10月5日至7日，2015年度諾貝爾三大自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)逐一揭曉。我國(guó)女藥學(xué)家屠呦呦，以及愛(ài)爾蘭科學(xué)家威廉·坎貝爾和日本科學(xué)家大村智獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)谌祟悓?duì)抗寄生蟲(chóng)疾病的斗爭(zhēng)找到了新方法。中微子領(lǐng)域研究第四次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的青睞，日本科學(xué)家梶田隆章和加拿大科學(xué)家阿瑟·麥克唐納因發(fā)現(xiàn)中微子振蕩,證明中微子有質(zhì)量贏得大獎(jiǎng)。瑞典科學(xué)家托馬斯·林達(dá)爾、美國(guó)科學(xué)家保羅·莫德里奇、擁有美國(guó)和土耳其雙重國(guó)籍的科學(xué)阿齊茲·桑賈爾，因揭示了細(xì)胞如何修復(fù)DNA并維護(hù)遺傳信息而分享化學(xué)獎(jiǎng)。

生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)為人類抗擊寄生蟲(chóng)疾病找到新方法

人類對(duì)瘧疾的存在早已知曉，這是威脅人類生命的一大頑敵，它是一種由蚊子傳播的、因單細(xì)胞寄生蟲(chóng)——瘧原蟲(chóng)入侵紅細(xì)胞引起發(fā)熱并在嚴(yán)重情況下造成腦損傷和死亡的疾病。目前，每年還有45萬(wàn)人被瘧疾奪去生命，其中大多數(shù)是兒童。

瘧疾的傳統(tǒng)療法是使用氯喹或奎寧，但在上世紀(jì)60年代后期，這種方法成功率不斷降低，瘧疾感染率呈上升趨勢(shì)。屠呦呦將目光轉(zhuǎn)向中草藥，力求從中找尋治療瘧疾的新方法，她受到中國(guó)古代醫(yī)書(shū)關(guān)于青蒿治療瘧疾的記載啟發(fā)，提煉出具有全新化學(xué)結(jié)構(gòu)和顯著抗瘧功效的新藥——青蒿素，再將其應(yīng)用于臨床，成為一種能夠在瘧疾早期階段扼殺瘧原蟲(chóng)的有效藥物，這一研究成果具有重要意義。

醫(yī)學(xué)上很重要的另一類寄生蟲(chóng)——線蟲(chóng)也正在折磨世界上1/3的人類，主要分布于撒哈拉以南的非洲地區(qū)、南亞、中美洲和南美洲，而河盲癥和淋巴絲蟲(chóng)病是兩種最常見(jiàn)的由線蟲(chóng)引發(fā)的疾病。河盲癥患者會(huì)因眼睛角膜發(fā)炎而致盲，淋巴絲蟲(chóng)病則會(huì)誘發(fā)淋巴水腫等終身感染的癥狀，近百萬(wàn)人因此備受折磨。

日本微生物學(xué)家大村智專注于研究鏈霉菌，這一菌群生活在土壤中，能夠產(chǎn)生很多活性化合物。他用獨(dú)特的方式大批培養(yǎng)菌株并保持其特征，然后從土壤中成功分離出新菌株并移植到實(shí)驗(yàn)室中，再選出其中最具活性的50株作為新的生物活性化合物來(lái)源，這些菌株中的一個(gè)，后來(lái)被證明是阿維菌素的來(lái)源。

威廉·坎貝爾出生在愛(ài)爾蘭，現(xiàn)在美國(guó)任教，他是寄生蟲(chóng)領(lǐng)域的生物學(xué)家?？藏悹枏拇蟠逯鞘种惺召?gòu)了大批鏈霉菌菌株以探求其功效，并證明其中一個(gè)菌株對(duì)牲畜寄生蟲(chóng)非常有效。這種活性物質(zhì)提純后命名為阿維菌素，此后又改進(jìn)為伊維菌素。伊維菌素最初作為獸藥，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)它能治療河盲癥和淋巴絲蟲(chóng)病，由此在非洲、拉美地區(qū)廣泛分發(fā)使用，有效抗擊了線蟲(chóng)類寄生蟲(chóng)引發(fā)的疾病。

