2016诺贝尔自然科学奖全

诺贝尔奖是对那些作出杰出成就的科学家、学者的最佳褒奖了.在每一块奖章背后,都有着许多故事以及人物,而获奖者只是作为其中代表,领取了这一奖项.我们在此对2010年度获取诺贝尔奖的自然科学奖项(生理学或医学、物理学、化学)的原理及意义进行解说,让大家能更深入地进入科学家们获得丰收的世界.此外,还有常被称作“搞笑诺贝尔奖”的Ig诺贝尔奖(IgNobelPrize),每年在诺贝尔奖颁发之前,组织者会在哈佛大学的桑德斯剧场对诺贝尔奖进行无厘头模仿以及致敬.他们的评选标准为:　“乍一看好笑,却又引人深思”的十大成就.评委中不乏真正的诺贝尔奖得,主,而且今年获得诺贝尔奖的物理学家安德烈海姆,成为了第一位诺贝尔奖及Ig诺贝尔奖双料得主,他曾于2000年因磁悬浮青蛙的实验获得后者.我们相信,只有当科学研究成为一种乐趣、生命的追求,而不仅仅是功名之争,诺贝尔奖才会真正出现在我们中间.试管婴儿之争获奖人:[英]罗伯特爱德华兹(RobertEdwards.上图左,右为第―位试管婴儿LoujseJoybrown)获奖厦周:发展体外授精疗法颁发机构:瑞典卡罗琳医学院揭晓时间:2010年年10月4日今年的诺贝尔生理学或医学奖授给了英国科学家RobertEdwards,主要表彰他对体外受精所做出的开创性贡献.消息发布后不久,梵蒂冈就宣布罗马教廷反对这样做,他们从来就认为体外受精违背了体内受精这个自然状态,割裂了性与生育之间的联系.体外受精领域的开创者是华人科学家张明觉,不过他是在兔子身上这样做.后来人们尝试与动物实验一样,把人的卵母细胞在体外培养12小时以上,成熟后再进行受精,但没有成功.从20世纪s0年始,Edwards就表现出独到眼光,他发现人卵母细胞需要37个小时成熟,而受精的时间是在卵母细胞在体外培养35～40小、时,而且他还意外地创造出人类第一个胚胎干细胞.当Edwards了解到妇产科医生PatrickSteptoe能用腹腔镜提取妇女卵巢的卵母细胞后,开始与其合作,尝试把体外的受精卵放回到妇女的子宫里,开始了真正的人体试验.最初他们是在卵子和精子结合后的第5天,也就是受精卵分裂到64个细胞时,把受精卵放回子宫,但这么做并没有成功,然后,两位乐观主义者发现如果再早点把受精卵放回子宫会增加成功的机会.后来他们又发现,体内分泌的激素调节也是一个关键问题.但当时的生殖激素检测很不完备,要把几种生殖激素合理地应用妇女身上以营造出最佳的子宫环境,是一件相当困难的事.研究还没成功,一系列的失败却已经引发了从医院到社会的怀疑和反对,1971年Edwards和一位美国律师不得不专门发表文章讨论体外受精技术的问题,但他坚信只要能给病人带来帮助,便不用理会各种压力.1977年11月10日,Steptoe医生从英国妇女LesleyBrown的卵巢里取出了一个卵子,将其与Lesley的丈夫的混在一起,成功地在体外培育出来一个受精卵.2天以后,Steptoe医生把分裂成8个细胞的受精卵植入Lesley的子宫里,这次怀孕成功了.8个半月以后,也就是1978年7月25日,世界上第一个试管婴儿诞生了,这个女孩名叫LouiseJoyBrown.这意味着今后人类可以在实验室里帮助制造人类生命了.Brown的诞生震惊了世界,巨大的反对之声使试管婴儿的尝试停止了很长时间.但是不能生育的人对孩子的渴望最终取得胜利,这项技术很快传播开来,目前世界上已经有超过100万的试管婴儿诞生.试管-婴儿的技术在不断改进,为了提高成功率,从卵巢里一次取出的不再是一个卵子,而是多个,在试管里就可以生成多个受精卵,没有被选中的受精卵就冷冻起来,可以复苏再用.