2017諾貝爾自然科學三獎預測:日本有機會「四連勝」嗎?

2017諾貝爾自然科學三獎預測:日本有機會「四連勝」嗎?
圖片來源:https://zh.wikipedia.org/w/index.php?curid=968802

我們想讓你知道的是

時逢諾貝爾獎公示前夕,本文擬在行禮如儀的量化預測、科普新聞及授獎儀典外,鋪墊一異色視點,為年度盛事調味增輝。

文:Kent LL(中山大學碩士)

時逢諾貝爾獎公示前夕,本文擬在行禮如儀的量化預測、科普新聞及授獎儀典外,鋪墊一異色視點,為年度盛事調味增輝。(以下敬稱略)

歷史學年鑑學派(École des Annales)巨匠布勞岱爾(Fernand Braudel)曾提出「短、中、長」三時段之說,其中之短時段(short span)範定「圍繞人物的數十年漣漪」,長時段(long period)則可謂之「跨度百年的集體性事件」。今年對於日本而言,恰逢一個長、短時段的週年交匯點:前者當為「明治維新150年前夕」,後者則是「人體iPS細胞問世十週年」【註1】。無獨有偶,「兩個週年」都銘刻著日本人對科學文明的巨大貢獻。過去三年絡繹瑞典的他們,已正默默築就日本科學史的又一里程碑。

IMG_7769-tile
圖片來源:作者提供
為紀念大隅良典的獲獎,秋田縣酒商特別發行「純米大吟醸 Yoshinori Ohsumi」。標籤正面為酵母、簽名圖樣。(來源:筆者收藏)

世紀初的契機

現代科學籌賞機制對科學研究(需要資金)、科學普及(需要報導)甚有助益。一國一地的「桂冠」多寡,更已然與國家實力、國家形象彼此連貫,成為除了「戰爭」、「奧運」外又一國際競賽的重要舞台。然而根據過往的例子,諾貝爾獎判斷失誤其實不在少數,日本尤為擦身而過(或稱「第四名得主」)的大戶【註2】。十年前我國學者即曾為文〈日本科學名低於實〉回顧往事【註3】。過失循非新知,更屬常識。

進入二十一世紀以來,日本人獲自然科學三獎的頻率僅次美國,居世界第二。儘管連年獲獎不在話下,但始終是「事不過三」,略有遺憾。

事實上,曾在離子通道研究(如:neurotransmitter-gated channel、voltage-gated channels及intracellular membrane channel)具有重大貢獻的沼正作(Numa, S.)【註4】,理應在白川英樹(Shirakawa, H.)、野依良治(Noyori, R.)、小柴昌俊(Koshiba, M.)及田中耕一(Tanaka, K.)首開「三連勝」紀錄(2000~2002年)後領銜2003年諾貝爾化學獎。惜沼氏早於1992年逝世,同樣做出重要工作的木村嘉明(Kimura, Y.)亦遭忽略【註5】。自此,日本首次連續獲獎嘎然而止,此間五年更顆粒無收。

「七連勝」的幻影

自2008開始的九年歲月中,日本再度頻繁獲獎,總數增至25人。然而,若逐年考察獎勵事由,便可察覺,其實日本距離「七連勝」只有一步之遙。資以「接近的學者」、「類似的貢獻」彙整如後:(*=該年度另有日本人獲獎)

年度 部門 獎勵事由 接近的學者 類似的貢獻
2009 物理學 光纖通訊 西澤潤一(Nishizawa, J.) 半導體雷射、聚焦性光纖等早期光纖通訊技術
2010* 物理學 石墨烯 飯島澄男(Iijima, S.) 更早發現碳材料奈米碳管(CNT)
2011 生理學或醫學 先天性免疫系統類鐸受體(TLRs) 審良靜男(Akira, S.) TLRs的系統性研究
2012* 化學 G蛋白耦合受體(GPCRs) 中西重忠(Nakanishi, S.) 相同
2013 化學 化學系統的多尺度模型 諸熊奎治(Morokuma, K.) 計算化學的綜合貢獻
2014* 化學 超解析度螢光顯微鏡 柳田敏雄(Yanagida, T.) 螢光顯微鏡的分子計測
2015* 物理學 微中子震盪

戶塚洋二(Totsuka, Y.)、鈴木厚人(Suzuki, A.)

相同
2016* 生理學或醫學 細胞自噬

吉森保(Yoshimori, T.)、水島昇(Mizushima, N.)

相同
化學 分子機器

新海征治(Shinkai, S.)、岩村秀(Iwamura, H.)

