諾貝爾獎
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如何創造偉大的實驗室
如何創造偉大的實驗室
知識通訊評論第121期
創立滿五十年的英國劍橋分子生物實驗室,被譽為世界上科學實驗室的成功典範。回顧科學實驗在歐洲的發展歷史,實驗室主持人的個性、眼界以及樹立的風格,是創造一個偉大實驗室的關鍵要素。
什麼因素會造就一個突出的實驗室?在過去幾個世紀中,已經有幾個這樣特殊的地方,但沒有哪個比得過英國劍橋的分子生物學實驗室。十月初該實驗室慶祝它得到自己的建築的五十週年,也是四位該實驗室科學家獲頒諾貝爾獎的五十週年。他們是肯德魯(John Kendrew)、佩魯茨(Max Perutz)、華生(James Watson)和克里克(Francis Crick)。
總體而言,劍橋分子生物學實驗室在其輝煌的歷史中,共擁有九次諾貝爾獎的十三名得主,加上另外八位曾在此暫時培訓或工作的得主。身為劍橋大學卡文迪西實驗室的一個單位,分子生物學實驗室誕生前就有卓越的歷史。很少有人敢預測,其獨立的存在會如此成功且成果豐碩。然而,從歷史看來,它與其他優秀實驗室有共同的特點。這包括生產科學知識的新方法、訓練研究者的新方法、環繞一個新興科學領域的創新和興奮;也許最核心的,是有一個有天賦的人,並具備讓事情做成的個性和遠見。
因此,劍橋分子生物學實驗室可以視為是一個可以追溯到十九世紀初物種的現代化典範。以前的卓越中心有不同的氛圍,反映了他們的時代的科學文化。但是,所有卓越中心都共享一些重要的明星特質。為了尋找這些特質,在這裡我簡要的檢視劍橋分子生物學實驗室的三個先例以及其母實驗室。
實驗室生活
在十九世紀以前,大多數實驗室是單人的工作場所,有時會有一兩個助理。化學家拉瓦錫(Antoine Lavoisier,一七四三~一七九四),與陪伴在他身邊的妻子,是典型的這種模式。妻子和僕人經常襄助工作。李比希(Justus von Liebig,一八○三~一八七三)明確地改變了這種格局。
李比希在德國吉森大學的化學實驗室成立於一八二六年,並獲得了國際聲譽。它吸引來自歐洲各地的學生,並使李比希獲得「化學家培育者」的聲譽。他的實驗室是使德國大學令許多人羨慕的研究和教學機構的一個早期例子。它從一個房間起家,實驗桌環繞著房中的一個火堆。李比希對化學物質組成和他們反應的研究非常出色;他對於農業、工業和生物學問題的專注,為他的研究帶來高度主題化的風格。
他訓練他的門徒小心謹慎,尤其在定性分析更是如此。學生蜂擁向他求教,結果隨著他的學生轉移到其他地方的要職,十九世紀中期的歐洲化學也產生了明顯的李比希風格。識別尖端問題的能力,以及培養學生解決這些問題,標記了他的成就。整個德國大學系統的生物醫學與自然科學學門,廣泛地採用了李比希的創舉。
培訓也是生理學家巴甫洛夫(一八四九~一九三六)重點的一部分,但他將他自己的組織天賦,帶入他在俄羅斯聖彼得堡一手策劃的「生理工廠」,那裡以對狗的研究聞名。他將一些製造業的作法,應用在科學知識生產之上。巴甫洛夫手下的研究人員是最早開始專業分工不同的研究冷領域(如外科手術、化學、狗處理)的之一。就連狗也有專業的區分。許多狗分別有永久胃瘺、食管、胰腺或其他外科問題,讓巴甫洛夫可以即時檢查其生理機轉。
巴甫洛夫的「實驗室」最終佔領了一整個建築;這已經接近「實驗室」這個詞的現代用法,與和更早時候大多數研究者的單一房間,已不可同日而語。隨著科學變得更加複雜和相互合作,實驗室的實際結構比起我們用來形容的語言,進化得更快。
【2012 諾貝爾獎特別報導】-化學獎
【2012 諾貝爾獎特別報導】- 化學獎
翻譯 ∣ 蔡蘊明﹝台大化學系名譽教授
細胞與感知(Cell and Senses)
