2021年诺贝尔奖获奖者名单都出来了。全球变暖、不对称有机催化剂等都与学科前沿密切相关。近年来,高考命题也有越来越多的探索性试题倾向,诺贝尔相关话题也是热门考点,小编特别梳理了相关知识点,以便收藏。(莎士比亚,《北方探索》)。
01
2021年诺贝尔奖获得者名单综述
02
诺贝尔知识点在高考中的应用
生物
我们如何感受世界?
一、发现主线——温度感受器的分子机制。
温度的感觉是一种神经反射,感觉是大脑皮层产生的(这里是重点,考试很容易出错),早期是感受器先产生的神经冲动的传导,反射的基础是反射弧,中学生物书反射弧概念是感受器-转移神经-神经中枢-发送神经-效应器,如下图所示。
其中体温调节也很重要。其中,温角感受器和冷却感受器也很重要。如下图所示。
当然,很多学生对为什么要区分冷却和温角感受器有些困惑,但今年诺贝尔很好地解释了冷却和温角感受器两者不是一回事。或者作用的结构和机制不同:热角(温角)——和辣椒;冷却感受器——和薄荷。
二、支线——压力感觉
今年诺奖得主之一Patapoutian在研究薄荷后转身研究机械的感觉。例如拥抱:
(图片来源:诺奖官网)
他们开发了能够刺激细胞,细胞发送电信号,检测电信号的细胞系统。接着,筛选出72个候选基因,一一排除后,找到了感受到机械压力的新通道蛋白质Piezo。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国)。
(图片来源:诺奖官网,汉化)
摘要:温度/疼痛与TRPV1有关,触觉刺痛都是人体感受器的一部分。
诺奖委员会指出,这两位诺贝尔奖获得者对TRPV1、TRPM8和Piezo通道做出了划时代的贡献,不仅可以了解人体如何认识冷温、认识触觉和了解周围世界,后续研究还被我们用于开发更多的生理洞察力和多种疾病治疗药物,实际上将科学转化为患者的福利。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视))。
物理学
地球上的气候是复杂系统的众多例子之一。陈锅淑郎和哈塞尔曼因在开发气候模式方面的独创性工作而获得诺贝尔奖。帕里什因在复杂的系统理论中提出了大量问题的理论解决方案而获奖。
全球变暖是目前中/高考的重要考点。
outiaoimg.com/large/pgc-image/93e97084463f44898e5145cec710f9cf?from=article.detail&_iz=31825&index=6" width="405" height="399"/>真锅淑郎目前是普林斯顿大学的高级气象学家和气候学家。他于1931年出生于日本爱媛县,1957年在东京大学获得博士学位,随后加入美国气象局。
真锅淑郎利用当时才开始普及的计算机来预测天气,通过计算他发现,当大气中的二氧化碳含量增加到2倍时,地面温度将上升2.3度。在 1960 年代,他领导开发了地球气候相关的物理模型,并且是第一个探索辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为气候模型的发展奠定了基础。
在真锅淑郎研究的十年后,克劳斯·哈塞尔曼克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)延续了他的工作,试图寻找一种方法来解决会对计算造成很大问题的快速而混沌的天气变化。他创建了一个将天气与气候联系起来的模型,从而回答了"在天气是多变与混沌的情况下,气候模型为什么仍旧可靠?"的问题。他还发展了用于识别自然现象和人类活动影响气候的特异性信号、指纹的方法。他的方法被用来证明大气中温度的升高是由于人类排放的二氧化碳所造成的。
化学
合成分子的新方式你知道吗?记牢:不对称有机催化。
诺奖官方解读Benjamin List和David W.C,他们的工具彻底改变了分子合成。
2021 年诺贝尔化学奖表彰的发现,将人类构建分子的工作提升到了一个全新的水平。它不仅使化学更加环保,而且使合成不对称分子变得更加容易。在构建化合物的过程中,我们经常会得到两个结构互为镜像的分子,就像我们的双手一样。化学家通常只想要其中的一个——尤其是在生产药物时,但他们很难找到有效的方法。本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦开发的“不对称有机催化”既简单又精彩。
许多分子以两种变体存在,其中一种的结构是另一种的镜像,它们通常会对人类机体产生完全不同的影响。例如,柠烯(limonene)分子中的一种具有柠檬香味,而其镜像分子的味道则像橙子。
在研究催化抗体的过程中,本亚明对酶的实际工作方式展开了思考。酶通常是由数百个氨基酸构成的大分子,除了这些氨基酸外,酶还有相当一部分结构中含有帮助驱动化学过程的金属。但问题的关键就在此处,许多酶并不依靠金属的帮助来催化化学反应。恰恰相反,反应是靠这些酶中的一个或几个单独的氨基酸驱动的。本亚明跳出了既有的思维定式,提出了一个问题:氨基酸必须作为酶的一部分,才能催化化学反应吗?单个氨基酸,或类似的其它简单分子,是否也能起到相同的作用?
