凤凰网官网

发布时间:2021-11-01     来源于:上海研究院

一百二十年前,根據瑞典科學家諾貝爾生前遺囑設立的諾貝爾獎首次頒發,此後,每年評選和頒發一次,用以表彰對人類作出重大貢獻的人士。


在科學界,有人戲稱諾貝爾獎爲“炸藥獎”,這一方面是源于諾貝爾本人在炸藥方面的貢獻,另一方面,也反映了獲獎成果的重要意義,以及科學界對它的熱烈討論。


而對于普通人來說,說起諾貝爾獎,大多數人除了在朋友圈看看熱鬧之外,並不能理解其中科學的高深,那些獲獎成果對于普通人的意義,也往往不爲我們所知。其實,我們每個人的生活,都因爲這些成果,發生著深刻的改變。

 


日前,来自中国科学技术大学的赵纯教授、康彦彪教授和来自复旦大学的唐逸泉教授来到墨子沙龍,用他们各自的专业眼光,带大家一起领略今年的诺奖成果如何推动文明进步,诺奖故事又带给我们哪些启发。本次活动由墨子沙龍的老朋友——中国科大的蔡一夫教授主持。

 



極端天氣是可以預測的嗎?

今年夏天,一場極端的大暴雨席卷了河南,無數人的生命和財産安全受到威脅,災難中,同胞互助的景象感人至深,災難之後,我們不禁要問,這樣的極端天氣是否將會愈發頻繁?我們可否預測、甚至影響天氣和環境變化?


其实,这样的问题早在公元前340年就被提出,古希腊哲学家亚里士多德,在他的专著《Meteorolosis》中,最先叙述和粗浅地解释了风、云、雨、雪、雷、雹等天气现象。现在气象学的英文Meteorology就是从亚里斯多德的原书名演变而来。此外,我们从小耳熟能详的诸葛亮草船借箭的故事,也是对天气的一次有效预测。而现代大气学的发展,则是在一定的物理学、化学、统计学模型上,构建数学方程,通过一定的求解方法,尽可能作出科学的预测。尤其是计算机之父约翰·冯·诺依曼,提出使用计算机进行大气模式运算,并和Jule Charney一起进行了第一次大气模型的计算机运行。此后,大气的数值模型逐渐完善。


但是,地球氣候系統是一個複雜系統,大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈都處于這個系統裏面,最後都會去影響地球的氣候。從數學上說,這就意味著系統的方程是高度非線性的,對初始條件誤差更加敏感,初始條件任何一點不完美的測量,都將使得我們無法對系統進行准確預測。”在亞馬遜的雨林當中,蝴蝶它扇動了一下翅膀,可能在我們北京的上空就會下一場雨。”蝴蝶效應通俗地描述了這種系統的複雜性。


了解了這個背景,再看今年的諾貝爾物理學獎獲獎成果,他們的意義就明確了:“雖然在微觀尺度,混沌效應的確存在,但當我們考慮全球氣候變化這樣的大尺度問題時,混沌效應所産生的不確定性就可以被視爲噪音漲落而忽略掉,從而得到確定性的結論。因此,我們不僅能夠預測全球大尺度氣候系統的宏觀行爲,甚至還可以評估人類的活動是如何對全球氣候變化造成影響的。”趙純老師對此次諾獎給出了自己的理解。趙老師把這種過程比作“遛狗”——狗會隨機運動,但是由于主人會帶著它朝一個方向去走,所以長期來看的話,它一定是有一個固定的走向,並不會受狗的隨機運動所影響。


其實,諾獎對氣候和環境的關注已經不是第一次,臭氧的形成和分解、氣候對經濟學的影響,都曾被諾獎所“青睐”,可見,人和環境的關系,一直是人類文明和發展的重要課題。我國現在大力實施的雙碳戰略,也正體現了我國作爲一個大國,對人類命運的擔當。在趙純老師看來,有了科學的預測方法還不夠,大到國家戰略、小到日常生活,我們如何去應對氣候變化、能否把對氣候的關切變成我們的實際行動,才是這些研究最終的意義。

 


