生理学或医学奖：试管人生
受精卵在玻璃容器的液体中逐渐长大，直到有一天“羽翼丰满”，砸碎玻璃罩跑了出来，这是我们经常在科幻电影中看到的情节。实际上，类似的培养工程已被人们所接受，那就是试管婴儿技术。简单来说，这种技术就是在体外将卵子受精，3～4天发育成最初的胚胎后，再植八子宫继续发育成胎儿。罗伯特·爱德华兹因为这项看似简单的技术而获得2010年度诺贝尔生理学或医学奖。
从体外受精繁殖到体内受精繁殖，是生物进化史上的一个重要的成功事件。它一方面提高了受精的有效性，精子和卵子不需要在严酷的环境中边“约会”，边躲避高温、干旱还有其他生物的侵袭。另一方面，为在母体中发育为胚胎的成长提供了稳定的条件，同时可以给发育中的胚胎提供更好的保护，这些都极大地提高了生殖的成功率。这样的改变也不可避免地带来了诸多问题。我们与鱼类同源的祖先都是将卵子直接排出体外进行受精，所以人体中并没有一开始就设计好的让受精和胚胎发育发生在女性体内的“装置”。要在体内繁殖，只能在原有的排卵结构基础上进行改造，人的卵子要通过腹腔中一个伞形的结构和一个狭长的管道(输卵管)才能送到子宫。问题是显而易见的：对于个头微小的精子，要钻过生殖道，游过子宫，并且还要突破重重黏液的阻碍，最终与卵子结合后，还要从输卵管里及时跑到子宫里去，选择一个合适的位置来发育，这是个异常艰巨的任务。如果不慎选择了输卵管这样的地方发育(就是通常所说的宫外孕)，不仅发育不成幼体，还会造成输卵管破裂，危及母亲的生命安全。不仅如此，有些女性的输卵管因为各种原因本身就是堵塞的，这样更是断送了精子和卵子相见的机会。诸多困难使得超过10％的夫妇患有不孕症。
试管婴儿技术的出现，上述问题都迎刃而解。不过，实验本身并不是为了解决不孕问题而开始的，只是研究在体外环境下，受精和胚胎发育的过程。不过，最初的实验并不顺利。首先，实验卵子材料的获取并不是容易的事情。由于没有合适的获取卵子的工具，只能使用医疗手术废弃的卵巢，但是这样获得的卵子质量往往不高，受精卵分裂一次之后就不再分裂了。直到后来特殊仪器的应用，可以从女性体内直接取得成熟的卵子。最初的受精技术就是让精子和卵子在试管中自由相遇结合，后来，才将自由受精过程改为将精子直接注入到卵子中，这项改进大大提高了受精的效率和质量。我们甚至可以有选择性地将优质的精子和卵子结合起来，以提高后代的质量。目前，全世界至少有400~-生育困难的家庭从中受益。不过，从培养胚胎到培养成体，科学家还有很长的路要走，单单是干细胞的分化和细胞的去分化就已经让他们伤透脑筋了。
物理学奖：石墨之舞
一片碳，看似普通，厚度为单个原子，促使两位科学家赢得2010 年度诺贝尔物理学奖。这种全新材料名为石墨烯。诺贝尔物理学奖评审委员会在向媒体发布的材料中介绍，石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且导电性能比所有金属都高出不少。薄薄的一层，其力学强度竟是钢的200倍，导热性能更是超过我们所熟知的一切物质。石墨烯拥有众多令人神往的发展前景，这些由碳原子构成的二维结构，也许将来会把人类带入全新的太空时代和更快的信息时代。它不仅可以开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、可以制造出超坚韧的防弹衣。我们使用的电能有2／3来源于各种碳的沉积；用来做为永恒见证的钻石是碳；最常用的书写工具铅笔，能够留下痕迹的也是碳。当我们在纸上用铅笔写字的时候。就会擦下一点点石墨和黏土。这一点点碳被纸面的纹路刮下来，等着被空气或者橡皮带走，直到只剩下浅浅的字迹。在这些痕迹里面，就能够找到石墨烯。
