十个科学关键词与科学的历程（上）

田地

创刊于1869年的英国《自然》杂志，在其150周年特刊上发表了针对上千本研究期刊的数千万篇科学论文的引用情况和参考文献的分析考察，其中的关键词排序体现了独特的意义。

从20世纪40年代至今，每10年（共计8个10年）抓取5个最常见的关键词，结果发现：“细胞”出现8次，次次上榜；“蛋白质”出现7次；DNA出现6次；“受体”出现4次；“基因”出现3次；“量子”出现2次，且是在21世纪的两个10年中连续出现。如果再把年代扩大为从19世纪70年代至今，则“水”出现7次；“射线”出现6次；“酸”出现4次；“太阳”出现3次。

这10个词出现的频次不仅反映了科学家的研究兴趣和方向，更能体现从19世纪下半叶至21世纪近20年来科学发展的历程。整体而言，这10个科学关键词代表了科学研究从宏观到微观，从自然到对自身研究的重视与转移。

1.细胞（cell）

早在1665年，英国科学家罗伯特·胡克就发现并提出了细胞概念，只是随着后来实验设备和仪器的改进以及研究的深入，细胞才成为科研最重要的领域。细胞是一切生物的构造单位，也是一切生物的生理单位。所有生命现象和功能都要由细胞来执行和完成。细胞不只是生物、医学、生命科学的核心，也是化学和物理的重要研究内容。因此，细胞既是多学科的枢纽，也是连接宏观与微观世界的桥梁。

如果说19世纪自然科学三大发现是细胞学说、能量守恒与转化定律和达尔文进化论，那么20世纪和21世纪就是细胞和分子生物学的时代。从20世纪70年代基因重组技术的出现到现在，研究细胞的分子结构及其在生命活动中的作用成为科学研究的主要任务，基因调控、信号传导、肿瘤生物学、细胞分化和凋亡也成为细胞生物学的研究热点。

细胞生物学的建立是从发现细胞核、细胞质以及其中的线粒体、核糖体、高尔基体等开始的，因此1974年的诺贝尔生理学或医学奖授予发现这些细胞结构的三位科学家。

通过神经细胞之间的联系来了解人的大脑是如何工作的，2000年的诺贝尔生理学或医学奖授予了这一发现。

发现细胞周期的关键分子调节机制、程序性细胞死亡过程以及细胞内的主要运输系统—囊泡运输的调节机制同样揭示了生命功能是如何运转的，这几项研究分别获得2001年、2002年和2013年诺贝尔生理学或医学奖。而且，2003年的诺尔化学奖还授予细胞膜通道的发现。同时，发现成熟的成人体细胞可转变为诱导多能干细胞（iPSCs）也获得2012年的诺贝尔生理学或医学奖。

發现细胞自噬机制和发现细胞如何感知及适应氧气分别获得2016年和2019年诺贝尔生理学或医学奖。所有这些都证明，细胞是20世纪和21世纪科学研究的重点和焦点，尽管是基础研究，但对于药物研发和治疗重大疾病，如癌症、艾滋病等，都有非常重要的意义。

2.蛋白质（protein）

蛋白质是生命的物质基础，也是构成细胞的基本有机物和生命活动的主要承担者。瑞典化学家贝采利乌斯在1838年发现和提出用蛋白质来描述一大类物质分子。后来研究人员发现，蛋白质是由20多种氨基酸以脱水缩合的方式组成的多肽链，并经过盘曲折叠形成的具有一定空间结构的物质。

1949年，弗雷德里克·桑格首次正确地测定了牛胰岛素的氨基酸序列，并验证了蛋白质是由氨基酸所形成的线性（不具有分叉或其他形式）多聚体，为此获得1958年的诺贝尔化学奖。20世纪的重要发现之一是，许多蛋白质的活性状态和失活状态可以互相转化，在一个精确控制的溶液条件下失活的蛋白质可以转变为活性形式。如何使蛋白质恢复到它们的活性状态成为生物化学的一个主要研究领域，也称为蛋白质折叠学。1972年的诺贝尔化学奖就授予了蛋白质折叠结构的发现。随后，研究人员发现普里昂（Prion）是一种特别的蛋白质因子而获得1997年的诺贝尔生理学或医学奖。另外，1999年的诺贝尔生理学或医学奖授予了发现控制细胞运输和定位的内在信号蛋白质，这当然也是细胞和蛋白质的双重成果。

从21世纪的多个诺贝尔化学奖也可以看到蛋白质研究的重要性和重要成果。2004年诺贝尔化学奖的获奖成果是泛素调节的蛋白质降解，2008年的获奖成果为发现并发展了绿色荧光蛋白（GFP），2009年的获奖成果是核糖体结构和功能研究（核糖体也是一种蛋白）。

蛋白质组的研究是未来科学发展的方向之一，一个生物系统在特定状态下表达的所有种类的蛋白质就是蛋白质组。尽管基因承载着人类的遗传物质，但蛋白质是遗传物质传递的最后一个环节，是生命活动的执行者，因此蛋白质组研究对于认识生命现象同样重要。

3.DNA

DNA即脱氧核糖核酸，来自细胞核（染色体），它既指一部分DNA分子，也可以指生物细胞核中整组染色体（也称基因组）的所有遗传物质。作为一种生物大分子，DNA最本质的功能是传递遗传信息并编码和生产各类蛋白质。

对DNA的最早认知是在1919年，利文确定了DNA由含氮碱基，糖和磷酸盐组成的核苷酸结成。但是，令人信服地证明DNA双螺旋结构的是《自然》杂志1953年4月25日发表的弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森的DNA结构论文，以及同时发表的莫里斯·威尔金斯和罗莎琳·富兰克林关于DNA结构的论文。

DNA双螺旋结构的发现彻底改变了生物学，为21世纪和未来的生物学和生命科学奠定了基础和指明了方向。克里克、沃森和威尔金斯获得1962年的诺贝尔生理学或医学奖。

随后，关于DNA研究的成果不断涌现。在DNA双螺旋结构确认后，发明限制性内切酶而进行DNA重组，以及测定DNA内核苷酸排列顺序的方法发明，分别获得1978年诺贝尔生理学或医学奖和1980年诺贝尔化学奖。同时，研究人员在胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面也有突破性进展，由此获得2007年诺贝尔生理学或医学奖。发现细胞修复受损的DNA并进行遗传信息维护的路径的成果获得了2015年诺贝尔化学奖。这些发现对于治疗癌症以及多种疾病也有重要意义。