1-酶由数百个氨基酸构成,但与化学反应相关的往往只是其中的极少数氨基酸。本亚明·利斯特开始思考,想获得一种催化剂,是否一定需要完整的酶?
2-本亚明·利斯特测试了一种名为脯氨酸的氨基酸是否能够催化化学反应。尽管很简单,但脯氨酸的催化十分有效。脯氨酸的一个氮原子能够在化学反应中提供或容纳电子。
本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦成功地打破了这些先入之见,找到了一个巧妙的解决方案,解决了化学家几十年来一直在努力克服的问题。如今,有机催化剂才得以为人类带来最大利益。
历届诺奖作文素材与运用
1.甘泽尔和格兹确认大质量黑洞的存在
十多年前,德国人甘泽尔和美国人格兹领导各自团队,利用主动光学技术,分别观测到了银河系中心的超大质量黑洞,并计算出了它的质量——约为太阳质量的400万倍。这是人类历史上第一次获得星系中心存在超大质量黑洞的确切证据,堪称黑洞研究的一个里程碑。因为这一贡献,甘泽尔和格兹也获得了2020年诺贝尔物理学奖。(来源:上观新闻)
适用主题:科学探索,创新,成就
2.“假如霍金活着,他很可能拿诺贝尔物理学奖”
写《时间简史》的霍金和彭罗斯是同一领域的专家,两人携手开展过对黑洞的研究。霍金对黑洞的研究成就不亚于彭罗斯。如果霍金没有在2018年去世,等到了2019年公布的人类历史上首张黑洞照片,那么2020年诺贝尔物理学奖,就很可能与彭罗斯一起获得。(来源:上观新闻)
适用主题:科学探索,成就,遗憾
3.阿尔特发现丙型肝炎
随着科学进步,因输血造成的乙肝感染率大幅降低,不过输血仍然会造成约10%的受血者感染肝炎,让人困惑。从20世纪70年代初开始,阿尔特和同事对这一现象开展了深入研究,发现这些肝炎既不属于甲肝乙肝。阿尔特等人通过黑猩猩实验,证明这种新肝炎具有传染性。这,就是后来被正式命名为丙型肝炎。(来源:南方周末)
适用主题:科学探索,创新,成就
4.霍顿筛选并确认了丙肝病毒
1977年,霍顿在伦敦国王学院获得博士学位。1988年,霍顿和同事从感染肝病的黑猩猩血液中提取DNA,对每个DNA片段进行鉴定,结果幸运地筛选出与丙型肝炎表面抗原匹配的DNA片段,却发现这个DNA片段并不属于黑猩猩。他们推测这一DNA片段属于丙肝病毒,而且通过实验加以证实。(来源:南方周末)
适用主题:科学探索,创新,成就
5.赖斯为丙肝药物的研发打开了通道
1981年,查尔斯·赖斯在加州理工学院获得博士学位。从1993年开始,赖斯发现在丙型肝炎病毒基因组末端有一个此前未被识别的区域,对病毒复制很重要。通过用药干扰这个区域,可以阻止病毒复制。这为防治丙肝药物的研发打开了新的通道。(来源:寨主整合)
适用主题:科学探索,创新,成就
6.丙肝进入完全治愈时代
过去,人们曾一度认为,丙肝没有特效药,无法治愈。但是,阿尔特、霍顿和赖斯的研究,彻底扭转了这种局势。2013年起,一系列新药问世,丙肝正式进入完全治愈时代。此后,一批治疗丙肝的特效药相继问世,使得丙肝的治愈率现在接近100%,现已进入完全治愈时代。(来源:医学界)
适用主题:科学探索,创新,成就
7.彭罗斯发现黑洞的存在