也有的受精卵可能永远没有机会变成一个胚胎了,人们也为其找到了出路:永远冻在冰箱里是一个选择,销毁是另一个选择,或者把这些受精卵作为最好的千细胞,让这些细胞复苏,分裂生长,为很多已经没有希望了的疾病提供一个治愈的机会.但显然,这些受精卵的命运不是其原父母或科学家们可以支配的了,社会开始再次关注这个领域,受精卯是不是生命冻在冰箱里的那些试管婴儿的“兄弟姐妹”们,该给他们机会继续分裂发育,为其他人做贡献,还是举行一个仪式把他们都安葬了呢每次美国总统选举的时候,这都是政客们谈论的一个主要议题.杀死一个动物,人们很少有犯罪感,但谈到一团可能成为一个人的细胞时,人们就会开始紧张、出汗、不知所措.有人呼吁,“救救冰箱里冻着的可怜的小生命吧”,又有的人说“还是关注一下活着的人吧”.一位政客甚至说,杀死一个不管是大人还是孩子的人,他都觉得能够理解,因为人是有罪的,但杀死一个细胞,一个可怜的没有任何罪的细胞,是他最不能忍受的.从试管婴儿而来的关于胚胎干细胞的争论还在继续,正如LouiseJoyBrown诞生后引发的争论一样,时间会磨平一切,只有人们的需求才是真正的推动力.最薄最强最简单获奖人:[荷]安德烈海姆(AndreGeim,上图左)(俄康斯坦丁诺沃肖洛夫(kostyaNovoselov,上图右)获奖原因:成功地从石墨中剥离出石墨烯,第一次发现这种属性非凡的材料.顾发机构:瑞典皇家科学院揭晓时间:2010年10月4日今年获得诺贝尔物理学奖的是51岁的安德烈-海姆(AndreGeim)与36岁的康斯坦丁诺沃肖洛夫(KostyaNovoselov),他们因为在石墨烯材料方面的卓越研究而获奖.石墨烯是一种二维结构单层碳原子层,简单点说,石墨烯就是单层的石墨,单层原子蜂窝状六角平面晶体,而六边形的每个点上都是相同的碳原子,这是人类发现的第一种二维材料.2004年,他们在实验室中使用了一种被称作“微机械剥离”的方法将石墨烯分离出来,　“微机械”极其简单:透明胶带、石墨薄片、覆盖有3∞纳米二氧化硅薄层的硅基片、镊子和手套.具体方法是将一小片石墨粘在透明胶带上,然后反复对折粘贴胶带并撕开来减薄石墨厚度,重复十几次后,将胶带粘到硅基片上再撕下,而后在光学显微镜下仔细观察硅基片,就这样,他们找到了单层的石墨――石墨烯.其实人们日常使用铅笔书写时,在笔的痕迹中就有少量的石墨烯,只不过从来没有人找到它.在发现石墨烯的70多年前,物理学家Landau和Peierls曾断言二维晶体会因为热动力学的不稳定性而不可能存在,这个论断甚至被一系列的实验观察所支持.AndreKGeim和KostyaNovose幸运的地方在于,他们使用的二氧化硅薄膜恰好是300纳米左右,因为他们第一次发现的lO微米大小的样品必须要在刚好300纳米的二氧化硅薄膜上才能被光学显微镜看到.这种简单的材料有着出色的材料性能,即超薄(单原子厚度)、超轻(0.77mg/平方米)、透明(977%透明度)、坚实且有延展性、高电导率、高热导率.首先,石墨烯具有非常好的晶体质量,很难找到杂质和缺陷,石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面会弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定.这种结构使石墨烯中的电子(准确地说,应为载流子)即使在室温下以接近光速的1/303的速度运动时,也不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射,并且由于原子间作用力十分强,周围碳原子发生挤撞对石墨烯中电子的干扰也非常小,因此电子可以在石墨烯中自由穿行很长的距离,这就是为何石墨烯有望取代现有的硅材料,来制造超高速的电子和光电子器件的真相.