人民日報(bào)10月10日消息，過去幾天，2016年諾貝爾獎(jiǎng)的部分獎(jiǎng)項(xiàng)陸續(xù)公布，引來關(guān)注無數(shù)。

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予日本科學(xué)家大隅良典，以表彰他在細(xì)胞自噬機(jī)制研究中取得的成就。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨，以表彰他們在物質(zhì)的拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎喾矫娴睦碚摪l(fā)現(xiàn)。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予讓—皮埃爾·索瓦日、弗雷澤·斯托達(dá)特、伯納德·費(fèi)林加，以表彰他們在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

大獎(jiǎng)為何花落這些科學(xué)家？他們的研究成果意義如何？中國在這些領(lǐng)域的研究又處于怎樣的位置與水平？

細(xì)胞“吃掉自己”實(shí)現(xiàn)自救

雖然在生命科學(xué)領(lǐng)域相對落后，但在細(xì)胞自噬這個(gè)具體方向上，我國科學(xué)家處于領(lǐng)先地位

“自噬”字面意思是“將自己吃掉”，實(shí)則是一種細(xì)胞自身成分降解和循環(huán)的基本過程。通俗地說，細(xì)胞可以通過降解自身的非必需成分來提供營養(yǎng)和能量，也可以降解一些毒性成分以阻止細(xì)胞損傷和凋亡。美國南加州大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子微生物學(xué)和免疫學(xué)專家梁承宇博士將其比喻為一種細(xì)胞的“自我救贖”。

梁承宇說，從廣義上說，細(xì)胞自噬的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制更像是細(xì)胞內(nèi)龐大運(yùn)輸機(jī)制的一部分。自噬機(jī)制就好比是細(xì)胞自身凈化和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)環(huán)保的一條運(yùn)輸線。它將細(xì)胞內(nèi)代謝廢物以及一些過期無用或有損傷的細(xì)胞零件，裝到其獨(dú)特的運(yùn)輸工具——自噬小體中，然后沿著特定路線，送到“垃圾加工廠”——溶酶體中進(jìn)行回收和廢物再利用。

自噬機(jī)制還能在細(xì)胞能量匱乏時(shí)開啟緊急運(yùn)輸通道，以供應(yīng)能量。因此，自噬機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)龐大運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系中非常重要的一部分。“它對于維系細(xì)胞基本的生存需求與平衡是不可或缺的，”梁承宇說。

“自噬”概念于上世紀(jì)60年代提出，當(dāng)時(shí)研究人員就發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞這種降解自身成分的現(xiàn)象，但有關(guān)機(jī)制一直不為人知。

上世紀(jì)90年代初，日本科學(xué)家大隅良典通過利用常見的酵母進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)了對細(xì)胞自噬機(jī)制具有決定性意義的基因。基于這一研究成果，他隨后又闡明了自噬機(jī)制的原理，并證明人類細(xì)胞也擁有相同的自噬機(jī)制。

評選委員會(huì)在當(dāng)天發(fā)布的新聞公報(bào)中指出，大隅良典的研究成果有助于人類更好地了解細(xì)胞如何實(shí)現(xiàn)自身的循環(huán)利用。在適應(yīng)饑餓或應(yīng)對感染等許多生理進(jìn)程中，細(xì)胞自噬機(jī)制都有重要意義，大隅良典的發(fā)現(xiàn)為理解這些意義開辟了道路。此外，細(xì)胞自噬基因的突變會(huì)引發(fā)疾病，因此干擾自噬過程可以用于癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的治療。

作為國內(nèi)研究多細(xì)胞生物中自噬作用機(jī)理和調(diào)控機(jī)制的專家，中科院生物物理所研究員張宏與大隅良典在學(xué)術(shù)上有過深入交流。在張宏看來，雖然我國在生命科學(xué)領(lǐng)域仍處于相對落后的地位，但在細(xì)胞自噬這個(gè)具體方向上，我國科學(xué)家處于領(lǐng)先地位。“細(xì)胞自噬是目前國際上生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國內(nèi)有很多團(tuán)隊(duì)投身其中，中科院動(dòng)物研究所的陳佺教授團(tuán)隊(duì)、清華大學(xué)陳曄光教授、北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部朱衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)等都有不少原創(chuàng)成果。”張宏說。

清華大學(xué)教授俞立2008年回國任教，對于國內(nèi)近些年在生命科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步深有感觸。“如果將細(xì)胞自噬研究比作一座大樓，那么中國科學(xué)家已經(jīng)為這座大樓增添了新的樓層。”