右轉是天堂,左轉是地獄

上世紀中期,西德各地出生過很多手腳異常的畸形嬰兒。科學家研究發現,造成這一現象的罪魁禍首,是一種叫做“反應停”的鎮定劑,這種鎮定劑當時在歐洲被允許開具給孕婦,用以減輕妊娠期的嘔吐反應,最終導致了這種悲劇的發生。


事實上,“反應停”本名叫做沙利度胺,它就是一個典型的手性分子,右旋的它可以抑制妊娠反應,而左旋的它就是導致胎兒畸形的毒藥。


今年,德国科学家本杰明·李斯特(Benjamin List )和美国科学家戴维·麦克米伦(David MacMillan)因开发了一种新的、独创的分子构建工具——不对称有机催化,而摘得诺贝尔化学奖。


我們中學時候學習化學,都知道,催化是一種神奇的化學反應,它可以加速、甚至引起某一類化學反應。說起催化的神奇,科學家們都不約而同會舉士的甯(馬錢子堿Strychnine)的例子:1952年第一次合成士的甯時,需要29種不同的化學反應,只有0.0009%的初始物質形成士的甯,剩下的都浪費了。2011年,研究人員利用有機催化和級聯反應,只需12步就能生産士的甯,生産效率提高了7000倍。這種革命性突破的例子還有很多,其中離不開有機催化的巨大貢獻。


在康彦彪教授看来,今天我们谈到不对成有机催化的时候,除了应当致敬两位此次获奖的科学家,也不应当遗忘在这个领域其它作出开创性工作的各国科学家。比如,匈牙利的科学家Z. G. Hajos,曾经于1970年,在他的专利里,报道了第一例不对称羟醛缩合反应,“对于基础研究来说,我们都不应该忘记首创的人,即便是像牛顿这样的伟人,也是站在巨人的肩上。”

 


把辣椒當作鑰匙


很多人都是川菜的拥趸,你可能不知道,之所以迷恋辣味,其实是迷恋辣椒带来的痛感,今年的诺贝尔生理学或医学奖 ,就与辣椒带来的痛感有关。


2021年诺贝尔生理学或医学奖授予戴维·朱利叶斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面作出的贡献。其中,David Julius利用辣椒素来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感受器。Ardem Patapoutian利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。


與氣候預測一樣,人類對于外界的感覺,也同樣是亞裏士多德思考的內容。他將感覺劃分爲視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺這五種感覺。諾獎的獲獎曆史上,也多次出現與感覺有關的研究成果。可見,對于我們無時無刻不沈浸其中的各種感覺,人類一直有著極大的好奇心。


20世纪90年代后期,美国加州大学旧金山分校的大卫·朱利叶斯想要分析化学化合物辣椒素是如何导致我们接触辣椒时产生灼烧感的。他和同事推测,某些DNA片段与表达能对疼痛、热和触摸做出反应的感觉神经元中的基因相对应。于是,他们创建了一个由数百万个DNA片段组成的文库,并发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——TRPV1. 这是一种由高温激活的离子通道。TRPV1的发现引领了解开其他温度敏感受体的道路。


而Ardem Patapoutian用培养的机械敏感细胞来识别由机械力激活的离子通道。经过艰难的搜索,Piezo1和Piezo2两个离子通道相继被发现。PIEZO2基因突变的病人的本体感觉能力会受到很大影响,例如,蒙住病人的眼睛,屏蔽视觉信息,病人就走不稳路,摸东西也摸不准。甚至还会导致骨骼系统变形,也无法感受肌肉张力,甚至会因为不能感知膀胱充盈度而出现泌尿异常。


唐逸泉教授特别提到,本体感觉这个概念,是1932年的诺贝尔生理学或医学奖得主Charles Scott Sherrington爵士在他的经典神经科学专著“The Integrative Action of the Nervous System (1906)”中首次提出的。这种穿越时空的呼应,也正是科学的魅力所在吧。

 


最後的圓桌環節,主持人和三位嘉賓一起,與現場觀衆就諾獎成果進行深度互動。現場氣氛熱烈,觀衆踴躍提問,嘉賓嚴謹作答,將本次活動推向高潮。

 

                                                                                                                      作者:林梅

                                                                                                                                            责编:王佳