陳 其 榮

(復(fù)旦大學(xué) 哲學(xué)學(xué)院，上海 200433)

一、基礎(chǔ)研究范疇新釋

人們通?；谘芯磕康幕蚰繕?biāo)的不同，將科學(xué)研究范疇劃分為基礎(chǔ)研究(Basic research)與應(yīng)用研究(Application research)?；A(chǔ)研究的目的或目標(biāo)是認(rèn)知，是追求對(duì)宇宙、自然界和其中的生命現(xiàn)象的更深刻的理解與認(rèn)識(shí)，其根本特點(diǎn)是以“好奇心”為取向，增進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域的基本知識(shí);應(yīng)用研究的目的或目標(biāo)是應(yīng)用，是為了謀求個(gè)人、團(tuán)體或社會(huì)的利益與功利，其根本特點(diǎn)是以任務(wù)為取向，將基礎(chǔ)研究的成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。按照這樣的流行觀點(diǎn)，基礎(chǔ)研究被定義為“實(shí)驗(yàn)性或理論性的工作，目的是為了獲取現(xiàn)象和可觀察事實(shí)的根本基礎(chǔ)的新知識(shí)，而事先沒(méi)有特定的應(yīng)用目的”。［1］23所謂應(yīng)用研究，則是為了確定基礎(chǔ)研究成果可能的用途，或是為達(dá)到某一具體的實(shí)用目的或目標(biāo)而探索應(yīng)采取的新方法或新途徑所進(jìn)行的獨(dú)創(chuàng)性研究。因而，盡管科學(xué)研究的學(xué)科類別不同，但都可以劃歸到純基礎(chǔ)研究與純應(yīng)用研究這兩個(gè)極端類型之中。也就是說(shuō)，一個(gè)具體的科研項(xiàng)目只能屬于基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究這兩種研究范疇當(dāng)中的一種，而不能同時(shí)屬于這兩種研究范疇。然而，我們絕不能以孤立、靜止的眼光來(lái)看待這兩種研究范疇，而要把它們當(dāng)作一種隨著科學(xué)研究實(shí)踐的發(fā)展而演進(jìn)的范疇來(lái)加以考察。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展從“學(xué)院科學(xué)”向“后學(xué)院科學(xué)”的轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)研究的范疇已從只是“純基礎(chǔ)研究”的一種類型拓展為“純基礎(chǔ)研究”和“定向基礎(chǔ)研究”兩種類型。對(duì)于“定向基礎(chǔ)研究”，上述“沒(méi)有特定的應(yīng)用目的”的基礎(chǔ)研究的定義，已不再適用?！岸ㄏ蚧A(chǔ)研究”這一科學(xué)研究范疇的出現(xiàn)，告誡人們?cè)僖膊灰珗?zhí)地堅(jiān)持以不同目的或目標(biāo)來(lái)區(qū)分基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的傳統(tǒng)做法。

(一) 科學(xué)范型：從“學(xué)院科學(xué)”到“后學(xué)院科學(xué)”

所謂“學(xué)院科學(xué)”(Academic Science)，是指近代以來(lái)由科學(xué)家在大學(xué)和科研院所發(fā)展起來(lái)的“純科學(xué)”(Pure Science)，是科學(xué)最純粹形式的原型。它的直接目的是發(fā)展知識(shí)，并不怎么關(guān)心科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。其根源能夠追溯到古希臘人關(guān)于自然哲學(xué)探究的理想，“他們探索哲理只是為脫出愚蠢，為求知而從事學(xué)術(shù)，并無(wú)任何實(shí)用的目的”。［2］這種為自身而求知的信念，在之后的悠悠歲月里，逐漸演變成一種稱之為理想主義的科學(xué)觀。在理想主義科學(xué)觀看來(lái)，“科學(xué)僅僅同發(fā)現(xiàn)真理和觀照真理有關(guān);它的功能在于建立一幅同經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相吻合的世界圖像”。［3］于是，“學(xué)院科學(xué)”或“純科學(xué)”可以被定義為這樣的科學(xué):“它主要并直接致力于發(fā)展概念體系，包括對(duì)概念體系作出擴(kuò)充、修訂和檢驗(yàn);這種發(fā)展本質(zhì)上是一種建立臨時(shí)‘真理’的無(wú)盡的過(guò)程。”［4］

學(xué)院科學(xué)除了是一種獨(dú)特的進(jìn)化中的概念體系，同時(shí)也是一種具有獨(dú)特規(guī)范的社會(huì)體制。按照R·K·默頓的科學(xué)社會(huì)學(xué)思想，它遵循下述的制度規(guī)范，這些制度上的規(guī)范構(gòu)成了科學(xué)的精神氣質(zhì)。(1)公有主義(Communalism)，“科學(xué)是公共的知識(shí)”，“只有當(dāng)科學(xué)家把他的思想和發(fā)現(xiàn)公之于世，他才算作出科學(xué)貢獻(xiàn)。因而，只有使他的貢獻(xiàn)成為科學(xué)的公共領(lǐng)域的一部分，他才能真正地要求說(shuō)，這項(xiàng)貢獻(xiàn)歸他所有”。(2)普遍主義(Universalism)，“無(wú)論是把一些主張劃歸在科學(xué)之列，還是排斥在科學(xué)之外，都不依賴于提出這些主張的人的個(gè)性或社會(huì)屬性;他的種族、國(guó)籍、宗教、社會(huì)地位和個(gè)人品質(zhì)都與此無(wú)關(guān)”。［5］365-366(3)無(wú)私利性(Disinterestedness)，“科學(xué)的制度性目標(biāo)是擴(kuò)展被證實(shí)了的知識(shí)”，［5］365“不謀利地探索真理”，［6］251“功利性是一種科學(xué)可以接受的副產(chǎn)品而不是科學(xué)的主要目的”。［6］287(4)獨(dú)創(chuàng)性(Oiginality)，研究者自由地選擇研究，獨(dú)立做出新的發(fā)現(xiàn)，提出新理論或新學(xué)說(shuō)，“正是通過(guò)獨(dú)創(chuàng)性，知識(shí)才會(huì)以較小或較大的增幅得以發(fā)展”。［7］(5)懷疑主義(Skepticsm)，即對(duì)科學(xué)知識(shí)主張的批判性審查，包括對(duì)“已確立的規(guī)則、權(quán)威、既定程序的某些基礎(chǔ)，以及一般的神圣領(lǐng)域提出疑問(wèn)”。［5］358

20世紀(jì)六七十年代，由于科學(xué)與社會(huì)、科學(xué)與技術(shù)之間激烈地相互作用和相互滲透，科學(xué)的社會(huì)化與科學(xué)的技術(shù)化空前加劇，科學(xué)的范型從“學(xué)院科學(xué)”演變成了一種新形式——“后學(xué)院科學(xué)”(post-academic science)。

根據(jù)J·齊曼的概括，“后學(xué)院科學(xué)”具有如下幾個(gè)典型特征:(1)“集體化”。科學(xué)研究的課題越來(lái)越龐大，使用的儀器設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，由此產(chǎn)生的“跨科學(xué)”研究需要依靠來(lái)自各種科學(xué)專家的集體協(xié)作，從不同的角度對(duì)問(wèn)題提供“一種大的集體努力，包括更周密的社會(huì)安排:建立多學(xué)科研究隊(duì)伍、協(xié)調(diào)他們的努力、整合他們的發(fā)現(xiàn)”。［1］85-86(2)“極限化”?？茖W(xué)發(fā)展必然會(huì)遇到來(lái)自資金等方面的限制?！昂髮W(xué)院科學(xué)”的龐大研究計(jì)劃需要巨額的研究經(jīng)費(fèi)，有時(shí)甚至連國(guó)家都難以承受?！皩?shí)際上，整個(gè)事業(yè)現(xiàn)在正變得太大、太昂貴，而難以進(jìn)一步增長(zhǎng)?！保?］87(3)“效用化”?？茖W(xué)越來(lái)越被人們用來(lái)作為一種有用的工具。由于科學(xué)可以產(chǎn)生技術(shù)并加以廣泛應(yīng)用，以至于“科學(xué)被強(qiáng)制征用為國(guó)家R＆D 系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，被強(qiáng)制征用為創(chuàng)造整個(gè)經(jīng)濟(jì)財(cái)富的技術(shù)科學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)”;“發(fā)現(xiàn)首先是評(píng)估其商業(yè)價(jià)值，而不是評(píng)估其科學(xué)性”。［1］89-90(4)“政策化”?？茖W(xué)政策已成為科學(xué)體制中的重要部分。由于后學(xué)院科學(xué)研究需要巨大的經(jīng)費(fèi)支持，科學(xué)越來(lái)越被國(guó)家等經(jīng)費(fèi)的提供者所操縱，科學(xué)家淪為資助者的雇員?？茖W(xué)家已不再是高度專門化知識(shí)的無(wú)私來(lái)源。在這種背景下，“很多學(xué)術(shù)研究者如此信賴研究實(shí)際問(wèn)題的政策契約，以至于他們很難把自己和政府政策分開”。［1］93科學(xué)政策本身也變成了政府政策的一個(gè)重要組成部分。(5)“產(chǎn)業(yè)化”。后學(xué)院科學(xué)已不再是為科學(xué)而科學(xué)的純粹研究，而是不得不與產(chǎn)業(yè)密切結(jié)合。后學(xué)院科學(xué)正在被產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)成為“技術(shù)科學(xué)不可分割的一部分”。［1］96(6)“官僚化”?？茖W(xué)正在被有關(guān)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章所約束，“被卷入了項(xiàng)目申請(qǐng)、投資回報(bào)和中期報(bào)告的海洋，謹(jǐn)慎地防范騙子或不軌行為，被包裝或重新包裝成業(yè)績(jī)出眾，被管理顧問(wèn)重組和縮小規(guī)模，并常被視為似乎只是另一個(gè)追逐私利的職業(yè)小組”。［1］96

