2018年度诺贝尔科学奖已悉数公布。

美国的詹姆斯·阿利森（James Allison）和日本的本庶佑（Tasuku Honjo）获诺贝尔生理学或医学奖，因为他们“发现免疫负调控抑制可治疗癌症”。

美国的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）、法国的杰拉德·穆鲁（Gerard Mourou）和加拿大的唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）获诺贝尔物理学奖，因为他们在激光物理学领域做出了开创性发明。

美国的弗朗西丝·阿诺德（Frances H. Arnoid）、乔治·史密斯（George P. Smith）和英国的格雷戈里·温特（Sir Gregory P. Winter）获诺贝尔化学奖，因为他们在酶的定向进化与多肽和抗体的噬菌体展示技术方面做出了贡献。

今年诺贝尔科学奖多学科纠缠交融聚焦生物学

生物学是生理学和现代医学的基础，故此生理学和医学必然要落地和植根于生物学。阿利森和本庶佑获2018年度诺贝尔生理学或医学奖，首先在于两位科学家通过研究提出了一种与主流思潮不同的治疗癌症新思路，即不是杀灭癌细胞，而是对机体的免疫系统进行调控，解放被束缚和抑制的免疫力，让免疫系统全“身心”地投入到抗御癌症的征战中，从而获得较好治疗效果。

阿利森和本庶佑，分别发现了细胞毒T淋巴细胞相关抗原-4（CTLA-4）和程序性细胞死亡蛋白1（PD-1），它们都可以被称为分子制动器或“刹车”，其作用是抑制免疫T细胞抗御或杀灭癌细胞和病原微生物功能。他们认为，如果能研制一类抗体来结合CTLA-4和PD-1分子，就能解除对T细胞的抑制，从而激活免疫细胞，这就是抑制的抑制，因而这种抑制或阻断免疫抑制分子的方法可以得到“负负得正”的结果，这样的调控也称之为免疫负调控。实际上他们的研究结果也证实了这一点。

可以说，2018年度诺贝尔生理学或医学奖，其实奖励的是科学家的观念创新。

阿什金、穆鲁和斯特里克兰获2018年度诺贝尔物理学奖，同样与生物学有关。他们发明的光镊技术（创建超短高强度激光脉冲），既可捕捉小分子生物目标如病毒、DNA分子等，又不会破坏它们的结构，使得人们能研究活体状态下的生物分子，深入理解生命和疾病机理，同时还能将这一技术应用于临床治疗，如治疗白内障和近视眼（激光手术）。

阿诺德、史密斯和温特获2018年度诺贝尔化学奖，同样涉及甚至大部分是生物学内容。阿诺德是通过对枯草杆菌蛋白酶的定向进化研究获得了更有活性的酶，从而能催化产生对环境更友好的化学物质，史密斯和温特则通过多肽和抗体的噬菌体展示技术研发了新的抗体药物如阿达木单抗，以治疗类风湿关节炎、强直性脊柱炎。

女性获奖者阿诺德的成果，其本身即体现了多学科交叉。她本人的专业既不沾边生物学又与化学扯不上关系。她的大学本科专业是机械与航空航天工程（普林斯顿大学），集中于太阳能研究，只是在读硕士研究生的时候才转向蛋白质工程研究。阿诺德把她的专业“转道”动因，归结于她的4位兄弟，后者帮助她从机械工程转向蛋白质工程。并且，在生物与化学交叉学科领域，阿诺德还另辟蹊径，不走常人之路——利用遗传密码进行蛋白质工程改造，而是利用定向进化的方法研究蛋白质，从而获得按常规方法难以获得的成果。

历史上诺贝尔科学奖学科独立泾渭分明

回顾历史，诺贝尔自然科学奖的各个学科，曾相对独立泾渭分明。

首届诺贝尔奖于1901年颁发，当时3个奖项分别是：德国的医学家埃米尔·阿道夫·冯·贝林，因研究了白喉的血清疗法而获当年诺贝尔生理学或医学奖；德国物理学家威廉·康拉德·伦琴，因发现X射线——为开创医疗影像技术铺平了道路而获当年诺贝尔物理学奖；荷兰化学家雅各布斯·亨里克斯·范托夫，由于发现了溶液中化学动力学法则和渗透压规律以及对立体化学和化学平衡理论做出贡献，成为首届诺贝尔化学奖获得者。

随着科学的发展，需要不同学科及技术相互渗透和融合才能获得明晰和重要的成果，因而诺贝尔自然科学奖的3个奖项逐渐交叉起来，最明显的是生物学（生理学或医学）与化学的相互渗透。

