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21世紀諾貝爾獎2001-2021(全新夢想版 一套四冊)

作者:科學月刊

出版品牌:鷹出版

出版日期:2022-05-05

產品編號:9786269597659

定價 $1500/折扣4冊

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諾貝爾獎是一個引導年輕人願景的方式。那願景可能是幼稚的,但很重要。讓年輕人將科學當作樂趣,為他們帶來理解的喜悅。諾貝爾發明了一個夢想機器:一種改變慶祝方式的方法,激勵年輕人做到的比他們夢想的更多。--牟中原(台大化學系名譽教授)

 

物理學典範正在轉移,新研究浪潮風起雲湧

大至宇宙,小至粒子,實測與理論並重的諾貝爾物理獎

本世紀諾貝爾獎持續關凝聚態、核物理、天文宇宙學,

乃至於技術突破與材料的創新,與生活息息相關。

無止盡的探索,物理學正不斷朝向知識的邊界前進。

 

化學獎看起來越來越像生醫獎,又有什麼不可?

近四年來,化學獎女性得主輩出

從塑料的發展,到尼龍、防水衣服,

再到液晶顯示器,甚至新冠疫苗的研發,生活上的應用無所不在。

化學與生物結合,把研究延伸到複雜的生物系統;

加上與物理的結合,促成物理、化學與生物學的大融通。

 

最出色的科學家,僅有少數人可以得獎,即使無人知曉一樣很有貢獻。

看懂諾貝爾生醫獎:當研究應用於救命,那喜悅無法衡量。

再生醫學及細胞療法,為遺傳疾病和慢性疾病帶來新希望。

專研開發疫苗、找出新藥,讓病菌不再威脅人類生命。

瞭解神經記憶和辨識機制已成為人工智慧參考的系統,

這些得主,皆為人類福祉做出重大的貢獻。

 

經濟學是關注「人」的科學,亦是解決人類「互動」難題的哲學,

看懂經濟思潮,才能洞察世界正面臨的問題。

21世紀後的諾貝爾經濟學獎得主,

長年關注人性偏誤、賽局理論、投資、勞動市場,

乃至於永續經營與貧窮的議題。

他們是「俗世哲學家」,以先驅角色,引介獨到且實用的理論給世人。

 

每年10月諾貝爾獎頒布之後,都不免在媒體和學界引來話題,話題從獲獎人的國家和背景,學術經歷和奮鬥歷程,到得獎感言和頒獎花絮,諾貝爾獎誠然是全球科學界每年最大的盛事,因為它代表了科學成就的巔峰,也展現了科學發展的最新趨勢。

  《21世紀諾貝爾獎2001-2021套書》集結科學月刊每年在諾貝爾物理獎、化學獎、生醫獎、經濟學獎得主公布時,邀請國內該領域的專家,針對該年各個得主的生平事蹟和得獎領域做深入分析,以深入淺出的文字和說明,讓讀者瞭解最前沿的科學研究現況。從學術發展的潮流到學術傳統的傳承,前瞻性地引導讀者思考科學的前景。

值得一提的是,這些撰稿的台灣科學家當中,有許多和得獎大師有師承關係,讓我們一窺得獎者或特立獨行的研究風格,或平易近人的為人處事一面,更神遊於他們治學的風範和精神,諾貝爾獎,得之不易,但有跡可循。

以科學月刊多年累積的份量,除了三個諾貝爾科學獎像,鷹出版這次再加上諾貝爾經濟科學獎,將以加倍(年份加倍)、超值(增加經濟獎)的內容,宴饗大眾,值得購買珍藏。

 

各界推薦

 

曾耀寰(科學月刊社理事長、中研院物理所副技師)

累積20012021年的諾貝爾經濟科學獎,年份加倍、超值的內容,宴饗大眾,值得購買珍藏。

 

物理學獎導讀:林豐利(台師大天文與重力中心主任)

諾貝爾獎是學術界的桂冠,得獎者將進入史冊,得獎的工作通常是學術研究的里程碑,不只承繼先人的努力,往往也開啟往後的研究途徑。累積2001年至2021年的諾貝爾物理獎,年份加倍、超值的內容,宴饗大眾,值得購買珍藏。