與學(xué)院科學(xué)相比，后學(xué)院科學(xué)的知識(shí)生產(chǎn)已不再限于科學(xué)研究的過(guò)程，不僅從事科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，而且注重科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明的商業(yè)價(jià)值與市場(chǎng)效應(yīng);后學(xué)院科學(xué)的模式被描述為“科學(xué)研究與試驗(yàn)發(fā)展”(Research and Development，簡(jiǎn)稱R＆D)。所謂R＆D，也就是指在后學(xué)院科學(xué)時(shí)代，為增加知識(shí)總量，以及運(yùn)用這些知識(shí)去創(chuàng)造新的應(yīng)用而進(jìn)行的系統(tǒng)的、創(chuàng)造性的活動(dòng)，它既包括基礎(chǔ)研究(由純基礎(chǔ)研究與定向基礎(chǔ)研究?jī)刹糠纸M成)，又包括應(yīng)用研究和試驗(yàn)發(fā)展(experiment development)。

后學(xué)院科學(xué)產(chǎn)生于學(xué)院科學(xué)，“與后者交疊，保持了后者的很多特征，執(zhí)行了很多同樣的功能，并位于極其相似的社會(huì)空間，如大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和其他典型的知識(shí)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)”。［1］83因此，后學(xué)院科學(xué)仍然傳承了科學(xué)的精神氣質(zhì)。但是，不可否認(rèn)的是，在后學(xué)院科學(xué)時(shí)代，由于“科學(xué)被強(qiáng)制征用為國(guó)家R＆D 系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，被強(qiáng)制征用為創(chuàng)造整個(gè)經(jīng)濟(jì)財(cái)富的技術(shù)科學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)”，人們研究科學(xué)，已不只是因?yàn)樗軌蚣ぐl(fā)智識(shí)上的興趣，而且還在于它能夠帶來(lái)福利與利益。正因?yàn)楣砸呀?jīng)滲透到人們的科學(xué)活動(dòng)之中，因此，無(wú)功利性的學(xué)術(shù)規(guī)范對(duì)科學(xué)家的約束已大為減弱，正如J·齊曼所指出的:“客觀知識(shí)的生產(chǎn)不太依賴于真正的個(gè)人的‘無(wú)私利性’，而更為依賴于其他規(guī)范(特別是公有主義、普遍主義和懷疑主義規(guī)范)的有效運(yùn)作?！保?］212顯然，作為后學(xué)院科學(xué)模式，R＆D活動(dòng)中的基礎(chǔ)研究所遵循的是被弱化了的默頓規(guī)范。

(二) 基礎(chǔ)研究：從“純基礎(chǔ)研究”向“定向基礎(chǔ)研究”的拓展

與上述科學(xué)范型的變化相聯(lián)系，基礎(chǔ)研究這一科學(xué)研究范疇從“純基礎(chǔ)研究”拓展到“定向基礎(chǔ)研究”，即它已不只限于“純基礎(chǔ)研究”，而是將“定向基礎(chǔ)研究”也涵蓋了進(jìn)來(lái)。

“純基礎(chǔ)研究”(Pure basic research)是“學(xué)院科學(xué)”或“純科學(xué)”的研究范疇。這一研究范疇本身就包含了“好奇心驅(qū)使的”、“基礎(chǔ)性的”、“基本的”、“根本的”等意思。早在1883年，美國(guó)物理學(xué)家亨利·奧古斯特·羅蘭就曾在題為“為純科學(xué)呼吁”的著名演講中強(qiáng)調(diào)純基礎(chǔ)研究的重要性，他指出:“為了應(yīng)用科學(xué)，科學(xué)本身必須存在。假如我們停止科學(xué)進(jìn)步而只留意科學(xué)的應(yīng)用，我們很快就會(huì)退化成中國(guó)人那樣，多少代人以來(lái)他們(在科學(xué)上)都沒(méi)有什么進(jìn)步，因?yàn)樗麄冎粷M足于科學(xué)的應(yīng)用，卻從來(lái)沒(méi)有追問(wèn)過(guò)他們所做事情中的原理。這些原理就構(gòu)成了純科學(xué)。”［8］

1945年，美國(guó)科學(xué)研究發(fā)展局主任V·布什在題為“科學(xué)——沒(méi)有止境的前沿”的著名報(bào)告中不僅進(jìn)一步突出了基礎(chǔ)研究的重要性，而且系統(tǒng)地闡釋了純基礎(chǔ)研究的基本內(nèi)涵:(1)無(wú)實(shí)用目的性?！凹兛茖W(xué)研究是沒(méi)有具體實(shí)用目的的研究，它導(dǎo)致出有關(guān)自然及其規(guī)律的普遍知識(shí)和理解”。［9］156(2)根本性?！盎A(chǔ)研究是技術(shù)進(jìn)步的先驅(qū)”，有直接應(yīng)用價(jià)值的新技術(shù)和新產(chǎn)品是“建立在新的原理和新觀念之上的，而新原理和新觀念本身又是通過(guò)最純粹的科學(xué)領(lǐng)域里的研究而發(fā)展的”。［9］64(3)長(zhǎng)期性?！盎A(chǔ)研究是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程”，“如果指望靠短期資助立即得到結(jié)果，它就不是基礎(chǔ)研究了”。［9］86(4)無(wú)計(jì)劃性。“純科學(xué)研究始終不宜于被組織計(jì)劃”。［9］157(5)不可預(yù)見性?！爸匾姆浅Ｓ杏玫陌l(fā)現(xiàn)確實(shí)將是一部分基礎(chǔ)科學(xué)的規(guī)劃的結(jié)果，但是任何一種特定研究的結(jié)果都不能被精確地預(yù)見的”。［9］63-64(6)自由探討性?！坝捎诩兛茖W(xué)無(wú)法預(yù)測(cè)的性質(zhì)，使得為其研究提供一種頗為特殊的環(huán)境是合于需要的，純科學(xué)需要其研究人員思想的自由，以新的觀點(diǎn)來(lái)看熟悉的事實(shí)”。［9］157

V·布什提出的基礎(chǔ)研究及其在技術(shù)進(jìn)步中作用的觀點(diǎn)在第二次世界大戰(zhàn)后受到科學(xué)組織和政策部門的高度重視，甚至直到20世紀(jì)末，還制約著人們對(duì)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究及其關(guān)系的理解。然而，我們發(fā)現(xiàn)V·布什在說(shuō)明基礎(chǔ)研究的范疇及其與應(yīng)用研究的關(guān)系方面卻過(guò)于狹隘:一是認(rèn)為“進(jìn)行基礎(chǔ)研究并不考慮應(yīng)用的目的”;［9］63二是認(rèn)為基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究是截然二分的，如果將純科學(xué)研究和應(yīng)用研究放在一起，則“應(yīng)用研究總是要排斥純科學(xué)研究的”。［9］160實(shí)際上，并非所有的基礎(chǔ)研究都是不以任何特定的任務(wù)或應(yīng)用為目的的。只是在學(xué)院科學(xué)時(shí)代，從事基礎(chǔ)研究的科學(xué)家對(duì)他的工作的實(shí)際應(yīng)用可能毫無(wú)所知，而從事應(yīng)用研究的發(fā)明家則對(duì)他的發(fā)明成果的科學(xué)內(nèi)涵可能無(wú)暇顧及。

