评述｜诺奖的垂青，最酷的奖励——2016年诺贝尔三大科学奖项揭晓

3日晚，作为第一个被公布的获奖项目，卡罗琳斯卡医学院将生理学或医学奖授予了日本科学家大隅良典，以表彰他对细胞自噬机制的发现；4日晚，三位科学家戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨获得物理学奖，其成就是在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现；5日晚公布的化学奖，由让－皮埃尔·索瓦日、弗雷泽·斯托达特、伯纳德·费林加三位科学家获得，他们在分子机器设计与合成领域为人类做出突出贡献。

细胞自噬、拓扑理论、分子机器，你我在看过长篇大论后仍不知所以然，有人却已在此间勉一生之力。对于这些冷门领域里的寂寞身影来说，诺奖的垂青，是最酷的奖励。

自噬反应：生命清道夫

自噬一词，从字面上就非常生动地描述了这项生物学过程。

在上世纪中期，人们发现细胞内仿似有一个垃圾处理站，专职回收各种多余成分。这就是溶酶体结构。此后十年间，借力显微镜技术的飞速进步，科学家开始在溶酶体内观察到大量细胞，也包括整个细胞器。人们惊讶地发现，细胞似乎是通过某种“运输渠道”，才将细胞组分运送到溶酶体中进行回收降解。当时溶酶体的发现者克里斯汀·德·迪夫创造了“自噬”这个词来描绘该现象。但在之后三十年，相关领域依然行进艰难。

自噬的过程与规律之谜，是大隅良典解开的。他研究了大量酵母细胞突变株，设计了极其巧妙的实验，在1993年找到了许多和细胞自噬有关的酵母突变体。接下来的四年间，他的团队成功克隆出了自噬基因。自此，人们对自噬——这种细胞自身的“减肥”机制，终于有了一个较为清晰透彻的认识，自噬的启动、流程和后果逐渐走入研究者眼帘。

据《新科学家》在线版文章，大隅良典在一次采访中曾说道，随着自噬研究的深入扩展，人们已认识到这不再是一种简单反应，许多生理现象的发生都与之有密切关系，譬如病原体的杀灭、细胞内部清理，以及癌细胞的抑制和成熟。

正是由于自噬对肿瘤来说形同一把双刃剑，才能利用它们在细胞异常中的作用，持续为人类的疾病治疗谋求新思路。

拓扑学：从面包圈到蝴蝶卷

拓扑学的目的，是借助洞的数量等最基本的特征，来描绘物质的形状和结构。从这个意义上说，一个纸杯和一个面包圈都是相似的，因为它们都有一个洞。但蝴蝶卷这种面包就不是，因为它上面有两个洞。

听起来有趣，但实际的理论研究冷门而晦涩。在上世纪，这一数学理论对当时的人们来说相当生僻，少有人能理解。但正是依靠三位科学家的努力，才推动了现今材料科学以及包括量子计算在内的电子学的进步。

据《新科学家》文章称，在得知自己获奖的消息时，邓肯·霍尔丹讶异之余还有一丝欣慰，毕竟大部分的研究工作都发生在上世纪70至80年代。

三十多年前，学界仍普遍认为超导特性，即物质的电阻为0这一现象是无法发生在薄层中的。是索利斯和科斯特利茨驳斥了这一说法，并借用拓扑学进行了诠释。他们发现，薄层导电的现象，会出现在依照离散拓扑的步骤而被赋予形式的物质中。这些步骤里的每向上一步，都相当于“把面包圈变成了蝴蝶卷”。

以此类推，霍尔丹又诠释了某些物质的磁性特征。他承认这工作起初非常抽象，但随着时间推移，越来越多的物质属性能够被拓扑学所解释，“实际上，许多人们花数年去寻找的物质特性，一直就在他们眼皮底下。只是我们没有去看而已”。

现在，他们三人的研究覆盖了诸多不同特性的物质，包括当前因其独特属性而风头正劲的石墨烯。但就对拓扑学的理解及其应用而言，人们仅仅是开了一个头。对此，霍尔丹说，想知道目前的成果能告诉我们什么？那就是前方还有很长的路要走。

分子机器：世界最小的机械

发明机器，是人类历史不可分割的一部分。而本届化学奖，见证了科学家们将分子成功连接起来并设计出微型电梯、微型发动机以及分子肌肉的历程。

今年得主之一，让－皮埃尔·索瓦日最早从生物界获得灵感，提出了“纳米机器”的设想。是他迈出了实现分子机器的第一步——将两个环状分子扣在一起，形成一种名为“索烃”的链条，也就是成功地让两个环状分子合成了链形结构。

美国的弗雷泽·斯托达特在他的基础上合成了“轮烷”，这是将一个环状分子套在一个线型分子上，形成内锁型超分子结构。由于环状分子能够以线型分子为轴运动，他的团队创造出了上升0.7纳米的分子电梯，以及能够弯折金箔的分子肌肉。

而在荷兰的费林加手中，分子机器动了起来。他设计了世界上首台能够朝着一个特定方向旋转的分子马达，并在此基础上制造出一个四轮驱动的纳米汽车：分子马达转动，纳米汽车则前行。

分子水平的机器，其实仍处于婴儿阶段，但其在开发新材料、新型传感器和能量存储系统等方面极具潜力。他们三人的成果，也已成为全世界科研人员开发分子机器的“工具箱”。

据《大众科学》在线版文章称，获奖当天，索瓦日在答复瑞典皇家科学院的提问时称，他自我感觉像是一百多年前首次实现人类飞行梦想的莱特兄弟。当时的人们甚至还对为何发明飞行器心存犹疑，但现在，乘坐喷气式客机遨游云端已是再平常不过。

（来源：科技日报 记者 张梦然）  
2016-10-09 15:57:00 科技日报 评述｜诺奖的垂青，最酷的奖励——2016年诺贝尔三大科学奖项揭晓
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