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剛剛,2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉!

時間:2021-10-07 09:07|來源:網絡整理|編輯:|點擊:

 
 
剛剛,2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉!  
 

剛剛,2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉!

2021年諾貝爾生理學或醫學獎被授予美國科學家大衛·朱利葉斯(David Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),理由是他們“發現了溫度和觸覺受體”。

2021年的諾貝爾獎單項獎金為1000萬瑞典克朗(約合人民幣740.9萬元)。

大衛·朱利葉斯(David Julius,1955年出生于美國紐約。1984年從加州大學伯克利分校獲得博士學位,并曾在哥倫比亞大學做博后。1989年加入加州大學舊金山分校,目前為該校教授。

阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),1967年出生于黎巴嫩貝魯特。1996年從加州理工學院獲得博士學位,并曾在加州大學舊金山分校做博后。2000年加入斯克利普斯研究所,目前為該所教授。2014年至今,他也是霍華德休斯醫學研究院的研究人員。

人類對熱、冷和觸覺的感知能力對生存至關重要,支撐著我們與周圍世界的互動。在日常生活中,我們認為這些感覺理所當然,但神經沖動是如何產生的,從而使溫度和壓力可以被感知?今年的諾貝爾生理學或醫學獎得主解決了這個問題。

大衛·朱利葉斯利用辣椒素(一種從辣椒中提取的刺激性化合物,能產生灼燒感)來識別皮膚神經末梢上對熱做出反應的感應器。阿登·帕塔普蒂安利用壓力敏感細胞發現了一種對皮膚和內部器官的機械刺激作出反應的新型感應器。這些突破性的發現引發了熱烈的研究活動,使得人們對神經系統如何感知熱、冷和機械刺激的理解迅速增加。兩位獲獎者指出,在人們理解感官與環境之間復雜的相互作用時,存在著關鍵的缺失環節。

我們如何感知世界?

人們如何感知周圍的環境?這一問題是人類面臨的最大謎團之一。幾千年來,人類的感官機制一直激發著科學家的好奇心,例如,眼睛是如何感知光的?聲波是如何影響內耳的?不同的化合物是如何與鼻子和嘴中的感受器相互作用產生嗅覺和味覺的?人們也有其他方式來感知周圍的世界。想象一下在炎熱的夏天赤腳走過一片草坪。你可以感受到太陽的熱量,風的愛撫,還有腳下的草葉。這些對溫度、觸覺和運動的印象對于人們適應不斷變化的環境至關重要。

17世紀,法國哲學家笛卡爾(Rene Descartes)設想存在將皮膚不同部位與大腦連接起來的線。這樣,一只腳碰到明火就會向大腦發送一個機械信號(圖1)。后來的發現揭示了專門的感覺神經元的存在,它們記錄了周圍環境的變化。1944年,約瑟夫·厄蘭格(Joseph Erlanger)和赫伯特·加瑟(Herbert Gasser)獲得了諾貝爾生理學或醫學獎,因為他們發現了不同類型的感覺神經纖維可對不同的刺激做出反應,例如,對疼痛和非疼痛觸摸的反應。從那時起,科學家證明了神經細胞是高度專門化的,可用于識別和傳導不同類型的刺激,允許對周圍的環境有細微的感知;例如,人們通過指尖感受表面紋理的差異,或者分辨令人愉悅的溫暖和令人痛苦的灼熱。

盡管如此,在大衛·朱利葉斯和阿登·帕塔普蒂安的發現之前,人們對神經系統如何感知和解釋周圍環境的理解仍然包含一個根本未解決的問題:在神經系統中,溫度和機械刺激是如何轉化為電脈沖的?

剛剛,2021年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉!

圖1 哲學家笛卡爾想象熱如何向大腦發送機械信號的插圖。

科學升溫了!

20世紀90年代后期,美國加州大學舊金山分校的大衛·朱利葉斯通過分析化合物辣椒素是如何導致人們接觸辣椒時產生灼燒感的,看到了重大進展的可能性。人們已經知道辣椒素可以激活神經細胞,引起疼痛感,但這種化學物質究竟是如何發揮這種功能的,仍是一個未解之謎。朱利葉斯和同事創建了一個由數百萬個DNA片段組成的文庫,這些片段與表達能對疼痛、熱和觸摸做出反應的感覺神經元中的基因相對應。朱利葉斯與合作者推測,該基因庫中應該包含一個DNA片段,編碼一種能夠對辣椒素做出反應的蛋白質。他們在培養的細胞中表達了這些通常對辣椒素沒有反應的個體基因。經過艱苦的搜索,他們發現了一個能夠使細胞對辣椒素敏感的基因(圖2)。

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