定了，终于定了诺奖颁奖时间；但你知道今年的诺奖都授给谁了吗（自然科学奖详细介绍）

iNature：一年一度的诺奖颁奖时间终于定了，时间是2017年12月8日。在当天，瑞典的国王及相应的王子都会出席，另外，还会有丰盛的巨宴，同时还会奉上美妙的音乐，很幸运，这一次邀请到了天才指挥家Gustavo Dudamel，为大家奉上一场音乐的盛宴。当天的主角是诺贝尔奖获得者，所以我们有必要了解这些获奖者到底做了什么，在这里，iNature主要聚集在自然科学，让大家对于自然科学的诺奖获得者有一个清晰的了解。

Jacques Dubochet，Joachim Frank和Richard Henderson获得化学奖，他们致力于开发冷冻电子显微镜（cryo-EM），该技术是在溶液中冷冻的蛋白质上激发电子束，推断生物分子 ' 结构体；Jeffrey Hall, Michael Rosbash 及 Michael Young解读了细胞每日节奏的分子运作，而被授予2017年生理医学奖；Rainer Weiss，Barry Barish及Kip Thorne获得物理学奖，基于LIGO检测到了引力波。

12017年化学奖

诺贝尔化学奖获得者

左起：Richard Henderson，Joachim Frank和Jacques Dubochet帮助开发了冷冻电子显微镜。

Jacques Dubochet，Joachim Frank和Richard Henderson于10月4日获得颁奖，他们致力于开发冷冻电子显微镜（cryo-EM），该技术是在溶液中冷冻的蛋白质上激发电子束，推断生物分子 ' 结构体。

几十年来，生物学家已经使用X射线晶体学 - 在结晶蛋白上喷射X射线来成像生物分子结构。 但实验室现在正在采用cryo-EM方法，因为它可以拍摄不容易形成大晶体的蛋白质。 瑞典皇家科学院称，该工具已将生物化学转化为新的时代。

• 成像历史

在20世纪70年代，Henderson是在英国剑桥分子生物学MRC实验室工作的分子生物学家，他的同事Nigel Unwin试图确定称为细菌视紫红质的蛋白质的形状，这种蛋白被证明不适用于晶体学。 所以研究人员转向电子显微镜，并在1975年得到了他们的第一个3D模型的蛋白质。

冷冻电镜的发展

在同一个十年，现在位于纽约市哥伦比亚大学的生物物理学家 Frank和他的同事们开发了图像处理软件，以便在电子显微镜瞄准蛋白质时产生的模糊图像，以及将这些二维模糊转换为3D分子结构。

在20世纪80年代初，由Dubochet领导的团队，现在是瑞士洛桑大学的名誉教授，制定了如何防止水溶性生物分子在真空环境下的电子显微镜被干燥，他的团队发现了一种使用液体乙烷快速冷冻蛋白质溶液的方法，使分子保持它们在成像期间的自然形状，当分子被电子轰击时，保持分子相对静止。这使得研究人员可以使用电子显微镜来确定蛋白质的结构比以前高得多的分辨率。

这些和其他改进使Henderson能够在1992年使用cryo-EM创建蛋白质的第一个原子分辨率图像。

• 分辨率革命

尽管诺贝尔委员会承认的研究是在20世纪70年代和80年代进行的，但它为近年来许多科学家所称的革命奠定了基础。 随后的电子显微镜的敏感性和用于将其图像转换为3D结构的软件的改进已经使许多实验室倾向于通过X射线晶体学的技术。

冷冻电镜处理得到蛋白照片

斯德哥尔摩皇家瑞典科学院的记者们对弗兰克进行了采访，“认为技术革新可能会比发现更大的影响，冷冻电子显微镜即将完全转化结构生物学，”他说。他补充说，核糖体在细胞内的翻译机制是他成像的“最酷”分子。

Venki Ramakrishnan是分子生物学实验室的一名结构生物学家，他分享了2009年诺贝尔化学奖，他的工作是用X射线晶体学揭示核糖体的结构，是cryo-EM变化形式的一种。在了解到冷冻电镜获奖之后，他说：“哦，太棒了！那些正是我以为应该赢得诺贝尔奖的人。“