 

化學獎導讀:牟中原(台大化學系名譽教授)

2021年,諾貝爾化學已授予187人,其中包括7名女性。7/187 這比例當然是非常低。但值得注意的是7名女性得主當中的4人是在21世紀。尤其是近四年來女性的突出表現實在令人鼓舞。

 

生醫獎導讀:羅時成(長庚大學生物醫學系教授)

2022年預測得生理/醫學獎呼聲最高的兩位科學家是卡塔琳(Katalin Kariko)與魏斯曼(Drew Weissman),他們發明mRNA當作預防新冠病毒感染的疫苗,在2020年疫情嚴重期間讓上億的人免於感染或死亡。以mRNA當作藥物是個非常突破性新發明,mRNA不只可以應用在流行性的病毒感染預防上,也可以應用在癌症的治療,我猜測他們未來一定可以獲得諾貝爾獎。

 

經濟學獎導讀:莊奕琦(政大經濟學系特聘教授)

現代經濟學是一門非常量化的社會科學,本世紀以來,尤其是過去十年間,研究方法論上的突破屢獲肯定,更加強化以科學的嚴謹態度來研究經濟與社會問題的取向。

 

推薦文:寒波(盲眼的尼安德塔石器匠部落主、泛科學專欄作者)

科學類諾貝爾獎得主,以地理劃分,大部分位於北美、少數歐洲國家和日本;以族裔區分,多數為白人;以性別區分,絕大部分是男性。諾貝爾獎評選看的是結果,這反映出過往百年的科學研究,全人類只有少數群體參與較多;往積極面想,人類的聰明才智,仍有許多潛能可以挖掘。

 

科學月刊

《科學月刊》(Science Monthly)是台灣本土科普領域的代表性刊物,代表好幾個世代的台灣科學家和理工知識分子回饋社會的心意,所形成的科學沙龍風貌以及在中學科學教育和科學政策上所造成的影響,都是《科學月刊》在台灣科學社群發展以及文化影響方面的具體表徵。作為國內科普推廣的重要刊物,介紹每年的諾貝爾獎內容是不可少的任務與目標。《科學月刊》距上次將介紹諾貝爾獎文章集結成冊,已過十年,這次與八旗文化合作,十年磨一劍,刊出合集,也望在科學知識的傳遞和累積上,有所貢獻,不僅如此,《科學月刊》還會持續介紹每一年的諾貝爾獎成果,為下一個十年一書而努力。
 

推薦文

對諾貝爾化學獎近年現象的觀察

牟中原(台大化學系名譽教授)

 

科學月刊與鷹出版合作推出諾貝爾獎套書,本次套書涵蓋了20012021年科月的諾貝爾獎科普文章。這在科普界是個很有意義的事,科學月刊囑咐我利用這機會寫一些諾貝爾化學獎自21世紀以來的「演變、發展到近年頒獎趨勢,以及所代表的意義」。短短篇幅,當然寫不出這麼多宏大的論點,只能在此做一些觀察,既非演變也不能説趨勢。

第一個諾貝爾獎是在將近兩甲子前頒發的,百年以來科學和社會發生了很大的變化。在本文中,我要討論兩個最明顯的近年現象:一、諾貝爾化學獎怎麼變成了諾貝爾化學及生命科學獎——儘管正式名稱還是諾貝爾化學獎。二、性平等與諾貝爾化學獎。

 

一、化學和生物化學是相同的學科還是不同的學科?

