在科學(xué)領(lǐng)域，所謂“權(quán)威”“定論”“主流看法”都不是真理。此路不通，那就另辟蹊徑?！邦嵏铂F(xiàn)有認(rèn)知”、“開(kāi)辟新的研究道路”、“繞過(guò)經(jīng)典光學(xué)的束縛”……享受不羈人生，才能摘獲不凡諾獎(jiǎng)。

10月6日至8日，2014年度諾貝爾三大自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)逐一揭曉。生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主發(fā)現(xiàn)了“大腦內(nèi)部的定位系統(tǒng)”——一種可以定位和導(dǎo)航的腦神經(jīng)細(xì)胞，對(duì)攻克阿爾茲海默癥（老年癡呆癥）等腦部疾病，可能意味著“重大飛躍”。物理學(xué)獎(jiǎng)青睞的藍(lán)色發(fā)光二級(jí)管（LED）則帶給人們更明亮、穩(wěn)定、節(jié)電、節(jié)材的光源。而化學(xué)獎(jiǎng)得主使光學(xué)顯微技術(shù)突破到納米尺度，幫助科學(xué)家直觀地看到腦部神經(jīng)細(xì)胞間的突觸如何形成。

奇妙的是，這三項(xiàng)為人類(lèi)健康和生活帶來(lái)莫大福音的科學(xué)成果，之前都曾被認(rèn)為幾乎是“不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)”。大腦功能問(wèn)題已困擾科學(xué)家好幾百年，光學(xué)顯微技術(shù)被認(rèn)定“永遠(yuǎn)不可能獲得比所用光半波長(zhǎng)更高的分辨率”，藍(lán)光LED同樣是一個(gè)長(zhǎng)期性難題，令無(wú)數(shù)科學(xué)家鎩羽而歸。

“這簡(jiǎn)直不太可能，我從未預(yù)料到，這是一項(xiàng)崇高的榮譽(yù)?！?0月6日，2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一的約翰·奧基夫在接受采訪時(shí)顯得非常激動(dòng)。

瑞典卡羅琳醫(yī)學(xué)院宣布，將2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予擁有美英雙國(guó)籍的科學(xué)家約翰·奧基夫以及兩位挪威科學(xué)家梅·布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤，以表彰他們發(fā)現(xiàn)大腦定位系統(tǒng)細(xì)胞的研究。

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中說(shuō)，今年獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯砍晒鉀Q了困擾科學(xué)界幾個(gè)世紀(jì)的難題，發(fā)現(xiàn)了大腦的定位系統(tǒng)，即“內(nèi)部的GPS”，從而使人類(lèi)能在空間中定位自我，有助于進(jìn)一步了解人類(lèi)大腦空間記憶的中樞機(jī)制。

大腦是怎樣構(gòu)造出一幅描述人們所處環(huán)境的地圖，人們又是如何在復(fù)雜環(huán)境中找到線(xiàn)路的？幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這個(gè)問(wèn)題一直困擾著哲學(xué)家和科學(xué)家們。

1957年，世界上首個(gè)切除雙側(cè)海馬腦區(qū)以治療嚴(yán)重癲癇的病例被報(bào)道，患者術(shù)后失去了形成新的長(zhǎng)時(shí)間記憶的能力，空間認(rèn)知也出現(xiàn)障礙，這些變化首次證實(shí)了人類(lèi)的“認(rèn)知地圖”可能存在于海馬腦區(qū)。

此后，全球神經(jīng)科學(xué)家都把研究重心放在了海馬腦區(qū)，他們都在做一個(gè)相同的實(shí)驗(yàn)：把電極放在小鼠的海馬腦區(qū)，然后不斷進(jìn)行光、電、熱等刺激，希望找到與刺激相對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元改變。然而，14年間都沒(méi)有人給出答案。