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)指出，青蒿素和阿維菌素的發(fā)現(xiàn)，從根本上改變了寄生蟲(chóng)疾病的治療。世界上每年約有2億人感染瘧疾，在全球瘧疾的綜合治療中，青蒿素至少降低了20%的死亡率及30%的兒童死亡率，僅就非洲而言，每年就能拯救10萬(wàn)人的生命。

阿維菌素的衍生物伊維菌素目前被運(yùn)用于全球線蟲(chóng)類寄生蟲(chóng)病的治療，尤其是在世界上最貧困的地區(qū)，它給人類帶來(lái)的福祉也不可估量。這一研究成果使得相關(guān)疾病瀕臨消滅，也是人類醫(yī)學(xué)史上的一大壯舉。

物理學(xué)獎(jiǎng)揭中微子身份“轉(zhuǎn)化”之謎

我們生活在一個(gè)中微子的世界中。在整個(gè)宇宙中，中微子的數(shù)量?jī)H次于光子，是宇宙中數(shù)量最多的粒子之一。在抵達(dá)地球的中微子中，大部分都源自太陽(yáng)內(nèi)部的核反應(yīng)過(guò)程。中微子幾乎以光速在宇宙中傳播，基本不與物質(zhì)發(fā)生相互作用。但中微子在離開(kāi)太陽(yáng)向地球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，一部分中微子會(huì)憑空消失，這成為困擾許多科學(xué)家的一道難題。

1998年，在深埋于地球深處的巨大設(shè)施中，成千上萬(wàn)的機(jī)器眼等待著解釋中微子秘密的時(shí)機(jī)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，梶田隆章所在的超級(jí)神岡探測(cè)器團(tuán)隊(duì)證明，中微子似乎會(huì)發(fā)生身份“轉(zhuǎn)化”，當(dāng)時(shí)探測(cè)器捕捉的中微子是在宇宙射線和地球大氣層的相互作用中誕生。

而在地球的另一端，加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的科學(xué)家們則在研究從太陽(yáng)過(guò)來(lái)的中微子。2001年，阿瑟·麥克唐納所帶領(lǐng)的研究小組也證明了這些中微子同樣存在類似的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

殊途同歸，二人的這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致了一種新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)——中微子振蕩。這一研究解釋了中微子消失之謎，也就是說(shuō)，中微子只是在飛行途中變了身，而并未消失。此外還帶來(lái)了一個(gè)影響深遠(yuǎn)的結(jié)論：長(zhǎng)期被認(rèn)為沒(méi)有質(zhì)量的中微子，其實(shí)是有質(zhì)量的。

按照評(píng)審委員會(huì)的說(shuō)法,梶田隆章和麥克唐納的發(fā)現(xiàn)對(duì)美籍華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主楊振寧所開(kāi)創(chuàng)的標(biāo)準(zhǔn)模型理論而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。

標(biāo)準(zhǔn)模型理論是一套描述基本粒子的物理理論，隸屬量子場(chǎng)論的范疇，并與量子力學(xué)及狹義相對(duì)論兼容，是自牛頓經(jīng)典物理學(xué)之后最接近“大一統(tǒng)”的一套自然哲學(xué)觀。“梶田隆章和麥克唐納的實(shí)驗(yàn)揭示出經(jīng)典模型理論第一個(gè)明顯的裂縫，”評(píng)審委員會(huì)說(shuō)，“顯而易見(jiàn)的是，標(biāo)準(zhǔn)模型理論不可能成為描述宇宙基本構(gòu)成物如何運(yùn)作的一套完全理論?！?/p>

評(píng)審委員會(huì)的聲明認(rèn)為，中微子是人類不知如何進(jìn)一步細(xì)分的基本粒子之一,探索它們有助于了解宇宙的演變進(jìn)程,而證明它們具有質(zhì)量有助于揭開(kāi)宇宙奧秘。

