2010年度諾貝爾獎

生理學或醫學獎：試管人生

受精卵在玻璃容器的液體中逐漸長大，直到有一天“羽翼豐滿”，砸碎玻璃罩跑了出來，這是我們經常在科幻電影中看到的情節。實際上，類似的培養工程已被人們所接受，那就是試管嬰兒技術。簡單來說，這種技術就是在體外將卵子受精，3～4天發育成最初的胚胎后，再植八子宮繼續發育成胎兒。羅伯特·愛德華茲因為這項看似簡單的技術而獲得2010年度諾貝爾生理學或醫學獎。

從體外受精繁殖到體內受精繁殖，是生物進化史上的一個重要的成功事件。它一方面提高了受精的有效性，精子和卵子不需要在嚴酷的環境中邊“約會”，邊躲避高溫、干旱還有其他生物的侵襲。另一方面，為在母體中發育為胚胎的成長提供了穩定的條件，同時可以給發育中的胚胎提供更好的保護，這些都極大地提高了生殖的成功率。這樣的改變也不可避免地帶來了諸多問題。我們與魚類同源的祖先都是將卵子直接排出體外進行受精，所以人體中并沒有一開始就設計好的讓受精和胚胎發育發生在女性體內的“裝置”。要在體內繁殖，只能在原有的排卵結構基礎上進行改造，人的卵子要通過腹腔中一個傘形的結構和一個狹長的管道(輸卵管)才能送到子宮。問題是顯而易見的：對于個頭微小的精子，要鉆過生殖道，游過子宮，并且還要突破重重黏液的阻礙，最終與卵子結合后，還要從輸卵管里及時跑到子宮里去，選擇一個合適的位置來發育，這是個異常艱巨的任務。如果不慎選擇了輸卵管這樣的地方發育(就是通常所說的宮外孕)，不僅發育不成幼體，還會造成輸卵管破裂，危及母親的生命安全。不僅如此，有些女性的輸卵管因為各種原因本身就是堵塞的，這樣更是斷送了精子和卵子相見的機會。諸多困難使得超過10％的夫婦患有不孕癥。

試管嬰兒技術的出現，上述問題都迎刃而解。不過，實驗本身并不是為了解決不孕問題而開始的，只是研究在體外環境下，受精和胚胎發育的過程。不過，最初的實驗并不順利。首先，實驗卵子材料的獲取并不是容易的事情。由于沒有合適的獲取卵子的工具，只能使用醫療手術廢棄的卵巢，但是這樣獲得的卵子質量往往不高，受精卵分裂一次之后就不再分裂了。直到后來特殊儀器的應用，可以從女性體內直接取得成熟的卵子。最初的受精技術就是讓精子和卵子在試管中自由相遇結合，后來，才將自由受精過程改為將精子直接注入到卵子中，這項改進大大提高了受精的效率和質量。我們甚至可以有選擇性地將優質的精子和卵子結合起來，以提高后代的質量。目前，全世界至少有400~-生育困難的家庭從中受益。不過，從培養胚胎到培養成體，科學家還有很長的路要走，單單是干細胞的分化和細胞的去分化就已經讓他們傷透腦筋了。

物理學獎：石墨之舞

一片碳，看似普通，厚度為單個原子，促使兩位科學家贏得2010 年度諾貝爾物理學獎。這種全新材料名為石墨烯。諾貝爾物理學獎評審委員會在向媒體發布的材料中介紹，石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，而且導電性能比所有金屬都高出不少。薄薄的一層，其力學強度竟是鋼的200倍，導熱性能更是超過我們所熟知的一切物質。石墨烯擁有眾多令人神往的發展前景，這些由碳原子構成的二維結構，也許將來會把人類帶入全新的太空時代和更快的信息時代。它不僅可以開發制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、可以制造出超堅韌的防彈衣。我們使用的電能有2／3來源于各種碳的沉積；用來做為永恒見證的鉆石是碳；最常用的書寫工具鉛筆，能夠留下痕跡的也是碳。當我們在紙上用鉛筆寫字的時候。就會擦下一點點石墨和黏土。這一點點碳被紙面的紋路刮下來，等著被空氣或者橡皮帶走，直到只剩下淺淺的字跡。在這些痕跡里面，就能夠找到石墨烯。

