解析諾獎自然科學獎

看上去并不太起眼的熒光，開創了生物學以及醫學領域的“美麗新世界”；對稱性破缺或許是不完美的，但對于其內在的規律的認知和追求，卻體現著最為完美的科學精神和內涵；科學家們成功找到了引發宮頸癌和艾滋病的致命病毒，雖然距離徹底贏得這場戰爭依舊遙遠

綠色熒光蛋白是一種在紫外線下發出綠色熒光的蛋白質，現已在全世界得到廣泛應用。

全球經濟寒流勁吹，一年一度的諾貝爾獎頒獎季節仍然如期而至。

進入第108個年頭的這一獎項，仍然和去年一樣，維持了每份1000萬瑞典克朗的獎金總額。只不過由于匯率變動，若折合成美元，從154萬美元小幅下降到142萬美元。

與往年一樣，今年率先頒發的也是自然科學方面的三個獎項：

——生理學或醫學獎授予病毒領域的新發現，這些成就使得人類在認識乃至征服宮頸癌和艾滋病方面邁出了重要步伐；

——物理學獎授予對稱性破缺的研究，它讓我們認識到宇宙并不完美；

——化學獎聚焦于綠色熒光蛋白（GFP）的發現和進展，這種蛋白早已在全世界得到廣泛的應用，尤其是在生物學和醫學領域。出生于美國的錢永健教授，也成為繼李遠哲之后第二位摘取諾貝爾獎化學獎的華人。

化學獎：分子“偵探”錢永健和他的同行

北京時間10月8日下午5時45分，2008年度諾貝爾化學獎在瑞典斯德哥爾摩發布公告，下村修（Osamu Shimomura）、馬丁·查爾菲（Martin Chalfie）和錢永健（Roger Y. Tsien）因為在綠色熒光蛋白（GFP）的發現和進展，分享了本年度這一獎項。

今年56歲的錢永健是“中國導彈之父”錢學森的堂侄，任教于美國加州大學圣地亞哥分校；80歲的下村修已經從美國海洋生物實驗室退休；61歲的查爾菲則是美國哥倫比亞大學生物科學系主任。

關于熒光蛋白的傳奇，要追溯到上個世紀50年代。

1955年，27歲的下村修在日本名古屋大學讀研究生時，被導師介紹給另外一個實驗室的教授做助理，這位教授讓他研究一種海螢被弄濕時為何會發光。

這其實不是一項容易的任務，因為之前一個美國研究小組花了很長時間卻一無所獲。結果，下村修竟然不辱使命，發現這是一種蛋白質在起作用。名古屋大學破例給他頒發了博士學位。

此后，下村修到美國普林斯頓大學弗蘭克·約翰森（Frank Johnson）實驗室做博士后，著手系統研究水母發光的秘密。1962年，兩人成功分離純化出水母中的發光蛋白水母素，并且報告了一種在紫外線下發出綠色熒光的蛋白質。這種蛋白質后來被稱為綠色熒光蛋白（GFP）。

20世紀70年代，下村修又進一步解讀了綠色熒光蛋白的奧秘：含有可以吸收和釋放光線的化學基團。不過，下村修和約翰森所作出的杰出研究發現一度被人忽視。1990年，約翰森在82歲時去世。下村修在普林斯頓工作時也長期沒有獨立實驗室，只能依附于其他教授。

下村修在從事綠色熒光蛋白研究時，并未意識到這類生物熒光分子的應用前景。但在1988年，查爾菲在哥倫比亞的某個學術研討會上第一次聽說了綠色熒光蛋白，意識到如果將綠色熒光蛋白作為生物示蹤分子的話，利用這種閃閃發光的蛋白質，或許就能觀察線蟲細胞的活動。

后來，查爾菲聽說伍茲霍爾海洋研究所的普臘石（Douglas Prasher）正在克隆綠色熒光蛋白的基因；幾年后，普臘石派研究生將克隆出的基因送到查爾菲實驗室并參與研究。1994年，普臘石等人發表論文，終于成功地展示出綠色熒光蛋白的應用：線蟲體內的神經元發出了綠色的熒光。