我們眼、鼻及口中的感官擁有對光、嗅或味的感測器。在人體內,細胞具有類似的感測器來探知荷爾蒙以及各種訊號物質,常知的有腎上腺素(adrenalin)、血清素(serotonin)、組織胺(histamine)與多巴胺(dopamine)。當生命在演化時,細胞不斷的利用同樣的基本機制來讀取它們的環境:但是負責感測的主角─G-蛋白偶聯受體(G-protein coupled receptors)多年來卻隱藏在研究者未知之處。
如果你工作到很晚,月亮已高懸夜空,你正從偏僻的公車站走回家。你突然聽見後方傳來的腳步聲,聲音快速的迫近。「沒什麼好擔心的。」你告訴自己:「不過是另一個被操到太晚的員工罷了。」但是,一種毛骨悚然的感覺油然而升,有人似乎迫近到了你身後…
你立刻拔腳向家門狂奔,打開前門的鎖時,你整個身體都在顫抖,心在狂跳,而且不斷大力的喘息。
當你的眼睛瞥到迫近的黑影時,整個身體已經轉換到逃跑的模式(圖1)。腦部傳來的神經訊號傳給了身體一個初步的警訊。腦下腺將激素(或稱荷爾蒙)釋放到血流中,被喚醒的腎上腺開始湧出皮質醇(cortisol,或稱可體松)、腎上腺素以及去甲基腎上腺素(noradrenalin,又稱正腎上腺素)。這些物質發布了第二次的警告:應該是拔腳而逃的時機了!脂肪細胞、肌肉細胞、肝、心臟、肺以及血管全部立即反應,血管內湧入了糖與脂肪,氣管擴張,心跳加快 — 這些都可讓你的肌肉獲得能量與氧氣,目標在使你跑得愈快愈好,以便救命。
一個人的體內,有數十億計的細胞相互作用,它們大部分各自發展出了不同的角色。有些儲存脂肪,有些產生視覺,又有的產生激素或製造肌肉組織…。為了能讓身體適當運作,非常重要的是細胞必須和協運作。要能感知環境,而且認知道周遭發生的事情,身體就需要感知器。
位於細胞表面的感知器稱為受體 (receptors),美國杜克大學(Duke University)的羅伯雷柯維茲(Robert J. Lefkowitz)與史丹福大學的布萊恩柯比卡Brian K. Kobilka 二人因為釐清了一類被稱為G-蛋白偶聯受體家族(簡稱GPCRs)的物質及其在體內的運作,共享今年(2012)諾貝爾化學獎的桂冠。在這個龐大的生化物質家族中,包括了腎上腺素、多巴胺、血清素、光線、口味與嗅覺等…的受體物質。許多的生理作用大都與GPCRs有關,大約有一半的藥物例如b-阻斷劑、抗組織胺以及各種精神藥物等,是透過GPCRs受體物質發揮作用。
了解GPCRs生化運作的知識會大大的造福人類,不過這些受體卻在科學家的眼下藏匿了很久。
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(三)化學獎
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(三)− 化學獎
東吳大學化學系王榮輝助理教授編譯/臺灣大學科學教育發展中心陳藹然責任編輯
今年湯森路透社(Thomson Reuters)選出在醫藥、物理、化學和經濟領域有可能獲得諾貝爾獎候選人,這些『湯森路透引文桂冠』(Thomson Reuters Citation Laureates)得主,在各自研究領域中以被大量引用的文獻證明他們的在科學上的成就是『諾貝爾級』。
2012年湯森路透引文桂冠在化學部門得獎的三個研究分別是:量子點(Quantum dots)[1]、金催化(Gold catalysis)[2]和二氧化鈦光觸媒(Titanium dioxide photocatalysis)[3]。
(一)、量子點(Quantum dots)
研究者:Louis E Brus -美國哥倫比亞大學化學系教授
