諾貝爾獎是對那些作出杰出成就的科學家、學者的最佳褒獎了。在每一塊獎章背后，都有著許多故事以及人物，而獲獎者只是作為其中代表，領取了這一獎項。我們在此對2010年度獲取諾貝爾獎的自然科學獎項(生理學或醫(yī)學、物理學、化學)的原理及意義進行解說，讓大家能更深入地進入科學家們獲得豐收的世界。此外，還有常被稱作“搞笑諾貝爾獎”的Ig諾貝爾獎(Ig NobelPrize)，每年在諾貝爾獎頒發(fā)之前，組織者會在哈佛大學的桑德斯劇場對諾貝爾獎進行無厘頭模仿以及致敬。他們的評選標準為: “乍一看好笑，卻又引人深思”的十大成就。評委中不乏真正的諾貝爾獎得，主，而且今年獲得諾貝爾獎的物理學家安德烈·海姆，成為了第一位諾貝爾獎及Ig諾貝爾獎雙料得主，他曾于2000年因磁懸浮青蛙的實驗獲得后者。我們相信，只有當科學研究成為一種樂趣、生命的追求，而不僅僅是功名之爭，諾貝爾獎才會真正出現(xiàn)在我們中間。

試管嬰兒之爭

獲獎人:[英]羅伯特·愛德華茲(Robert Edwards.上圖左，右為第—位試管嬰兒Loujse Joy brown)

獲獎廈周:發(fā)展體外授精療法

頒發(fā)機構:瑞典卡羅琳醫(yī)學院

揭曉時間:2010年年10月4日

今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授給了英國科學家Robert Edwards，主要表彰他對體外受精所做出的開創(chuàng)性貢獻。消息發(fā)布后不久，梵蒂岡就宣布羅馬教廷反對這樣做，他們從來就認為體外受精違背了體內(nèi)受精這個自然狀態(tài)，割裂了性與生育之間的聯(lián)系。體外受精領域的開創(chuàng)者是華人科學家張明覺，不過他是在兔子身上這樣做。后來人們嘗試與動物實驗一樣，把人的卵母細胞在體外培養(yǎng)12小時以上，成熟后再進行受精，但沒有成功。從20世紀s0年代開始，Edwards就表現(xiàn)出獨到眼光，他發(fā)現(xiàn)人卵母細胞需要37個小時成熟，而受精的時間是在卵母細胞在體外培養(yǎng)35～40小、時，而且他還意外地創(chuàng)造出人類第一個胚胎干細胞。

當Edwards了解到婦產(chǎn)科醫(yī)生Patrick Steptoe能用腹腔鏡提取婦女卵巢的卵母細胞后，開始與其合作，嘗試把體外的受精卵放回到婦女的子宮里，開始了真正的人體試驗。最初他們是在卵子和精子結合后的第5天，也就是受精卵分裂到64個細胞時，把受精卵放回子宮，但這么做并沒有成功，然后，兩位樂觀主義者發(fā)現(xiàn)如果再早點把受精卵放回子宮會增加成功的機會。后來他們又發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)分泌的激素調(diào)節(jié)也是一個關鍵問題。但當時的生殖激素檢測很不完備，要把幾種生殖激素合理地應用婦女身上以營造出最佳的子宮環(huán)境，是一件相當困難的事。研究還沒成功，一系列的失敗卻已經(jīng)引發(fā)了從醫(yī)院到社會的懷疑和反對，1971年Edwards和一位美國律師不得不專門發(fā)表文章討論體外受精技術的倫理問題，但他堅信只要能給病人帶來幫助，便不用理會各種壓力。

1977年11月10日，Steptoe醫(yī)生從英國婦女LesleyBrown的卵巢里取出了一個卵子，將其與Lesley的丈夫的精液混在一起，成功地在體外培育出來一個受精卵。2天以后，Steptoe醫(yī)生把分裂成8個細胞的受精卵植入Lesley的子宮里，這次懷孕成功了。8個半月以后，也就是1978年7月25日，世界上第一個試管嬰兒誕生了，這個女孩名叫Louise Joy Brown。這意味著今后人類可以在實驗室里幫助制造人類生命了。