“細(xì)胞自噬的研究才剛剛開始”，張宏說，中國科學(xué)家有能力在這個(gè)領(lǐng)域做出更大貢獻(xiàn)。

將拓?fù)涓拍钜胛锢韺W(xué)研究

在理論預(yù)言的基礎(chǔ)上，我國科學(xué)家將TaAs中的外爾費(fèi)米子行為首次展現(xiàn)到世人面前

評選委員會(huì)表示，戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨將拓?fù)涓拍顟?yīng)用于物理研究，是他們?nèi)〉贸删偷年P(guān)鍵。

對很多人來說，“拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎唷睂儆谧屓送返纳願(yuàn)W理論。

拓?fù)浔旧硎且粋€(gè)數(shù)學(xué)概念，描述的是幾何體在連續(xù)彈性形變（不撕破，不截?cái)啵┫履軌虮３植蛔兊男再|(zhì)。“比如，一塊面團(tuán)無論怎么揉搓，它的外表面上的孔洞數(shù)是0。而如果撕破它，重新粘連，就可以做成面包圈，面包圈的外表面就形成了1個(gè)孔洞。這個(gè)孔洞的數(shù)目就是面團(tuán)或面包圈在連續(xù)彈性形變下保持不變的量，是區(qū)分這兩個(gè)幾何體的拓?fù)洳蛔兞浚赐負(fù)鋽?shù)。” 中科院物理所研究員翁紅明說。

不同的物質(zhì)形態(tài)稱之為物質(zhì)的不同“相”或物態(tài)。相變，也就是物質(zhì)“變臉”的過程，即從一種相變換到另一種相的過程。比如水隨著溫度變化而在固、液、氣三態(tài)之間的轉(zhuǎn)化實(shí)際上就是相變的過程。相變過程通常伴隨物質(zhì)性質(zhì)、性能的改變。物質(zhì)的“拓?fù)湫再|(zhì)”發(fā)生了變化，稱之為“拓?fù)湎嘧儭薄Ｍ負(fù)湎嘧儼殡S的是拓?fù)鋽?shù)的變化。

但是，如果物質(zhì)變得極薄，物質(zhì)的相還在嗎？評選委員會(huì)介紹說，平面中的物理現(xiàn)象和我們認(rèn)知的周圍世界是截然不同的，甚至分布非常稀疏的物質(zhì)中也包含了數(shù)百萬個(gè)原子，每個(gè)原子的行為都可以用量子物理學(xué)來解釋，而很多原子結(jié)合的時(shí)候卻顯示完全不同的屬性。3位獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯砍晒墙沂玖送負(fù)湫再|(zhì)在量子物態(tài)和量子相變中的決定性影響。

科斯特利茨和索利斯的研究集中在一個(gè)平面世界中的“怪現(xiàn)象”，相比于通常描述的三維世界，他們發(fā)現(xiàn)極薄層的表面或內(nèi)部可以被認(rèn)為是二維的，那里一種被稱為“超流體到正常流體的相變”，主要決定因素與人們以往的認(rèn)識(shí)完全不同。霍爾丹發(fā)現(xiàn)可以利用拓?fù)涓拍顏斫忉屢恍┎牧现写嬖诘男〈盆F鏈的特性。他發(fā)現(xiàn)，原子磁性的不同使這些鏈條呈現(xiàn)出完全不同的屬性。霍爾丹還在量子霍爾效應(yīng)方面做了許多開創(chuàng)性工作。

正如瑞典皇家科學(xué)院所說，今年的獲獎(jiǎng)研究成果開啟了一個(gè)未知世界的領(lǐng)域。得益于這3位獲獎(jiǎng)?wù)唛_創(chuàng)性的研究，科學(xué)家們現(xiàn)在可以繼續(xù)探索物質(zhì)的新相變。研究人員認(rèn)為，拓?fù)洳牧蠈⒃谖磥淼碾娮雍统瑢?dǎo)體以及量子計(jì)算機(jī)研發(fā)中得到應(yīng)用。

在拓?fù)溲芯款I(lǐng)域，我國科學(xué)家也有不少值得稱道的工作，一些研究還處于國際拓?fù)溲芯款I(lǐng)域的前沿。

翁紅明介紹，早在2009年，中科院物理研究所方忠、戴希等與華人科學(xué)家張首晟合作，理論預(yù)言了目前最為廣泛研究的拓?fù)浣^緣體材料Bi2Se3家族。2014年底，中科院物理所方忠、戴希、翁紅明研究團(tuán)隊(duì)，理論預(yù)言TaAs晶體是非磁性的外爾半金屬。在他們的推動(dòng)下，2015年，中科院物理所的陳根富小組制備出高質(zhì)量樣品，丁洪、錢天小組使用上海光源“夢之線”觀測到了TaAs中的外爾費(fèi)米子行為，這是該類特殊的電子第一次展現(xiàn)在世人面前。外爾半金屬是拓?fù)浒虢饘傺芯康囊粋€(gè)重要方向。該研究成果被英國物理學(xué)會(huì)主辦的《物理世界》評為“2015年度十大突破之一”，同時(shí)也被美國物理學(xué)會(huì)的《物理》評為“2015年度八大亮點(diǎn)工作”之一。

