生理医学奖
由于发现动物肿瘤病毒的致癌基因源出于细胞基因(即所谓的原癌基因proto-oncogenes),旧金山加利福尼亚大学的美国教授J · 迈克尔 · 毕晓普(J. Michael Bishop)和哈罗德瓦穆斯(Harold Varmus)分享了今年的诺贝尔生理医学奖。
早在70年代初期,致癌基因假说就风行一时,当时罗伯特 · 许伯纳(Robert Huebner)和乔治 · 托达洛(George Todaro)提出,绝大多数哺乳动物细胞的基因组中携带的类逆转录病毒基因通常均处于休眠状态,但它们一旦被致癌物所激活,则终将导致肿瘤生成。另一派(少数派)的观点认为,被激活的是正常基因,作为逆转录病毒的癌基因原本也是正常细胞基因。
毕晓普与瓦穆斯等人于1976年在《自然》杂志上撰文,指出他们的实验结果支持了上述少数派的观点。他们在文中提供的证据表明,与鸟类肉瘤病毒的致癌基因src密切相关的DNA是作为小鸡基因补体的一部分存在的。同时他们指出他们正着手测试这一DNA究竟是否表为某种或与细胞增殖、发育的正常调控有关或与致癌物诱导肿瘤生成有关的基因。
1976年以来累积的大量数据已经大大深化了最初的发现,几乎所有的肿瘤病毒致癌基因都源出于正常细胞基因。更为重要的是,已经查明,这些原癌基因在正常细胞里也具有活性,活化的结果涉及到细胞的信号传输、增殖和分化。
上述结论对人类癌症的价值并非一开始就广为人们理解。只是到了80年代初,某些细胞基因的异常活化突变(包括许多变形肿瘤病毒的意外发现)导致肿瘤生成后,上述结论才越益被接受。劳斯肉瘤病毒(一种致癌基因)被证实是能将培养细胞诱导为癌细胞的人肿瘤基因,这是表明人类癌基因存在的首次证据,另一位在这一领域作出突出建树的罗伯特 · 温伯格教授却未能分享本年度的诺贝尔奖,最近一期的The Scientist杂志很为此为温伯格鸣不平。
毕晓普和瓦穆斯均在美国接受教育。今年53岁的毕晓普在1968年进加州大学前是美国立卫生研究院(NIH)主攻病毒学的医学博士。1972年起,他任加利福尼亚大学微生物和免疫学教授,长期致力于肿瘤病毒和原癌基因的研究。瓦穆斯今年49岁,可以用“乐此不疲”来形容他在加大的研究工作。他自1982年起任该校生化和生物物理教授,专注于致癌基因、肝炎病毒的研究,近年来更是倾全力于艾滋病病毒的研究。
瓦穆斯和毕晓普两人均以擅长、勤于撰写科学论文著称。瓦穆斯的论文行文之简练、清晰使人马上想起他曾是英语系语言专业的高材生。而毕晓普的论文则使人对癌基因及其作用有了形象入微的理解。他俩今年12月份在领奖时的演讲必定会是一篇引人入胜的科学佳品。
化学奖
耶鲁大学的悉尼 · 奥尔特曼(Sidney Altman)和科罗拉多大学的托马斯 · 切赫(Thomas Cech)因各自独立发现了RNA具有催化活性而共同荣膺了今年的诺贝尔化学奖,这些发现对于最终揭开生命起源之谜具有深远意义并将导致一系列实际应用。
科学家们曾认为生物催化作用仅限于蛋白酶的特定范围。RNA通常被视为是一种被动信息大分子,尽管很早就认识到特异RNA分子在蛋白质合成中具有非信息作用。
揭示生命起源之谜的主要症结之一是阐释信息分子(如DNA)和功能分子(如RNA)现代系统间的相互依存机制。对这一问题的追索吸引了众多的生物学界精英,其中最值得一提的是弗朗西斯 · 克里克(Francis Crick)提出的见解。他认为,兼具信息和功能特性的催化BNA将为难以解答的“鸡 - 蛋孰先孰后”之争提出解释,但这一见解在奥尔特旻和切赫的工作之前仅限于纯猜测阶段,这两位获奖者的工作证实了RNA确具有类似于蛋白酶的催化特性。
奥尔特曼的工作专注于细菌酶核糖核酸酶Po这种核糖核酸酶P能在从大型前体RNA合成成熟的t RNA分子时催化某种特定的卵裂反应。奥尔特曼及其同事在70年代就提出这种P物质具有RNA和蛋白质组分,而这种组分正是催化活性的基本成分。他们意识到,RNA可能会识别核糖核酸酶P的BNA底物。当然,一开始并未认识到RNA有值得重视的催化作用。