每年10月初諾貝爾獎公布時,總會引起化學系同事的注意,但近年來遇到他們時越來越常聽見:「什麼,又一個諾貝爾化學獎給了非化學家?」事實上,本世記以來二十一 次當中有十二點五次的諾貝爾化學獎頒給了生命科學領域,一些諾貝爾化學獎看起來更像生理學或醫學獎。即便一些正統化學的研究對生物醫學應用也是非常巨大的。例如2002諾貝爾化學獎的半數獎金(不算在十二點五次中),頒給了使用質譜分析蛋白質的兩位科學家:開發介質輔助雷射脫附法的田中耕一以及提出電灑法的費恩。這研究結果促使生物樣本的分析有了巨大進步,今天有很多公司都是利用這質譜分析去檢驗血液樣本。又如2021 年諾貝爾化學獎,由德國化學家本亞明.利斯特(Benjamin List)與來自蘇格蘭的美國學著大衛.麥克米倫(David W.C. MacMillan)獲得,表彰兩人在構建分子領域的貢獻,促成開發新一類催化劑「不對稱有機催化劑」。這類催化劑在製藥上有最大的應用。如果你看一下過去諾貝爾生醫獎,幾乎完全代表生命科學領域的主題(除了1962 Watson, Crick and Wilkins)而非物理或化學。 相比之下,在最近的過去,諾貝爾化學獎有時表彰了科學家在化學方面的影響,但更多時候是表彰對生命科學的影響。這些反映一個現實:化學獎越來越移向生命科學領域。這是怎麼回事?

本來,生命科學的研究一直是化學家著迷的問題,例如拉瓦錫對呼吸和發酵很有興趣;Berzelius分析了動物分泌的固體和液體; Liebig創造新陳代謝理論Bouchner展示了細胞內容物如何負責發酵,酶定位於生物化學的核心Fischer使用酶來降解糖和研究肽和蛋白質。這些化學家都是生物化學的先驅。在20世紀初,化學和生物化學在早期是密切相關的,但隨著時間的推移兩者越發明顯分離。21 世紀最先進的生物化學幾乎不與21世紀最先進的化學知識重疊。事實上早在我念研究所時的1970年代,生物化學已融入了醫學院,反而在化學系幾乎成點綴。

化學是對物質的研究,分析其結構、性質和變化,以瞭解它們在化學反應中發生什麼事。因此,它可以被視為物理科學的一個分支,與天文學、物理學和地球科學並列。化學的一個重要領域是瞭解原子、分子,以及決定它們如何反應的因素。反應性通常主要由繞原子、分子運行的電子,以及這些電子交換和共享以產生化學鍵的方式決定,因此化學能產生非常多的應用。例如化學家加深了我們對放射性元素的理解,並開發了用於醫院的放射線。化學家合成藥物為我們提供癌症治療方法, 羅莎琳德.富蘭克林幫助我們瞭解 DNA 是雙螺旋結構,為現代基因科學革命鋪平了道路。因此化學現在已經分裂成許多分支。例如分析化學家可能會測量古代陶器中化合物的痕跡,以辨別數千年前人們在吃什麼。從塑料的發展,到尼龍、防水衣服甚至防彈背心,再到液晶顯示器,都是化學在生活上的應用。

2019年諾貝爾化學獎由化學家惠廷翰(M. Stanley Whittingham)、吉野彰(Akira Yoshino)和固態物理學家古迪納夫(John B. Goodenough)三位獲獎,得獎原因是「對鋰離子電池發展」的重大貢獻,如今電池發展是本世紀能源減碳重大課題。因此化學在一個全科大學出现在大部分的科技領域,包括工、農、醫、生命科學院。

其中生物化學的發展尤其突出,它是研究生物體中發生的化學過程,例如我們身體新陳代謝如何進行。生物化學的成就如此之高,事實已經很好地融入了醫學院,並不在留在化學領域。雖然生物化學作為一個大學科系已從化學分支出去,它仍然與化學核心科學部分維持一種密切關係。我用兩個例子說明:最近化學的進步促進了冠狀病毒疫苗的開發,利用我們對 DNA RNA 的瞭解,創造了第一個獲批准的 mRNA 疫苗。它之所以能快速開發,是因為它一個化工製程。它的成功靠的是化學化工及生命科學知識的整合。