20世纪80年代，人们还认为碳只有两种形态，呈片层状的石墨碳和六面体晶格。1985年，罗伯特·科尔等人发现了碳60，也就是“富勒烯”，以纪念提出这种结构的美国建筑师理查德·富勒。直到这时，人们才意识到碳原子还可以以这样的方式连接在一起。最早发现的“富勒烯”由60个碳原子构成，如同足球一般，是由六边形和五边形拼成的32面体。这种直径只有百亿分之七米的空心笼状结构让人们意识到，也许我们对于这种和生命关系最为紧密的元素还不够了解。罗伯特·科尔等人的这一发现为他们带来了1996年诺贝尔物理学奖。随后，一维的碳形态也被找到了，这就是碳纳米管，以碳原子连接成的空心管极细，却拥有极好的导电导热性能和不可思议的强度。2010年，碳的另一种形态又让它的发明者得到了诺贝尔物理学奖，这次是二维的碳：厚度仅仅只有0.34纳米的几乎完全透明的碳原子薄膜石墨烯。这种薄膜在诸多方面都有着惊人的表现，甚至完全颠覆了我们对物质的认识。石墨烯看上去就像是一张六边形网格构成的平面，每一个六边形单元实际上就是一个苯环。石墨烯这种薄薄的材料有着惊人的稳定性、强韧性和导电性，即使被弯折之后，原子也不会错位或者脱离掉落。当用石墨烯叠在一起形成一片保鲜膜厚度的薄膜时，它就能展现出惊人的承载力。即使让一头大象站在图钉帽上，再把图钉尖压在薄膜上，也不会刺穿它。这样的强度远超过现有我们所知的任何建筑材料，而且它的质量更是只有钢材质量的1／6。
石墨烯的发现者也相当具有传奇性。现任教于英国曼彻斯特大学和荷兰奈梅亨大学的安德烈·海姆，是世界上唯一一位获得了“搞笑诺贝尔奖”和正牌诺贝尔物理学奖的科学家。他在2000年因为著名的”磁悬浮青蛙”实验而获得了前一个奖项。而他曾经写过的一篇关于范德华力(距离很近的分子之间产生的作用力)产生强大黏性的严肃论文中，居然用了一张蜘蛛侠玩具的照片来做展示，并且堂而皇之地刊载在顶级学术期刊上。从这些光荣事迹中能够看出，安德烈·海姆并不是那种通过普通方法来解决问题的人。起初，安德烈·海姆十分羡慕那些研究碳纳米管的同事所获得的精彩发现，因此他对自己说：为什么不学学他们呢?不过不是把碳片卷起，而是摊平。一开始，他和伙伴康斯坦丁·诺沃肖洛夫用透明胶带从石墨晶体上分离薄片，那时没人相信他们能成功分离出单原子层。不过最后，在“胶带战略”的指导下，他们还是成功了。
自问世以来，石墨烯便不断展现出不同凡响之处：透明、导电的特性使它成为制造太阳能光电元件或液晶的理想材料；其机械强度则昭示着超坚固材料的诞生；而其电子特性更是振奋人心。石墨烯的传电速度惊人，足足是硅的30倍，有望取代后者成为电子工业最基本的原材料。那么，石墨烯何时才能批量生产呢?研究人员正着力于两种大规模生产工艺的开发，美国科学家对其中一种进行了专门研究。这一方法是将碳化硅晶体加热到1000℃以上，直到硅原子分离气化，留下来的碳原子就会自然地联成六边形网状结构，形成石墨烯。
不过，另一方法或将在5年内使石墨烯的应用成为现实。研究发现，当把石墨置于酸性环境中氧化时，它会分解成石墨烯薄片，这时只需借助还原剂将晶体净化就可以了。事有凑巧，加利福尼亚大学的一个小组刚刚发现一种由氮和氢组成的化合物联氨能够很好地扮演这个角色。用这一方法，研究人员就能生产上佳的导体薄膜，且成本低廉。
在今年诺贝尔奖公布的时候，安德烈·海姆刚刚过完52岁的生且，而康斯坦丁·诺沃肖洛夫则只有36岁，是诺奖获奖者中少见的年轻人。这两位在实验室里玩得不亦乐乎的玩家，也许会将我们带进一个无法想象的新时代。
推荐访问： 诺贝尔奖 年度