Brown的誕生震驚了世界，巨大的反對之聲使試管嬰兒的嘗試停止了很長時間。但是不能生育的人對孩子的渴望最終取得勝利，這項技術很快傳播開來，目前世界上已經(jīng)有超過100萬的試管嬰兒誕生。試管-嬰兒的技術在不斷改進，為了提高成功率，從卵巢里一次取出的不再是一個卵子，而是多個，在試管里就可以生成多個受精卵，沒有被選中的受精卵就冷凍起來，可以復蘇再用。也有的受精卵可能永遠沒有機會變成一個胚胎了，人們也為其找到了出路:永遠凍在冰箱里是一個選擇，銷毀是另一個選擇，或者把這些受精卵作為最好的千細胞，讓這些細胞復蘇，分裂生長，為很多已經(jīng)沒有希望了的疾病提供一個治愈的機會。但顯然，這些受精卵的命運不是其原父母或科學家們可以支配的了，社會開始再次關注這個領域，受精卯是不是生命?凍在冰箱里的那些試管嬰兒的“兄弟姐妹”們，該給他們機會繼續(xù)分裂發(fā)育，為其他人做貢獻，還是舉行一個儀式把他們都安葬了呢?

每次美國總統(tǒng)選舉的時候，這都是政客們談論的一個主要議題。殺死一個動物，人們很少有犯罪感，但談到一團可能成為一個人的細胞時，人們就會開始緊張、出汗、不知所措。有人呼吁，“救救冰箱里凍著的可憐的小生命吧”，又有的人說“還是關注一下活著的人吧”。一位政客甚至說，殺死一個不管是大人還是孩子的人，他都覺得能夠理解，因為人是有罪的，但殺死一個細胞，一個可憐的沒有任何罪的細胞，是他最不能忍受的。

從試管嬰兒而來的關于胚胎干細胞的爭論還在繼續(xù)，正如Louise Joy Brown誕生后引發(fā)的爭論一樣，時間會磨平一切，只有人們的需求才是真正的推動力。

最薄最強最簡單

獲獎人:[荷]安德烈·海姆(Andre Geim，上圖左)(俄康斯坦丁·諾沃肖洛夫(kostya Novoselov，上圖右)獲獎原因:成功地從石墨中剝離出石墨烯，第一次發(fā)現(xiàn)這種屬性非凡的材料。

顧發(fā)機構:瑞典皇家科學院

揭曉時間:2010年10月4日

今年獲得諾貝爾物理學獎的是51歲的安德烈-海姆(Andre Geim)與36歲的康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Kostya Novoselov)，他們因為在石墨烯材料方面的卓越研究而獲獎。石墨烯是一種二維結構單層碳原子層，簡單點說，石墨烯就是單層的石墨，單層原子蜂窩狀六角平面晶體，而六邊形的每個點上都是相同的碳原子，這是人類發(fā)現(xiàn)的第一種二維材料。2004年，他們在實驗室中使用了一種被稱作“微機械剝離”的方法將石墨烯分離出來， “微機械”極其簡單:透明膠帶、石墨薄片、覆蓋有3∞納米二氧化硅薄層的硅基片、鑷子和手套。具體方法是將一小片石墨粘在透明膠帶上，然后反復對折粘貼膠帶并撕開來減薄石墨厚度，重復十幾次后，將膠帶粘到硅基片上再撕下，而后在光學顯微鏡下仔細觀察硅基片，就這樣，他們找到了單層的石墨——石墨烯。其實人們?nèi)粘Ｊ褂勉U筆書寫時，在筆的痕跡中就有少量的石墨烯，只不過從來沒有人找到它。

在發(fā)現(xiàn)石墨烯的70多年前，物理學家Landau和Peierls曾斷言二維晶體會因為熱動力學的不穩(wěn)定性而不可能存在，這個論斷甚至被一系列的實驗觀察所支持。Andre K Geim和Kostya Novose幸運的地方在于，他們使用的二氧化硅薄膜恰好是300納米左右，因為他們第一次發(fā)現(xiàn)的lO微米大小的樣品必須要在剛好300納米的二氧化硅薄膜上才能被光學顯微鏡看到。