直到1971年，約翰·奧基夫發(fā)現(xiàn)了海馬腦區(qū)的“位置細(xì)胞”。奧基夫只是對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行革新，便改寫(xiě)了歷史。他的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是：小鼠在一個(gè)箱子里自由活動(dòng)，電極被埋置在小鼠海馬腦區(qū)，小鼠在活動(dòng)中每經(jīng)過(guò)一個(gè)特定區(qū)域，一個(gè)海馬神經(jīng)元（位置細(xì)胞）就會(huì)開(kāi)始發(fā)放動(dòng)作電位，與此同時(shí)，記錄神經(jīng)元放電的設(shè)備閃爍燈光，并發(fā)出“呲呲”的放電聲。

1978年，奧基夫等人編寫(xiě)了《海馬是一個(gè)認(rèn)知地圖》一書(shū)，第一次比較完整系統(tǒng)地闡述了海馬腦區(qū)的功能，以及空間認(rèn)知行為機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，莫澤夫婦于2005年在海馬腦區(qū)上游的“內(nèi)嗅皮層”區(qū)域發(fā)現(xiàn)了“網(wǎng)格細(xì)胞”，當(dāng)小鼠運(yùn)動(dòng)不同距離時(shí)，特定的神經(jīng)元會(huì)被激活，當(dāng)內(nèi)嗅皮層上百萬(wàn)神經(jīng)元放電情況累計(jì)后，小鼠就可以判斷自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。

此后，莫澤夫婦又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)嗅腦其他細(xì)胞能同時(shí)判斷距離和方向以及環(huán)境的“邊界”，而上述細(xì)胞與“位置細(xì)胞”構(gòu)成一條完整的回路。這一回路系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的定位體系，大腦內(nèi)置“GPS”的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制被揭示。

隨著諾獎(jiǎng)的頒發(fā)，梅·布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤也晉升為“諾獎(jiǎng)夫婦俱樂(lè)部”成員，成為迄今第5對(duì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的夫妻搭檔。該俱樂(lè)部的成員是獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)的多位科學(xué)家夫婦，包括瑪麗·居里和皮埃爾·居里。

莫澤夫婦都是挪威科技大學(xué)卡夫利科系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)研究所和記憶生物學(xué)中心的教授，二人一起創(chuàng)始了該研究中心，在過(guò)去數(shù)十年中領(lǐng)導(dǎo)了一系列腦機(jī)理的前沿研究。愛(ài)德華和梅·布里特的家庭都沒(méi)什么學(xué)術(shù)背景和氛圍，愛(ài)德華曾在采訪中提到，“我們成長(zhǎng)的地方，沒(méi)有幾個(gè)人受過(guò)大學(xué)教育，也沒(méi)人會(huì)去要求。根本沒(méi)有人知道要怎么去做這些事?！?/p>

梅·布里特提及婚姻在她研究中的作用時(shí)說(shuō)，她和丈夫有相同的愿景，樂(lè)于相互溝通和理解，并致力于解決兩人共同關(guān)心的問(wèn)題。“當(dāng)突然想到一個(gè)問(wèn)題時(shí)，你能馬上和丈夫探討，而不是或不得不計(jì)劃在幾周后開(kāi)一次會(huì)，兩者效果截然不同。”

現(xiàn)在，人們隨處可見(jiàn)LED的“倩影”：它在電腦前閃爍，在城市的霓虹燈中展露燦爛笑臉，它是黑暗中新型手電里的一束光，也組成了廣場(chǎng)中央的電視墻……城市和世界的光彩來(lái)自于科學(xué)家的心血。

10月7日，日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二因發(fā)明“高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管”榮膺2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中表示，三位獲獎(jiǎng)?wù)咴诎l(fā)明新型高效、環(huán)境友好型光源，即藍(lán)光LED方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。借用藍(lán)光LED，白光可以以新的方式被創(chuàng)造出來(lái)。使用LED燈，人們可以擁有更持久和高效的燈光代替原有光源，不僅能為人類(lèi)節(jié)省大量能源，也能照亮全球更多地方。

1962年，美國(guó)通用電氣公司34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克發(fā)明了可以發(fā)出紅色可見(jiàn)光的LED。1972年，何倫亞克的學(xué)生喬治·克勞福德站在巨人的肩膀上，發(fā)明了第一顆橙黃光LED，亮度是先前紅光LED的10倍，這標(biāo)志著LED向提高發(fā)光效率方向邁出第一步。