(新海)1979年完成世界最初分子機器【註6】/(岩村)1988年合成分子齒輪【註7】

其如物理學界的西澤、飯島、戶塚、鈴木,師出福井謙一(Fukui, K.)的諸熊等人皆已名震天下,無庸贅述。大隅良典(Ohsumi, Y.)最早的弟子吉森、水島同為自噬研究的早期先鋒。新海則曾是2016年化學獎得主Ben Feringa所專程親訪、學習分子機器的請教對象,其對獲獎三人組的無私祝福,尤謂美談。【註8】

15384590_384473865237533_598363405231163
圖片來源:作者提供
在諾貝爾講座中,大隅良典介紹水島昇的自噬可視化研究。

連成一片的「名人堂」足以說明日本科學的堅強實力。即無獎項追認,也絲毫無損其偉業的鋒芒、人格的輝光。

日本「蝴蝶」震動諾貝爾獎

2011年東日本大地震撼動全球,更致地軸位偏、本州移動。鮮為人知,或許一個2001年的蝴蝶效應,也曾引致規模空前的大震波。

眾所周知,戶塚生前主導超級神岡(Super Kamiokande)大水槽實驗,該設施曾在上世紀兩度締造諾貝爾級的成果(觀測超新星微中子、發現微中子的質量)。2001年,Super-K發生重大事故,甫經大腸癌手術的戶塚教授抱恙領導善後工作,幾經抗癌,2008年溘然辭世。世界損失一位諾貝爾獎當然人選,巧的是,諾貝爾獎物理學獎也開始「餘波蕩漾」:

  • 2008年將不太相干的自發性對稱破缺(spontaneous symmetry breaking)與CKM matrix合併獎勵,出現耐人尋味的「日本三人組」(而竟無Nicola Cabibbo)。
  • 2010、2011年領域順序對調(原為天文 → 凝態),事由異變(石墨烯、宇宙加速膨脹提前獎勵)。21世紀前八年的授獎規律(AMO → 天文 → 凝態 → 粒子)開始鬆動。
  • 過早獎勵石墨烯(且激起極大爭議)【註9】讓奈米碳管的發現出局。
  • 微中子震盪(1998年的發現)比希格斯玻色子(2012年的發現)更晚獎勵,至少推延三次之多(2010、2011、2013)。
  • 自然科學三獎皆往「綜合貢獻大於原創時間」的標準傾斜,其如2009、2014年的物理學獎及2016年的化學獎。

儘管從「一根光電倍增管爆裂」到「諾貝爾獎的接連改變」的因果歷程似難盡信,惟盼上述「豆知識」可為讀者諸君起到權威除魅(disenchantment)的效果。

IP161223TAN000081000[1]
來源:http://www.at-s.com/sp/news/article/culture/shizuoka/313622.htm
IP170401TAN000130000_1
來源:http://www.at-s.com/sp/news/article/culture/shizuoka/344968.html
故去的戶塚洋二享有「視同諾貝爾獎得主」的待遇。上圖為其故鄉富山縣去年特設「微中子館」紀念其功績(來源)。下圖為今年富士市仿製正版製作的「諾貝爾椅子」,以彰顯本地出身的偉人戶塚教授(來源)。

來到國際光之年(IYL 2015)的前後,日本學界再度熠熠生光。土生土長的6名學者:赤崎勇(Akasaki, I.)、天野浩(Amano, H.)、中村修二(Nakamura, S.)、大村智(Omura, S.)、梶田隆章(Kajita, T.)及大隅良典成功再造諾貝爾獎的日本三連勝。究竟今年的諾貝爾獎得主會是誰?達成「日本四連勝」的機會幾何?如何實現?以下,筆者依照公示順序,逐一推測本年度之獎勵結果及日本科學家之位置。

以下揭示的「可能性」並非deserve與否的最終判斷,亦非某種拔高或貶低,只是根據客觀條件的管窺蠡測。另姓名英稱改標全名,合先敘明。

得主預測:生理學或醫學獎

本年度的諾貝爾委員會(生醫)成員與去年大致相同,僅將Juleen Zierath(臨床綜合生理學)換為Nils-Göran Larsson(線粒體遺傳學),其他委員包括有:Anna Wedell(主席,醫學遺傳學)、Ole Kiehn(神經科學)、Patrik Ernfors(分子神經發育)、Christer Höög(細胞與分子生物學)、Thomas Perlmann(分子發育生物學)。交叉參考近兩年的獎勵事由,可知其與輪值主席專業領域有相關性,本年度則仍由Wedell連任主席。此外,近年癌症免疫紛紛投入臨床實用,頻獲大獎,距2011年獎勵免疫學研究已有六年,