錢永健及其同事，則極大地擴展了綠色熒光蛋白的應用。他進一步闡明了熒光蛋白的發光原理，并且發明出各種顏色的、發光強度更高的熒光蛋白，同時為這些發明申請了專利。在錢永健實驗室從事博士后研究的舒校坤博士對《財經》記者表示，錢永健可能是全美國擁有專利最多的科學家之一。

錢永健非常喜歡這些色彩斑斕的熒光蛋白。據伊利諾依大學香檳分校王英曉博士介紹，錢永健和實驗室同事曾經討論如何稱呼不同顏色的熒光蛋白，最后決定用草莓、橙子等不同顏色的水果來命名。

如今，熒光蛋白已經在全世界得到廣泛應用。錢永健對媒體表示：“我們的工作常常被描述為開發和訓練分子偵探……這些分子進入細胞或組織，然后向我們匯報里面的情形，發生了怎樣的生物化學活動，而細胞仍然可以存活。”

在此之前，常常需要殺死生物或細胞才能進行相關研究。北京大學生命科學學院院長、教授饒毅撰文稱，以熒光蛋白為主要支柱之一的現代成像技術，幫助科學家在活的細胞中觀察和研究這些過程，從而使一部分“死物學”變成“生物學”。

據《財經》記者了解，錢永健在得知獲諾貝爾獎的消息后，當天仍和往常一樣騎自行車到實驗室上班，下午還在系里參加了每周一次的教授例會。當然，與往常不一樣的是，他這天要暫時擱下手里的工作，出席學校組織的新聞發布會和慶祝會，并且接聽各路記者打來的電話。

不過，最令錢永健牽掛的仍然是科學研究。錢永健有一個習慣，圣誕節時去實驗室，并且親自動手做實驗；因為在這個時間，他可以不受打擾地安心工作。

如今，錢永健開始專注于癌癥研究。他的父親和博士導師都死于癌癥。而他心愛的熒光蛋白，也將繼續發揮作用，因為借助這種熒光探針可望檢測癌細胞。

物理學獎：鐘情對稱

北京時間10月7日下午5時45分，斯德哥爾摩當地時間上午9時45分，三名來自日本的物理學家由于在對稱性破缺上的突破性研究獲得2008年度諾貝爾物理獎。

他們是：來自美國芝加哥大學費米實驗室的南部陽一郎（Yoichiro Nambu）、日本筑波高能加速器研究所的小林誠（Makoto Kobayashi）以及京都大學理論物理研究所的益川敏英（Toshihide Maskawa）。

為了這個時刻，他們已經整整等待了30多年。

“自然的法則應該是對稱的，但是我們的宇宙并不完美，實際上正是因為對稱性的破缺，才有了我們的宇宙、星系、地球，還有我們。”諾貝爾物理獎評審委員會在評審公報中說，“我們都是對稱性破缺的孩子。”

在物理學家們看來，世界應該是對稱的；這種對稱性，又可以細分為鏡像對稱（P對稱）、電荷對稱（C對稱）以及時間對稱（T對稱）。對稱性不僅僅具有美學價值。利用對稱性，可以大大簡化很多復雜的計算過程，且對稱性在表述微觀粒子的過程中起著關鍵的作用。

首先挑戰對稱性的，是華裔科學家李政道和楊振寧。1956年，當時分別只有30歲和34歲的李政道和楊振寧提出，在弱相互作用中宇稱（P對稱）不守恒。他們的理論，很快被另一位華裔科學家吳健雄用在實驗中證實。次年，李、楊二人為此獲得諾貝爾物理學獎。