有一個(gè)很好的例子是T·A·愛迪生從事應(yīng)用研究的技術(shù)發(fā)明。T·A·愛迪生用了5年時(shí)間完成了商用電燈的開發(fā)，但他無(wú)暇顧及對(duì)這一技術(shù)發(fā)明背后的基礎(chǔ)物理現(xiàn)象的研究。1883年，T·A·愛迪生觀察到了流過(guò)電燈燈絲與金屬導(dǎo)線之間真空縫隙的“電子流”，這一觀察后來(lái)被稱為愛迪生效應(yīng)。由于他認(rèn)為這種效應(yīng)沒(méi)有什么實(shí)際用處，所以只是在筆記本里描述了這個(gè)效應(yīng)。對(duì)此，有學(xué)者頗為惋惜地評(píng)論說(shuō):“假如T·A·愛迪生是個(gè)堅(jiān)忍不拔的科學(xué)家，很少全神貫注于有短期應(yīng)用的事情，那么他后來(lái)就可能與J·J·湯姆遜一起因發(fā)現(xiàn)電子而獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，或者與O·W·理查森一起因分析電子在真空中加熱時(shí)的行為而獲得1928年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！保?0］135

在后學(xué)院科學(xué)時(shí)代，明顯的效用性已經(jīng)不再是劃分基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)已經(jīng)相互滲透:從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它們變得難以區(qū)分。換言之，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的劃分越來(lái)越具有相對(duì)性，它們?cè)谀承┣闆r下是可以互相轉(zhuǎn)化的。R·K·默頓就曾指出:“有些目的本來(lái)是想獲取基本知識(shí)的研究，結(jié)果卻經(jīng)常取得意想不到的應(yīng)用;而一些目的為應(yīng)用性的研究，反而取得意想不到的關(guān)于自然和社會(huì)一致性的認(rèn)識(shí)。”［11］辯證法告訴我們，沒(méi)有什么絕對(duì)分明和固定不變的界限，除了“非此即彼”，又在適當(dāng)?shù)牡胤匠姓J(rèn)“亦此亦彼”?？墒牵藗兠鞔_提出在純基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間有著“定向基礎(chǔ)研究”這一“亦此亦彼”的中間研究范疇，卻是經(jīng)歷了一段較長(zhǎng)時(shí)間的艱辛探究。

1951年，美國(guó)哈佛大學(xué)校長(zhǎng)J·B·考南特率先把基礎(chǔ)研究理解為是在科學(xué)領(lǐng)域中尋求擴(kuò)展知識(shí)的所有研究，它包含的內(nèi)容不只是由好奇心驅(qū)使的“純科學(xué)研究”(J·B·考南特稱之為“自由性研究uncommitted research”)，還包含涉及應(yīng)用但又不等同于應(yīng)用研究的“計(jì)劃性研究(programmatic research)”。［10］50

1964年，美國(guó)國(guó)家基金會(huì)主席A·T·沃特曼進(jìn)一步將“計(jì)劃性研究”改稱為“任務(wù)定向(mission-oriented)基礎(chǔ)研究”，明確把基礎(chǔ)研究細(xì)分為“純基礎(chǔ)研究”與“任務(wù)定向基礎(chǔ)研究”。［10］52

1967年，美國(guó)學(xué)者H·布魯克斯又把A·T·沃特曼的“任務(wù)定向基礎(chǔ)研究”簡(jiǎn)稱為“定向基礎(chǔ)研究”(oriented basic research)，指出“純基礎(chǔ)研究”只受認(rèn)知需求的引導(dǎo)，不受實(shí)際應(yīng)用的引導(dǎo)，其研究方向的選擇受控于內(nèi)在的科學(xué)特質(zhì)，“定向基礎(chǔ)研究”則既受認(rèn)知需求的引導(dǎo)，又受實(shí)際應(yīng)用的引導(dǎo)，因其結(jié)果被指望有直接的、可預(yù)見的實(shí)用價(jià)值而獲得資助。［10］53

1991年，普林斯頓大學(xué)教授D·E·斯托克斯在《巴斯德象限:基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新》一書中對(duì)科學(xué)的研究范疇做了形象、生動(dòng)和精辟的分析。他把由求知欲引導(dǎo)而不考慮實(shí)用目的的“純基礎(chǔ)研究”稱為“玻爾象限”，因?yàn)橐訬·D·玻爾為代表的物理學(xué)家“對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的探求，極為明顯地是一種純粹的自由發(fā)現(xiàn)”，“這一類型研究代表了自然哲學(xué)家們的純研究思想，構(gòu)成了19世紀(jì)德國(guó)人和20世紀(jì)美國(guó)人的純科學(xué)，包括布什的‘基礎(chǔ)研究’概念”;他把既尋求擴(kuò)展認(rèn)識(shí)又受到應(yīng)用目的影響的基礎(chǔ)研究即所謂“定向基礎(chǔ)研究”稱為“巴斯德象限”，因?yàn)楸蛔u(yù)為“工業(yè)微生物之父”的L·巴斯德在微生物研究上的許多前沿性基礎(chǔ)工作的動(dòng)力是為了解決治病救人的實(shí)際難題，如他開發(fā)處理牛奶的“巴氏滅菌法”工藝的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)培養(yǎng)菌株使病人產(chǎn)生免疫力的實(shí)驗(yàn)等，都屬于這種由應(yīng)用引起的基礎(chǔ)研究;他把由應(yīng)用目的引導(dǎo)而不尋求科學(xué)解釋的研究即相當(dāng)于V·布什的應(yīng)用研究類型稱為“愛迪生象限”，因?yàn)門·A·愛迪生“這位卓越的發(fā)明家率領(lǐng)他的助手們?cè)谛聺晌髦莸拈T羅公園——美國(guó)的第一個(gè)工業(yè)實(shí)驗(yàn)室里工作，他們一往無(wú)前地從事具有商業(yè)性利潤(rùn)的電照明研究，而不去追究所發(fā)明的東西的更深層次的科學(xué)意義”。［10］62-63

權(quán)威的聯(lián)合國(guó)教科文組織(UNESCO)和經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)將“科學(xué)研究與試驗(yàn)發(fā)展”(R＆D)分為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和試驗(yàn)發(fā)展三種類型。在此基礎(chǔ)上，并結(jié)合上述分析，我們將基礎(chǔ)研究分為兩類，即純基礎(chǔ)研究和定向基礎(chǔ)研究;所謂純基礎(chǔ)研究，是指為了獲得關(guān)于現(xiàn)象和可觀察事實(shí)的基本原理的新知識(shí)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)性或理論性研究，它不以任何或特定的應(yīng)用或使用為目的;所謂定向基礎(chǔ)研究，是指受到應(yīng)用目的導(dǎo)向而探究基本原理、規(guī)律的新知識(shí)所進(jìn)行的創(chuàng)造性研究，它是基礎(chǔ)研究的一部分，其研究成果既有基礎(chǔ)研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，又可能有應(yīng)用研究的技術(shù)發(fā)明。

需要指出的是，由于“純基礎(chǔ)研究”以“好奇心”為取向，其應(yīng)用具有無(wú)法預(yù)知的性質(zhì)，因而它是只有認(rèn)識(shí)的目的而沒(méi)有明確應(yīng)用方向的研究;雖然“定向基礎(chǔ)研究”與“純基礎(chǔ)研究”都屬于基礎(chǔ)研究，但是“定向基礎(chǔ)研究”是既有認(rèn)識(shí)的目的，又有明確應(yīng)用方向的研究。這是“定向基礎(chǔ)研究”與“純基礎(chǔ)研究”的主要區(qū)別之所在。鑒于本文的主題，我們從諾貝爾獎(jiǎng)中挑選出兩項(xiàng)獲獎(jiǎng)研究工作加以剖析，對(duì)此給予必要的闡明。

一項(xiàng)是晶體管效應(yīng)的研究。1956年，W·肖克萊、J·巴丁和W·布拉頓因發(fā)現(xiàn)晶體管效應(yīng)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是一項(xiàng)“定向基礎(chǔ)研究”。因?yàn)楂@獎(jiǎng)?wù)邚囊婚_始從事晶體管效應(yīng)的研究，就有著清晰的應(yīng)用方向，即為了研制晶體三極管。J·巴丁就曾在獲獎(jiǎng)講演詞中道明了這一點(diǎn)，他說(shuō):“除了對(duì)科學(xué)本身的興趣之外，我選擇半導(dǎo)體作為我工作而且覺得很有希望和前途的領(lǐng)域，其中一個(gè)重要的原因就是:它在電子儀器方面越來(lái)越多和越來(lái)越重要的應(yīng)用。在1945年，就已經(jīng)有了二極管、非線性電阻器、熱敏電阻等半導(dǎo)體電子儀器，人們強(qiáng)烈渴望生產(chǎn)出三極管或半導(dǎo)體生產(chǎn)的放大器?！睘榇?，他和W·肖克萊、W·布拉頓等人在貝爾電話實(shí)驗(yàn)室成立了固體物理研究組，從事半導(dǎo)體物理的研究。他們“不是從經(jīng)驗(yàn)上，而是從原子理論的基礎(chǔ)上，對(duì)半導(dǎo)體所表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象獲得盡可能多和全面的理解”，特別是要“說(shuō)明在半導(dǎo)體、金屬和半導(dǎo)體接觸的整流效應(yīng)中，電導(dǎo)的有關(guān)概念”。［12］事實(shí)表明，正是在實(shí)際目的的刺激下，導(dǎo)致了有關(guān)半導(dǎo)體中一些新的、重要的電子現(xiàn)象方面的研究工作。1947年，他們首先發(fā)現(xiàn)了晶體管效應(yīng)，接著又研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管，即誕生了世界上第一只晶體三極管。