彭罗斯是霍金的好友,著名的奇点理论,就是由罗杰·彭罗斯与霍金一起提出的。这些理论,都围绕着一个事物:黑洞。在爱因斯坦去世十年后,彭罗斯证明了黑洞确实可以形成,并对其进行了详细描述:在黑洞的核心,隐藏着一个点,在那里,所有已知的自然法则都停止。因为这一发现,彭罗斯获2020年诺贝尔物理学奖。(来源:腾讯新闻)
适用主题:科学探索,创新,成就
1.套着马车送牛奶的“牧场化学家”:雅各布斯·亨里克斯·范托夫
(1901年化学奖:在化学动力学和化学热力学研究领域的贡献)
深冬清晨,德国柏林郊区的斯提立兹大街上,一辆马车疾驶而过。赶马车的人50来岁,在自己的牧场养了许多奶牛,多年来一直为这一带的居民送鲜牛奶,风雨无阻,准时不误,人们早已熟悉了这位送奶人。
但有一天早上,当他们打开当天的报纸时,一行引人注目的文字映入眼帘:“范托夫荣获首届诺贝尔化学奖!”整个版面刊登了一位女画家给送奶工画的素描像。就这样,送奶工范托夫和化学家范托夫在人们心中合二为一,人们亲切地称他为“牧场化学家”——因为当时从事化学研究的人,还要兼职其他工作才能够维持生活,所以,范托夫才做送奶工。
尽管范托夫每天早上的任务就是给附近的居民送牛奶,但他心里惦记的,永远是他的实验!早在上中学时,他就对变幻无穷的化学实验感兴趣,他常常设法从父母那里要钱购买各种仪器来从事自己的“小实验”。长大后,他把化学当成自己理想的栖居地,长途跋涉,拜师学艺,为实现自己的理想而不断奔波。正因为他不懈追求,诺贝尔奖最终才会青睐于他。
获得诺贝尔奖之后,范托夫仍旧一边埋头科研,一边兼职经营农场,每天清晨仍和以往一样为人们送鲜奶。
点评:《荀子》有云:不登高山,不知天之高也;不临深溪,不知地之厚也。范托夫排除万难、勇攀高峰的精神值得我们学习和借鉴。
2.永远不满足的“足够好”:约翰·古迪纳夫
(2019年化学奖:发现锂离子电池,创造了一个可以充电的世界)
这位97岁高龄诺奖得主有个好听的英文名:Goodenough(古迪纳夫),“足够好”的意思。好记又好听,而他却从来不满足于“足够好”。
数学出身,半路出家搞电池,参加过二战。30岁才博士毕业,54岁开始研究电池,75岁研发磷酸铁锂,94岁研发全固态电池。如今97岁了,仍然带着最后一个博士生,并且成为了诺贝尔化学奖史上最高龄的诺奖获得主。
看起来曲折的人生道路,却并没有让他退却满足当下。
点评:在面对困难时,他总是选择认为自己做得“不足够好”。
3.差生也可以创造奇迹:约翰·波兰特·格登
(2012年医学奖:细胞核移植与克隆)
2012年,英国发育生物学家格登获得了2012年诺贝尔医学奖(或生理学奖)。
让人意想不到的是,在初中和高中,格登的生物学成绩却是250名学生中最差的,他甚至被老师断言“笨得完全不应该学习自然科学”。可是,正是这句话,让格登登上了自然科学的最高峰。
格登的中学时期是在英国著名的贵族中学:伊顿公学度过的,他的学习成绩很差。学校为了他们这些差生的成绩,特地聘请博物馆馆长加德姆给他们补课。格登非常高兴,因为跟着馆长,他一定可以学习到更多跟自然有关的知识。有一次课间,格登指着自己的手指问加德姆“为什么长在手上的手指会动,而被砍掉的手指却不会?”。加德姆说:“因为长在手上的手指有神经细胞,可以接受大脑的指令。而被砍掉的不能。”格登又问:“可是受精卵不仅能动,而且能够自然生长,被砍掉的手指为什么不能呢?”加德姆被问的不耐烦了,大吼道:“你这个笨蛋,这是自然界的生长规律!规律!你懂吗?”格登不说话了,摇了摇头。