諾貝爾評審委員會當時曾經有一個形象的比喻：這就相當于你站在斯德哥爾摩中央車站門口，發現從車站出來的人大多數都是向左走，而不是向兩邊走。

不過，這時候物理學家們還是相信，鏡像對稱（P）與電荷對稱（C）兩者不是同時破壞的，所以從整體上看對稱性還是完整的。但是他們的這個幻想不久也被擊碎了。1964年，詹姆·斯克羅寧（James Cronin）和瓦爾費奇（Val Fitch）在美國布魯克海文國家實驗室的AGS加速器上，發現電荷共軛和宇稱組合對稱性（CP）在中性K介子衰變中被破壞。

這一發現，挑戰了整個標準模型的基礎。雖然成為最大的“麻煩制造者”，他們二人因為此項發現，在1980年獲得當年的諾貝爾物理獎。

這必須有個解釋，否則自上個世紀60年代建立起來的整個標準模型就要坍塌。這時候兩個來自日本京都大學的年輕人小林誠和益川敏英，用一個3×3矩陣解決了這個問題，并維護了標準模型的尊嚴。

他們認為，K介子由一個夸克和一個反夸克構成，兩個夸克之間還在不斷交換身份，讓k介子像一個翻轉的硬幣一樣，在不斷變成反k介子再變回來。而之所以CP破缺發生，他們預測，應該存在第三種、或者更多類別的夸克參與到K介子衰變中來。

1973年，他們提出了粒子物理標準模型中著名的CKM矩陣，預言夸克至少應有六種，并提出CP破缺的一種理論解釋，至今這篇論文的引用率已接近5000次。

小林和益川提出存在六種夸克時，人們剛剛發現了三種夸克；到了1994年，另外三種夸克也先后被發現。而2001年，隨著中性B介子衰變CP破缺被發現，小林和益川的預言基本被證實。

而對稱性自發破缺的設想，則是1960年由南部陽一郎首先提出的。中國科學技術大學教授李淼對《財經》記者說，由于超導現象是對稱性自發破缺造成的，當時在這個領域做研究的南部就把超導中的現象引入到了粒子物理中。

諾貝爾獎評審委員用垂直旋轉著的一支鉛筆來作比喻：當鉛筆在高速旋轉的時候，對稱性是完美的。但是當旋轉速度漸漸慢下來，鉛筆將難以保持平衡而倒下來，這就是對稱性的自發破缺，而這種狀態是比高速旋轉能級更低、更加穩定的狀態。

在李淼看來，不對稱歷史上只是技術地阻礙了粒子物理的研究，后來人們發現很多不對稱性其實是對稱性破缺的結果后，又反過來幫助了粒子物理的研究。如果沒有對稱性破缺，就無法解釋弱作用和電磁作用其實是統一的。

和剛剛提出設想旋即就被證明，然后就獲獎的李政道和楊振寧相比，南部、小林和益川的等待顯然要漫長了許多。現年64歲的小林就坦言，這么長時間過去了，本來已經不抱多大希望了，所以他得知獲獎消息后非常吃驚。

相比另外兩個獲獎者，他還算是年輕的，因為益川已經68歲，而南部更是已經87歲高齡。

生理學或醫學獎：病毒之戰的

階段性“饋贈”

北京時間10月6日下午5點30分，2008年諾貝爾生理學或醫學獎在斯德哥爾摩的卡羅林斯卡醫學院揭曉，三位來自德國和法國的科學家分享了這一獎項。

德國癌癥研究中心的哈拉爾德楚爾·豪森（Harald zur Hausen）因為最早發現人類乳頭瘤病毒（HPV）導致女性宮頸癌，而得一半獎金；法國巴斯德研究所的弗朗索瓦絲·巴爾—西諾西（Barré-Sinoussi）與法國世界艾滋病研究和預防基金會主席呂克·蒙塔尼（Luc Montagnier）因為共同發現了艾滋病的致病病毒HIV，則分享了另外一半獎金。