20世紀80年代，人們還認為碳只有兩種形態，呈片層狀的石墨碳和六面體晶格。1985年，羅伯特·科爾等人發現了碳60，也就是“富勒烯”，以紀念提出這種結構的美國建筑師理查德·富勒。直到這時，人們才意識到碳原子還可以以這樣的方式連接在一起。最早發現的“富勒烯”由60個碳原子構成，如同足球一般，是由六邊形和五邊形拼成的32面體。這種直徑只有百億分之七米的空心籠狀結構讓人們意識到，也許我們對于這種和生命關系最為緊密的元素還不夠了解。羅伯特·科爾等人的這一發現為他們帶來了1996年諾貝爾物理學獎。隨后，一維的碳形態也被找到了，這就是碳納米管，以碳原子連接成的空心管極細，卻擁有極好的導電導熱性能和不可思議的強度。2010年，碳的另一種形態又讓它的發明者得到了諾貝爾物理學獎，這次是二維的碳：厚度僅僅只有0.34納米的幾乎完全透明的碳原子薄膜石墨烯。這種薄膜在諸多方面都有著驚人的表現，甚至完全顛覆了我們對物質的認識。石墨烯看上去就像是一張六邊形網格構成的平面，每一個六邊形單元實際上就是一個苯環。石墨烯這種薄薄的材料有著驚人的穩定性、強韌性和導電性，即使被彎折之后，原子也不會錯位或者脫離掉落。當用石墨烯疊在一起形成一片保鮮膜厚度的薄膜時，它就能展現出驚人的承載力。即使讓一頭大象站在圖釘帽上，再把圖釘尖壓在薄膜上，也不會刺穿它。這樣的強度遠超過現有我們所知的任何建筑材料，而且它的質量更是只有鋼材質量的1／6。

石墨烯的發現者也相當具有傳奇性?，F任教于英國曼徹斯特大學和荷蘭奈梅亨大學的安德烈·海姆，是世界上唯一一位獲得了“搞笑諾貝爾獎”和正牌諾貝爾物理學獎的科學家。他在2000年因為著名的”磁懸浮青蛙”實驗而獲得了前一個獎項。而他曾經寫過的一篇關于范德華力(距離很近的分子之間產生的作用力)產生強大黏性的嚴肅論文中，居然用了一張蜘蛛俠玩具的照片來做展示，并且堂而皇之地刊載在頂級學術期刊上。從這些光榮事跡中能夠看出，安德烈·海姆并不是那種通過普通方法來解決問題的人。起初，安德烈·海姆十分羨慕那些研究碳納米管的同事所獲得的精彩發現，因此他對自己說：為什么不學學他們呢?不過不是把碳片卷起，而是攤平。一開始，他和伙伴康斯坦丁·諾沃肖洛夫用透明膠帶從石墨晶體上分離薄片，那時沒人相信他們能成功分離出單原子層。不過最后，在“膠帶戰略”的指導下，他們還是成功了。

自問世以來，石墨烯便不斷展現出不同凡響之處：透明、導電的特性使它成為制造太陽能光電元件或液晶的理想材料；其機械強度則昭示著超堅固材料的誕生；而其電子特性更是振奮人心。石墨烯的傳電速度驚人，足足是硅的30倍，有望取代后者成為電子工業最基本的原材料。那么，石墨烯何時才能批量生產呢?研究人員正著力于兩種大規模生產工藝的開發，美國科學家對其中一種進行了專門研究。這一方法是將碳化硅晶體加熱到1000℃以上，直到硅原子分離氣化，留下來的碳原子就會自然地聯成六邊形網狀結構，形成石墨烯。

不過，另一方法或將在5年內使石墨烯的應用成為現實。研究發現，當把石墨置于酸性環境中氧化時，它會分解成石墨烯薄片，這時只需借助還原劑將晶體凈化就可以了。事有湊巧，加利福尼亞大學的一個小組剛剛發現一種由氮和氫組成的化合物聯氨能夠很好地扮演這個角色。用這一方法，研究人員就能生產上佳的導體薄膜，且成本低廉。

在今年諾貝爾獎公布的時候，安德烈·海姆剛剛過完52歲的生且，而康斯坦丁·諾沃肖洛夫則只有36歲，是諾獎獲獎者中少見的年輕人。這兩位在實驗室里玩得不亦樂乎的玩家，也許會將我們帶進一個無法想象的新時代。