后来上大学后,他反抗家人的安排,把所有精力交给了生物研究。可是,他还是“太笨了”。同一批的同学,有的生意兴隆,有的出版了小说,甚至在生物研究的专业也有同学出了成绩,只有他,还是默默无闻,不知道在折腾些什么。
但执着的喜欢,让他顶住了所有的压力,最终在生物学领域“化茧成蝶”。1958年,在完成博士学位时,他从蝌蚪细胞提取出完整细胞核,成功克隆了一只青蛙,一举成名,被称为“克隆教父”。终于,在2012年,他以在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究荣获“诺贝尔生理学奖”。
约翰·格登,曾经最差的学生,64年以后,成为公认的同时代最聪明的人之一。在他现在工作的剑桥大学办公室,还挂着当初老师给予的那份最差报告。
点评:喜欢,就坚持奋斗下去,哪怕你是最差的那一个,无关成功,因为喜欢,便是最好的理由。
4.一生只钻研一件事情:哈拉尔德·楚尔·豪森
(2008年医学奖:发现了宫颈癌的成因-HPV病毒)
生于1936年的豪森博士,目前是德国医学科学家和退休教授。
青年时期目睹了战后德国的景象,让他十分认真的对待生活,并专注于学业。虽然经历了20世纪60年代末期的享乐主义,但是他认为自己从来都不是嬉皮一族。
诺贝尔委员会用“标新立异”作为对他的评价。然而这4个字并不能概括豪森在科研生涯中经历过的孤独和失望。
1974年,当时的医学界还错误地认为孢疹病毒是导致宫颈癌的原因。在美国的佛罗里达一个关于孢疹病毒的回忆,如同一名不速之客,他在会议上毫不留情地报道了一系列结果,证明孢疹病毒与宫颈癌无关。同时,他列出文献上一些关于HPV病毒的疑点,呼吁人们将注意力转向这个陌生的敌人。报告场中顿时一片沉寂,他的观点也被轻易的忽视了。更为残酷的是,之后很长时间里,从癌细胞中寻找HPV的所有尝试均无功而返,豪森博士的研究小组也拿不出一份像样的答卷。
10年之后,转机出现了,豪森博士将HPV16和HPV18呈现给世人。然而当时的研究仍然举步维艰:美国财政部驳回了他的基金申请。制药公司也在进行市场调查之后中止了对HPV疫苗研究的投资。有些人嘲笑豪森博士“一生只做一件事”是愚蠢的,那些早期同他并肩作战的同事们也走了大半。
然而,时间终于证明了真相。随着新技术的开发,流行病学验证了HPV病毒对宫颈癌的直接作用,人们对HPV病毒的态度从试探转变为肯定。
点评:执着、坚韧往往是成功者的宝贵品质。面对失败和质疑,最好的办法就是确定正确的目标,持之以恒地走下去。
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编辑 | 悠然
校对 | 艾研
责编 | 毛毛
副主编 | 温鹃 常璐
主编 | 李大路
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