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交叉学科与诺贝尔奖(2)
http://www.100md.com 2016年12月1日 《百科知识》2016年第23期
     在随后的几十年中,磁共振主要使用于研究物质的化学结构,再后来导致磁共振成像在医学上的应用。水构成人体体重的约三分之二,在人体不同组织和器官中的水分是不一样的。许多疾病的病理过程会导致水分的变化,这种变化恰好能在磁共振图像中反映出来。

    通过先进的计算机程序,可以创建一个反映组织化学结构,包括不同水含量和水分子运动的三维图像。如此一来就可能在被观察的身体部位产生非常清晰的组织和器官的图像。用这种方法可以弄清疾病的病理变化。

    对磁共振现象进行研究所产生的成果还远不止于此,与这个内容相关的研究还获得了另两次诺贝尔化学奖。1991年,瑞士的理查德·欧内斯特由于研发高分辨核磁共振分光术的贡献而获得该年度诺贝尔化学奖。2002年,同样是瑞士的库尔特·伍思里克因发明核磁共振分光镜检查以确定溶液中的生物大分子的三维结构而获得诺贝尔化学奖。

    这两次化学奖当然是物理学与化学结合的结晶。

    交叉学科的魅力

    为什么生物、生命科学、医学、化学和物理学的交叉学科成果最容易受到诺贝尔奖的青睐?

    答案应当是比较清晰的,交叉学科是比较容易出成果的富矿。粗略回顾一下从1901年以来的诺贝尔自然科学奖就可以知道,上述这些学科的内容是难以分割的,而且只有学科交叉才容易获得突破性的发现和发明。

    1998年的诺贝尔生理学或医学奖授予三位美国科学家,罗伯特·F.弗奇戈特、路易斯·J.伊格纳罗和弗里德·穆拉德,因为他们发现硝酸甘油及其他有机硝酸酯可释放一氧化氮气体,而后者能扩张血管平滑肌从而使血管舒张,这是生物化学和生物医学的内容。

    2004年的诺贝尔化学奖授予以色列的阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫尔什科和美国的欧文·罗斯,因为他们发现了泛素对蛋白质降解(死亡)的调节,这也是生物医学和化学的内容。

    2006年诺贝尔化学奖的内容也涉及生物化学和生物医学。美国科学家罗杰·科恩伯格因在真核转录的分子基础研究领域做出的贡献而独自获得该年度的诺贝尔化学奖。科恩伯格揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储存的信息生产蛋白质,也就是真核生物必须先将储存在基因里的信息备份并传送至细胞外层,细胞再利用这些信息生产蛋白质,这个过程也称为转录。

    上述获奖和2016年的化学奖所表彰的内容实际上既是生物、医学的,也是化学的,而且很难严格区分它们到底是生物学、医学还是化学,因为三者已经有机结合在一起了。更能说明问题的是,两次获得诺贝尔奖的英国科学家弗雷德里克·桑格。1958年他的第一次获奖是化学奖,因为他完整测定了胰岛素的氨基酸序列,证明蛋白质具有明确构造;他的第二次获奖是在1980年,同样获得诺贝尔化学奖。他发明的快速DNA测序方法(双去氧终止法)“打开了分子生物学、遗传学和基因组学研究领域的大门”。这两次获奖均为生物、医学和化学的内容。

    如果说生物、医学和化学是一些有比较天然联系的学科,因而容易结合在一起并拓宽视野和获得成果的话,那么,在跨度较大的学科之间驰骋纵横难度就更大一些。但越是在这些难度大的地方,越容易发现真理,关键是不要让真理从鼻尖溜走。2003年的诺贝尔生理学或医学奖就是如此,即把磁共振成像技术应用到医学领域,采用物理的技术和方法来研究医学,极大地方便了疾病的诊断和治疗,取得创造性成果。

    交叉学科容易获得成果的原因有三。一是旧有的学科领地已经深耕细作得比较充分了,要挖掘出新成果相对困难;二是随着社会的需求和科学的发展,旧有学科的划分需要突破,新的学科则会应运而生,而新学科大多会建立在多学科的结合部位上;三是交叉学科本身就是一个新领域,在他人尚未耕种的土地上耕耘,获得新发现新成果的概率会更大一些,因此,交叉学科就成为创新的基地之一。

    在交叉学科领域进行研究或运用交叉学科的技术和方法进行研究并非简单地把不同学科组合起来,而是有多种层次,一是捆绑式学科交叉,二是渗透式学科交叉,三是螯合式学科交叉。所谓螯合是具有两个或两个以上配位原子的多齿配体与同一个金属离子形成螯合环的化学反应。所有这些交叉都不可避免地会产生新的学科生长点,也会产生较多的重大成果。

    今天的科学研究是多学科之间的合作与交流,只有在交叉学科方面,才有更多未开垦的处女地,才会获得更为丰厚的成果。

    【责任编辑】张田勘 (郭兴)
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