另一個例子是2018諾貝爾化學獎——化學中的演化與革命。Caltech 化學系的阿諾德(Frances Arnold)反向利用生物演化的概念,開發了叫做定向演化的化學催化劑。在定向演化中,阿諾德在實驗室中提供了一個新方式,鼓勵酶的演化來催化商業上有用的反應。酶在室溫下在水中進行工作時,可顯著加快反應速度。它們也非常擅長建立一種特定的鍵(不會與其他官能團相混)選擇性,所以很容易理解為什麼化學家喜歡使用酶來催化反應。然而,許多化學家感興趣的鍵不是由任何天然酶製成的。 這僅僅是因為生物體從來不需要演化出製造例如碳矽鍵的能力。定向演化創造了一種在有機溶劑中切割肽鍵的酶。 天然蛋白質只在水中這樣做,阿諾德將隨機變化(突變)引入編碼肽切割酶的基因中,然後將不同版本的突變基因插入細菌中,這些細菌開始大量生產出許多略有不同的酶。然後,阿諾德選擇了酶在有機溶劑中發揮最佳作用的細菌,並對其進行了進一步的試管演化。僅僅三代之後,一種酶被創造出來,它在有機溶劑中的作用是原始類型的兩百五十六 倍。這個例子是化學家用生物方法開發了化學製劑。

 

二、性平等與諾貝爾化學獎

2021年,諾貝爾化學已授予一百八十七人,其中包括七名女性:Maria Skłodowska-CurieIrène Joliot-Curie1935)、Dorothy Hodgkin1964)、Ada Yonath2009)、Frances Arnold2018)、Emmanuelle Charpentier Jennifer Doudna2020)。7/187 這比例當然是非常低。但值得注意的是七名女性得主當中的四人是在21世紀。尤其是近四年來女性的突出表現實在令人鼓舞。

女性參與科學儘管過去幾十年取得了顯著進步,但無論是在學術領域還是產業部門,女性在科技術領域的代表性仍然不足。這是由多種原因造成的,主要與現代社會分配給女性的角色,以及在鼓勵男性出現在工作場所的同時所形成的玻璃天花板預先偏見有關。然而,這也是信息缺乏的結果,這使得年輕女性難以做出職業選擇,對可用的可能性知之甚少。缺少可作為信息指導的靈感和來源的良好榜樣,並讓人得以一窺在科學和/或技術領域受雇於女性的現實。父母和社會都常在阻礙年輕女性選擇職業道路的方式方面產生作用,這種選擇從學校開始,一直到高等教育。然而我在四十二年教學的經驗告訴我,她們的潛力絕不只如此,是社會偏見降低了女性自我期許。女性獲得諾貝爾化學獎是克服這信息缺乏最好的方法。

諾貝爾獎是一個引導年輕人願景的方式。 那願景可能是幼稚的,但很重要。 讓年輕人將科學當作樂趣,為他們帶來理解的喜悅。諾貝爾發明了一個夢想機器:一種改變慶祝方式的方法,激勵年輕人做到的比他們夢想的更多,引領了一些最優秀年輕科學家。他們也看到這些科學家得到了回報——看到諾貝爾基金會的盛大晚會(電視轉播), 他們會想要效仿。年輕人會想:「哇,我多麼想要在那裡!」「你必須努力工作,但你可以在那裡。」未來這願景將由男孩與女孩共享。

 

 

內文試閱

2009|諾貝爾物理獎 光的魔術師――奠定現代網路生活的發明

諾貝爾獎也肯定的科技發明。想想看,假設我們生活裡沒有手機、沒有數位相機、沒有網路,就沒有Google找資料、沒有電子郵件通訊息,打越洋長途電話還要排隊等待空線,該是多不方便而無趣的生活。沒錯,四十年前我的學生時代大致就是這麼一個世界。而今天,我們隨時隨地打電話,不論對方在何處,都是隨撥隨通,清清楚楚,出門郊遊或是開會、派對,人手一台數位相機,隨意地拍美景留影,這一切的改變都要歸功於2009年諾貝爾物理獎的得主。