這種簡單的材料有著出色的材料性能，即超薄(單原子厚度)、超輕(0.77mg/平方米)、透明(977%透明度)、堅實且有延展性、高電導率、高熱導率。首先，石墨烯具有非常好的晶體質(zhì)量，很難找到雜質(zhì)和缺陷;石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面會彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩(wěn)定。這種結構使石墨烯中的電子(準確地說，應為載流子)即使在室溫下以接近光速的1/303的速度運動時，也不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射，并且由于原子間作用力十分強，周圍碳原子發(fā)生擠撞對石墨烯中電子的干擾也非常小，因此電子可以在石墨烯中自由穿行很長的距離，這就是為何石墨烯有望取代現(xiàn)有的硅材料，來制造超高速的電子和光電子器件的真相。

與描述其他材料微觀電子特性所使用的傳統(tǒng)的schrodmger量子力學不同，石墨烯中的電子需要用Dirac量子電動力學來描述，它的有效質(zhì)量為零，動力學性質(zhì)更類似于中微子，它通常被稱為無質(zhì)量Dirac費米子。利用這種無質(zhì)量Dirac費米子，可以在石墨烯中驗證量子電動力學的一些推論，而不必借助耗資巨大加速器和高能宇宙射線探測。

在材料性質(zhì)方面，石墨烯由于其結構致密，具有很好的不可滲透性，氦分子也不能穿過;它的電導率與銅相當，哪怕被切成1納米寬導電性也很好;它的熱導率在材料中是最好的;石墨烯的強度約是鋼鐵的200倍，也是已知材料中最高的。瑞典皇家科學院給予石墨烯的評價是: “作為一種頗具實用性的透明導體，……對它的研究還可以引領我們找到革折1生的電子材料，甚至是革新整個微電子學?！?/p>

其實早在發(fā)現(xiàn)之前，石墨烯就已經(jīng)在理論上研究得相當透徹了，2001年，佐治亞理工學院的Walter DeHeer就曾提出利用石墨烯的高遷移率等一系列優(yōu)良性質(zhì)，取代硅作為下一代芯片的材料，而且他帶領的團隊發(fā)展了用高溫在真空中加熱碳化硅的外延石墨烯生長方法，來大規(guī)模地制造石墨烯，使得石墨烯相比于更早發(fā)現(xiàn)的碳納米管要更決地接近于大眾的日常生活。這也是為何石墨烯從發(fā)現(xiàn)到獲得諾貝爾獎只用了短短6年時間。

化學獎 為復雜有機分子造工具

孫尉翔

獲獎人(從左至右):

[美]理查德·赫克(Richard F.Heck)[日]根報岸榮一鈴木章

獲獎原因:

發(fā)展了鈀催化交叉耦臺，極大地促進了制造復雜有機物質(zhì)的可能性。

頒發(fā)機構:瑞典皇家科學院

揭驍時間:2010年10月4日

今年的諾貝爾化學獎頒給了三位與鈀催化反應相關的化學家:美國的理查·赫克(Richard F.Heck)，及日本的鈴木章(Akira Suzuki)、根岸英一(Ei-ichi Negishi)，他們的成就主要是為制造有機大分子提供了重要的工具?；瘜W研究就好像玩積木，從五顏六色的元素周期表里挑出合適的球，然后用棍子搭出各種各樣的分子來。球和棍畢竟只是模型，真正的化學反應往往是打碎一個現(xiàn)成的分子，然后指揮它們變換結合出新的分子。但是，指揮兩三個人同時向右轉(zhuǎn)易如反掌，指揮一個營的人同時向右轉(zhuǎn)就非常困難，何況是不用科學計數(shù)法都難以數(shù)清的分子所發(fā)生的化學反應?肯定是有快有慢，有的還轉(zhuǎn)錯方向。糟糕的是，你要是不喊停，轉(zhuǎn)得快的就繼續(xù)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過頭了;你要是喊停，又有好多轉(zhuǎn)得慢的沒轉(zhuǎn)到位。因此，凡是化學反應，總會或多或少伴隨有副產(chǎn)物。

