瑞典皇家科学院3日宣布,将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,以表彰他们为 “激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目和发现引力波所作的贡献。
评选委员会成员奥尔加·伯特纳说,宇宙中曾有两个黑洞发生碰撞,所产生的引力波跨越漫长时空,历时13亿年抵达地球,在2015年9月14日被位于美国的LIGO探测器探测到,这是人类历史上首次发现引力波。
引力波是一种时空涟漪,如同石头丢进水里产生的波纹。百年前爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在,但他认为引力波难以被探测到,因为相关信号非常微弱。 LIGO项目使用巨大的激光干涉仪,在引力波通过地球时探测到比原子核还要小很多的变化。
评选委员会说,LIGO项目集纳了全球多地1000多名科学家的努力,而这三名获奖者发挥了至关重要的作用。韦斯在约40年前提出了探测引力波的方法,巴里什和索恩也在科学和管理等方面有巨大贡献。
诺贝尔物理学奖评选委员会成员安德斯·伊勒贝克对新华社记者说,近半个世纪以来,科学界逐渐认可了引力波的存在,但直到2015年,人类才第一次真实地探测到引力波,这是此次获奖者所作贡献的价值所在。他说,引力波为人类探索宇宙提供了全新的观察方法,未来可能会有更多新的发现。
在3日的新闻发布会上,拨通了韦斯的电话,韦斯表示,引力波的发现是全球科学家长期不懈努力的结果。他说:“我很兴奋,项目终于取得了成效,这个过程很精彩。 ”
今年诺贝尔物理学奖的奖金共900万瑞典克朗 (约合110万美元),韦斯将获得其中一半,巴里什和索恩将共享另一半。
生命时钟的振荡器
解读2017诺贝尔生理学或医学奖成果
从蓝绿藻到真菌、从植物到动物,地球生命普遍拥有一套内置的时钟,以24小时为周期调节生理活动,以适应我们这颗行星的自转和昼夜变化。获得2017年诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家,在分子水平上揭示了生命时钟怎样“滴答”走动。
含羞草叶子在黑暗中仍按昼夜规律开闭,向日葵在太阳尚未升起时已经朝向东方,人在亮如白昼的办公室里待到半夜照样犯困——生物的自然节律并不依赖于外界条件刺激,而是由某种内在机制掌控。
人们很早就发现生物节律特征可以遗传,随着分子生物学发展,科学界逐渐提出“生物钟基因”的设想。20世纪70年代,美国加州理工学院的西摩·本泽和罗纳德·科诺普卡用果蝇做实验,筛选相关的基因突变。
1984年,三名美国科学家,杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬克隆出了“周期”基因,并把它编码的蛋白质命名为PER。他们发现,果蝇体内的PER蛋白质浓度有规律地变动,振荡周期正是24小时。至此,人们找到了生物钟的 “振荡器”,看到了它的振荡,接下来就是弄清工作原理。
霍尔和罗斯巴什提出了一个“负反馈”机制:PER蛋白质浓度上升会抑制“周期”基因的活动,阻止基因制造出更多的PER蛋白质,导致浓度回落。这就好比攒下几个钱后,人就不继续工作挣钱了。
抑制基因活动必须在细胞核里进行,而PER蛋白质自身无法进入细胞核,需要另一种蛋白质的协助,即扬于1994年发现的第二个生物节律基因“无时”,其编码的蛋白质被称为TIM。PER蛋白质浓度比较高时,能与TIM蛋白质结合,从而获得进入细胞核的“通行证”。
此后还发现了其他几个相关基因,涉及到PER蛋白质的降解、“周期”基因的启动等,与前两种基因共同构成“转录翻译反馈回路”(TTFL),这就是果蝇生物钟的核心振荡机制。
如果把PER蛋白质比拟成钱、“周期”基因的运作比拟成劳动,那么TIM蛋白质就可以比作消费欲望,其他基因分别是消费行为、工作动力等等,整个振荡过程可以想像成工薪族钱包鼓起来又瘪下去的周期性变动。
时隔30多年后,霍尔、罗斯巴什和扬因为这一研究发现最终摘获诺奖。霍尔在获奖后接受美联社采访时说,弄清这一机制有助于解决因昼夜节律紊乱导致的睡眠问题。
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