20世紀(jì)70年代末，LED已經(jīng)出現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色，并被用于機(jī)器儀器的顯示光源，但依然沒(méi)有藍(lán)光LED。由于光的三原色中包含有紅、綠、藍(lán)，藍(lán)色光源的缺失，使得照明的白色光源總是無(wú)法獲得。藍(lán)光LED的市場(chǎng)價(jià)值巨大，也是當(dāng)時(shí)世界性的攻關(guān)難題，引無(wú)數(shù)科學(xué)英雄競(jìng)折腰。

1973年，當(dāng)時(shí)供職于日本松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開(kāi)始了藍(lán)光LED的研究。后來(lái)，赤崎勇和天野浩在名古屋大學(xué)合作進(jìn)行了藍(lán)光LED的基礎(chǔ)性研發(fā)，1989年首次成功研發(fā)了藍(lán)光LED。1993年，在日本日亞化學(xué)工作的39歲的中村修二終于發(fā)明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED，從而引發(fā)了照明技術(shù)的新革命。

不久之后，人們?cè)谒{(lán)光LED的基礎(chǔ)上加入黃色熒光粉，就得到了白色光LED，利用這種熒光粉技術(shù)可以制造出任何顏色光的LED，如紫色光和粉紅色光等。藍(lán)光和白光LED的出現(xiàn)拓寬了LED的應(yīng)用領(lǐng)域，使全彩色LED顯示、LED照明等應(yīng)用成為可能。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，LED光源可能成為最便宜的光源，如果屆時(shí)人人用上LED，全球照明耗電將減少一半。

得獎(jiǎng)雖是眾望所歸，但獲獎(jiǎng)?wù)叩纳矸輩s再次讓不少人嘖嘖驚嘆。

中村修二曾經(jīng)只是一個(gè)普通公司的職員，生活在日本一個(gè)叫阿南的小城市里，因?yàn)榕c工廠鬧矛盾才離開(kāi)。而之前，他也只是一個(gè)不知名大學(xué)畢業(yè)的碩士生。2002年，田中耕一獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)也是如此，一時(shí)間化學(xué)界并不知道這個(gè)人是誰(shuí)。尋究起來(lái)才發(fā)現(xiàn)，他只是一個(gè)擁有本科學(xué)歷的小職員。

小職員登上大舞臺(tái)，一次次創(chuàng)造奇跡。這些堪稱(chēng)偉大的成就與他們?cè)诳茖W(xué)道路上的堅(jiān)守和探索精神密不可分。

1988年，中村修二提出要制備氮化鎵藍(lán)光發(fā)光二極管，而此時(shí)，其他人都還在十年如一日地生產(chǎn)磷化鉀砷化鎵。沒(méi)有實(shí)驗(yàn)員沒(méi)有助手，中村修二卻在短短四年時(shí)間內(nèi)獲得了理想的試驗(yàn)結(jié)果。

已經(jīng)80多歲的赤崎勇也曾是在神戶(hù)工業(yè)公司（現(xiàn)富士通公司）和松下電器產(chǎn)業(yè)公司從事科研工作的一名職員。對(duì)待科研，他一直都強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持不懈和不氣餒的精神。他在一次對(duì)年輕研究人員的講話(huà)中說(shuō)道：“即使是失敗，也絕對(duì)不要放棄。想做一件全新的事情，失敗會(huì)如影隨形。在失敗的情況下，不要?dú)怵H、不言放棄非常重要。另外，對(duì)研究來(lái)說(shuō)，直覺(jué)也非常重要，而直覺(jué)需要在經(jīng)歷無(wú)數(shù)次失敗的過(guò)程中培養(yǎng)?！?/p>

瑞典皇家科學(xué)院10月8日宣布，將2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家埃里克·貝齊格，德國(guó)科學(xué)家斯特凡·黑爾和美國(guó)科學(xué)家威廉·莫納，以表彰他們?yōu)榘l(fā)展超分辨率熒光顯微鏡所做的貢獻(xiàn)。