當少數化學家認為他們發現了一個在科學界中前所未見的領域,但殊不知在八十年代,一名紐澤西州AT&T貝爾實驗室的研究人員,Louis Brus,就已經發表了兩篇的相關研究論文[4,5];內容是關於這些被Brus稱為”小半導體晶體 (small semiconductor crystallites)”的電子行為。而今日,這些晶體被歸類為半導體奈米晶體,也就是人們所說的”量子點”。雖然這些量子點是由成千上萬的原子所組成的原子簇,但它們卻擁有如同是單一原子所特有的不連續電子能階。
由Brus所提出的這兩份重要論文至今已經被引用了超過三千五百次,引導著現今相關科學探索中的主要領域走向,並廣泛應用於電腦計算、生物,甚至是醫療診斷。而這些量子點在光學方面最值得一提的,則是在發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)上的應用。
Brus原先選擇研究這類膠體半導體奈米顆粒的行為,是著眼於它所具有的大表面積,然而卻出乎意外地發現這些晶體所具有的最小能隙,也就是促使一個電子要脫離其原子束縛轉移到其他能階所需的能量,不是固定而是具有不同的數值。他推論這應該和原子簇的大小有關,尺寸越小,對原子內電子的束縛也就越大。這也就是為什麼這些量子點,在使用UV光照射時,會顯示出不同顏色的原因。
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(二)生理醫學獎
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(二) 生理醫學獎
美國德州大學馬千惠編譯
今年湯森路透社(Thomson Reuters)選出在醫藥、物理、化學和經濟領域有可能獲得諾貝爾獎候選人,這些『湯森路透引文桂冠』(Thomson Reuters Citation Laureates)得主,在各自研究領域中以被大量引用的文獻證明他們的在科學上的成就是『諾貝爾級』。
2012年湯森路透引文桂冠獎,在生理、醫學部門得獎的三個研究分別是:細胞黏著 (Cell adhesion)、細胞訊息傳遞和調控 (Cell signaling and control) 基因調控 (Genetic Regulation)。
(一)、細胞黏著 (Cell adhesion)
研究者:
Richard O Hynes -美國麻省理工學院綜合癌症研究所教授、美國霍華德-休斯醫學研究所研究員
Erkki Ruoslahti -美國桑福德-伯納姆醫學研究所納米醫學中心特聘教授
Masatoshi Takeichi(竹市雅俊)-日本理化學研究所發生再生科學綜合研究中心中心長
ynes和Ruoslahti在同時間研究相同的分子,促使對細胞之間如何連結有根本上的認知。Takeichi則研究另一分子cadherins的細胞間黏著功能,這些分子使多細胞生物體得以存在。
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(一)物理獎
【特別報導】2012諾貝爾獎預測(一)物理獎
陳映任編譯
今年湯森路透社(Thomson Reuters)選出在醫藥、物理、化學和經濟領域有可能獲得諾貝爾獎候選人,這些『湯森路透引文桂冠』(Thomson Reuters Citation Laureates)得主,在各自研究領域中以被大量引用的文獻證明他們的在科學上的成就是『諾貝爾級』。
2012年湯森路透引文桂冠在物理部門的三個研究分別是:慢光(Slow Light)、多孔矽中的光致發光(Photoluminescence in Porous Silicon)和量子隱形傳輸(Quantum Teleportation)。
(一)、慢光(Slow Light)
研究者:
Stephen E. Harris – 史丹福大學電氣工程教授和應用物理學名譽教授
Lene V. Hau – 哈佛大學工程與應用科學學院物理學和應用物理學教授