另一項(xiàng)是對(duì)“端?！焙汀岸肆Ｃ浮钡难芯俊?0世紀(jì)80年代前期，E·H·布萊克本、C·W·格雷德和J·W·紹斯塔克發(fā)現(xiàn)了染色體是如何被“端?！焙汀岸肆Ｃ浮北Ｗo(hù)的。這一發(fā)現(xiàn)表明，在染色體末端，有一個(gè)像帽子一樣的特殊結(jié)構(gòu)——“端?！?“端?！本哂芯S持染色體的相對(duì)穩(wěn)固、防止DNA 互相融合和重組的功能;而“端粒酶”的作用則是幫助合成“端?！保埂岸肆！钡拈L(zhǎng)度得以穩(wěn)定，即在“端?！笔軗p時(shí)能夠恢復(fù)其長(zhǎng)度。由于這一發(fā)現(xiàn)解決了一個(gè)生物學(xué)的重要問(wèn)題，即染色體在細(xì)胞分裂過(guò)程中是怎樣實(shí)現(xiàn)完全復(fù)制，同時(shí)還能受到保護(hù)而不發(fā)生降解，因而獲得了2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這是一項(xiàng)“純基礎(chǔ)研究”。當(dāng)初，他們進(jìn)行此項(xiàng)研究工作并非想要揭示“端?！焙汀岸肆Ｃ浮迸c人類健康有著怎樣的聯(lián)系。E·H·布萊克本和C·W·格雷德就說(shuō)過(guò)，“剛開始這項(xiàng)研究時(shí)，我們絲毫不知端粒酶與癌癥存在關(guān)聯(lián)，只是對(duì)染色體如何保持完整無(wú)損感到好奇”;“時(shí)間將告訴人們端粒酶和人類健康的何種聯(lián)系”。［13］直到1991年，C·B·哈利才將“端?！迸c生命衰落聯(lián)系起來(lái)，提出細(xì)胞衰落的端粒假說(shuō)，指出隨著細(xì)胞分裂，端粒逐漸縮短，當(dāng)縮短到失去它的緩沖作用時(shí)，細(xì)胞就發(fā)生衰老。［14］1994年，只是由于W·基姆等人建立了高效靈敏的端粒酶活性檢測(cè)的方法后，［15］大量研究證實(shí)端粒酶的異常激活是細(xì)胞癌變的重要一步;而通過(guò)抑制端粒酶活性，腫瘤細(xì)胞因不能有效合成端粒序列而發(fā)生復(fù)制性衰老并逐漸老化死亡，則可達(dá)到治療腫瘤的目的。當(dāng)然，促使“端?！焙汀岸肆Ｃ浮钡陌l(fā)現(xiàn)能夠獲得2009年諾貝爾獎(jiǎng)，也在于它與衰老和癌癥的潛在關(guān)系獲得了更多公眾的關(guān)注。

在下面的統(tǒng)計(jì)分析中，我們將會(huì)看到，在諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者中，雖然絕大多數(shù)人的研究成果都是由認(rèn)識(shí)和應(yīng)用這兩個(gè)目標(biāo)之一實(shí)現(xiàn)的，但是也有相當(dāng)數(shù)量的獲獎(jiǎng)研究工作是在認(rèn)識(shí)和應(yīng)用兩個(gè)目標(biāo)共同驅(qū)使下的“定向基礎(chǔ)研究”。這些“定向基礎(chǔ)研究”的案例超越和顛覆了關(guān)于基礎(chǔ)研究不考慮應(yīng)用的目的、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究在本質(zhì)上屬于兩個(gè)不同研究范疇的流俗觀點(diǎn)。

二、諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究獲獎(jiǎng)工作的統(tǒng)計(jì)分析

從1901年至2012年的112年間，諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)共授予558人次、555 名科學(xué)家;兩度獲獎(jiǎng)的科學(xué)家有3人，分別是法國(guó)的M·S·居里(1903年物理學(xué)獎(jiǎng)和1911年化學(xué)獎(jiǎng)得主)、英國(guó)的F·桑格(1958年和1980年化學(xué)獎(jiǎng)得主)、美國(guó)的J·巴丁(1956年和1972年物理學(xué)獎(jiǎng));其中，物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)106次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為194人(次);化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)104次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為163人(次);生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)103 次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為201人。

(一) 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的統(tǒng)計(jì)分析

表1 統(tǒng)計(jì)了1901年至2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)及其所占的比例。其結(jié)果顯示:(1)屬于純基礎(chǔ)研究的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)為160人，占該獎(jiǎng)項(xiàng)獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的82.5%;屬于定向基礎(chǔ)研究的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)為21人，占該獎(jiǎng)項(xiàng)獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的10.8%;屬于應(yīng)用研究的重大技術(shù)發(fā)明的獲獎(jiǎng)人數(shù)為13人，僅占該獎(jiǎng)項(xiàng)獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的6.7%。這表明諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予在基礎(chǔ)研究方面取得原始性創(chuàng)新成果的科學(xué)家人數(shù)與該項(xiàng)獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)之比相當(dāng)高，達(dá)到了93.3%。(2)從事定向基礎(chǔ)研究獲獎(jiǎng)研究工作的人數(shù)及其所占的比例呈現(xiàn)波浪式起伏的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，表明物理學(xué)之基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間的交叉滲透的趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)覆蓋了從理論物理學(xué)到實(shí)驗(yàn)物理學(xué)以及應(yīng)用物理學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域(見表2)。

在基礎(chǔ)研究方面，研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、微觀運(yùn)動(dòng)及其相互關(guān)系的凝聚態(tài)物理學(xué)最為突出，有50人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的25.8 %。如1962年L·D·朗道因創(chuàng)立液體氦的超流動(dòng)性理論，奠定凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)而獲獎(jiǎng);1973年江崎玲于奈、I·賈埃弗和B·D·約瑟夫遜因發(fā)現(xiàn)固體中的隧道效應(yīng)而獲獎(jiǎng);1985年K·馮·克里青因發(fā)現(xiàn)量子化的霍爾效應(yīng)而獲獎(jiǎng);1987年J·G·貝德諾爾茨和K·A·繆勒因發(fā)現(xiàn)氧化物高溫超導(dǎo)材料而獲獎(jiǎng);1996年D·M·李、D·D·奧謝羅夫和R·C·理查林因發(fā)現(xiàn)超低溫環(huán)境下液氦-3的超流動(dòng)性而獲獎(jiǎng);1998年H·L·施特默、崔琦、R·B·勞克林因發(fā)現(xiàn)帶有分?jǐn)?shù)帶電激發(fā)的新的量子流體形式而獲獎(jiǎng);2001年E·A·康奈爾、W·凱特納和C·E·威依邁因在堿金屬原子的稀薄氣體中實(shí)現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚以及在凝聚態(tài)物質(zhì)性質(zhì)方面的基礎(chǔ)性研究而獲獎(jiǎng);2007年A·費(fèi)爾和P·格林貝格因發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)而獲獎(jiǎng)。

表1 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)及其比例

表2 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者人數(shù)與比例的學(xué)科分布

其次，研究微觀物質(zhì)世界基本規(guī)律的物理學(xué)理論的量子理論有28人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的14.4%。如1918年M·K·E·L·普朗克因發(fā)現(xiàn)能量子，提出量子假說(shuō)而獲獎(jiǎng);1921年A·愛因斯坦因運(yùn)用量子論解釋光電效應(yīng)，提出光電效應(yīng)定律而獲獎(jiǎng);1929年L·V·P·R·德布羅意因發(fā)現(xiàn)電子的波動(dòng)性，提出物質(zhì)波理論而獲獎(jiǎng);1932年W·K·海森伯因創(chuàng)建矩陣力學(xué)而獲獎(jiǎng);1933年E·薛定諤因創(chuàng)立波動(dòng)力學(xué)，P·A·M·狄拉克因建立電子運(yùn)動(dòng)相對(duì)論理論而獲獎(jiǎng);1979年S·L·格拉肖、S·溫伯格和A·薩拉姆因建立基本粒子之間弱相互作用和電磁相互作用的統(tǒng)一理論并作出弱中性流的預(yù)言而獲獎(jiǎng);1999年G·特·霍夫特和M·J·韋爾特曼因提出非阿貝爾規(guī)范理論的重正化方法，闡明弱電相互作用的量子結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);2004年D·J·格羅斯、F·維爾切克和H·D·玻利策因發(fā)現(xiàn)夸克之間的強(qiáng)相互作用遵守“漸進(jìn)自由”規(guī)則，為量子色動(dòng)力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)而獲獎(jiǎng)。