与描述其他材料微观电子特性所使用的传统的schrodmger量子力学不同,石墨烯中的电子需要用Dirac量子电动力学来描述,它的有效质量为零,动力学性质更类似于中微子,它通常被称为无质量Dirac费米子.利用这种无质量Dirac费米子,可以在石墨烯中验证量子电动力学的一些推论,而不必借助耗资巨大加速器和高能宇宙射线探测.在材料性质方面,石墨烯由于其结构致密,具有很好的不可渗透性,氦分子也不能穿过,它的电导率与铜相当,哪怕被切成1纳米宽导电性也很好,它的热导率在材料中是最好的,石墨烯的强度约是钢铁的200倍,也是已知材料中最高的.瑞典皇家科学院给予石墨烯的评价是:　“作为一种颇具实用性的透明导体,等对它的研究还可以引领我们找到革折1生的电子材料,甚至是革新整个微电子学.”其实早在发现之前,石墨烯就已经在理论上研究得相当透彻了,2001年,佐治亚理工学院的WalterDeHeer就曾提出利用石墨烯的高迁移率等一系列优良性质,取代硅作为下一代芯片的材料,而且他带领的团队发展了用高温在真空中加热碳化硅的外延石墨烯生长方法,来大规模地制造石墨烯,使得石墨烯相比于更早发现的碳纳米管要更决地接近于大众的日常生活.这也是为何石墨烯从发现到获得诺贝尔奖只用了短短6年时间.化学奖　为复杂有机分子造工具孙尉翔获奖人(从左至右):[美]理查德赫克(RichardF.Heck)[日]根报岸荣一铃木章获奖原因:发展了钯催化交叉耦台,极大地促进了制造复杂有机物质的可能性.颁发机构:瑞典皇家科学院揭骁时间:2010年10月4日今年的诺贝尔化学奖颁给了三位与钯催化反应相关的化学家:美国的理查赫克(RichardF.Heck),及日本的铃木章(AkiraSuzuki)、根岸英一(Ei-ichiNegishi),他们的成就主要是为制造有机大分子提供了重要的工具.化学研究就好像玩积木,从五颜六色的元素周期表里挑出合适的球,然后用棍子搭出各种各样的分子来.球和棍毕竟只是模型,真正的化学反应往往是打碎一个现成的分子,然后指挥它们变换结合出新的分子.但是,指挥两三个人同时向右转易如反掌,指挥一个营的人同时向右转就非常困难,何况是不用科学计数法都难以数清的分子所发生的化学反应肯定是有快有慢,有的还转错方向.糟糕的是,你要是不喊停,转得快的就继续转,转过头了,你要是喊停,又有好多转得慢的没转到位.因此,凡是化学反应,总会或多或少伴随有副产物.无机物分子的队伍比较训练有素,绝大多数无机化学反应的产率超过90%.但是有机物就顽劣多了,碳-碳键的形成尤其困难,而一旦形成又比较稳定,就好像你叫向右转,十个人只有三四个做对.何况有机物合成需要的化学反应还不止一步.等你喊上十几个口令之后,一百个分子也许只有一两个顺利到位了,而且它们还混在一大堆错误分子中,等你去把它们分离出来.所以尽管在纸上可以随便画几个碳原子,用短横线连一下,就能设计出一个有机物来,实现它却很让人头痛,尤其需要各类化学工具的帮助.但是,纸上那一条连接两个碳符号的小横线,一旦实现了就会引起整个产业的革命.在诺贝尔化学奖的历史上,已经有多次奖项颁给了关于形成碳一碳键的研究者.1912年是法国化学家格林尼亚,他发现了有机合成实验员最爱的格氏试剂,1950年则是发明Diels-Alder反应的Q.Diele和KAlder,1963年是Ziegler-Natta催化剂的发明者KZJegler和GNatta获奖,现在市场热卖的乐扣牌塑料制品就靠他们的发明.今年获奖者在现代工业中的重要性甚至超过了此前的工作意义.以获奖者命名的三个反应:Heck反应、Negishi(根岸)反应和Suzuki(铃木)反应触及到包括新药合成、新材料、有机光电显示在内的几乎所有研究领域.