雖然沒文學 至少有科學 2018年諾貝爾科學獎預測

今年的諾貝爾文學獎因為評審醜聞的關係而注定缺席了,但這不影響科學獎項的頒發,從10月1日開始三天,將陸續公布生物與醫學獎、物理學獎與化學獎。「科學內幕」(Inside Science)製做了可能的得獎預測,包括癌症與病毒的研究、量子糾纏、鋰電池等,有些是理論研究,有些是實際已應用的發明。

諾貝爾獎包括獎章和獎金,去年獎金達到900萬瑞典克朗(折合為新台幣3093萬),每個獎項最多容許有三名獲獎者。然而這一方針經常引起爭議,因為現代科學的研究成果,通常是研究團隊的集貢獻,絕對超過3個人。比如「基因編輯技術」的CRISPR,對於現在的基因工程技術貢獻奇大,獲獎是完全合理的,然而誰是發明人一直很有爭議,如何選出3人?就看評委的智慧了。

「科學內幕」提出的預測,是一些重要的發現與發明,甚至已經實用化許久,但至今卻卻還沒有獲獎。

生醫獎可能是:

1.強大的微生物群(The Mighty Microbiome):幾十年前,研究人員很少考慮我們體內的微生物對健康的貢獻,雖然我們早已知道「益菌」的作用,但沒有太多重視,但是人類內的眾多微生物,它們的地位可能可以被視為一種器官,因為在保持身體健康方面,發揮著許多關鍵作用。

該領域的主要進展來自美國聖路易斯華盛頓大學的傑佛瑞.戈登(Jeffrey Gordon,現年71歲)。1996年戈登和他的研究生林恩.布雷(Lynn Bry)發現,小鼠的腸道微生物,直接影響小鼠的健康,因為它控制著代謝碳水化合物的效率,一言以蔽之,就是腸內細胞直接影響肥胖與纖瘦。在供食量相同的情況,腸道內沒有足夠微生物的小鼠容易肥胖,而有著足夠微生物的小鼠,身材不易走樣。

這項發現直接影響腸道醫學的進步,從而更了解抗生素的使用風險,甚至還以此為靈感,發明出「糞便移植」的腸胃治療法。

戈登被譽為「微生物群研究之父」。

2.癌症病毒獵人(The Cancer-Virus Hunters):以往我們以為,癌症就是異化的細胞,至於異變原因則很多,但沒人想到與病毒有關。然而現在我們知道,估計有15~20%的人類癌症,是來自病毒引發:病毒會將自己的遺傳物質,縫進人類的基因組中,成為我們基因裡的不穩定因子。

1994年,美國匹茲堡大學的張遠博士(生於台北市,5歲移民美國,現年59歲)與她的丈夫派屈克.摩爾(Patrick S. Moore,現年61歲)的夫妻團隊,利用創新技巧發現了一系列的致癌病毒,他們沒有尋找病毒粒,而是從癌細胞中,減去正常的人類基因,發現剩下的基因來源於一種常見的皰疹病毒,他們將其命名為為人類皰疹病毒8型(HHV-8)。

通常皰疹病毒會被我們的免疫系統壓制,但是在免疫功能低下的病弱人群中,它可以引起細胞變化,比如促進生長和關閉自然細胞死亡,這就造成細胞癌化的風險。

張與摩爾依據這項發現基礎,又在2008年使用了類似的方法,來識別另一種與皮膚癌有關的美克爾細胞多瘤病毒(Merkel cell polyomavirus ),顯見他們的研究方向是正確的,因此得到許多實驗室的引用,「病毒與癌症」成為新的研究領域。

3.檢查點抑製劑(Checkpoint Inhibitors):這套技術是由美國的艾利森(James P. Allison,現年69歲)和日本的本庶佑一(現年76歲)起發明的,他們修改人體免疫細胞對癌細胞的「敵我識別」能力,使免疫細胞能重新偵測到癌細胞並加以消滅,這項研究也被稱為「免疫療法」。

檢查點抑製劑可能具有顯著的副作用,但它被證明是有效的,甚至對某些以前無法治癒的晚期癌症也是如此。唐獎於2014年已頒發過該項貢獻。

物理學獎可能是:

1.量子糾纏(Quantum Entanglement):量子糾纏是量子領域的一種奇特現象,一對共生的量子,兩者的變化會即時發生,不管它們距離有多遠。愛因斯坦也無法解釋原理,他稱為「遠距離的幽靈行動」(spooky action at a distance),他並不喜歡這個稱呼,但也沒辦法。

雖然這個現象至今無解,但是它可能將實現超光速通訊。差不多一年前,中國大陸的研究人員進行了第一次量子加密的視通話,這是量子糾纏實用化的重要關鍵,因此今年的諾貝爾物理學獎可能會重視這個發現,不過他們應該是頒獎給提出實驗方法的科學家,比如2010年進行量子糾纏實驗的艾倫.阿斯佩(Alain Aspect,現年71歲)、約翰.卡勞瑟(John Clauser,現年75歲)和安東.澤林格(Anton Zeilinger,現年73歲)。