基於不成文的「領域週期律」,可排除的人選包括:接近2014年(腦部研究)的小川誠二(Seiji Ogawa);接近2015年(療法)的遠藤章(Akira Endo)、滿屋裕明(Hiroaki Mitsuya);接近2014(神經科學)、2016年(蛋白質)的海格曼(Peter Hegemann)、德斯塞羅特(Karl Deisseroth)、博登(Edward Boyden);接近2016年(蛋白質)的森和俊(Kazutoshi Mori)可能改授化學獎。此外,CRISPR相關研究亦可能跨化學獎。

綜上,依機率高低排列,可推測2017年諾貝爾生理學或醫學獎結果如下,儘管日本人選推斷兩名,惟參考近年評選標準及個人賞歷,相對機率皆不算高。

一、首選:遺傳學相關

  • 巴藍古(Rodolphe Barrangou)、霍瓦特(Philippe Horvath)、莫吉卡(Francisco Mojica)或 石野良純(Yoshizumi Ishino)──「發現與發展CRISPR」
  • 希克斯尼斯(Virginijus Šikšnys)、杜德納(Jennifer Doudna)、卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)──「有關CRISPR-Cas9基因編輯技術的革命性發現」
  • 安博斯(Victor Ambros)、魯夫昆(Gary Bruce Ruvkun)──「發現小分子核糖核酸(miRNA)」
  • 西達(Howard Cedar)、拉欽(Aharon Razin)、埃利斯(Charles David Allis)──「有關基因調控與組蛋白調控的表觀遺傳學(epigenetics)研究」

二、有可能得獎:免疫學相關

  • 艾利森(James P. Allison)、本庶佑(Tasuku Honjo)──「發現T細胞抑制性受體的免疫作用」

得主預測:物理學獎

毫無懸念,完成「愛因斯坦最終習題」的LIGO重力波實驗必獲獎。本年度諾貝爾委員會(物理)委員背景依次為:Nils Mårtensson(代理主席,專長金屬及同步加速器輻射技術)、David Haviland(奈米結構)、Olga Botner(實驗基礎粒子物理)、Mats Larsson(分子物理)、Thors Hans Hansson(理論物理)、Gunnar Ingelman(亞原子物理)。

如前所述,始自戶塚洋二的「蝴蝶效應」後,除了相鄰年度「領域不重複」之外,物理學獎已無嚴密的「領域週期律」。有鑑於希格斯玻色子「2012年證實、2013年授獎」的前例,重力波「2016年證實、2017年授獎」完全有可能。再加上2015年的微中子震盪屬於「天文」「粒子」兩領域之交叉,時隔兩年返回天文領域亦不太牽強。

另外由於2014年南極BICEP2團隊撤回其「一度發現」的早期宇宙重力波原生B模偏振(primordial B-mode polarization),因此古斯(Alan Guth)及佐藤勝彥(Katsuhiko Sato)尚難依憑宇宙暴脹理論(inflation)獲獎。此外,多鐵性材料的十倉好紀(Yoshinori Tokura)、快閃記憶體的舛岡富士雄(Fujio Masuoka)近幾年應無懸念。鐵基超導體的細野秀雄(Hideo Hosono)機會亦不低。

綜上,可推測2017年諾貝爾物理學獎結果如下:

一、唯一選:重力波實驗

  • 魏斯(Rainer Weiss)、索恩(Kip Thorne)、巴利(Barry Clark Barish)──「開發並運用重力波觀測裝置LIGO觀測重力波」

得主預測:化學獎

化學獎未必年年頒發,因其常常「化學反應」成第二醫學獎(如2008、2012、2015)或第二物理獎(如2011、2014)(以上勿當真XD。可以說,化學獎幾無規律,是最難預測的諾貝爾獎)。

言歸正傳,2016、2017年度的諾貝爾委員會(化學)陣容相同,與2015年的差別在Sven Lidin(無機)與Jan-ErlingBäckvall(有機)被取代為Peter Brzezinski(生化)與Johan Åqvist(理論),其他委員包括有:Sara Snogerup Linse(主席,物化)、Claes Gustafsson(醫學生化)、Olof Ramström(有機與化工)、Gunnar von Heijne(理論)。此外,近十年的獎勵領域為依次為:分析(2007)、生化(2008)、生化(2009)、有機(2010)、無機(2011)、生化(2012)、理論(2013)、物化(2014)、生化(2015)、有機(2016)。

睽諸往例,生化領域具有壓倒性優勢,直接碾過「領域週期律」更不在話下。本世紀有機領域約為5年一次,惟此前曾有2000、2001年連續獎勵的前例,且去年授予較冷門的旁枝(超分子),今年仍有「連莊」的可能(尤其是與生化交叉)。物化領域在最近46年內只得六次,頻率不定(長則21年的1971、1992;短則3年的1996、1999)且在最近(2007、2014)皆有獎勵,惟熱門人選呼聲極高,故也可納入考慮。