無機物分子的隊伍比較訓練有素，絕大多數(shù)無機化學反應的產(chǎn)率超過90%。但是有機物就頑劣多了，碳-碳鍵的形成尤其困難，而一旦形成又比較穩(wěn)定，就好像你叫向右轉(zhuǎn)，十個人只有三四個做對。何況有機物合成需要的化學反應還不止一步。等你喊上十幾個口令之后，一百個分子也許只有一兩個順利到位了，而且它們還混在一大堆錯誤分子中，等你去把它們分離出來。所以盡管在紙上可以隨便畫幾個碳原子，用短橫線連一下，就能設計出一個有機物來，實現(xiàn)它卻很讓人頭痛，尤其需要各類化學工具的幫助。

但是，紙上那一條連接兩個碳符號的小橫線，一旦實現(xiàn)了就會引起整個產(chǎn)業(yè)的革命。在諾貝爾化學獎的歷史上，已經(jīng)有多次獎項頒給了關于形成碳一碳鍵的研究者。1912年是法國化學家格林尼亞，他發(fā)現(xiàn)了有機合成實驗員最愛的格氏試劑;1950年則是發(fā)明Diels-Alder反應的Q.Diele和K Alder;1963年是Ziegler-Natta催化劑的發(fā)明者K ZJegler和G Natta獲獎，現(xiàn)在市場熱賣的樂扣牌塑料制品就靠他們的發(fā)明。今年獲獎者在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性甚至超過了此前的工作意義。以獲獎者命名的三個反應:Heck反應、Negishi(根岸)反應和Suzuki(鈴木)反應觸及到包括新藥合成、新材料、有機光電顯示在內(nèi)的幾乎所有研究領域。我們家里所有的塑料和橡膠制品，許多抗生素和鎮(zhèn)痛類藥物、洗滌化妝用品甚至于部分食品，其生產(chǎn)均需要高效、準確地生成碳-碳鍵，拜鈀催化反應所賜，此前無法合成的鎮(zhèn)痛藥萘普生(Naproxen)、平喘藥順而寧(Singulair)、抗腫瘤藥物Discodermolide的人工合成研究，都有著鈀催化偶合的功勞。

R Heck在20世紀60年代就在美國進行研究，他對很少人問津的過渡態(tài)金屬(元素周期表中間黃色的那一堆)十分感興趣。1968年，Heck在《美國化學學會會刊》發(fā)表了通過鈀催化劑的輔助形成碳一碳鍵的文章，但其中依然用到了含汞和錫的化合物(有毒)，而且耗費大量昂貴的鈀，并非盡如人意。兩年后，日本東京工業(yè)大學的副教授溝呂木勉(Tsutomu Mizoroki)找到方法避免了這些缺點，成為THeck反應第一個完美的范例，直到今天一直被使用。從某種意義上說，Heck反應的成功是溝呂木勉實現(xiàn)的，也可稱為Mizoroki-Heck反應當之無隗。

溝呂木勉的論文發(fā)表在比較冷門的《日本化學會志》，他卻在9年之后過早地死于胰腺癌。R Heck此后的人生也并不美滿。盡管自20世紀80年代起以Mizoroki-Heck反應為靈感的鈀催化交叉偶合反應研究廣泛地成為熱門，但Heck本人卻無法申請到科研經(jīng)費，于1989年早早退出了科研圈。

專訪“搞笑諾貝爾獎”中國得主

南曙明

獎項:Ig諾貝爾獎生物學獎

獲獎人:張禮標(見上圖) 譚敏Gareth Jones等

獲獎原因:成功捕捉并記錄了蝙蝠的口交現(xiàn)象，第一次發(fā)現(xiàn)人類之外的哺乳動物這樣干。

頒發(fā)機構:不可思議研究年刊(Annals of Improbable Research，AIR)