生物学是最多地抢占了化学地盘的学科，自1990年以来，有16次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。其中最经典的里程碑式的科学家，是英国的弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger），由于他杰出的研究成果，因而先后两次获诺贝尔奖，而且都是生物学与化学交叉的成果，但他获得的都是诺贝尔化学奖，并非生理学或医学奖。

因其完整地测定了胰岛素的氨基酸序列，证明蛋白质具有明确构造，桑格获1958年度诺贝尔化学奖；又由于发明了DNA测序方法并因此“打开了分子生物学、遗传学和基因组学研究领域的大门”，桑格再获1980年度诺贝尔化学奖，因此他也被誉为“人类基因学之父”。桑格的成就表明，从20世纪40-50年代开始，生物学和化学就开始纠缠在一起，并因此而取得重大成果。

进入21世纪，生物学越来越多地进入化学领域，抑或两者相互纠缠在一起，创造了更多的成果和荣誉。

2003年度诺贝尔化学奖授予美国的彼得·阿格雷（Peter Agre）和罗德里克·麦金农（Roderick MacKinnon），因为他们发现了细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究做了开创性贡献。他们研究的细胞膜通道，就是人们以前猜测的“城门”。生物的水通道，是一个新的研究领域。水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，它们的种类很多，仅人体内就有11种，且具有十分重要的功能，如在人的肾脏中起着关键的过滤作用。

不过，在水通道研究的生物和化学相结合的范畴，其实还融进了物理学的内容和方法，正是因为物理学的方法，才让人们深刻了解了水通道。1988年，麦金农利用X射线衍射晶体成像技术获得了世界上第一张离子通道的高清晰度照片，也是第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。麦金农通过对青链霉菌（也是一种蛋白）的观察，获得了离子在进入离子通道前的状态、在通道中的状态以及穿过通道后的状态。这一发现对于理解生命现象和本质，以及了解疾病有重要帮助。一些神经系统疾病和心血管疾病，就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应药物。

距人们比较近的一次典型的生物学与化学纠缠的成果，是由于描述并解释了细胞修复DNA的机制以及对遗传信息的保护措施，瑞典的托马斯·林达尔（Tomas Lindahl）、土耳其的阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）和美国的保罗·莫德里奇（Paul Modrich）获2015年度诺贝尔化学奖。而且，这一成果与今年诺贝尔化学奖同样聚焦于特殊的蛋白质——酶。

林达尔利用细菌DNA来寻找并修复酶。他发现，有一种细菌酶能去除DNA里受损的胞嘧啶，这就是糖基化酶（glycosylases），这是DNA修复过程中的第一步；桑贾尔则成功地克隆出能修复被紫外线损伤的DNA的酶——光解酶的基因，并成功地让细菌批量生产这种酶；莫德里奇发现，Dam甲基化酶能够给DNA加上甲基基团，这些甲基集团可以像路标一样起作用，帮助某个特定的限制性内切酶在正确的位置切断DNA链，并启动对DNA的修复。

2015年度诺贝尔化学奖表明，不仅生物与化学交叉，而且还聚焦于酶学领域。迄今，约50项诺贝尔奖中都有着酶的身影。这说明在生物学和化学中，酶具有十分重要的作用。此外，2004年度“泛素调节的蛋白质降解”、2006年度“真核转录的分子基础”、2009年度“核糖体结构和功能”和2012年度“G蛋白偶联受体研究”先后获诺贝尔化学奖，都是生物学与化学结合的成果。

近年来诺贝尔科学奖开始3科交融不分彼此

诺贝尔科学奖在历史上尤其是在最近几十年开始3科交融、不分彼此。较为突出的成果是2017年度诺贝尔化学奖，把生物学、物理学和化学有机结合在一起，可谓“一个发给物理学家的诺贝尔化学奖，奖励他们帮助了生物学家”。

瑞士的雅克·杜波切特（Jacques Dubochet）、美国的约阿希姆·弗兰克（Joachim Frank）和英国的理查德·亨德森（Richard Henderson），由于“研发出冷冻电镜，用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”而获2017年度诺贝尔化学奖。这项技术简化了生物分子成像并促进了它的发展，将生物学和化学带入一个新时代。

1990年，亨德森成功地利用一台电子显微镜获得一种蛋白质的3D图像，图像分辨率达到原子水平，这证明冷冻电子显微技术有无限的发展潜力；弗兰克在1975-1986年间开发出一种图像处理技术，能够分析电子显微镜生成的模糊2D图像，并将其合并最终生成清晰的3D结构；杜波切特是将水引入电子显微镜中。通常情况下，液态水在进入电子显微镜的真空管后会蒸发，使得生物分子瓦解，不再具有之前的形态。20世纪80年代早期，杜波切特进行改进，让水玻璃化即迅速将水冷却，让其以液体形态固化生物样本，使得生物分子在真空管中仍能保持其自然形态。