我们家里所有的塑料和橡胶制品,许多抗生素和镇痛类药物、洗涤化妆用品甚至于部分食品,其生产均需要高效、准确地生成碳-碳键,拜钯催化反应所赐,此前无法合成的镇痛药萘普生(Naproxen)、平喘药顺而宁(Singulair)、抗肿瘤药物Discodermolide的人工合成研究,都有着钯催化偶合的功劳.RHeck在20世纪60年代就在美国进行研究,他对很少人问津的过渡态金属(元素周期表中间的那一堆)十分感兴趣.1968年,Heck在《美国化学学会会刊》发表了通过钯催化剂的辅助形成碳一碳键的文章,但其中依然用到了含汞和锡的化合物(有毒),而且耗费大量昂贵的钯,并非尽如人意.两年后,日本工业大学的副教授沟吕木勉(TsutomuMizoroki)找到方法避免了这些缺点,成为THeck反应第一个完美的范例,直到今天一直被使用.从某种意义上说,Heck反应的成功是沟吕木勉实现的,也可称为Mizoroki-Heck反应当之无隗.沟吕木勉的论文发表在比较冷门的《日本化学会志》,他却在9年之后过早地死于胰腺癌.RHeck此后的人生也并不美满.尽管自20世纪80年代起以Mizoroki-Heck反应为灵感的钯催化交叉偶合反应研究广泛地成为热门,但Heck本人却无法申请到科研经费,于1989年早早退出了科研圈.专访“搞笑诺贝尔奖”中国得主南曙明奖项:Ig诺贝尔奖生物学奖获奖人:张礼标(见上图)　谭敏GarethJones等获奖原因:成功捕捉并记录了蝙蝠的口交现象,第一次发现人类之外的哺乳动物这样干.颁发机构:不可思议研究年刊(AnnalsofImprobableResearch,AIR)揭晓时间:2010年9月30日今年的搞笑诺贝尔奖第一次发给了中国的一个研究团队,这样,今年的Ig诺贝尔奖终于也要写上中国人的名字.我们采访了蝙蝠口交现象研究的通讯作者,广东昆虫研究所的张礼标博士,他的主要研究方向便是动物(主要是蝙蝠)的行为生态学,包括其食性、回声定位、捕食、繁殖、学习记忆以及蝙蝠及其体外寄生虫的协同进化等.新知客:您是怎么得知自己获得Ig诺贝尔的有人因此取笑你吗张礼标:早在年初3月份的时候我们的英国同行GarethJones就发邮件告诉我们,可能会获此奖.颁奖之前,我就一直在关注,也可以说有一种期待.当证实获奖后,我深深呼吸了一口气,心想还好不是被GarethJones幽我一默.我的同事、朋友,没有一个人因此而取笑我,当然他们也知道这只是一个给大家笑一下的奖项.其实,我在GarethJones告诉我之前.也不了解此奖.新知客:最早是怎么想到做这个研究的呢张礼标:是一次偶然的机会.广东省昆虫研究所并不是单纯的研究昆虫,研究对象包括了昆虫、鱼类、两爬、鸟类和兽类.我在硕士和博士研究生阶段一直都是在研究蝙蝠,主要是扁颅蝠(一种栖息在竹筒里面的小型食虫蝙蝠),2005年我们的团队同时也开始对果蝠(主要是犬蝠,也就是网上大家所说的短鼻果蝠)进行研究.刚开始的时候我们主要是想观察犬蝠的筑巢行为,因此把犬蝠抓回来放在实验室内用红外摄像机进行观察,却无意中观察到了犬蝠的交配行为,因此我们决定把重点转到交配行为方面.新知客:你们是怎么找到并抓获蝙蝠的张礼标:在广州市区内的犬蝠主要栖息于蒲葵树叶下,我们一开始没有经验,花了一个多星期在广州市内的各个公园、高校找,都没发现它们的栖息地.后来我的学生张伟在动物园里找到了.它们栖息在七八米,甚至十几米高的蒲葵树上,把蒲葵树叶的叶脉咬断一圈,树叶耷拉下来而形成一个比较隐蔽的巢,视力不好还真的难找.我们就在白天的时候,用长竹竿和捕虫网的网头捕捉正在休息的犬蝠.所有的野生动物被捕捉的时候都会反抗,这是它们的生存本能.