研究基本粒子的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的粒子物理學(xué)有25人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的12.9%。如1906年J·J·湯姆遜因研究氣體放電，發(fā)現(xiàn)電子而獲獎(jiǎng);1927年C·T·R·威爾遜因發(fā)明探測(cè)粒子的云霧室而獲獎(jiǎng);1936年V·F·赫斯因發(fā)現(xiàn)宇宙射線粒子，C·D·安德森因發(fā)現(xiàn)正電子而獲獎(jiǎng);1957年楊振寧和李政道因提出弱相互作用下宇稱不守恒原理而獲獎(jiǎng);1959年E·C·塞格雷和O·張伯倫因發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子而獲獎(jiǎng);1969年M·蓋爾-曼因?qū)玖Ｗ拥姆诸惣捌湎嗷プ饔玫难芯慷@獎(jiǎng);1976年丁肇中和B·里克特因發(fā)現(xiàn)由粲夸克和反粲夸克組成的J/Ψ 粒子而獲獎(jiǎng);1988年L·萊德曼、M·施瓦茨和J·斯坦伯格因發(fā)現(xiàn)繆子型中微子而獲獎(jiǎng);1990年J·I·弗里德曼、H·W·肯德爾和R·E·泰勒因發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲得夸克存在的證據(jù)而獲獎(jiǎng);1995年F·萊因斯和M·L·佩爾因分別發(fā)現(xiàn)中微子、重輕中子而獲獎(jiǎng)。

研究原子核的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和相互作用規(guī)律的核物理學(xué)有20人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的10.3%。如1903年A·H·貝克勒爾和M·S·居里、P·居里因分別發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證天然放射性而獲獎(jiǎng);1935年J·查德威克因發(fā)現(xiàn)中子而獲獎(jiǎng);1938年E·費(fèi)米因發(fā)現(xiàn)中子轟擊產(chǎn)生的新放射性元素并用慢中子實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)而獲獎(jiǎng);1939年E·O·勞倫斯因發(fā)明和改進(jìn)回旋加速器并獲得人工放射性元素而獲獎(jiǎng);1948年L·P·M·S·布萊克特因改進(jìn)威爾遜云霧室方法和由此在核物理和宇宙射線領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)而獲獎(jiǎng);1949年湯川秀樹因提出原子核結(jié)合力的介子理論并預(yù)言介子的存在而獲獎(jiǎng);1963年E·P·維格納因?qū)υ雍撕蛯?duì)基礎(chǔ)的對(duì)稱性原理的發(fā)現(xiàn)，M·戈佩特-梅耶和J·H·D·詹森因發(fā)現(xiàn)原子核的殼層結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);1975年L·J·雷恩沃特、A·N·玻爾和B·R·莫特爾森因分別論述和發(fā)現(xiàn)原子核中集體運(yùn)動(dòng)和粒子運(yùn)動(dòng)間的聯(lián)系、建立新的原子核結(jié)構(gòu)理論而獲獎(jiǎng)。

在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中占有較大比例的交叉研究成果是研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的天體物理學(xué)。它有16人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的8.2%。如1967年，H·A·貝特因根據(jù)核反應(yīng)理論建立太陽(yáng)和一般恒星能源的理論而獲獎(jiǎng);1974年A·休伊什因發(fā)現(xiàn)射電脈沖星而獲獎(jiǎng);1978年A·A·彭齊亞斯和R·W·威爾遜因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射，為大爆炸宇宙論提供有力的證據(jù)而獲獎(jiǎng);1983年S·錢德拉塞卡因建立恒星結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程的理論，解釋超新星爆發(fā)現(xiàn)象而獲獎(jiǎng);1993年J·H·泰勒和R·A·赫爾斯因發(fā)現(xiàn)射電脈沖雙星，為研究引力特別是廣義相對(duì)論所預(yù)言的引力波開辟了新途徑而獲獎(jiǎng);2006年J·C·馬瑟和G·F·斯穆特因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性，為大爆炸宇宙論提供新的支持而獲獎(jiǎng);2011年S·珀?duì)栺R特、B·P·施密特和A·G·里斯因通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹而獲獎(jiǎng)。

作為針對(duì)實(shí)際用途而進(jìn)行的物理研究的應(yīng)用物理學(xué)有15人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的7.7%。如1909年G·馬可尼和C·F·布勞恩因發(fā)明與改進(jìn)無(wú)線電報(bào)而獲獎(jiǎng);1953年F·澤爾尼克提出相襯法，特別是發(fā)明用于觀察高透明度對(duì)象的相襯顯微鏡而獲獎(jiǎng);1971年D·伽伯因發(fā)明全息攝影術(shù)而獲獎(jiǎng);1992年G·夏帕克因發(fā)明用于高能物理學(xué)的粒子探測(cè)器——多絲正比室而獲獎(jiǎng);2000年J·S·基爾比因發(fā)明集成電路而獲獎(jiǎng);2009年高錕因在有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通訊方面取得突破性成就而獲獎(jiǎng);W·S·博伊爾和G·E·史密斯因發(fā)明半導(dǎo)體電路成像器——電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器而獲獎(jiǎng)。

(二) 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的統(tǒng)計(jì)分析

表3 統(tǒng)計(jì)了1901年至2012年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)與比例。統(tǒng)計(jì)顯示:(1)屬于純基礎(chǔ)研究的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)為126人，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的77.3%;屬于定向基礎(chǔ)研究的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)為22人，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的13.5%;屬于應(yīng)用研究的重大技術(shù)發(fā)明的獲獎(jiǎng)人數(shù)為15人，僅占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的9.2%。這表明諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予在基礎(chǔ)研究方面取得原始性創(chuàng)新成果的科學(xué)精英與該項(xiàng)獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)之比很高，達(dá)到了90.8%。(2)從事定向基礎(chǔ)研究的人數(shù)及其所占的比例呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，表明化學(xué)學(xué)科之基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間的交叉滲透的趨勢(shì)像物理學(xué)一樣越來(lái)越強(qiáng)。

表3 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)及其比例

化學(xué)被看作是介于物理學(xué)與生物學(xué)之間的中心科學(xué)。從學(xué)科分布來(lái)看，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)幾乎囊括了化學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明(見表4)。

表4 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者人數(shù)與比例的學(xué)科分布

在基礎(chǔ)研究方面，研究生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和闡明生命過(guò)程中化學(xué)變化規(guī)律的生物化學(xué)獲獎(jiǎng)人數(shù)高居榜首，有42人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的25.8%，這反映了現(xiàn)代化學(xué)的一個(gè)顯著特點(diǎn)即是化學(xué)研究與生命現(xiàn)象緊密聯(lián)系起來(lái)。如1946年J·B·薩姆納因發(fā)現(xiàn)并分離結(jié)晶蛋白酶，J·H·諾思羅普和W·M·斯坦利因制備純凈的酶和病毒蛋白而獲獎(jiǎng);1955年V·杜·維格諾奧德因研究含硫化合物、特別是人工合成多肽激素而獲獎(jiǎng);1958年F·桑格因研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，確定胰島素中氨基酸的順序而獲獎(jiǎng);1962年M·F·佩魯茨和J·C·肯德魯因使用X 射線衍射方法測(cè)定肌紅蛋白與血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);1978年P(guān)·D·米切爾因提出生物細(xì)胞膜的化學(xué)滲透理論并用于研究生物能量轉(zhuǎn)換而獲獎(jiǎng);1988年H·米歇爾、J·戴森霍弗爾和R·休伯因確定光合作用反應(yīng)中心的三維結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);1989年S·E·奧爾特曼和T·R·切赫因發(fā)現(xiàn)核糖核酸具有酶的生物催化功能而獲獎(jiǎng);1997年P(guān)·D·博耶和J·E·沃克爾因闡明作為三磷酸苷合成基礎(chǔ)的酶機(jī)制而獲獎(jiǎng);2004年A·A·切哈諾沃、A·赫什科和I·羅斯發(fā)現(xiàn)泛素-蛋白酶降解系統(tǒng)，揭示蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)選擇性降解的普遍方式而獲獎(jiǎng);2009年V·拉馬克里希南、T·A·施泰茨和A·E·約納特因測(cè)定核糖體高分辨率的分子結(jié)構(gòu)，在原子水平上分析核糖體的結(jié)構(gòu)與功能而獲獎(jiǎng)。