目前，對于全世界女性而言，宮頸癌是僅次于乳腺癌的第二大多發癌癥。

早在19世紀40年代，一位意大利醫生注意到，患宮頸癌的婦女大多數為已婚者，在修女中幾乎無人罹患這種疾病。他據此提出：女性的性生活狀況和宮頸癌的發生有關。但在很長的一段時間內，性行為為什么會傳播宮頸癌，卻仍然是個謎。

這個謎的謎底首先被豪森揭開：真正導致宮頸癌發生的，是一種在性行為中傳播的名為HPV的病毒。

當時最大的困難是，由于HPV難以在細胞中培養，因此通過傳統方法很難找到它與宮頸癌之間的關系。但豪森提出，HPV的遺傳物質DNA能以非增殖狀態存在于腫瘤中，因此進行病毒DNA的特異性檢測，就可以在宮頸癌腫瘤中找到HPV。此外他還發現，只有某些特定類型的HPV（HPV16型、HPV18型）才比較容易引發宮頸癌。

中國醫學科學院腫瘤醫院副院長、腫瘤內科主任石遠凱教授告訴《財經》記者，豪森的發現具有劃時代的意義，它確定了病毒的慢性感染是導致癌癥的原因之一。今天，能夠有效降低宮頸癌發病率的疫苗得以問世并投入使用，也得益于豪森的研究和發現。

“以前我們認為宮頸癌不可預防，要到晚期才能發現并治療。但豪森的研究改變了這一點，讓我們知道，癌癥是可以預防的。”他解釋說。

1983年，豪森接受了德國癌癥研究中心主席職位。現在，他仍然是該中心的榮譽教授和研究主任。

與HPV不同，HIV的發現雖然整個過程要更快一些，但也更為曲折。

艾滋病最早起源于非洲。1981年6月5日，美國亞特蘭大疾病控制中心在《發病率與死亡率周刊》上介紹了幾個艾滋病患者的病史，這是世界上有關艾滋病的最早正式記載。隨后，該病被全面報道。

艾滋病立刻引起了法國巴斯德研究所一些研究人員的注意，其中就包括了時任巴斯德研究所逆轉錄酶病毒所主任的巴爾—西諾西和時任腫瘤學部主任的蒙塔尼。

1982年底，以蒙塔尼為首，包括巴爾—西諾西和另一名研究人員羅森巴姆在內的三人研究小組開始了艾滋病的研究。他們從艾滋病患者的淋巴結處獲得了一些組織并進行體外培養。1983年，他們從中分離得到一種新的逆轉錄病毒，將其命名為淋巴結病（艾滋病患者的淋巴結會不斷變大）相關病毒（LAV）。研究小組隨后還迅速發明了LAV抗體檢測方法，以便迅速測定血清中的病毒數量。

1986年，LAV被正式改名為HIV。同年，蒙塔尼等人又發現了一種新的HIV，于是，兩個病毒被分別稱為HIV-1和HIV-2。

“就在艾滋病剛剛被發現的幾年之后，其致命病毒HIV就被鎖定了，這對人類來說有著重要的意義。”衛生部艾滋病專家咨詢委員會委員、北京佑安醫院感染科主任吳昊在接受《財經》記者采訪時表示。

因為在HIV發現之前，艾滋病已經在美國逐漸蔓延開來。但由于不知道該病的病因是什么，人們自然難以檢測、預防、治療它；病毒也可以隨著賣血而迅速傳播開來。而HIV和其檢測方法的發現，迅速改變了這一切。

“如果HIV晚發現幾年，今天的艾滋病患者也許要多上百倍。”他對《財經》記者坦言。

當然，人類對抗艾滋病的目標并不僅僅是發現病毒，如何治療它，并研究出疫苗預防它，是人們目前最關心的話題。在剛分離出HIV之時，巴爾—西諾西曾以為，HIV疫苗很快就能面世。但直到今天，HIV疫苗仍然是個未被攻克的難關。

“因為HIV很容易變異，人體產生的抗體又極不穩定，使得疫苗研究還需要進一步地突破。”吳昊指出。■

本刊記者林靖對此文亦有貢獻