揭曉時間:2010年9月30日

今年的搞笑諾貝爾獎第一次發(fā)給了中國的一個研究團隊，這樣，今年的Ig諾貝爾獎終于也要寫上中國人的名字。我們采訪了蝙蝠口交現(xiàn)象研究的通訊作者，廣東昆蟲研究所的張禮標博士，他的主要研究方向便是動物(主要是蝙蝠)的行為生態(tài)學，包括其食性、回聲定位、捕食、繁殖、學習記憶以及蝙蝠及其體外寄生蟲的協(xié)同進化等。

新知客:您是怎么得知自己獲得Ig諾貝爾的?有人因此取笑你嗎?

張禮標:早在年初3月份的時候我們的英國同行Gareth Jones就發(fā)郵件告訴我們，可能會獲此獎。頒獎之前，我就一直在關注，也可以說有一種期待。當證實獲獎后，我深深呼吸了一口氣，心想還好不是被Gareth Jones幽我一默。我的同事、朋友，沒有一個人因此而取笑我，當然他們也知道這只是一個給大家笑一下的獎項。其實，我在Gareth Jones告訴我之前。也不了解此獎。

新知客:最早是怎么想到做這個研究的呢?

張禮標:是一次偶然的機會。廣東省昆蟲研究所并不是單純的研究昆蟲，研究對象包括了昆蟲、魚類、兩爬、鳥類和獸類。我在碩士和博士研究生階段一直都是在研究蝙蝠，主要是扁顱蝠(一種棲息在竹筒里面的小型食蟲蝙蝠)，2005年我們的團隊同時也開始對果蝠(主要是犬蝠，也就是網(wǎng)上大家所說的短鼻果蝠)進行研究。剛開始的時候我們主要是想觀察犬蝠的筑巢行為，因此把犬蝠抓回來放在實驗室內(nèi)用紅外攝像機進行觀察，卻無意中觀察到了犬蝠的交配行為，因此我們決定把重點轉(zhuǎn)到交配行為方面。

新知客:你們是怎么找到并抓獲蝙蝠的?

張禮標:在廣州市區(qū)內(nèi)的犬蝠主要棲息于蒲葵樹葉下，我們一開始沒有經(jīng)驗，花了一個多星期在廣州市內(nèi)的各個公園、高校找，都沒發(fā)現(xiàn)它們的棲息地。后來我的學生張偉在動物園里找到了。它們棲息在七八米，甚至十幾米高的蒲葵樹上，把蒲葵樹葉的葉脈咬斷一圈，樹葉耷拉下來而形成一個比較隱蔽的巢，視力不好還真的難找。我們就在白天的時候，用長竹竿和捕蟲網(wǎng)的網(wǎng)頭捕捉正在休息的犬蝠。所有的野生動物被捕捉的時候都會反抗，這是它們的生存本能。

新知客:你們還模擬了一個自然環(huán)境，蝙蝠在里面感覺足夠自然嗎?

張禮標:其實也不是很“自然”，是以前養(yǎng)鳥用的鳥舍，四周是磚墻，房頂一半是石棉瓦，一半是露天的，我們用鐵絲網(wǎng)把露天的部分圍了起來。在有限的空間里面，蝙蝠當然不會覺得舒服，畢竟它們是飛行的動物，比如犬蝠，一個晚上可能飛到十幾公里以外的地方尋找食物。但是，正如民間笑話說，沒電視的農(nóng)村為什么超生更嚴重?因為他們晚上沒事的時候就在制造小孩;犬蝠在有限的空間里面，吃飽了沒事干，也許這正好是它們進行交配的原因之一呢(呵呵)。

新知客:你們拍攝它們都動用了哪些裝備呢?

張禮標:很簡單，與大家熟悉的保安視頻監(jiān)控系統(tǒng)并無兩樣。一套下來，包括4個紅外攝像頭(保證從不同角度進行拍攝)、一張四路的采集卡和一臺臺式電腦，6～7千塊錢吧。

新知客:你們團隊的分工是怎樣的呢?