其次是研究碳、氫、氧、氮等元素構(gòu)成有機(jī)化合物的理論與方法的有機(jī)化學(xué)，有33人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的20.2%。如1902年H·E·費(fèi)歇爾因合成糖和嘌呤衍生物多肽而獲獎(jiǎng);1915年R·M·威爾斯泰特因研究植物色素，鑒定葉綠素的化學(xué)結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);1928年A·O·R·溫道斯因研究甾醇的結(jié)構(gòu)及其與維生素之間的關(guān)系而獲獎(jiǎng);1938年R·庫(kù)恩因研究胡蘿卜素和維生素而獲獎(jiǎng);1965年R·B·伍德沃德因人工合成奎寧、膽甾醇、可的松、利血平、葉綠素等有機(jī)化合物而獲獎(jiǎng);1979年H·C·布朗因發(fā)現(xiàn)硼氫化合物作為試劑在有機(jī)合成中的作用而獲獎(jiǎng);1987年D·J·克拉姆、J·M·萊恩和C·J·佩德森因合成能夠模擬重要生物過(guò)程的分子，為超分子化學(xué)奠定基礎(chǔ)而獲獎(jiǎng);1990年E·J·科里因提出逆合成分析原理，拓展有機(jī)合成的理論與方法而獲獎(jiǎng);1994年G·A·歐拉因研究碳正離子及其烴類化合物化學(xué)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)保持碳正離子穩(wěn)定的方法，開拓超酸化學(xué)新領(lǐng)域而獲獎(jiǎng);2001年W·S·諾爾斯、野依良治和K·B·夏普萊斯因分別在手性催化氫化反應(yīng)領(lǐng)域與手性催化氧化領(lǐng)域所做出的卓越貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng);2010年R·赫克、根岸英一和鈴木章因在有機(jī)合成中“鈀催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)”方面的卓越研究而獲獎(jiǎng)。

位列第三的是運(yùn)用物理學(xué)理論與方法研究化學(xué)反應(yīng)的物理化學(xué)，有22人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的13.5%。如1901年J·H·范特霍夫因發(fā)現(xiàn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)法則和溶液滲透壓定律而獲獎(jiǎng);1903年S·A·阿倫尼烏斯因提出電解質(zhì)溶液電離學(xué)說(shuō)而獲獎(jiǎng);1920年W·H·能斯特因研究化學(xué)熱力學(xué)理論，提出熱力學(xué)第三定律而獲獎(jiǎng);1932年I·朗繆爾因開創(chuàng)并研究表面化學(xué)而獲獎(jiǎng);1968年L·昂薩格因把熱力學(xué)理論用于研究不可逆過(guò)程，發(fā)現(xiàn)以其名字命名的倒易關(guān)系，奠定了不可逆過(guò)程熱力學(xué)基礎(chǔ)而獲獎(jiǎng);1986年D·R·赫希巴赫和李遠(yuǎn)哲因發(fā)明交叉分子束技術(shù)并應(yīng)用于分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究而獲獎(jiǎng);1999年A·H·澤維爾因利用飛秒光譜學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)而獲獎(jiǎng)。

屬于應(yīng)用研究范疇的應(yīng)用化學(xué)有15人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的9.2%。如1918年F·哈伯因發(fā)明合成氨的技術(shù)而獲獎(jiǎng);1931年C·博施因發(fā)明合成氨和水煤氣的高壓技術(shù)而獲獎(jiǎng);1960年W·F·利比發(fā)明放射性碳14 紀(jì)年測(cè)定法而獲獎(jiǎng);1991年R·R·恩斯特因發(fā)明二維核磁共振技術(shù)，發(fā)展高分辨率核磁共振波譜學(xué)分析方法而獲獎(jiǎng);1995年P(guān)·J·克魯岑、M·J·莫利納和F·S·羅蘭因研究地球大氣層中臭氧形成和破壞的化學(xué)過(guò)程，揭示人數(shù)活動(dòng)對(duì)大氣臭氧層所產(chǎn)生的影響而獲獎(jiǎng);2002年J·B·芬恩因發(fā)明對(duì)生物大分子的質(zhì)譜分析法，K·維特里希因開發(fā)核磁共振光譜技術(shù)用于測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)，田中耕一因在生物大大分子光譜測(cè)定分析中開發(fā)了“軟解吸附作用電離法”而獲獎(jiǎng);2008年M·查爾菲因發(fā)明綠色熒光蛋白標(biāo)識(shí)技術(shù)，錢永健因改造綠色熒光蛋白，開發(fā)能吸收、發(fā)出不同顏色光的熒光蛋白而獲獎(jiǎng)。

(三) 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的統(tǒng)計(jì)分析

表5 統(tǒng)計(jì)了1901年至2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)與比例。統(tǒng)計(jì)顯示:(1)純基礎(chǔ)研究130人，定向基礎(chǔ)研究32人，應(yīng)用研究39人，獲獎(jiǎng)?wù)咚嫉谋壤謩e為64.7%、15.9%、19.4%，表明諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予在基礎(chǔ)研究方面取得原始性創(chuàng)新成果的科學(xué)精英人數(shù)占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的比例較高，達(dá)到了80.6%;(2)如同物理學(xué)和化學(xué)一樣，從事生理學(xué)或醫(yī)學(xué)定向基礎(chǔ)研究的獲獎(jiǎng)人數(shù)及其所占的比例呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì);(3)同諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)相比，從事應(yīng)用研究的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人數(shù)及其所占的比例明顯高出不少，這顯然與生理學(xué)和醫(yī)學(xué)研究為解決人類健康的問(wèn)題密切相關(guān)，反映了生理學(xué)和醫(yī)學(xué)研究與物理學(xué)、化學(xué)研究的不同特點(diǎn)與差異。

表5 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)及其比例

從學(xué)科分布來(lái)看，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予的項(xiàng)目可分為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與應(yīng)用醫(yī)學(xué)兩部分?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)項(xiàng)目有生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、理論免疫學(xué)、遺傳學(xué)、病原微生物學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、腫瘤學(xué)等;應(yīng)用醫(yī)學(xué)項(xiàng)目有應(yīng)用免疫學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)(含傳染病學(xué)、外科手術(shù)、藥物開發(fā)、醫(yī)療儀器研制等)。表6 統(tǒng)計(jì)了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者學(xué)科分布的人數(shù)與比例。

表6 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者人數(shù)與比例的學(xué)科分布

在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)方面，研究生物功能活動(dòng)的生物學(xué)學(xué)科的生理學(xué)獲獎(jiǎng)人數(shù)拔得頭籌，有39人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的19.4%。如1904年I·P·巴甫洛夫因在消化生理學(xué)方面的開拓性研究成果而獲獎(jiǎng);1920年S·A·S·克羅格因發(fā)現(xiàn)體液和神經(jīng)因素對(duì)毛細(xì)血管舒張和收縮運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)理而獲獎(jiǎng);1936年H·H·戴爾發(fā)現(xiàn)神經(jīng)脈沖的化學(xué)傳遞，O·洛韋證實(shí)神經(jīng)脈沖是通過(guò)神經(jīng)末稍釋放的乙酰膽堿實(shí)現(xiàn)的而獲獎(jiǎng);1944年J·厄蘭格和H·S·加塞利用電子技術(shù)研究神經(jīng)纖維作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)單一神經(jīng)纖維的高度分化功能而獲獎(jiǎng);1961年G·馮·貝克西因發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機(jī)理而獲獎(jiǎng);1963年J·C·艾克爾斯、A·L 霍奇金和A·F·赫胥黎因發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)細(xì)胞膜的周邊與中央部興奮和抑制有關(guān)的離子機(jī)制而獲獎(jiǎng);1967年R·A·格拉尼特、H·K·哈特蘭和G·沃爾德因發(fā)現(xiàn)眼睛的基本生理學(xué)和化學(xué)性視覺過(guò)程而獲獎(jiǎng);1970年U·S·馮·奧伊勒、J·阿克塞爾羅德和B·卡茨因發(fā)現(xiàn)神經(jīng)末梢的體液遞質(zhì)及其儲(chǔ)存、釋放與失活的機(jī)制而獲獎(jiǎng);1981年R·W·斯佩里因發(fā)現(xiàn)大腦兩半球功能性分工而獲獎(jiǎng);2000年A·卡爾松、P·格林加德和E·坎德爾因發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)中的信號(hào)傳導(dǎo)而獲獎(jiǎng);2004年R·阿克塞爾和L·B·巴克因發(fā)現(xiàn)氣味受體和嗅覺系統(tǒng)組織方式，闡釋嗅覺系統(tǒng)動(dòng)作的機(jī)理而獲獎(jiǎng)。