許多人選或因競爭者眾(超過3人)、或因為時過早、或因前景未明,本年度可先不考慮,其包括:岸義人(Yoshito Kishi)與K·C·尼古勞(K.C. Nicolaou)等4人、向山光昭(Teruaki Mukaiyama)等四人、山本尚(Hisashi Yamamoto)、岡武史(Takeshi Oka)、神谷信夫(Nobuo Kamiya)及沈建仁(Jian-Ren Shen)。另福山透(Toru Fukuyama)、玉尾皓平(Kohei Tamao)、薗頭健吉(Kenkichi Sonogashira)時機已過亦無可能。儘管CRISPR-Cas9呼聲極高,但基於以下理由,筆者並不支持其今年獲獎:

  1. 前前後後deserve者遠超過三人,非二到三次諾貝爾獎(醫學及化學)不足以囊括,建議比照2010年化學獎處理(先等有人上天堂)。
  2. 尚須更多臨床證明「正面貢獻」之潛力(諾貝爾最強調的「for the greatest benefit to mankind」)。
  3. DNA雙螺旋歷時九年獲獎、iPS細胞歷時六年獲獎,CRISPR的突破方屆5年,不急於一時授獎。
  4. 2015年剛獎勵過DNA修復,2017年獎勵DNA編輯顯得急躁。但可先授予CRISPR的早期發現與機理研究。

綜上,依機率高低排列,可推測2017年諾貝爾化學獎結果如下:

一、首選:生化

  • 森和俊(Kazutoshi Mori)、瓦爾特(Peter Walter)──「發現內質網未折疊蛋白反應(unfolded protein response)」
  • 藤嶋昭(Akira Fujishima)──「人工光合作用,因其發現二氧化鈦的光催化性質和超親水特性(Honda-Fujishima effect)」
  • 巴藍古(Rodolphe Barrangou)、霍瓦特(Philippe Horvath)、莫吉卡(Francisco Mojica)或 石野良純(Yoshizumi Ishino)──「發現與發展CRISPR」

二、次選:有機

  • 中西香爾(Kojii Nakanishi)、布瑞斯羅夫(Ronald Breslow)、艾申莫瑟(Albert Eschenmoser)──「對生物有機化學、化學仿生學,特別是構造生物研究的奠基性貢獻」
  • 老馬(Krzysztof Matyjaszewski)、澤本光男(Mitsuo Sawamoto)、王錦山(Jin-Shan Wang)──「發現原子轉移自由基聚合(ATRP)」

三、有可能得獎:物化

  • 古迪納夫(John B. Goodenough)、惠廷漢(M. Stanley Whittingham)、吉野彰(Akira Yoshino)──「發明鋰電池(LIB)」
TUS
來源:https://youtu.be/cUXsHl2qpJ8
藤嶋昭校長(左一)授予校友大村智(右一)東京理科大學特別榮譽博士的現場,此景或能成為2名諾貝爾獎得主的合影。(來源

平田義正(Yoshimasa Hirata)不愧是與Robert B. Woodward(1965年化學獎得主)同時發表河豚毒素化學構造的一代大師,除了早早馳名國際的岸義人、中西香爾之外,野依良治與下村脩(Osamu Shimonmura)也都出自「平田學派」,誠可謂東方少見的學術豪門。

本文草就於「開獎」前43個小時,想必疏漏、不備難以避免,尚請諒察。

註釋

  1. Takahashi, K. et al. (2007). Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 131:861–872.
  2. 「4人目の受賞者」に泣いた新海征治先生の輝ける業績。ようこそ馬場錬成のブログ。2016
  3. 「名」低於「實」的日本科學。知識通訊評論。2007。
  4. Hayaishi, O. (1992). "Shosaku Numa 1927–1992". Trends in Biochemical Sciences. 17 (9):327.
  5. Kimura Y. et al. (1997). Surface of bacteriorhodopsin revealed by high-resolution electron crystallography. Nature 389:206-211.
  6. Shinkai S, Ogawa T, Nakajima T, Kusano Y, Manabe 0 (1979) Tetrahedron Lett 20: 4569
  7. H. Iwamura and K. Mislow, “Stereochemical Consequences of Dynamic Gearing”, Acc. Chem. Res., 21 (1988) 175-182.
  8. 九州に分子機械の先駆者 新海征治・九大特別主幹教授 今年のノーベル化学賞テーマ:ニュース:九州経済:qBiz 西日本新聞経済電子版 | 九州の経済情報サイト。
  9. Nature, "Nobel document triggers debate", Published online 24 November 2010 Nature 468, 486 (2010)

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航