为什么诺贝尔化学奖经常颁给生物学或者物理学方面的成就?

作者:中国科学院生物物理研究所 叶盛

  我是做生物的,从这个角度试着回答一下吧。
  近几十年来,生物学,或者说生命科学的一大发展特点就是——尺度微观化。传统的生物学研究的是生命个体、群体、物种,而现在的生物学更多研究的是细胞、蛋白质、基因。以我做的结构生物学为例,无论是近两年大火的冷冻电镜三维重构,还是已经“年过半百”的X射线晶体学,都是以埃(Angstrom)为单位来谈论问题的,这是10的-10次方米,也就是0.1纳米,到达了原子尺度,可以看到原子之间的共价键连接。在结构生物学的文章中,经常会讨论长度为2埃左右的氢键作用,或是更短一些的配位键,甚至是不到1埃的原子位移。这些名词摆出来,不是化学又是什么呢?
  总而言之,当我们研究生命问题时,研究的对象是蛋白质或核酸等生物大分子,且并非将之视为一个不可分解的单元,而是探究生物大分子内部细节(氢基酸、碱基、化学键、原子)的功能意义与变化调控时,在这个层次上的生命问题实际上遵循的是化学的规律,理所应当属于化学的范畴。细胞生物学的研究往往不会涉及诺贝尔化学奖,就是因为在他们的研究中,蛋白质只是一个不可分解的功能单元,他们更多关注的是蛋白质与蛋白质之间,或与核酸之间的相互作用。
  以上述标准来评判,DNA修复显然是研究DNA分子内部细节的变化(错配、损毁、复原),自然是要得化学奖的。
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  微观生物学的学科名称是个很有意思的问题。我的工作单位是中科院生物物理研究所,常常被外行人简称为“物理所”。估计被真正中科院物理研究所的人听到,要哭晕在厕所里了。
  关键是,我们自己也不希望被人叫作“物理所”,因为我们是正经研究生命问题的研究机构,只不过采用的研究手段不是细胞生物学或化学为主,而是以物理学手段为主,比如电子显微镜,核磁共振,X射线晶体学等等,还包括质谱、光吸收、光散射、圆二色谱、分析超离、SPR、ITC等等如今已经常规化的物理学检测手段。当然,我们也做细胞生物学的实验,也做生物化学的实验(实际上我们的学生大部分时间都是在做生物化学的事情),但提供我们研究课题关键突破的实验证据大都是来自于物理学实验手段。
  说起来,我比较欣赏哥伦比亚大学时所在系名称的准确性:生物化学与分子生物物理学系。这个名字基本上对应的就是当今在分子层次的生命科学研究,实际上也体现了生物化学与生物物理学在分子层次生命问题研究中的密不可分。之所以强调“分子”生物物理,是因为生物物理学还包括用物理学手段研究更大尺度的生物学问题,比如近年很火的用功能核磁成像来研究思维与意识,或是传统的用电生理手段来研究神经细胞。这两者在我们生物物理所也有人做,所以说,我们的名称也是挺精准的,呵呵。
  至于微生物学,地球人都知道,那是说细菌和病毒的。当时大概也没想到以后生物学会发展到更微的程度。
  而“分子生物学”最奇葩,基本用于专指DNA相关的生物学研究了。蛋白质弱弱地问:难道我不是分子吗?
  这么来看,“贵圈好乱”……

作者:中国科学院化学研究所 李风煜 

  学科发展现状:化学是一门发展比较成熟的基础学科。如今化学的发展进入了当前的科学相互渗透时期。物理学的发展,各种物理测试手段的涌现,促进了溶液理论、物质结构、催化剂等领域的研究,尤其是量子理论的发展,解决了化学上许多未决的问题,物理化学、结构化学等理论逐步完善。同时,化学又向生物学和地质学等学科渗透,使过去很难解决的蛋白质、酶等结构问题得到深入的研究,生物化学等得到快速的发展。当前的化学已经离不开物理和生物。

  诺贝尔化学奖的评选标准:当年度在化学方面有最重要发现或改进的,并因此推动科技进步,促进其生产力发展,已经或极有潜力最终转化为大资产阶级可获取的巨额利润的一人或几人,授予诺贝尔化学奖。正如2014年的诺贝尔化学奖的得主的工作将光学显微技术带到了纳米尺度,他们突破性的工作将光学显微技术带到了纳米尺度,极大地促进了生物材料领域的发展。2013年的例子,实际上这个工作开拓了理论计算化学中大分子理论模拟的新方法。然后大量的理论化学家用这一方法解决了以前不敢解决的理论问题。对于化学的贡献,当然比合成一大堆有机物来的大。而传统的化学已经有了一个清晰的套路,因此这样的工作很难具有得奖的实力。