位居第二的是運(yùn)用化學(xué)的理論與方法研究生物的化學(xué)組成和生命活動(dòng)中化學(xué)變化的生物化學(xué)，有31人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的15.4%。如1910年L·K·M·L·A·柯塞爾因發(fā)現(xiàn)核酸，闡明核酸的化學(xué)成分而獲獎(jiǎng);1929年C·艾克曼和F·G·霍普金斯因發(fā)現(xiàn)維生素，提出維生素學(xué)說(shuō)而獲獎(jiǎng);1943年C·P·H·達(dá)姆和E·A·多伊西因發(fā)現(xiàn)和合成與凝血有關(guān)的維生素K 而獲獎(jiǎng);1950年E·C·肯德爾、T·賴希施泰因因發(fā)現(xiàn)腎上腺皮質(zhì)激素的結(jié)構(gòu)與生物效應(yīng)而獲獎(jiǎng);1955年A·H·T·西奧雷爾因發(fā)現(xiàn)氧化酶的性質(zhì)與作用方式而獲獎(jiǎng);1971年E·W·薩瑟蘭因發(fā)現(xiàn)激素與其受體結(jié)合刺激細(xì)胞產(chǎn)生環(huán)腺苷酸而獲獎(jiǎng);1986年S·科恩和R·萊維-蒙塔爾西尼因分別發(fā)現(xiàn)并提取神經(jīng)生長(zhǎng)因子和表皮生長(zhǎng)因子而獲獎(jiǎng);1992年E·H·費(fèi)希爾和E·G·克雷布斯因發(fā)現(xiàn)作為生物調(diào)節(jié)機(jī)制的可逆性蛋白質(zhì)磷酸化作用而獲獎(jiǎng);2001年L·H·哈特韋爾、R·T·亨特和P·M·諾斯因發(fā)現(xiàn)細(xì)胞循環(huán)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子而獲獎(jiǎng);2002年S·布倫納、H·R·霍維茨和J·E·薩爾斯頓因發(fā)現(xiàn)器官發(fā)育和程序性細(xì)胞死亡過(guò)程中的遺傳調(diào)節(jié)而獲獎(jiǎng);2006年A·Z·法爾和C·C·梅洛因發(fā)現(xiàn)RNA 具有可以干擾基因的機(jī)制，雙鏈RNA對(duì)基因的抑制，為控制基因信息提供基礎(chǔ)性的依據(jù)而獲獎(jiǎng)。

位居第三的是研究機(jī)體對(duì)抗原物質(zhì)的反應(yīng)規(guī)律的理論免疫學(xué)，有19人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的9.5%。如1908年I·I·梅奇尼科夫因建立細(xì)胞免疫學(xué)說(shuō)，P·埃利希因創(chuàng)立側(cè)鏈免疫學(xué)說(shuō)而獲獎(jiǎng);1919年J·J·B·V·博爾德因發(fā)現(xiàn)體液免疫系統(tǒng)，創(chuàng)立抗菌血清理論而獲獎(jiǎng);1960年F·M·伯內(nèi)特和P·B·梅達(dá)沃因提出“獲得性免疫耐受性”理論而獲獎(jiǎng);1972年G·M·埃德爾曼、R·R·波特因發(fā)現(xiàn)抗體的化學(xué)結(jié)構(gòu)而獲獎(jiǎng);1980年B·貝納塞拉夫、J·B·G·多塞和G·D·斯內(nèi)爾因分別發(fā)現(xiàn)免疫應(yīng)答基因，控制免疫反應(yīng)的細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，創(chuàng)立移植免疫學(xué)和免疫遺傳學(xué)而獲獎(jiǎng);1984年N·K·杰尼因提出抗體形成和免疫系統(tǒng)的三個(gè)學(xué)說(shuō)，建立細(xì)胞免疫學(xué)理論而獲獎(jiǎng);1987年利根川進(jìn)因揭示抗體多樣性發(fā)生的遺傳機(jī)理而獲獎(jiǎng);1996年P(guān)·C·多爾蒂和R·M·津克納格爾因發(fā)現(xiàn)組織相容抗原及細(xì)胞介導(dǎo)的免疫防御特性而獲獎(jiǎng);2011年B·A·博伊特勒、J·A·霍夫曼和R·M·斯坦曼因分別發(fā)現(xiàn)先天免疫激活機(jī)制，“樹突細(xì)胞”在后天免疫中的作用而獲獎(jiǎng)。

位居第四的是在分子水平上研究生命現(xiàn)象的分子生物學(xué)，有18人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的8.9%。如1958年G·W·比德爾和E·L·塔特姆因發(fā)現(xiàn)基因控制特定的化學(xué)過(guò)程，提出“一個(gè)基因一種酶的學(xué)說(shuō)”而獲獎(jiǎng);1962年F·H·C·克里克和J·D·沃森因提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而獲獎(jiǎng);1968年R·W·霍利因提出確定核酸結(jié)構(gòu)的技術(shù)并測(cè)定轉(zhuǎn)移核糖核酸的核苷酸順序而獲獎(jiǎng);1969年M·L·H·德爾布呂克、A·D·赫爾斯和S·E·盧里亞因研究病毒的自我復(fù)制，證明DNA 是遺傳物質(zhì)的載體而獲獎(jiǎng);2007的M·R·卡佩奇、O·史密西斯和M·J·埃文斯因利用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行小鼠基因靶向改造而獲獎(jiǎng);2009年E·H·布萊克本、C·W·格雷德和J·W·紹斯塔克因發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶如何保護(hù)染色體而獲獎(jiǎng)。

在應(yīng)用醫(yī)學(xué)方面，獲獎(jiǎng)人數(shù)遙遙領(lǐng)先的是研究疾病的病因、診斷、治療和預(yù)防的臨床醫(yī)學(xué)，有34人獲獎(jiǎng)，占頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的16.9%。如1902年R·羅斯因發(fā)現(xiàn)瘧原蟲，確定瘧疾由蚊子傳播而獲獎(jiǎng);1903年N·R·芬森因發(fā)明治療狼瘡等皮膚病的光輻射療法而獲獎(jiǎng);1905年H·H·R·科赫因發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌，確定肺結(jié)核病的傳染性而獲獎(jiǎng);1909年E·T·科歇爾因首創(chuàng)甲狀腺切除術(shù)而獲獎(jiǎng);1912年A·卡雷爾因發(fā)明血管縫合術(shù)以及在血管與器官移植方面的研究而獲獎(jiǎng);1945年H·W·弗洛里和E·B·蔡恩因成功研制青霉素并進(jìn)行臨床試驗(yàn)而獲獎(jiǎng);1950年P(guān)·S·亨奇因成功使用一種腎上腺皮質(zhì)激素(“可的松”)治療慢性風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎而獲獎(jiǎng);1956年W·T·O·福斯曼、A·F·庫(kù)爾南德和D·W·理查茲因發(fā)明與改進(jìn)心臟導(dǎo)管插入術(shù)而獲獎(jiǎng);1924年W·埃因托芬因發(fā)現(xiàn)心電圖機(jī)理，研制成功心電圖儀而獲獎(jiǎng);1966年C·B·哈金斯因發(fā)明前列腺癌的激素療法而獲獎(jiǎng);1979年A·M·科馬克和G·N·豪斯菲爾德因分別設(shè)計(jì)和研制出電子計(jì)算機(jī)控制的X 射線斷層掃描儀(CT 掃描儀)而獲獎(jiǎng);1988年J·W·布萊克、G·B·埃利昂和G·H·希欽斯因在藥物治療方面發(fā)現(xiàn)重要原理而獲獎(jiǎng);1990年J·E·默里因完成首例腎移植手術(shù)，E·D·托馬斯因首創(chuàng)治療白血病患者的骨髓移植技術(shù)而獲獎(jiǎng);2003年P(guān)·C·勞特布爾和P·曼斯菲爾德因發(fā)明磁共振成像技術(shù)(簡(jiǎn)稱MRI)而獲獎(jiǎng)。

(四) 整個(gè)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的統(tǒng)計(jì)分析

表7 統(tǒng)計(jì)了1901年至2012年諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)與比例。

首先，統(tǒng)計(jì)顯示了屬于純基礎(chǔ)研究的重大發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)有416人，占全部獲獎(jiǎng)人數(shù)的74.6%;屬于定向基礎(chǔ)研究的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的獲獎(jiǎng)人數(shù)有75人，占全部獲獎(jiǎng)人數(shù)的13.4%;屬于應(yīng)用研究的重大技術(shù)發(fā)明的獲獎(jiǎng)人數(shù)只有67人，僅占獲獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)的12.0%。表明了諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)授予在基礎(chǔ)研究方面取得重大原始性創(chuàng)新成果的科學(xué)家人數(shù)與頒獎(jiǎng)總?cè)藬?shù)之比很高，達(dá)到了88.0%，意味著諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)特別青睞那些在基礎(chǔ)研究方面取得重大原始性創(chuàng)新成果的科學(xué)精英，彰顯了最負(fù)盛名的諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)對(duì)基礎(chǔ)研究的“偏愛”，從而凸顯基礎(chǔ)研究的重要意義。