長(zhǎng)期以來(lái)，光學(xué)顯微鏡的分辨率被認(rèn)為不會(huì)超過(guò)光波波長(zhǎng)的一半，這被稱(chēng)為“阿貝分辨率”。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在當(dāng)天的聲明中說(shuō)，借助熒光分子的幫助，今年獲獎(jiǎng)?wù)邆兊难芯砍晒擅畹乩@過(guò)了經(jīng)典光學(xué)的這一“束縛”，他們開(kāi)創(chuàng)性的成就使光學(xué)顯微鏡能夠窺探納米世界。

由于光會(huì)衍射，一個(gè)發(fā)光點(diǎn)被眼睛或底片捕捉到的是一塊暈斑。19世紀(jì)德國(guó)光學(xué)家阿貝發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)點(diǎn)靠太近，近到光波的一半左右，顯微鏡下就顯示為一塊暈斑。根據(jù)“阿貝極限”，傳統(tǒng)顯微鏡能看清200納米以上的細(xì)菌，但看不見(jiàn)200納米以下的病毒和蛋白質(zhì)分子。

后來(lái)，電子顯微鏡問(wèn)世了。電子也是一種光波，波長(zhǎng)極短，電子顯微鏡分辨率可以突破200納米?！暗牵娮语@微鏡時(shí)間分辨率低，不能觀察運(yùn)動(dòng)的東西?！敝锌圃夯瘜W(xué)所研究員方曉紅說(shuō)，“要觀察生物，得把對(duì)象冷凍了，放進(jìn)真空。沒(méi)法看到活著的細(xì)胞器怎么運(yùn)動(dòng)和行使功能?！?/p>

一直到20世紀(jì)90年代，鉆研顯微鏡技術(shù)的德國(guó)人黑爾提出了新辦法。他給普通的光源套上了一個(gè)面包圈一樣的環(huán)裝光源?！懊姘Α必?fù)責(zé)“擦除”。

兩束光波長(zhǎng)是一定的，一束用來(lái)激發(fā)熒光分子使其發(fā)光；環(huán)形的一束則將大部分熒光抵消，只留下中間一塊納米大小的區(qū)域。顯微鏡通過(guò)對(duì)樣本逐個(gè)納米地進(jìn)行掃描，生成的圖像分辨度終于突破了200納米。黑爾給他的這項(xiàng)發(fā)明取名STED，即“受激發(fā)射損耗”。

回憶起研究成果，黑爾稱(chēng)自己的研究最開(kāi)始時(shí)遭到業(yè)內(nèi)人士的強(qiáng)烈抵制，“人們覺(jué)得這個(gè)‘極限自1873年就存在，再去做一些研究有點(diǎn)瘋狂，不太現(xiàn)實(shí)”。“然而，20世紀(jì)有那么多物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，我覺(jué)得一定有某種東西或現(xiàn)象能幫助你突破那個(gè)極限，”黑爾說(shuō)，“我一直都樂(lè)于挑戰(zhàn)事物，挑戰(zhàn)公共智慧?！?/p>

STED技術(shù)之后，另一些技術(shù)方案也獲得成功。此次兩位美國(guó)諾獎(jiǎng)得主的PALM技術(shù)，思路就截然不同。STED是靠擦除光暈提高分辨率，PALM則是打開(kāi)和關(guān)閉單個(gè)分子的熒光，并設(shè)法讓光點(diǎn)不要挨得太近。

利用生物基因改造，被觀察的蛋白質(zhì)分子與熒光蛋白質(zhì)分子整合。燈泡要發(fā)熒光，先得被一種特定波長(zhǎng)的激光激活。當(dāng)受到波長(zhǎng)488納米的光激發(fā)時(shí)，蛋白開(kāi)始發(fā)出熒光，但不久就會(huì)逐漸熄滅。PALM技術(shù)的要訣就是每次只給很低能量的激光，這樣，燈泡的大海之中，只有幾個(gè)激活，燈泡挨在一起的幾率基本為零。PALM會(huì)拍很多張照片，每張照片上，都有稀稀拉拉、位置清楚的發(fā)光分子，疊加在一起就顯示出蛋白質(zhì)分子精確的分布。（本刊綜合）※