2.鈣鈦礦太陽能電池 (Perovskite Solar Cells):鈣鈦礦太陽能電池是目前進展最快的太陽能電池。鈣鈦礦是一種礦物,最早在俄羅斯烏拉爾山脈發現的。

2009年,日本橫濱東南大學的宮坂力(Tsutomu Miyasaka,現年73歲)首次提出太陽能電池中使用鈣鈦礦的想法,在經過幾代的改良後,發電效果已超過20%,可與傳統矽太陽能電池的性能相媲美。

鈣鈦礦太陽能電池具有許多優點:製造相對便宜、可以吸收所有可見波長的太陽光能量、可以用噴塗表面來製作。但是它也有缺點,比如許多鈣鈦礦含有鉛,而鉛是有毒的。但如果研究人員能夠解決這些問題,那麼這項技術的未來前景一片光明。

雖然在諾貝爾委員會的眼中,實質的技術性商品,可能是一個不利因素,通常諾貝爾獎會給予基礎科學。然而2014年得到物理學獎的藍光LED,就破除了這個不成文慣例,因此鈣鈦礦太陽能電池得到物理獎的機會是存在的。

3.將光線給減速甚至凍結(Slowing and Stopping Light):大家都知道,光是已知物理學中行進最快的,在真空中以每秒30萬公里的速度傳播。但近幾十年來,科學家使用特殊材料,將光線減速到比人走路的速度還慢,並在某些情況可以完全把光線凍結。

1999年,由丹麥物理學家萊娜.豪(Lene Hau,現年58歲)領導的哈佛大學的研究人員,將光線通過絕對零度附近的鈉原子氣體,使光線慢的相當緩慢,因為原子形成了一種奇異的物質狀態,稱為「玻色-愛因斯坦凝態」(Bose–Einstein condensate)。

後來的實驗持續減緩了光線,在2001年,研究人員成功將光線完全停止了大約一毫秒。2013年,德國科學家把光線凍結在晶體內長達整整一分鐘。這些實驗不僅僅是物理學家的技巧,以這種方式操縱光,也可能改革電腦和通信網路的發展。

假如最終由豪女士得獎,那她將是50年以來,首位女性物理學獎獲得者。

化學獎可能是:

1.基因編輯技術(CRISPR):前文說過,基因編輯技術一直是諾貝爾獎的候選名單,今年也不例外。該技術是發現細菌中具有「分子剪刀」,可以將DNA的片段切割,並黏貼到其他生物體的基因組中,科學家已經成功向細菌借來了這把分子剪刀。其影響自然是巨大的:基因改良比以往都要迅速又精準,這已經應用在農業改良畜產改良上。

科學家們甚至認為,它可以用來消除像亨廷頓跳舞症(Huntington’s chorea)那樣棘手的遺傳性疾病(它很難用基因檢測發現),並且增強脆弱的作物對氣候變化的抵抗力,甚至可以創造出滅絕物種。

然而, 誰是CRISPR技術的發明人卻搞不定,包括加州大學伯克萊分校的生物化學家珍妮佛.杜德納(Jennifer Doudna),德國柏林馬克斯-普朗克研究所的感染生物學家艾瑪紐艾爾.恰彭蒂(Emmanuelle Charpentier),以及布朗大學的的生物化學家張鋒(Feng Zhang)都認為自己的研究團隊才是CRISPR技術的關鍵。

2.鋰離子電池(Lithium Ion Batteries):鋰電池已不用多做說明,它已經太常見了,可以說它正在為世界提供動力,然而該項發明卻還未領到諾貝爾獎。

鋰電池的重要貢獻者,包括紐約州立賓漢頓大學的史丹利.惠汀漢(Stanley Whittingham),他起草了鋰電池的初步設計;德州大學奧斯汀分校的約翰.古德諾(John B. Goodenough)發明第一具實用化鋰電池;日本名古屋名城大學的吉野彰(Akira Yoshino)也在很大程度上創造了現代鋰電池。如果技術最終得到認可,這3人都可能成為獲獎者。

3.點擊化學(Click chemistry):點擊化學是化學合成的一項新領域,它可在單一容器中,以高率率進行不對稱催化反應,是未來製作小分子藥物的極佳方法。

這是由前麻州理工學院的巴里·夏普萊斯 (Barry Sharpless )所發明的,其實夏普萊斯早已在2001年,因「不對稱催化反應」而獲得諾貝爾化學獎,而點擊化學正是依這個研究為基礎的下一階段。

夏普萊斯發明了「點擊化學」這一詞來描述合成化學的另一項突破,他也認為該研究夠資料得到另一個諾貝爾獎。

中時電子報 江飛宇

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