張禮標:關于這個研究，我是作為通訊作者，也是項目的主導者。共同作者有譚敏、Gareth Jones、朱光劍、葉建平、洪體玉、周善義、張樹義、張禮標。周善義、張樹義和張禮標負責實驗構思和設計，譚敏、朱光劍、葉建平、洪體玉和張禮標完成實驗部分，譚敏、Gareth Jones和張禮標完成數(shù)據(jù)分析，譚敏、Gareth Jones、朱光劍、張樹義和張禮標完成稿件的寫作。

新知客:誰第一個發(fā)現(xiàn)它們口交的?當時是什么情況?

張禮標:是文章的第一作者譚敏，她首先意識到了犬蝠的口交行為(我們并不叫口交行為，而是稱之為舔陰行為)。我們把視頻資料收集好以后，由她來分析，她在分析的過程中發(fā)現(xiàn)犬蝠的舔陰行為比較常見，我們才意識到這個重要的發(fā)現(xiàn)。我們上半夜的時候有人在專門盯著監(jiān)控視頻，下半夜的時候就讓視頻自動保存在電腦，第二天才分析。

新知客:您的女朋友，或者您的女性同事們怎么看這項研究?她們有不好意思嗎?

張禮標:沒有任何人會覺得不好意思，即使第一作者譚敏是女學生。我們討論針對的是問題本身，做生物學專業(yè)的人，從來不會覺得這有什么不好意思。但是如果有人專門提出來，那可能就會有一些不好意思了。人有時候就是這樣，身在其中的時候，并不覺得有什么不妥;反而是周邊其他人，會覺得我們有問題，或者是他們自己覺得不好意思。

新知客:您跟蝙蝠打了不少的交道，對這種生物有何評價?

張禮標:國內(nèi)研究蝙蝠的人比較少，但是這類動物卻對生態(tài)系統(tǒng)非常重要，尤其是在控制農(nóng)林害蟲方面。我以前也是很討厭蝙蝠的，但是通過這么幾年的接觸，慢慢的也不討厭了，有時候反而覺得蝙蝠的一些行為是非常有趣的，特別是我一直在研究的扁顱蝠，體型輕盈，毛色金黃，相當可愛。

新知客:你們的獎品是個什么東西啊?你對它的感覺如何?

張禮標:我也沒見過。據(jù)在現(xiàn)場領了獎的Gareth Jones說，那是“一個裝了玩具細菌的培養(yǎng)皿和玻璃燒瓶”。

2010年的其他Ig諾貝爾獎得主們

工程學獎:英國和墨西哥大學的研究人員使用遙控直升飛機收集鯨魚鼻涕。

醫(yī)學獎:荷蘭的兩位科學家發(fā)現(xiàn)可用過山車治療哮喘癥。

交通規(guī)劃獎:日本研究人員利用黏菌確定鐵路的最優(yōu)線路，2008年Ig諾貝爾獎得主Toshiyuki Nakagaki也是研究者之一，他當年的獲獎研究與之類似一使用黏菌尋找迷宮最短路徑。

和平獎:英國研究人員證實人受傷了進行詛咒可以減輕疼痛。

公眾衛(wèi)生獎:美國研究人員演示微生物會爬到科學家的胡須上。

經(jīng)濟學獎:該獎項授予了高盛、AIG、雷曼兄弟、貝爾斯登、美林證券和Magnetar的執(zhí)行官，他們創(chuàng)造和推廣了新的投資方法——最大化收益最小化經(jīng)濟風險。

物理學獎:新西蘭的研究人員發(fā)現(xiàn)，在冬天結冰的人行道上，如果在鞋子外面套上襪子，會比較不容易摔倒。

化學獎:授予MIT、德州農(nóng)業(yè)大學、夏威夷大學和BP石油的研究人員，他們駁斥了水和油不能混合的舊觀念。

管理獎:意大利研究人員用數(shù)學模型證明如果一個企業(yè)隨機晉升雇員將能提高效率。