分子生物学

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3:谁获得2014年诺贝尔化学奖?简述其获奖的理由。
据诺贝尔奖官网消息,此次诺贝尔化学奖授予了超高分辨率荧光显微镜的发展
者:埃里克·白兹格(Eric Betzig)、斯蒂芬·黑尔(Stefan W. Hell)、威廉·莫尔纳
(William E. Moerner)。
获奖理由:
19世纪末,恩斯特·阿贝将光学显微镜的极限定义为大约是可见光波长的一半,
即大约0.2微米。这意味着科学家们可以分辨单个细胞,以及细胞的一些组成部
分,称为细胞器。然而他们无法用这样的显微镜分辨尺寸更小的物体,例如普通
尺寸的病毒,或者单个的蛋白质。

长期以来,光学显微镜被其自身的局限性所限制,分辨能力总是达不到光波长的
一半的尺度范围。2014年的诺贝尔奖获得者通过荧光分子,机智地解决了这一
问题。他们突破性的工作将光学显微镜带进了纳米尺度。埃里克·白兹格、斯蒂
芬·黑尔、和威廉·莫尔纳由于超越了这个极限而被授予2014年的诺贝尔化学奖。
由于他们的贡献,现在通过光学显微镜我们可以观察到纳米世界。通过纳米显微
镜(nanoscopy),科学家们可以在或细胞中观察到单个分子的运动。他们可以
看到在脑的两个神经细胞之间分子如何产生突触;能够在导致帕金森病和亨廷顿
舞蹈病的蛋白质聚集时跟踪它们,可以在受精卵分裂成胚时跟踪单个蛋白质。

此次诺贝尔化学奖授予两项不同的工作。其中一项是斯蒂芬·黑尔在2000年开
发的STED显微镜技术。这项技术同时使用两束激光,其中一束激发荧光分子发
光,另外一束将除了一个纳米尺寸空间之外的荧光全部猝灭掉。这样,通过一个
纳米一个纳米地扫描样品,我们可以获得分辨率高于阿贝极限的图像。另一项工
作是来自于埃里克·白兹格和威廉·莫尔纳,他们分别建立了单分子显微镜
(single molecule microscopy)的基础。这项工作的基础是可以将单个分子的荧
光打开或者关掉。科学家们反复对同一区域进行成像,每次只允许少数分散的几
个分子发光。将这些图像叠加就获得了分辨率达到纳米尺度的图像。在2006年,
Eric Betzig首次使用了这种方法

今天,纳米显微技术在世界范围被广泛使用,通过这种技术,每天都在产生为人
类带来极大益处的新知识。
4:美国《science》杂志评选的2014年度十大科学突破在生命科学
领域有几项,简述其获奖的理由

《Science》评出的10项2014年重大科学突破为:2014年8月,罗塞塔飞
船追上了火星之外的67P彗星;11月,罗塞塔搭载的菲莱着陆器有史以来第一
次成功地在彗星上实施软着陆。该两探测器因获得的初步研究成果及其后续研究
前景跃居《Science》选出的2014年最重要科学突破的榜单之首。其他9项为 1.
从恐龙到鸟的转变,2.年轻者的血液修复年迈者的健康问题;3.让机器人合作;
4.神经形态芯片;5.β细胞;6.印度尼西亚的洞穴艺术;7.操纵记忆;8.方块卫
星;9.扩展遗传密码。其中属于生命科学领域的有5项:

1.从恐龙到鸟的转变:今年,将早期鸟类和恐龙化石与现代鸟类进行比较的
一系列文章揭示了某些恐龙世系是如何发育成小型、体重轻盈的形态学构造的,
这让它们能够演化成许多类型的鸟类并在大约6600万年前的白垩纪—古近纪物
种灭绝中存活下来。

2.年轻者的血液修复年迈者的健康问题:研究人员证明,来自年轻小鼠的血
液——甚或只是来自年轻小鼠血液中的一个叫做GDF11的因子——能够让较老
迈的小鼠的肌肉和大脑“返老还童”。如此研究成果引导人们开始了用年轻志愿
者血浆帮助老年痴呆症患者恢复健康的临床试验。

3.β细胞:两个不同的研究小组开创了两种不同的方法在实验室中生长酷似
β细胞的细胞,这给了研究人员前所未有的研究糖尿病的机会;β细胞是胰脏中
产生胰岛素的细胞。

4.操纵记忆:研究人员用光遗传学技术显示,他们能在小鼠中操纵特定的记
忆;光遗传学是一种用光束来操纵神经元活动的技术。删除现有的记忆并植入虚
假的记忆,他们能将某小鼠记忆的情绪内容从好转成坏,反之亦可。
5.扩展遗传密码:研究人员设计制造了一种大肠杆菌,它除了有正常的G、T、
C和A等核酸外还含有另外两种核酸——X和Y;G、T、C和A是组成DNA的标准
构建要素。这种合成细菌无法在实验室外繁殖,但它们可被用来制造具有“非自
然”氨基酸的设计蛋白。