与此同时,切赫及其同事正试图通过切割嗜热四膜虫(一种原生动物)的核糖体RNA前体的插入顺序,尔后将其侧面交合构成一个成熟核糖体RNA产物来探究这一过程。切赫小组在1982年得到一个无可置疑的证据:切割和扎结过程能在没有任何蛋白质催化剂的情况下自发产生。虽然很难说这是严格意义上的催化作用,但切赫的发现提供了第一个明证,即RNA可能起到特定催化作用。奥尔特曼及其同事继之发现了核糖核酸酶P中的RNA组分如何在无蛋白质催化剂的情况下催化t RNA成熟的条件。
随着上述开创性的工作,一大批RNA催化作用现象被发现。1986年,切赫小组又发现,从四膜虫核蛋白体RNA前体上切割的部分RNA具有与蛋白质酶相同催化活性,在由这种RNA催化的各种反应中,由五联胞苷酸底物合成的多胞苷酸与RNA聚合作用极为相似。
上述发现由于能采用RNA催化剂处理细胞中特定的RNA分子从而带来了重要的实际应用前景。1988年,构建了源于“自体分裂”植物病毒(即随体RNA,能以高度专一性分裂其他RNA分子),从而朝这一目标迈出了第一步,这一工作开创了利用RNA催化剂抑制细胞和生物体中特定基因表达的可能性,从而导出了一种预防病毒传染的新方法。
物理学
本年度的诺贝尔物理学奖金的一半由哈佛大学的N. F. 拉姆齐(Norman F. Ramsey)获得,另一半由西雅图华盛顿大学的H. G. 德默尔特(Hans G. Dehmelt)和联邦德国的沃尔夫冈 · 保罗(Wolfgang Paul)分享。三位获奖者的工作基于首先由爱因斯坦认识到的受激发射现象。这一现象认为,受激电磁态中的原子通过对应于能量差的电磁辐射频率能诱导到低能量态。
授奖委员会主席英 · 林格伦说:“他们三人创造了准确的计测法,由于这些方法才有可韵进行一些实验,从而迫使物理学家重新审视一些基本的物理定律,特别是有关时空的定律。”基于拉姆齐的发明而建造的原子钟已用于将1秒定义为1个绝原子振动9,192,631,770次的时间,这意味着原子钟在300年的误差为千分之一秒。
拉姆齐的重要贡献在于他简化了I. I. 拉比有关使受激原子经过磁场和频率固定的电磁辐射场从而诱导原子跃迁的方法,拉姆齐引入了第二种辐射场,提供了与第一种镉射场的参照模式,在第一种辐射场中,频率精确的光子仅在某些场合才会诱导某些原子跃迁。由于容积所限,原子跃迁能增加光子的相干性和辐射。
其后,拉姆齐和丹尼尔 · 克莱朋(Daniel Kleppner)发明了氢微波激射器。受激原子在激射器内位于一合适的弯曲空穴内。微波激射器不仅可直接用于高精度地研究氢原子结构,还可广泛用作参照依据。譬如射电天文学中的干涉测量技术。由氢微波激射器提供的精确频率标准$许所观察的无线电信号在可分射电望远镜上作比较,根据不同的高分辨率可计算出无线电图谱。
在拉姆齐的获奖工作和其他相关工作中,精确性是通过促进许多相同原子不间断发射射线所获得的。而保罗和德默尔特的工作旨在以适当排列电磁场的方式来捕获单个离子或电子,以直接研究离子或电子的特性。保罗的工作始于50年代(当时尚在波恩),他首先发明了采用多极磁场聚集离子的方法(如今天在粒子加速器中实行的方法),分离不同质量的离子,将它们置于电场捕集器内。
捕集离子的工作是对爱因斯坦有关辐射的发射和吸收规则的巧妙应用。一个朝电磁辐射源移动的离子通过吸收相应频率的光子可激发到更高能级。而此时即使该离子失去激发态,它仍能发射光子(这时光子的频率略增大到接近多普勒效应的量)。因此,离子发射的光子的频率较其吸收的光子的频率为高,附加的能量在离子运行时排出,离子的运动趋缓。这一工作的要旨在于吸附离子,防止其游离于捕集范围之外。
德默尔特及其同事发展了另外一种稍有不同的方法,一种所谓的彭宁捕集法(Penning trap)。他们在1973年用此方法捕集单个电子,所测得的电子的g 因子(即磁矩偏离其经典数值)的精度达到10亿分之几。类似于拉姆齐的氢微波激射器的工作,这一测量法已用于测试电动力学的量子理论的正确性,这次诺贝尔物理奖的授予表明,物理学的本质是一种测量自然的艺术。
[Nature,1989年10月12~19日]