BenoîtZuber是瑞士伯尔尼大学的结构生物学家，他与Dubochet博士合作，他的导师总是相信cryo-EM将成为一个至关重要的工具，即使其他人将这个领域贬低为“低血统” Zomb说：“他有一个愿景，他相信这一点，即使每个人都在告诉他这只是一个梦想。”

“这是对过去发生的所有事态发展的一个很好的认可。这是非常棒的，“Sjors Scheres说，一名与Henderson一起工作的cryo-EM专家。两人从昨天的英国莱斯特会议回来，当时Scheres向亨德森询问他是否会在诺贝尔委员会所呼吁的情况下继续保持电话。 “他说，”我认为应该把它交给Dubochet，“他永远不会说他应该得到一个，”Scheres说。 “这是一个当之无愧的三重奏。”

22017年生理医学奖

2017年生理医学奖获得者

Michael Rosbash（左），Jeffrey Hall（中央）和Michael Young（右）已经被认可他们在昼夜节律钟上的工作。

研究生物体内部昼夜节律钟的工作的三位科学家获得了2017年诺贝尔生理学或医学奖。 在马萨诸塞州沃尔瑟姆的布兰迪斯大学的Jeffrey Hall和Michael Rosbash以及在纽约洛克菲勒大学的迈克尔·扬（Michael Young）分配900万瑞典克朗（约合110万美元）的奖金。

节律时钟

从20世纪80年代开始，三位研究人员分离并鉴定了在果蝇中的节律基因。 在随后的工作中，三人以及其他科学家们进一步鉴定了周期基因（及其编码的蛋白质，称为PER）的分子调控机制，并鉴定了昼夜节律钟的其他成分。

所有多细胞生物都具有昼夜节律钟，对于人类而言，如果节律钟发生异常，会涉及睡眠障碍及其他疾病。

节律调控分子机制

过去五年来，Rosbash，Hall和Young一直在共同合作。 例如，2013年，他们分享了生命科学与医学方面的Shaw奖，价值100万美元。 在英国南安普敦大学研究昼夜节律钟的Herman Wijnen表示，诺贝尔奖得主可能在一个角落，并且是杨氏实验室的博士后。 “这是人们一直在寻找的，”他说。 “科学界已经解决了这是三重奏。”

人类节律时钟

但是Young说，他很惊讶，当他得知自己获奖的消息时，他激动的都找不到自己的鞋子。 “我会去，我会拿起鞋子，然后我意识到我需要袜子，”他在新闻发布会上说。 “然后，我意识到我需要把裤子放在第一位。”诺贝尔会议秘书托马斯·佩尔曼（Thomas Perlmann）说，这个奖项让Rosbash感到惊讶，他选择了去领取诺贝尔医学奖。佩尔曼说：“我第一次抓住了迈克尔·罗斯巴克，他沉默了起来。 “然后他说，”你在开玩笑吧“。

这项工作的根源在于物理学家和分子生物学家Seymour Benzer和遗传学家Ronald Konopka进行的遗传筛选，他们共同发现具有异常节奏的果蝇突变体。 （Benzer于2007年去世; Konopka于2015年去世）。当时，节律行为具有遗传基础的想法是有争议的，Wijnen说。几年之后，两队 - Young领先，Hall和Rosbash共同领导另外一个 - 将克隆负责节律的基因。 “这真的改变了局面，”Wijnen说。 “从那时起，已经清楚了这个系统的保存程度以及它在概念上如何工作。”

节律调节机制

英国莱斯特大学的行为遗传学家Charalambos Kyriacou说，两队之间的竞争 - 每个都有首先确定基因的野心 - 最初是激烈的，他们在20世纪70年代后期与Hall一起工作。 “当他们变老了，他们变得柔和，”他说。 “他们现在都是好朋友。”