歷年來諾貝爾物理獎的主題,多半是關於基礎科學突破性的貢獻,距一般民眾的生活較遙遠,若要讓社會大眾瞭解他們的貢獻,通常都需要專家們作一番闡釋。然而2009年諾貝爾物理獎打破以往慣例,給予三位科技人對近代網路社會卓越的貢獻,也難怪揭曉的當天,高錕透過香港中文大學副校長楊綱凱表示「深感榮幸」,並說「諾貝爾獎少有表彰應用科學的成就,故我從來沒有想過會獲獎,感到非常驚喜」。高錕還幽默提及了自己的研究成果,說︰「有賴光纖的出現,這個喜訊已於瞬間傳到千里。」

「光纖之父」─高錕,為英國和美國公民,1933年出生於上海,1948年舉家遷往香港,立志要成為電機工程師。於香港高中畢業後即前往英國就讀大學,1965年取得英國倫敦大學博士學位。曾擔任英國哈洛工程標準電信實驗室總監、中國香港大學副校長。高錕從小就對新的現象感興趣,當他在英國標準電信實驗室(Stan[1]dard Telecommunication Laboratories, STL)工作時,提高傳輸的頻寬一直是通訊領域一個重要的研究課題,在那個時代,衛星通訊和微波通訊利用金屬的導波管(metallic waveguide)來傳遞訊息,是十分熱門的研究題目。從通訊理論上來看,光波應該是一種更好的載波系統,可用來傳輸更寬頻的訊息,但當時缺乏一個理想的光發射器,因此到了1960年代雷射發明後,高錕的老闆就建議他研究利用光波作通訊應用的可能性,從此高錕就和光通訊結下了不解之緣。

其實,光通訊是人類很早就使用的通訊方式,包括利用打手式和煙火來把訊號傳送至遠方,然而這些方式傳送的頻寬都很有限。雷射初發明不久時壽命很短,需在低溫冷卻的環境下操作,大家完全不知道如何利用雷射,但其實雷射本身的頻幅寬,可用來傳輸大量的訊息。起初大家嘗試像古代一般用開放的空間來傳送雷射的訊號,但空氣太不穩定,雷射的信號無法穩定傳送,於是很快就放棄此法;之後嘗試模仿微波傳輸方式,將光用金屬管來傳輸,或是利用薄膜來傳送光信號,均不成功。慢慢高錕開始思考,如果光能在一個沒有損耗的單膜玻璃波導中傳輸,應該是個好方法,但當時沒人知道導致光衰減的真正原因。高錕和他的同事喬治.霍克漢(George Hockham)二人花了三年多的時間,從最基礎的物理性質和化學性質來瞭解,終於令光束低衰減而能在玻璃介質中傳輸較長距離的技術。

 

2018|諾貝爾物理獎 隔空取物?化想法為現實的光鑷

亞希金從小就對科學特別有興趣,甚至自嘲科學研究是他唯一擅長的事。自1952年取得康乃爾大學核子物理學博士學位之後,便加入AT&T貝爾實驗室進行微波和雷射的相關研究。亞希金擁有將近五十項研發專利,並在非線性光學及光折變效應(photorefractive effect)有卓越貢獻。在貝爾實驗室工作四十年後,他於1992年退休,至今仍在實驗 室進行研究。當亞希金得知獲得諾貝爾獎時,第一時間他向委員會表示 自己正專注於太陽能的研究,目前非常忙,可能沒時間接受訪問。

亞希金後續在接受記者訪問時自豪地表示:「你知道什麼是光鑷嗎?」他拿著於2006年發表的著作《利用雷射光學捕捉和操縱中性粒子》,指著書封說:「這裡有道綠色雷射光經過透鏡聚焦在玻璃小球上……,你以為光只會加熱使小球的溫度上升或是推開小球,但在這裡,光在小球裡彎曲,使得小球被抓住。」亞希金描述的是他於1986年發表的突破性研究,利用單獨一道高度聚焦的雷射光束形成穩定的三度空間位能阱,吸引電介質粒子並局限在光束的焦點附近。