新知客:你们还模拟了一个自然环境,蝙蝠在里面感觉足够自然吗张礼标:其实也不是很“自然”,是以前养鸟用的鸟舍,四周是砖墙,房顶一半是石棉瓦,一半是露天的,我们用铁丝网把露天的部分围了起来.在有限的空间里面,蝙蝠当然不会觉得舒服,毕竟它们是飞行的动物,比如犬蝠,一个晚上可能飞到十几公里以外的地方寻找食物.但是,正如民间笑话说,没电视的农村为什么超生更严重因为他们晚上没事的时候就在制造小孩,犬蝠在有限的空间里面,吃饱了没事干,也许这正好是它们进行交配的原因之一呢(呵呵).新知客:你们拍摄它们都动用了哪些装备呢张礼标:很简单,与大家熟悉的保安视频监控系统并无两样.一套下来,包括4个红外摄像头(保证从不同角度进行拍摄)、一张四路的采集卡和一台台式电脑,6～7千块钱吧.新知客:你们团队的分工是怎样的呢张礼标:关于这个研究,我是作为通讯作者,也是项目的主导者.共同作者有谭敏、GarethJones、朱光剑、叶建平、洪体玉、周善义、张树义、张礼标.周善义、张树义和张礼标负责实验构思和设计,谭敏、朱光剑、叶建平、洪体玉和张礼标完成实验部分,谭敏、GarethJones和张礼标完成数据分析,谭敏、GarethJones、朱光剑、张树义和张礼标完成稿件的写作.新知客:谁第一个发现它们口交的当时是什么情况张礼标:是文章的第一作者谭敏,她首先意识到了犬蝠的口交行为(我们并不叫口交行为,而是称之为舔阴行为).我们把视频资料收集好以后,由她来分析,她在分析的过程中发现犬蝠的舔阴行为比较常见,我们才意识到这个重要的发现.我们上半夜的时候有人在专门盯着监控视频,下半夜的时候就让视频自动保存在电脑,第二天才分析.新知客:您的女朋友,或者您的女性同事们怎么看这项研究她们有不好意思吗张礼标:没有任何人会觉得不好意思,即使第一作者谭敏是女学生.我们讨论针对的是问题本身,做生物学专业的人,从来不会觉得这有什么不好意思.但是如果有人专门提出来,那可能就会有一些不好意思了.人有时候就是这样,身在其中的时候,并不觉得有什么不妥,反而是周边其他人,会觉得我们有问题,或者是他们自己觉得不好意思.新知客:您跟蝙蝠打了不少的交道,对这种生物有何评价张礼标:国内研究蝙蝠的人比较少,但是这类动物却对生态系统非常重要,尤其是在控制农林害虫方面.我以前也是很讨厌蝙蝠的,但是通过这么几年的接触,慢慢的也不讨厌了,有时候反而觉得蝙蝠的一些行为是非常有趣的,特别是我一直在研究的扁颅蝠,体型轻盈,毛色金黄,相当可爱.新知客:你们的奖品是个什么东西啊你对它的感觉如何张礼标:我也没见过.据在现场领了奖的GarethJones说,那是“一个装了玩具细菌的培养皿和玻璃烧瓶”.2010年的其他Ig诺贝尔奖得主们工程学奖:英国和墨西哥大学的研究人员使用遥控直升飞机收集鲸鱼鼻涕.医学奖:荷兰的两位科学家发现可用过山车治疗哮喘症.交通规划奖:日本研究人员利用黏菌确定铁路的最优线路,2008年Ig诺贝尔奖得主ToshiyukiNakagaki也是研究者之一,他当年的获奖研究与之类似一使用黏菌寻找迷宫最短路径.和平奖:英国研究人员证实人受伤了进行诅咒可以减轻疼痛.公众卫生奖:美国研究人员演示微生物会爬到科学家的胡须上.经济学奖:该奖项授予了高盛、AIG、雷曼兄弟、贝尔斯登、美林证券和Magar的执行官,他们创造和推广了新的投资方法――最大化收益最小化经济风险.物理学奖:新西兰的研究人员发现,在冬天结冰的人行道上,如果在鞋子外面套上袜子,会比较不容易摔倒.化学奖:授予MIT、德州农业大学、夏威夷大学和BP石油的研究人员,他们驳斥了水和油不能混合的旧观念.管理奖:意大利研究人员用数学模型证明如果一个企业随机晋升雇员将能提高效率.