諾貝爾物理與化學(xué)獎(jiǎng)青睞顛覆性發(fā)現(xiàn)

北京時(shí)間10月6日，2015年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，日本科學(xué)家田隆章（Takaaki Kajita）和加拿大科學(xué)家阿瑟·麥克唐納（Arthur B. McDonald）因“發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，表明中微子具有質(zhì)量”而折桂。

7日，瑞典、美國(guó)、土耳其三位科學(xué)家馬斯·林達(dá)爾（Tomas Lindahl）、保羅·莫德里（Paul Modrich）和阿齊茲·桑賈爾（Aziz Sancar）分享了2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)理由是“DNA修復(fù)的機(jī)制研究”。

今年的諾貝爾物理獎(jiǎng)與化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，均顛覆了科學(xué)家的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)：中微子振蕩的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了中微子具有質(zhì)量，這一發(fā)現(xiàn)改變了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，此前該模型認(rèn)為中微子是沒(méi)有質(zhì)量的；而在DNA修復(fù)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)與研究之前，科學(xué)家一度認(rèn)為DNA雙螺旋是固定不變的結(jié)構(gòu)。

中微子振蕩：豐富了人類(lèi)的宇宙觀

中微子，為輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一，不帶電，質(zhì)量極小，與其他物質(zhì)的相互作用十分微弱，在自然界廣泛存在?？茖W(xué)界從預(yù)言它的存在到發(fā)現(xiàn)它，用了20多年。

1998年日本神岡探測(cè)器發(fā)現(xiàn)中微子可以從一種種類(lèi)轉(zhuǎn)變成另一種種類(lèi)，稱(chēng)為中微子振蕩，間接證明了它們具有微小的質(zhì)量。這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家小柴昌俊獲得2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2000年前后，日本宇宙線研究所主任、東京大學(xué)教授田隆章通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，太空中的中微子在飛向超級(jí)神岡探測(cè)器途中在兩個(gè)種類(lèi)間變換；同時(shí)，加拿大皇后大學(xué)名譽(yù)教授阿瑟·麥克唐納的團(tuán)隊(duì)證實(shí)，來(lái)自太陽(yáng)的中微子在飛向地球的途中并沒(méi)有消失，加拿大薩德伯里中微子天文臺(tái)以另外一種種類(lèi)捕捉到了這些中微子。

兩人再次因中微子振蕩獲得諾貝爾獎(jiǎng)，而田隆章正是小柴昌俊的學(xué)生。

諾貝爾官網(wǎng)對(duì)物理學(xué)獎(jiǎng)的評(píng)價(jià)說(shuō)， 田隆章與阿瑟·麥克唐納的實(shí)驗(yàn)成果證實(shí)中微子可以改變種類(lèi)（又稱(chēng)“味”），進(jìn)而證實(shí)了中微子具有質(zhì)量，這一發(fā)現(xiàn)改變了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)內(nèi)在運(yùn)作方式的理解，并且對(duì)我們的宇宙觀的形成有極其重要的作用。

中微子振蕩、中微子有質(zhì)量這一發(fā)現(xiàn)，改變了科學(xué)界此前對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹俊對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者分析，證實(shí)中微子有質(zhì)量會(huì)直接改變粒子物理對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，甚至改變對(duì)宇宙演化的認(rèn)識(shí)。138億年前，宇宙大爆炸后產(chǎn)生了無(wú)數(shù)的粒子，后來(lái)演化成現(xiàn)在的宇宙，從大尺度上看，早期的宇宙密度漲落使得宇宙本身更像一張網(wǎng)，“如果中微子有質(zhì)量，宇宙這張網(wǎng)看起來(lái)就會(huì)模糊一點(diǎn)，會(huì)把一些痕跡抹平”。

中微子有質(zhì)量的發(fā)現(xiàn)，可能推進(jìn)科學(xué)家對(duì)反物質(zhì)研究的進(jìn)展。按照宇宙大爆炸理論，正物質(zhì)與反物質(zhì)成對(duì)出現(xiàn)，有一個(gè)正物質(zhì)，就有一個(gè)相應(yīng)的反物質(zhì)?？墒乾F(xiàn)實(shí)的世界中只有正物質(zhì)，科學(xué)家一直在嘗試解釋反物質(zhì)去了哪里。

DNA修復(fù)機(jī)制：開(kāi)啟治癌大門(mén)

自1953年美國(guó)科學(xué)家沃森、英國(guó)科學(xué)家克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，并獲得1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)以來(lái)，科學(xué)家相信帶有遺傳基因的DNA是固定不變的。

上世紀(jì)60年代末期，林達(dá)爾在美國(guó)普林斯頓大學(xué)做研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)DNA并不如想象般穩(wěn)定，而是會(huì)出現(xiàn)緩慢但明顯的衰變，且細(xì)胞每天會(huì)進(jìn)行無(wú)數(shù)次繁復(fù)的DNA復(fù)制程序，大幅增加出錯(cuò)機(jī)會(huì)。林達(dá)爾認(rèn)為，背后存在一個(gè)保護(hù)機(jī)制，這一機(jī)制維持著DNA整體穩(wěn)定。

憑借這一信念，林達(dá)爾展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)35年的科研工作，辨認(rèn)出多款協(xié)助細(xì)胞監(jiān)察和修復(fù)受損DNA以及它們修復(fù)的機(jī)制。

美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校生物化學(xué)教授桑賈爾發(fā)現(xiàn)，部分細(xì)菌經(jīng)致命劑量的紫外線照射后，在藍(lán)光下能夠自我修復(fù)，并且細(xì)菌在有光和無(wú)光下存在兩套不同修復(fù)機(jī)制。該研究結(jié)果于1983年公布。桑賈爾發(fā)現(xiàn)，雖然人類(lèi)DNA修復(fù)機(jī)制較細(xì)菌復(fù)雜得多，但從化學(xué)角度看，所有生物的修復(fù)機(jī)制都是大同小異。

美國(guó)杜克大學(xué)教授莫德里則在接觸到一款能把DNA甲基化的“Dam甲基化”時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞只會(huì)對(duì)沒(méi)甲基化的DNA進(jìn)行修復(fù)，反映細(xì)胞或把甲基化視為“正確DNA”的標(biāo)示，從而揭開(kāi)另一款修復(fù)機(jī)制。

對(duì)這三位科學(xué)家的工作，諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)稱(chēng)，從分子水平上揭示了細(xì)胞是如何修復(fù)損傷的DNA以及保護(hù)遺傳信息的，為人類(lèi)了解活體細(xì)胞如何工作提供了最基本的認(rèn)識(shí)，并有助于很多實(shí)際應(yīng)用，比如新癌癥療法的開(kāi)發(fā)。