亞希金在接受電話訪談時提到:「當初許多人認為利用光抓住生物體是誇大的說法。」1987年,亞希金於《自然》和《科學》發表關鍵文章,成功展示光鑷捕捉並移動病毒、細菌、酵母菌、紅血球、海藻及活細胞等生物體的能力,並且不會對樣品造成損傷,證實其可行性。1990年,亞希金更進一步利用紅外線雷射光進行細胞雷射微手術,使用光鑷操控細胞中胞器,深入細胞內卻不破壞細胞膜,開啟微米與奈米尺度的生物物理(力學)研究的大門,啟發後續無數革命性的研究。

 

2019|諾貝爾物理獎 成功建立描述宇宙本質與起源的模型

在個人電腦還未誕生的年代,皮博斯是首批利用超級電腦模擬宇宙演化的科學家。他在1969年就使用位於新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)電腦模擬星系在重力吸引下移動,而僅三百個星系的模擬卻跑了一整個週末!另外在1970年代天文學界發現一個奇怪現象,在螺旋星系邊緣的恆星繞行速度遠超出牛頓定律的預期,懷疑星系中有看不見的「暗物質」存在。皮博斯於是與同事歐斯垂克(Jeremiah Paul Ostriker)利用當時非常初階的電腦模擬暗物質的存在,並在1974年發表論文證實普通星系的質量被低估至少十倍以上。

回顧歷史,當初被認為最有可能組成暗物質的粒子是微中子,由於速度接近光速,故稱為熱暗物質(hot dark matter, HDM)。但科學家隨即發現,熱暗物質作為宇宙大尺度結構的主要參與作用物質,會形成一種「由上而下top-down)的結構產生順序,也就是先產生超大星系團,然後解裂成星系團及星系。但此結構產生順序會導致宇宙大尺度結構非常不均勻,與觀測不符。

於是皮博斯在1982年首先提出冷暗物質的宇宙模型。冷暗物質(cold dark matter, CDM)是一種假設性的暗物質,之所以稱為「冷」,是因為此暗物質移動速率遠小於光速。在冷暗物質的宇宙模型中,由少量物質在重力下塌縮先合併在一起,結構由下而上層層增長(bottom-up),形成越來越巨大的結構。雖然目前仍未發現組成冷暗物質的粒子,但此冷暗物質模型較符合觀測結果。他隨即在1984年提出具宇宙常數的冷暗物質模型,成為當今成功描述宇宙起源及演化的標準模型。

就如同瑞典皇家科學院的讚譽:「皮博斯對宇宙物理學的洞察力豐富了整個研究領域,在過去的五十年中打下堅實的基礎,將猜想假設塑型成一門科學。他在70年代開始發展的宇宙學理論框架,成為當今我們對宇宙了解的基礎。」

 

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2008|諾貝爾化學獎 從水母綠光點亮生命彩頁──繽紛奪目的螢光蛋白

諾貝爾獎得主下村脩,從 1960 年開始跟隨約翰森(Frank H. Johnson)研究水母,初衷十分單純—想要瞭解為什麼水母會散發出漂亮的光芒。為了收集大量水母做研究,他常去海邊撈拾水母,有時甚至動員妻小一起幫忙收集。後來他專注研究一種學名為Aequorea victoria的水母;這種水母在北美西海岸隨洋流漂移,身體呈美麗的藍色,受到刺激時,其傘緣的發光器官(photoorgan)則會發出綠色螢光。

在收集到許多A. victoria後,下村脩將水母的傘緣割下置於濾紙上,榨萃取其汁液。經過約莫一年的嘗試與努力,他成功地從這些汁液中分離出水母發光蛋白(aequorin),這種分子在與鈣離子並存時會發出強烈藍光,也就是A. victoria呈藍色的原因。同時,他也分離出另一種讓水母產生綠色螢光的物質—GFP,這便是GFP的第一次破「水」問世。之後數年,下村脩進一步研究出GFP在分子立體結構上有一個特殊的發色團(chromophore),這個特殊的球狀結構由三個胺基酸組成,在吸收藍光或是紫外光後會被激發,而散發出明亮的綠色螢光。

