科學之路，惟信念堅定與砥礪前行
截至10月5日，2017年諾貝爾三大科學獎均已揭曉，9位科學家摘得桂冠。
2日晚，作為第一個被公布的獲獎項目，卡羅琳斯卡醫學院將生理學或醫學獎授予了3名美國科學家：傑弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·揚，以表彰他們在研究生物鐘運行的分子機制方面的成就；3日晚，美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩獲得物理學獎，其成就是在「激光干涉引力波天文台」（LIGO）項目和發現引力波方面的貢獻；4日晚公布的化學獎，由瑞士科學家雅克·杜博歇、美國科學家約阿希姆·弗蘭克以及英國科學家理查德·亨德森獲得，他們研發出能對生命分子進行三維成像的冷凍電子顯微鏡技術。
三項成果，無不成就於數十年的努力，而今諾獎的垂青，是對艱難科學道路上砥礪前行、信念堅定之人的最佳鼓勵。
生物節律：生命時鐘的「滴答」
人類心中有兩種看似衝突的原始衝動，一種要將事物簡化到最基本要素，另一種又要通過這些基本要素摸索出更重要的意義。
探究生物鐘的奧秘，是前者；而利用生物節律的分子機制改善人類健康，則是後者。
生物鐘這個辭彙，人們其實相當熟悉。這部體內的時鐘，可以在一天之中的不同時段，對我們的生理功能進行著非常精準的調節，有助於為日常的生理機能做好準備，但是，它的運作機制卻一直成謎。
其實早在上世紀六、七十年代，生物學家們已經開始了生物鐘相關基因的研究。直到80年代中期，三位美國科學家才打破傳統，從果蠅中分離出一種能夠控制晝夜節律的基因，以大膽的實驗揭開了與生物鐘有關基因的產生、運作機制，並於後來30多年裡，在這一領域的研究中越鑽越深。
這項研究成果的最大價值在於，該調控機制也同樣適用於人類。而能夠從基因變異角度研究哺乳動物的生物節律，亦為後來的科學家們進一步治療遺傳性疾病鋪平了道路。
對生物鐘基因密碼的求索，最終為促進人類健康做出了巨大貢獻。這一份價值，不管有沒有諾貝爾獎，它都在那裡。
引力波：一場寰宇有聲電影
引力波獲獎，其實是40多年的努力成果。
LIGO天文台如一面巨大的豎琴，以激光為弦，但只有宇宙中高度動態的事件才有本事撥弦。弦多年未響，LIGO潛伏時空蛛網一角，等待捕捉獵物。
以當年的眼光來看，同樣的建設資金放到大型望遠鏡上才是正途，投在LIGO上等同冒險。這個項目可以依靠的，只有「愛因斯坦的名聲」以及數位科學家們的堅持。
但堅持的結果我們都知道了，LIGO找到了要找的東西。
正是這次收穫，讓天文學迎來了一次革命——從16世紀伽利略的望遠鏡發現原本一片黑暗的天空竟蘊藏著豐富細節，到全球聯網的射電望遠鏡群向遮蔽我們視野的天幕發起挑戰，人類從未放棄對星空的展望。但此前的成果，呈現給人們只是一部默片，引力波卻可以讓我們聆聽到宇宙的隱匿之音，領略一場寰宇有聲電影。
可見光、無線電波、紅外線……這些都是由單個原子或電子發出的，只帶有天體的單一特性。但引力波迥然不同，它能告訴我們大質量天體運行的全部信息——這是一個400年來探測太空最根本、卻最先進的器具。
捕捉宇宙時空里捉摸不定的漣漪，這個項目在最初被嘲諷為「妄想」。但科學家們的信念一步步把我們引向檢驗它的邊緣，更見證它成為事實。
冷凍電鏡：借雙「上帝之眼」
自2013年以來，一項技術——低溫冷凍電子顯微鏡，開始成熟並得到大量應用，是以在2013年之前和之後，分子結構顯像效果有了鮮明對照。這一點，諾獎評委會特意於發布會上呈現給世人。
上世紀70年代到90年代之間，3位科學家分別開發出了圖像合成演算法，將電子顯微鏡模糊的二維圖像合成清晰的三維圖像；改進了傳統電子顯微鏡，獲得了原子級解析度的圖像；以及研發了將液體水迅速冷凍成玻璃態，從而使生物分子保持自然形態的技術。正是這些發明，讓冷凍電鏡的各個部件都得到優化，才奠定了近年來眾多科學家所稱的「生物化學革命」。
因為冷凍電子顯微鏡技術的出現，我們能看到的微觀世界從圖片左側的樣子，變成了右側這樣。圖片來源：The Royal Swedish Academy of Sciences
工具的創新，產生了比發明本身更了不起的影響。憑藉「上帝之眼」，此往不為人知的分子生命狀態被揭露，結構生物學翻天覆地。而對於人類來說，理解生命機理、研究開發新葯，自此不可同日而語。
正如評選委員會所說，科學發現常建立於「對肉眼看不見的微觀世界真實顯像」這一基礎之上，可惜在漫長一段時間裡，舊顯微技術只適用於「無生命」樣品，無法充分展示分子生命周期全過程，生物化學圖譜上因此有了「留白」。而冷凍電鏡的出現，終將整個領域推入了全新紀元。
本文分享自
國際新科技
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