随后的工作详细介绍了PER蛋白的丰度在夜间高峰，然后在白天下降。研究人员逐渐拼接出一种模式，其中PER的累积作为抑制编码它的基因表达的信号。随着研究人员多年来发现了更多的循环和时钟蛋白质，这种负反馈循环将成为昼夜节律研究的主流主题。

植物中的节律钟

得克萨斯大学达拉斯西南医学中心Joseph Takahashi等人将果蝇的工作扩展到哺乳动物，并表明该系统在各种物种之间是非常保守的。研究人员已将昼夜节律钟与心理和身体健康的许多方面相结合。 Wijnen说：“我们将自己暴露在不适当的光线下，我们经过时区旅行，我们做工作。” “所有这一切都对我们的健康产生不利影响。”

德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学医学心理学主任玛莎·梅洛（Martha Merrow）说，昼夜节律钟与人类健康之间的联系是非常普遍的，医学院校应该增加他们对时间生物学的关注。她补充说，这可以是自己的专业，也可以纳入其他专业的医学培训，如内分泌学或风湿病学。诺贝尔奖可能会给Merrow和她的同事们增添力量来做这个事情。在进入行政会议之前，Merrow得知这个消息。 “我太气了，我几乎不能进入我的会议，”她说。 “这只是一个梦幻般的选择。这对我们的领域来说将是巨大的。“

32017年物理学奖

2017年诺贝尔物理学奖

Rainer Weiss（左），Barry Barish（中心）和Kip Thorne（右），他们领导着引力波工作。

麻省理工学院（MIT）的Rainer Weiss与加州理工学院的巴里·巴里（Barry Barish）和加皮尔·索尔（Kip Thorne）分享了900万瑞典克朗（约合110万美元），基于LIGO检测到了引力波：2015年9月，LIGO在两个遥远的黑洞碰撞造成时空变形。

引力波检测

这一发现于2016年2月宣布，开辟了一个新的天文学领域，科学家们听取了宇宙中一些最灾难性事件发出的时空振动。 它证实了爱因斯坦在一个世纪以前所预测的引力波的存在。

 Weiss和Thorne是三位物理学家中的两名，被称为三驾马车，这是位于路易斯安那州利文斯顿以及华盛顿州汉福德的利哥斯顿LIGO巨型双探测器的创始人。 今年三月七日，三驾马车的第三人罗纳德·德雷夫（Ronald Drever）死亡。 而从1997年到2005年，LIGO主管的Barish被广泛认为是将混合工 44 34325 44 15288 0 0 3095 0 0:00:11 0:00:04 0:00:07 3095的合作转变成了充满激情的发动机。

LIGO探测引力波

Weiss在接受诺贝尔委员会采访时表示：“我认为这更像一个承认约1,000人工作的事情，这是一个非常耗费体力及脑力的工作 - 我很讨厌告诉你 - 为了探测引力波，我们足足花费了长达40年。”

LIGO检测到美丽的引力波

路易斯安那州立大学物理学家Gabriela Gonzalez说：“我们都非常高兴得到他们的认可。 诺贝尔奖只能被授予最多三人，但诺贝尔委员会注意到在新闻稿中为LIGO工作的人数众多。

研究人员一直普遍期望委员会自去年发布公告以来，奖励团队。 马里兰大学公园广义相对论理论家查尔斯·米斯纳（Charles Misner）说：“我很高兴得到合适的人选。” 一半的诺贝尔奖被授予魏斯，另一半在巴里和索恩之间平分。

电脑模拟引力波

• 引力波在争议中前行

在LIGO发现之前，很少有物理学家怀疑引力波的存在。时空的扭曲是爱因斯坦一般的相对论的必然结果，并且在宇宙中传播几乎无阻碍。 1974年，当研究人员检查了一对合并的中子星发出的无线电波时，间接确认;无线电报时间的变化与引力波如何携带能量远离事件相匹配。该发现获得了1993年诺贝尔物理学奖。

但感觉波浪本身是一项巨大的任务。即使是最强大的变形 - 那些由坍塌的星星或碰撞的黑洞所产生的变形 - 通常在到达地球的时候很小。 2015年发现的波浪拉伸并挤压了LIGO垂直的4公里真空管，质量宽度的一小部分，但这足以使管道内弹跳的激光束显着偏移。