這個發現大大顛覆了以往對發光蛋白的印象:大多數的發光蛋白都需要額外的輔助因子才能發光,如水母發光蛋白就需要鈣離子的存在才能發出藍光。然而GFP只需要照射藍光或紫外光,就可以發出綠色螢光。也就是說,如果想利用GFP的螢光觀測細胞內的變化,只要給細胞正確激發光源,它就會給予想要的資訊,不需額外加入其他分子,也不必擔心會影響細胞的正常生理。當時下村脩並沒有意識到GFP的應用前景,對他來說,瞭解水母為何會發光而滿足他純粹的好奇心,就是一種莫大的幸福。但正因為下村脩長期的熱情與執著,我們才有機會認識深藏在海洋生物體內的寶藏—GFP,使得後進有機會去應用這個神奇的綠色螢光蛋白。下村脩因此被譽為「生物發光研究第一人」。

 

2015|諾貝爾化學獎 癌症與遺傳疾病新療法——有核酸修復,才能生生不息

生命一代一代地延續,細胞不斷地被複製,主導所有生命本質的遺傳物質去氧核糖核酸(DNA),在生物體內已流傳了億萬年,這些遺傳物質時時刻刻受到環境因子的攻擊破壞,但它們奇蹟似地依然歷久彌新。獲得2015年諾貝爾化學獎的林達爾、桑賈爾,以及莫德里奇,就是投身研究細胞如何修復核酸結構,以確保正確的遺傳訊息。他們分別研究並拼湊出幾個與人類相關的核酸修復系統。

我們的生命從單一細胞的受精卵開始,到胎兒、嬰兒到長大成人,形成上兆個細胞,期間共有上兆個細胞分裂事件,核酸也經過同樣次數的複製,神奇的是,這些分裂出來的細胞中遺傳物質的組成與最初的受精卵極為相似!這就是生命物質所顯示出的最偉大的一面,因為所有的化學反應都有隨機錯誤的先天缺陷,再加上生物體的DNA隨時隨地都會受到放射性及化學性的傷害。

在經年累月當中,核酸沒有變成一團混亂,而是維持著令人訝異的完整度,主要是因為有好幾套修復系統:成群的蛋白質監測著基因,持續校對基因體,同時修復受損或是錯誤的部分,2015年三位得獎人解開了這種基本生命機制的分子層次,讓我們瞭解細胞如何正確運作,同時告訴我們若干遺傳疾病的分子機轉,以及癌症發生與老化的機制。

許多癌症中,有一或多種修復系統被關閉,使得它們的核酸常常突變而引發對化療的抗藥性。同時這些生病的細胞就更依賴仍有功能的修復系統,才能避免DNA過度損傷而無法苟活。目前科學家企圖利用這個弱點發展新的抗癌藥,抑制殘存的核酸修復來減緩或中止腫瘤的生長,如一種稱為olaparib的藥物。三位化學獎得主所完成的基礎研究,不僅加深我們認識生命如何維護自身,同時也可能發展出救命的新藥,如同莫德里奇接受訪問時所說的:「這就是為什麼由好奇心所驅使的基礎研究是那麼重要,你永遠不知道它會導引到哪一個方向⋯⋯當然,加入一點好運也有幫助。」

 

2019|諾貝爾化學獎 改變電器使用生態的鋰離子電池

人類在1970年代時意識到石油資源有限,不可能無止境地開發,所以開始尋求其他如太陽能、風能等再生能源的開發,希望為人類找到除了化石燃料外的替代能源。而通常再生能源都是無法連續的,必須設法將這些能源儲存下來。

當時艾克森石油(Exxon)公司投入了新能源的研究,惠廷翰就是在那時加入艾克森,並致力於開發最終能擺脫化石燃料的能源技術,成功發展出二硫化鈦(titanium disulphide),製成能將離子嵌入的超導體,作為電池的陰極,並使用鋰金屬作為電池陽極,利用鋰的強大動力釋放電子,讓電子在陰陽極間流動,製備出的電池只有銀幣般大小,卻可提供太陽能手錶使用所需的電力。