分子機(jī)器為化學(xué)開啟新世界

起步雖晚，但近10年來，我國在新的分子機(jī)器的構(gòu)建、原理設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面都取得了進(jìn)展

世界上存在小到只有千分之一頭發(fā)絲粗細(xì)的機(jī)器嗎？答案就是剛剛助力3位科學(xué)家摘得2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的分子機(jī)器。

分子機(jī)器是指在分子層面的微觀尺度上設(shè)計(jì)開發(fā)出來的機(jī)器，在向其提供能量時(shí)可移動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，是納米研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。評選委員會(huì)表示，3位科學(xué)家發(fā)明了“世界上最小的機(jī)器”，將化學(xué)發(fā)展推向了一個(gè)新的維度。

所有的化學(xué)系統(tǒng)都力圖達(dá)到平衡態(tài)，可以減少能量消耗，但是這也會(huì)形成“僵局”。就像人的生命一樣，人體內(nèi)的分子可以從食物中獲取能量，進(jìn)而推動(dòng)人體的分子系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)，向更高水平的能量狀態(tài)發(fā)展，這樣人體才有可能利用這些能量推動(dòng)肌體正常工作，維持生命。而一旦人體處于化學(xué)平衡態(tài)，人就會(huì)死亡。

3位科學(xué)家的成就能夠獲得諾獎(jiǎng)青睞，就在于他們的研究促使分子系統(tǒng)擺脫了平衡態(tài)，并能受控執(zhí)行特定任務(wù)，為化學(xué)的發(fā)展開啟了一個(gè)新世界。

據(jù)介紹，3位獲獎(jiǎng)?wù)咄瓿闪朔肿訖C(jī)器設(shè)計(jì)與合成的“三步走”：第一步，索瓦日成功合成了一種名為“索烴”的兩個(gè)互扣的環(huán)狀分子，而且這兩個(gè)分子能夠相對移動(dòng)；第二步，斯托達(dá)特合成了“輪烷”，即將一個(gè)環(huán)狀分子套在一個(gè)啞鈴狀的線形分子軸上，且環(huán)狀分子能圍繞這個(gè)軸上下移動(dòng)，并成功實(shí)現(xiàn)了可以上升高度達(dá)0.7納米的“分子電梯”和可以彎折黃金薄片的“分子肌肉”；第三步，費(fèi)林加設(shè)計(jì)出了在構(gòu)造上能向一個(gè)特定方向旋轉(zhuǎn)的分子馬達(dá)，這個(gè)馬達(dá)可以讓1個(gè)28微米長、比馬達(dá)本身大1萬倍的玻璃缸旋轉(zhuǎn)起來。分子機(jī)器動(dòng)起來了。

近年來，3位諾獎(jiǎng)得主的成果已經(jīng)成為全世界科研人員開發(fā)分子機(jī)器的“工具箱”，開創(chuàng)了分子機(jī)器的發(fā)展道路。目前已有科學(xué)家在輪烷的基礎(chǔ)上建造出一個(gè)可以抓取并連接氨基酸的分子機(jī)器人；還有研究人員將分子馬達(dá)和長聚合物相連，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，將光能儲(chǔ)存在分子中，有望開發(fā)出新型電池及光控傳感器。

評選委員會(huì)表示，分子機(jī)器未來很有可能將用于開發(fā)新材料、新型傳感器和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)等，為人類的未來提供了無限可能。

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授黎占亭表示，我國分子機(jī)器領(lǐng)域起步雖然較晚，但發(fā)展迅速。尤其是近10年來，國內(nèi)在新的分子機(jī)器的構(gòu)建、原理設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面都取得了進(jìn)展，無論是學(xué)術(shù)研究還是分子機(jī)器的應(yīng)用探索上，都有不少成果，既在國內(nèi)受到認(rèn)可，也引起國際關(guān)注。例如，華東理工大學(xué)田禾院士團(tuán)隊(duì)的“有機(jī)熒光功能材料”研究，創(chuàng)新合成了新型的可控分子器件和高性能有機(jī)光電功能材料，獲得2007年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

黎占亭覺得，未來，中國在分子機(jī)器研究領(lǐng)域?qū)a(chǎn)出更多創(chuàng)新性成果，中國在分子機(jī)器領(lǐng)域?qū)⒏凶鳛椤?

（原題為《2016年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)相繼揭曉：聊聊拓?fù)洌纯次覀儭罚?/p>