【望城科普】诺贝尔奖化学奖、物理学奖、生理(2)
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【摘要】对一维模型的分析催生了三维气候模型,该模型于1975年面世,成为理解气候秘密道路上的又一个里程碑。 哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系起来的模
对一维模型的分析催生了三维气候模型,该模型于1975年面世,成为理解气候秘密道路上的又一个里程碑。
哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系起来的模型,还开发出了新方法来鉴别自然现象和人类活动在气候变化中留下的“蛛丝马迹”。他发现,太阳辐射、火山颗粒或温室气体浓度的变化会在气候系统中留下独特的信号,这些信号可以鉴别出来,而这种识别“指纹”的方法也可以应用于人类对气候系统的影响。他的方法被用来证明大气温度的升高是由于人类排放的二氧化碳。
在这两位科学家研究的基础上,气候模型越来越精准。这些模型清楚地显示了温室效应在加速——自19世纪中叶以来,大气中二氧化碳的浓度增加了40%。几十万年来,地球大气中都没有这么多二氧化碳。而且,温度测量表明,过去150年全球变暖1℃。
自旋玻璃为复杂系统提供模型
到了1980年左右,人们对复杂系统的理解愈发深入。帕里西提出了他关于随机现象如何受隐藏规则支配的发现,这被认为是对复杂系统理论最重要的贡献之一。
他对自旋玻璃开展了深入研究。自旋玻璃是一种特殊类型的金属合金,其中铁原子随机混合进铜原子网格。每一个铁原子的行为都像一个小磁铁(或者说自旋),受到靠近它的其他铁原子的影响。在普通磁铁中,所有自旋都指向同一方向,但在自旋玻璃中,一些自旋对想要指向同一方向,而另一些自旋对想要指向相反方向——那么它们如何找到最佳方向呢?
自旋玻璃的奇特性质为复杂系统提供了一个模型,在这些系统中,各个部分必须在各种反作用力之间达到平衡。帕里西对自旋玻璃结构的基本发现非常深刻,使人们能够理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象,不仅可用于物理学领域,而且在数学、生物学、神经科学和机器学习等领域也“大显身手”。
诺贝尔物理学奖委员会主席、瑞典皇家科学院院士托尔斯·汉斯·汉森强调说:“这3位科学家的发现获得了诺贝尔奖的认可,表明我们对气候的认识建立在坚实的科学基础上,而且基于对观测的严谨分析。他们的发现有助于我们更深入地了解复杂物理系统的性质和演化。”
诺贝尔生理学或医学奖解读:他们发现温度和触觉感受器
左:戴维·朱利叶斯,1955年出生于美国纽约,1989年被加州大学旧金山分校聘为教授。右:阿德姆·帕塔普蒂安,1967年出生于黎巴嫩贝鲁特,现任美国斯克里普斯研究中心教授、霍华德休斯医学研究所研究员。图片来源:诺贝尔奖委员会官网
人类面临的最大谜题之一,是我们如何感知环境,例如,眼睛如何探测光,声波如何影响我们的内耳,不同的化合物如何与鼻子和嘴巴中的感受器相互作用并产生气味和味道,还有太阳的炎热、风的抚摸……这些对温度、触觉和运动的印象对于我们适应不断变化的环境至关重要。
在日常生活中,我们认为这些感觉是理所当然的,但是神经冲动是如何启动,从而感知温度和压力的呢?今年的诺贝尔生理学或医学奖得主已经解决了这个问题。
来自美国加州大学旧金山分校的教授戴维·朱利叶斯利用从辣椒中提取的辣椒素,识别出了皮肤神经末梢中对热作出反应的传感器。美国斯克利普斯研究所的阿德姆·帕塔普蒂安使用压敏细胞发现了一种新型传感器,可以对皮肤和内脏中的机械刺激作出反应。
这些突破性的发现促进了我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的理解。两位获奖者在我们对感官与环境之间复杂相互作用的理解中发现了关键的缺失环节。
研究工作如辣椒般火热
在20世纪90年代后期,朱利叶斯通过分析辣椒素如何引起身体的灼热感,看到了重大进步的可能性。已知辣椒素可以激活引起疼痛感的神经细胞,但这种化学物质如何真正发挥这种功能是一个未解之谜。
朱利叶斯和他的同事创建了一个包含数百万个DNA片段的库,这些片段对应于在感觉神经元中表达的基因,这些基因可以对疼痛、高温和触摸作出反应。朱利叶斯和同事们假设,该基因库中应该包含一个DNA片段,可编码一种能够对辣椒素反应的蛋白质。
他们发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——辣椒素感应基因。该基因编码了一种新的离子通道蛋白,这种新发现的辣椒素受体后来被命名为TRPV1,是一种热敏受体,在令人感觉疼痛的温度下会被激活。
文章来源:《中国应用生理学杂志》 网址: http://www.zgyyslxzz.cn/zonghexinwen/2021/1018/610.html