化學(xué)獎(jiǎng)DNA如何進(jìn)行生命修復(fù)

人類一個(gè)細(xì)胞里的脫氧核糖核酸即DNA全長(zhǎng)超過(guò)2米，人體總共有數(shù)十億個(gè)細(xì)胞，所有的DNA加起來(lái)可以往返地球和太陽(yáng)250次。DNA承載了人類的全部遺傳信息，而它們?nèi)菑淖畛跏芫褍?nèi)的2米長(zhǎng)DNA復(fù)制而來(lái)。

DNA每天都受到紫外線輻射、致癌物等外界物質(zhì)的攻擊，但是就算沒(méi)有外界傷害，從化學(xué)角度而言，任何化學(xué)過(guò)程內(nèi)部都很容易出現(xiàn)隨機(jī)錯(cuò)誤。照理說(shuō)，經(jīng)幾十億次的DNA復(fù)制后，基因應(yīng)該亂成一鍋粥，但基因仍年復(fù)一年地保持完整。這得歸功于一大群專門負(fù)責(zé)監(jiān)視DNA的蛋白質(zhì)。它們持續(xù)地校對(duì)著基因組，并對(duì)任何已發(fā)生的損傷進(jìn)行修復(fù)。

這套被細(xì)胞用來(lái)修復(fù)DNA的工具箱，就這樣被今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的3名得主發(fā)現(xiàn)了。

上世紀(jì)70年代，科學(xué)界曾認(rèn)為基因是非常穩(wěn)定的分子。但林達(dá)爾看來(lái)，DNA是生命大廈的基石，若聽(tīng)任它成為流沙，則一切生命演化現(xiàn)象都將土崩瓦解。他認(rèn)為，肯定存在一種機(jī)制，阻止這塊基石的“風(fēng)化”。在此后的研究中，林達(dá)爾找到了“堿基切除修復(fù)”——這一概念如今已是教科書(shū)中的必修內(nèi)容——細(xì)胞中存在一類蛋白質(zhì)，尋找堿基錯(cuò)誤，將其從DNA鏈上切掉，從而修復(fù)它。

林達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞用來(lái)修復(fù)DNA的一種辦法，實(shí)際上，內(nèi)容豐富的“工具箱”賦予細(xì)胞許許多多的手段，來(lái)應(yīng)對(duì)種種難題。如果說(shuō)林達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)扳手，那么桑賈爾就是找到了一個(gè)鉗子，莫德里奇則又發(fā)現(xiàn)一把螺絲刀。

桑賈爾的發(fā)現(xiàn)揭示了細(xì)胞如何應(yīng)對(duì)紫外線對(duì)DNA帶來(lái)的傷害，即將一小段被紫外線損傷的核苷酸切除，切除的范圍要比單個(gè)堿基更大。

莫德里奇則發(fā)現(xiàn)細(xì)胞如何修正在細(xì)胞分裂過(guò)程中可能發(fā)生的DNA復(fù)制錯(cuò)誤。雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA在復(fù)制時(shí)拆成兩條，各自作為模板形成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)，莫德里奇指出，細(xì)胞通過(guò)標(biāo)記DNA鏈條，讓自己知道哪條是原有的、哪條是新產(chǎn)生的，從而以舊的為“標(biāo)準(zhǔn)答案”，去修正新產(chǎn)生的鏈條上不匹配的地方，這就是“DNA錯(cuò)配修復(fù)”。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)在聲明中說(shuō)，3名獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯吭谌祟惲私饣罴?xì)胞功能、從分子層面解釋遺傳性疾病成因以及癌癥發(fā)生發(fā)展和人體衰老的機(jī)制方面作出了“決定性貢獻(xiàn)”?！八麄冞@一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)人體如何運(yùn)作的了解，還會(huì)為豐富拯救生命的治療手段開(kāi)辟前景?！保ū究C合）