但是,當他試圖想要提升電池的工作電壓或製作更大型的電池時,電池經常着火。雖然因鋰的活性太大、易爆炸而無法使用,但仍開發出首個具有充放電功能的鋰離子電池,為往後鋰離子電池的發展奠定基礎。

日本化學家吉野彰是日本化學公司旭化成株式会社的研究員,並被視為現代鋰離子電池的發明者。1985年,吉野彰在古迪納夫的基礎上,使用石油焦(petroleum coke)取代金屬鋰作為陽極,創造出更穩定安全、體積更輕巧、在商業化上可行的鋰離子電池。隨著索尼(Sony)在1991年製造出世界上第一款商用鋰離子電池,也樹立一個在成本、性能和可攜性上難以超越的電池結構,從此開啟行動電子設備的革命,手機、照相機、手持攝影機乃至電動汽車等領域,陸續步入可攜式新能源的時代

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2003|諾貝爾生醫獎 核磁造影之今昔

核磁共振頻譜儀的更進一步發展,在1970年代發生了劃時代的影響。1969年,勞特柏教授初任美國紐約大學石溪分校化學系助理教授,當時因年輕、資歷淺且研究經費有限,無法自己擁有一部核磁共振頻譜儀,後來幸得系上資深教授贈予一部較老舊的頻譜儀以供研究。勞特柏教授的研究,卻常受頻譜儀的外加磁場均勻度不高所困擾。此外加磁場的均勻度非常重要,也是決定頻譜解析度與研究頻譜波峰間細微變化的重要依據。勞特柏教授為解決此一困擾許久的問題,決定自行設計一反梯度磁場,來抵銷頻譜儀內的磁場不均勻。在這過程中,他發現若在頻譜儀中再加入一梯度磁場,便可以觀察三度空間的原子於分子內的排列情形,換句話說,就是能利用磁場梯度的差異,觀察從分子內原子吸收與釋放電磁波頻率的些微差異,進而瞭解原子於分子內的位置與其周遭環境,更能明白彼此原子鍵結間排列差異的情形。最重要的是,此方法也同時能將該原子於分子或組織內的電磁波頻率以位置加註的方式表示出來。

他認為此一發現非同小可,因為這是第一次有能力將分子或組織內原子位置的排列情形以影像重建的方式呈現出來,稱為共軛攝影法,並將此發現投稿至舉世聞名的英國《自然》期刊。有趣的是,當時也許人微言輕,此發現並不受青睞而慘遭退稿,理由竟是該發現不具科學價值。當然,兩年後(1973年)此一重大發現終於獲得該期刊接受刊載。

從磁振造影引入觀念開始,到1980年代已實際進入臨床醫學應用,短短三十年間,它已成為臨床醫學上不可或缺的診斷工具。而它的進步更是神速,應用的範圍也越來越廣,舉凡臨床所需的腦病變檢查、器官病變檢查、心臟血管攝影、乳房攝影、脊椎與骨骼造影、腫瘤偵測等解剖造影,MRI 均已成為重要工具。直至2002年,全世界約有22000MRI造影儀正使用著,而每年約有6000萬人次接受檢查。近年來,它更發展出高磁場強度的功能性造影方式,如擴散、微血循環等應用。它的觀念至今仍不斷進步與更新,理論基礎也越趨複雜,軟硬體設備也越加進步,運用的領域也越加廣泛。

 

2005|諾貝爾生醫獎 消化醫學的新紀元 幽門螺旋桿菌的發現

自從馬歇爾等人成功培養幽門螺旋桿菌後,許多人也在胃炎病人的胃黏膜發現此菌,不禁令人懷疑,胃炎到底和這隻細菌有什麼樣的關聯?還是它們只是恰巧落在已發炎的胃黏膜上,彼此沒有因果關係?為了證明幽門螺旋桿菌可能造成胃炎的想法,19847月馬歇爾決定親身試

書籍代號:2REY0010

商品條碼EAN:9786269597659

ISBN:9786269597659

印刷:單色

頁數:1088

裝訂:平裝(塑封)

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