美国和苏联的物理学家在20世纪60年代首先提出了使用激光干涉仪来检测引力波。 在1972年，Weiss对干涉仪的工作原理进行了第一次详细的阐述。这个想法似乎是非常牵强的，即使他不确定它会工作。他告诉科学社会学家哈里·柯林斯（Harry Collins）时，他说：“一年左右，当我们决定不值得时，它可能会到达交界处。

LIGO工作原理

1932年出生于德国的Weiss于1938年与他的家人移民到美国逃离纳粹主义。他在20世纪70年代中期制造了他的第一台原型干涉仪，随后又是欧洲的研究人员，其中包括Drever和他在英国格拉斯哥大学的合作者，德国慕尼黑的另一个小组。

Thorne，1940年出生在犹他州，专攻广义相对论，也在浪潮中发展自己的理论。在1975年在华盛顿特区举行的一次会议上，Thorne和Weiss在超额预订的酒店分享了一个房间。在谈话中，Weiss相信Thorne认为干涉仪是正确的。 Thorne，Weiss和Drever在20世纪80年代初联合起来，当时美国国家科学基金会不再为两项独立的工作提供资金，但是LIGO的合作却诞生了。

• 戏剧性的转机

三驾马车并不总是顺利进行，并且自己承认，没有掌握正在迅速成为大型团队的正确技能。 Barish自1994年以来一直担任LIGO的首席调查员，1997年成为主任，Barish之后，事态发生了巨大的改善。Collins几十年来一直密切研究合作，他说，Barish将LIGO变成了一个“大科学”组织。 他说：“如果没有Barish的运转，那么它就会崩溃。”

LIGO最初努力获得资助，但最终成为美国国家科学基金会历史上规模最大，成本最高的实验。 它的两个几乎相同的检测器在2002年首次开放，在数据收集的第一阶段，毫无疑问地检测到任何东西。 观测站于2010年关闭大修，并于2015年9月重启，灵敏度比以前高出三倍。

LIGO共同创立者Drever（2017年逝世）

研究人员对几年内的发现持谨慎乐观态度。 但是，宇宙对LIGO很好，为9月14日的记录提供了一个戏剧性的事件，而在正式科学运行之前的几天，干涉仪仍然被校准。 此后，LIGO已经发现了至少三个引力波事件 - 最近也被意大利比萨附近的类似干涉仪Virgo发现。

LIGO团队得益于其他国家的重大研究工作。 德国和英国提供了资金和研究，GEO600是德国汉诺威附近的一个较小的干涉仪，是在美国大型仪器实施的技术的主要测试平台。

三名获胜者还有其他的头衔：除了在LIGO上工作，Weiss是宇宙背景资源管理器（COBE）的首席科学家，美国航空航天局的一个探索指出，在二十世纪九十年代制作了宇宙微波背景的第一张地图，大爆炸的余辉“。 （另外两名COBE研究人员在2006年分享了诺贝尔物理学）。

黑洞辐射出引力波

引导引力波的理论研究的Thorne也帮助构想了2014年电影“星际之星”的原创思想，他曾担任执行制片人。在加入LIGO之前，Barish在伊利诺伊州巴达维亚的费米国家实验室和其他地方进行了中微子实验。他还领导了一个拟议的国际线性对撞机的设计。

Thorne 及 Weiss 一般被认为是诺贝尔奖。在Drever今年三月份之前，三驾马车几乎夺取了所有获奖的奖品，其中包括300万美元的基础物理特别突破奖; 50万美元的Gruber基金会宇宙学奖;天文学奖120万美元;和100万美元的卡夫利天体物理学奖。

注：主要来源于Nature的报道，经过iNature编辑部整理。

原文链接

http://www.nature.com/news/cryo-electron-microscopy-wins-chemistry-nobel-1.22738

http://www.nature.com/news/medicine-nobel-awarded-for-work-on-circadian-clocks-1.22736

http://www.nature.com/news/the-black-hole-collision-that-reshaped-physics-1.19612

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