些研究即使已经发表出来,对于外行和一般人来说连看也看不懂。意大利国际高等研究院院长Stefano Ruffo 对Giorgio Parisi评价:“A generous genius”(一个天生天才)。真锅淑郎和哈塞尔曼因其在开发气候模型方面的开创性工作而获得诺贝尔奖。

3.化学奖奇思妙想

  今年的诺贝尔化学奖授予Benjamin List与David W.C. MacMillan,以表彰他们“对于有机小分子不对称催化的重要贡献”。

  2000年,Benjamin List在JACS发表“Proline-catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions”,自此之后,有机小分子手性催化得到迅猛发展。同是2000年,David W. C. MacMillan报导了Diels-Alder反应,首次提出有机催化,阐明一种全新的有机催化机理—亚胺活化,基于关键中间体可普适性地拓展反应类别。  

  有机小分子手性催化是酶催化和金属催化之后的第三类手性催化反应,具有条件温和、催化效率高、不污染环境、易于回收利用等多种优点,适应了绿色化学的要求,成为化学催化研究的一个新热点,被称为“手性有机小分子催化的黄金时代”。到目前为止,该方法已成功实现了adol、Diels-Alder、Friedel-Crafts、Mannich、Michael加成反应,卤化、胺化、胺氧化、环氧化、膦氢化等多种类型的手有机小分子催化反应。

  在世界范围内,有机小分子手性催化呈现出百花齐放,齐头并进,群星璀璨。实际上早在1970年代就有人做出了脯氨酸催化的不对称羟醛反应,但没有明确提出其概念和阐明其意义,其含义模糊,科学意义不清。正是Benjamin List和David W. C. MacMillan做出了明确的开创性的奠基性的工作,将其上升为普遍性的规律性的知识。由于“asymmetric organocatalysis is as simple as it is brilliant”(简单绝妙),以至于诺贝尔化学委员会主席Johan Åqvist评论:“many people have wondered why we didn’t think of it earlier”(许多人都在想,为什么我们没有更早地想到它)。

  诺贝尔生理医学奖的实验是从上万个候选基片段因中寻找目标,真的是大海捞针,这是一项艰难的工作。但科学研究就不是容易的,明知艰苦,还是有无数的科研者不断探索。诺贝尔物理学奖是天才的发现,而Giorgio Parisi就是一个天生的天才。诺贝尔化学奖是一个奇思妙想,可能是灵感的突现,也可能是偶然的启发,这里面可能有太多的运气。就像一扇窗户纸,一旦捅破,本专业人员很容易看懂和跟踪。

参考文献

1. https://www.sissa.it/news/giorgio-parisi-wins-nobel-physics-ruffo-generous-genius

2. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2021/press-release/



2021年诺贝尔奖
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