在上述研究成果基础上，今天，研究人员能很轻松地获得生物分子的3D结构，如导致抗生素耐药性产生的蛋白质以及多种病毒的外观，并且可以看到活的生物分子，为研发新药和理解生命现象开辟了新途径。

从电子显微镜到冷冻电子显微镜再到图像处理技术，都是物理学的光学和电子学的技术和内容，但通过它们介入到化学和生物学，有力地帮助了生物学家研究生物小分子。生物学、物理学和化学，就这样自然而然地结合和纠缠在一起。

同样值得一提的是，3位获奖者之一杜波切特，其本身也有多学科交叉经历，他认为自己原本是学物理的洛桑理工大学的物理工程师，但是，在后来的关键一年——1967年，就几乎变成生物学家了。

诺贝尔科学奖的历史上，更为经典的颁奖，是对DNA双螺旋结构发现的承认，同时也是物理学与生物学和化学生动纠缠在一起的杰出成果。而且，如果不是物理学的方法和技术，人们不可能很快正确认识DNA的双螺旋结构。

1952年，美国化学家莱纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling，1954年因在化学键方面的工作获诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获诺贝尔和平奖），发表了关于DNA三链模型的研究报告。他认为，DNA的三链模型使得DNA的结构是一种α螺旋。但是，1953年4月5日，莫里斯·维尔金斯（Morris Wilkins）和罗沙林·富兰克林（Rosalind Franklin）在英国的《自然》杂志刊登他们的研究文章，采用X射线衍射技术，他们发现DNA是一些长分子链，其排列呈双螺旋状。

X射线是一种波长很短（约为20-0.06埃）的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。德国物理学家劳厄（M.von Laue）提出，既然X射线的波长和晶体内部原子面间的距离相近，那么晶体就可以作为X射线的空间衍射光栅，也就是当一束X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。如果分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。

由于证实了这一假说，并发现了晶体的X射线衍射现象，劳厄获1912年度诺贝尔物理学奖。这一物理学方法，后来也广泛用于研究物质结构包括生物物质。上文提及的麦金农就是利用X射线衍射晶体成像技术，获得世界上第一张离子通道的高清晰度照片。

后来，威尔金斯、富兰克林与詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson）和弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克（Francis Harry Compton Crick），在讨论时，也出示了富兰克林以前拍摄到的DNA的X射线衍射照片，这个照片让沃森和克里克灵光闪现，认为DNA的内部是一种双螺旋结构，而非三链的α螺旋结构。

沃森和克里克循着这个思路深入探讨，在理论上得出共识，DNA是一种双链螺旋结构。然后他们在实验室中联手开始搭建DNA双螺旋模型，终于在1953年3月7日，将他们想象中的DNA模型搭建成功，并将这一结果发表于1953年4月25日的《自然》杂志。

这一研究涉及的化学内容是，沃森和克里克证明DNA中的分子——4种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，是成双成对地排列在交互缠绕的两股多核苷酸长链上，DNA分子是一种由两条互相缠绕的多核苷酸长链组成，脱氧核糖和磷酸排列在每条链的外侧，而4个碱基对则排列在内侧的双螺旋结构上。由此，维尔金斯、沃森和克里克获1962年度诺贝尔生理学或医学奖，富兰克林因病离世未能获奖。

诺贝尔物理学奖介入生物医学，在21世纪初就取得了成果。2003年度诺贝尔生理学或医学奖授予磁共振成像发明，就是一个生动的体现。由于发明了磁共振成像技术（MRI），美国的保罗·C·劳特伯（Paul C Lauterbur）和英国的皮特·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）获2003年度诺贝尔生理学或医学奖。然而实际上这一研究和探索始于20世纪60-70年代。磁共振成像技术是物理学与生物医学的结合，对于医疗诊断、治疗和治疗后的随访至关重要，它使得人类能精确地观察人体内部器官而又不造成伤害，再也不必在黑暗中摸索。特别是磁共振成像技术还能观察活体大脑的生物电流和血供，为研究人的大脑思维乃至人工智能提供了另一种体外观察方式，且这种方式并不伤害人。

未来，生物学将不可避免地会成为前沿热点学科，化学、物理学甚至数学和计算机科学也将不可避免地介入生物学，在多学科纠缠和交融后，不可避免地会涌现更多更重大的成果，造福于人类社会。