论文部分内容阅读
我们生活在一个中微子的世界中。在整个宇宙中,中微子的数量仅次于光子,是宇宙中数量最多的粒子之一。在抵达地球的中微子中,大部分都源自太阳内部的核反应过程。中微子几乎以光速在宇宙中传播,基本不与物质发生相互作用。但中微子在离开太阳向地球运动的过程中,一部分中微子会凭空消失,这成为困扰许多科学家的一道难题。
1998年,在深埋于地球深处的巨大设施中,成千上万的机器眼等待着解释中微子秘密的时机。通过实验,梶田隆章所在的超级神冈探测器团队证明,中微子似乎会发生身份“转化”,当时探测器捕捉的中微子是在宇宙射线和地球大气层的相互作用中诞生。
而在地球的另一端,加拿大萨德伯里中微子观测站的科学家们则在研究从太阳过来的中微子。2001年,阿瑟·麦克唐纳所带领的研究小组也证明了这些中微子同样存在类似的转变现象。
殊途同归,二人的这两项实验结果导致了一种新现象的发现——中微子振荡。这一研究解释了中微子消失之谜,也就是说,中微子只是在飞行途中变了身,而并未消失。此外还带来了一个影响深远的结论:长期被认为没有质量的中微子,其实是有质量的。
按照评审委员会的说法,梶田隆章和麦克唐纳的发现对美籍华裔物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁所开创的标准模型理论而言是一个挑战。
标准模型理论是一套描述基本粒子的物理理论,隶属量子场论的范畴,并与量子力学及狭义相对论兼容,是自牛顿经典物理学之后最接近“大一统”的一套自然哲学观。“梶田隆章和麦克唐纳的实验揭示出经典模型理论第一个明显的裂缝,”评审委员会说,“显而易见的是,标准模型理论不可能成为描述宇宙基本构成物如何运作的一套完全理论。”
评审委员会的声明认为,中微子是人类不知如何进一步细分的基本粒子之一,探索它们有助于了解宇宙的演变进程,而证明它们具有质量有助于揭开宇宙奥秘。
人类一个细胞里的脱氧核糖核酸即DNA全长超过2米,人体总共有数十亿个细胞,所有的DNA加起来可以往返地球和太阳250次。DNA承载了人类的全部遗传信息,而它们全是从最初受精卵内的2米长DNA复制而来。
DNA每天都受到紫外线辐射、致癌物等外界物质的攻击,但是就算没有外界伤害,从化学角度而言,任何化学过程内部都很容易出现随机错误。照理说,经几十亿次的DNA复制后,基因应该乱成一锅粥,但基因仍年复一年地保持完整。这得归功于一大群专门负责监视DNA的蛋白质。它们持续地校对着基因组,并对任何已发生的损伤进行修复。
这套被细胞用来修复DNA的工具箱,就这样被今年诺贝尔化学奖的3名得主发现了。
上世纪70年代,科学界曾认为基因是非常稳定的分子。但林达尔看来,DNA是生命大厦的基石,若听任它成为流沙,则一切生命演化现象都将土崩瓦解。他认为,肯定存在一种机制,阻止这块基石的“风化”。在此后的研究中,林达尔找到了“碱基切除修复”——这一概念如今已是教科书中的必修内容——细胞中存在一类蛋白质,寻找碱基错误,将其从DNA链上切掉,从而修复它。
林达尔发现了细胞用来修复DNA的一种办法,实际上,内容丰富的“工具箱”赋予细胞许许多多的手段,来应对种种难题。如果说林达尔发现了一个扳手,那么桑贾尔就是找到了一个钳子,莫德里奇则又发现一把螺丝刀。
桑贾尔的发现揭示了细胞如何应对紫外线对DNA带来的伤害,即将一小段被紫外线损伤的核苷酸切除,切除的范围要比单个碱基更大。
莫德里奇则发现细胞如何修正在细胞分裂过程中可能发生的DNA复制错误。双螺旋结构的DNA在复制时拆成两条,各自作为模板形成新的双螺旋结构,莫德里奇指出,细胞通过标记DNA链条,让自己知道哪条是原有的、哪条是新产生的,从而以旧的为“标准答案”,去修正新产生的链条上不匹配的地方,这就是“DNA错配修复”。
诺贝尔化学奖评审委员会在声明中说,3名获奖者的研究在人类了解活细胞功能、从分子层面解释遗传性疾病成因以及癌症发生发展和人体衰老的机制方面作出了“决定性贡献”。“他们这一发现不仅深化了我们对人体如何运作的了解,还会为丰富拯救生命的治疗手段开辟前景。”(本刊综合) ※