事實(shí)正是如此，諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)經(jīng)常不是授予發(fā)明有直接應(yīng)用價(jià)值的某種技術(shù)或產(chǎn)品的科學(xué)家，而是授予為該項(xiàng)技術(shù)或產(chǎn)品的誕生奠定了科學(xué)理論或技術(shù)基礎(chǔ)的科學(xué)家。例如，1952年美國(guó)微生物學(xué)家J·E·索爾克研制出第一支注射的預(yù)防脊髓灰質(zhì)炎(小兒麻痹癥)疫苗，爾后美國(guó)病毒學(xué)家A·薩賓又研制成功目前兒童普通服用的預(yù)防小兒麻痹疫苗。但是，1954年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)卻沒(méi)有頒發(fā)給J·E·索爾克和A·薩賓，而是授予了美國(guó)醫(yī)學(xué)家J·F·恩德斯、F·C·羅賓斯和T·H·韋勒。因?yàn)榇饲叭藗冋J(rèn)為，只有專一性很高的神經(jīng)細(xì)胞具有培養(yǎng)病毒的能力，神經(jīng)以外的組織不能繁殖小兒麻痹癥病毒，1949年J·F·恩德斯等人打破了這種傳統(tǒng)看法，他們發(fā)現(xiàn)病毒不僅在腦組織中，而且在人胚非神經(jīng)組織中(如皮膚、肌肉及內(nèi)臟細(xì)胞中)都能繁殖;他們發(fā)明了在試管中培養(yǎng)小兒麻痹癥病毒的方法，為病毒的分離、鑒定、變異、疫苗等方面，提供了簡(jiǎn)易而有力的手段。并且也正是由于他們首次在非神經(jīng)組織中培養(yǎng)出了脊髓灰質(zhì)炎病毒，才使J·E·索爾克、A·薩賓取得成功和疫苗的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。

表7 諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)工作的人數(shù)及其比例

又如，1964年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)并沒(méi)有授予1960年發(fā)明第一臺(tái)激光器的美國(guó)物理學(xué)家T·H·梅曼，而是授予此前從事量子電子學(xué)方面的基礎(chǔ)工作的美國(guó)物理學(xué)家C·H·湯斯和前蘇聯(lián)物理學(xué)家N·G·巴索夫、A·M·普羅霍羅夫。C·H·湯斯、N·G·巴索夫和A·M·普羅霍羅夫于1954年提出了微波激射-激光原理，并于1958年分析了在光波范圍應(yīng)用激光原理的可能性。兩年以后，T·H·梅曼正是在微波激射-激光原理的指導(dǎo)下才發(fā)明了第一臺(tái)激光器。

再如，1976年美國(guó)化學(xué)家W·N·利普斯科姆因研究硼烷的分子結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在他從事獲獎(jiǎng)研究工作之前，曾有幾位卓越的化學(xué)家為硼烷化學(xué)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。尤其是德國(guó)卡爾斯魯厄的A·斯托克和美國(guó)芝加哥大學(xué)的H·I·施勒辛格在實(shí)驗(yàn)室中合成了不少的硼烷化合物，前者制備了B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H10、B10H14等化合物，后者則合成了Al(BH4)3、Be(BH4)2、LiBH4、U(BH4)4等硼氫化合物。但是，他們都沒(méi)有探明和解釋硼烷結(jié)構(gòu)多樣性的問(wèn)題。1954年，W·N·利普斯科姆運(yùn)用低溫X 射線和核磁共振方法研究硼烷分子的立體構(gòu)型，通過(guò)對(duì)所獲得的各種硼氫化合物和硼烷分子結(jié)構(gòu)圖的分析，提出了三中心二電子鍵理論。他運(yùn)用這一化學(xué)鍵理論不僅解釋了硼烷分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還成功地預(yù)言了B7H15、B9H13、B11H15等新的硼烷化合物，使無(wú)機(jī)化學(xué)中的硼烷化學(xué)領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。因此，將1976年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予W·N·利普斯科姆，而沒(méi)有授予A·斯托克和H·I·施勒辛格是理所當(dāng)然的。

其次，表7 顯示了整個(gè)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事定向基礎(chǔ)研究獲獎(jiǎng)研究工作在不同時(shí)間段的人數(shù)及其所占的比例。在從1901年至2012年的558 名獲獎(jiǎng)?wù)咧校?901－1920年有4人，占總?cè)藬?shù)的6.7%;1921－1940年有4人，占總?cè)藬?shù)的5.9%;1941－1960年有11人，占總?cè)藬?shù)的12.5%;1961－1980年有18人，占總?cè)藬?shù)的14.3%;1980－2000年有20人，占總?cè)藬?shù)的15.7%;2001－2012年有18人，占總?cè)藬?shù)的20.2%。由此可以看出:整個(gè)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從事定向基礎(chǔ)研究獲獎(jiǎng)研究工作的人數(shù)及其所占的比例呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，它預(yù)示著在未來(lái)的某一時(shí)段由應(yīng)用引發(fā)的有導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究即定向基礎(chǔ)研究可能具有顯著的地位。恰如美國(guó)科學(xué)家N·列維特描述的:“在無(wú)數(shù)場(chǎng)合，純粹科學(xué)，出自最無(wú)功利性的好奇心的純粹科學(xué)，以讓它的發(fā)現(xiàn)者吃驚的程度，很快被征召服務(wù)于重要的、立竿見影的、非常有用的技術(shù)?！保?6］

三、諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者是如何從事基礎(chǔ)研究的

通過(guò)上述有關(guān)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者因從事基礎(chǔ)研究而獲獎(jiǎng)的統(tǒng)計(jì)分析，我們呈明了作為國(guó)際上最具權(quán)威的獎(jiǎng)項(xiàng)，諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)看重的是科學(xué)家對(duì)自然科學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期的、有革命意義的貢獻(xiàn)，所獎(jiǎng)勵(lì)的是重大的原始性創(chuàng)新成果，即科學(xué)家在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域做出的前所未有的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明。在這一部分中，我們將進(jìn)一步緊密聯(lián)系和結(jié)合諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)所提供的真實(shí)、豐富而鮮活的思想資料，深入分析和揭示諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者是如何在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域取得重大原始性創(chuàng)新成果的。

下述幾點(diǎn)概括與提煉，雖非諾貝爾獎(jiǎng)獲得者從事基礎(chǔ)研究的全部“奧秘”，但從基礎(chǔ)研究的本性來(lái)考量，卻是最主要的或最重要的，讀者亦能從中窺豹一斑。

(一) 洞悉科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在邏輯，求解科學(xué)前沿的基本問(wèn)題

科學(xué)研究本質(zhì)上是解決問(wèn)題的活動(dòng)。大凡處于某一時(shí)代的未來(lái)的諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者都能以敏銳的洞察力洞悉科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在邏輯，在分析當(dāng)時(shí)科學(xué)背景知識(shí)的基礎(chǔ)上，努力提出并解決科學(xué)認(rèn)識(shí)與科學(xué)實(shí)踐中的基本問(wèn)題，從而取得具有重大原始性創(chuàng)新的獲獎(jiǎng)成果。

就以1970年J·阿克塞爾羅德、U·S·奧伊勒和B·卡茨由于發(fā)現(xiàn)神經(jīng)末梢的體液遞質(zhì)及其貯存、釋放和失活的機(jī)理而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)而言，該年度的獲獎(jiǎng)研究工作可以追溯到早年的一些發(fā)現(xiàn)。1904年，T·R·埃利奧特發(fā)現(xiàn)從胚胎發(fā)育上顯示與交感神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的腎上腺髓質(zhì)可產(chǎn)生一種叫腎上腺素的物質(zhì)，該物質(zhì)的作用與刺激交感神經(jīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)相似，由此他提出化學(xué)神經(jīng)傳遞的概念，認(rèn)為交感神經(jīng)的興奮可能是由于腎上腺素釋放所致。但是，直到1921年H·H·戴爾和O·洛韋才用實(shí)驗(yàn)的方法證實(shí):神經(jīng)沖動(dòng)是通過(guò)化學(xué)方式傳遞的;神經(jīng)沖動(dòng)使神經(jīng)末梢釋放一種生物活性物質(zhì)，繼而引起下一個(gè)神經(jīng)活動(dòng)。J·阿克塞爾羅德、U·S·奧伊勒和B·卡茨的獲獎(jiǎng)研究工作皆源于關(guān)于神經(jīng)沖動(dòng)化學(xué)傳遞的發(fā)現(xiàn)。他們認(rèn)識(shí)到H·H·戴爾和O·洛韋的發(fā)現(xiàn)拓展了神經(jīng)末梢和神經(jīng)元突觸中化學(xué)傳遞的概念，同時(shí)也引出了下述幾個(gè)問(wèn)題:(1)具有高度活性的傳遞介質(zhì)是如何合成、貯存與釋放的;(2)如果用化學(xué)遞質(zhì)來(lái)解釋神經(jīng)過(guò)程的快速鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，那么它們是如何在不到一秒鐘時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)并發(fā)揮作用而又消失;(3)化學(xué)遞質(zhì)是一些什么性質(zhì)的物質(zhì)。［17］J·阿克塞爾羅德、U·S·奧伊勒和B·卡茨作為1970年度的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?，每一位都為解答上述?wèn)題做出了自己的貢獻(xiàn)。

U·S·奧伊勒分離出交感神經(jīng)系統(tǒng)的去甲腎上腺素，并首先鑒定出腎上腺素能神經(jīng)遞質(zhì)是去甲腎上腺素，指出去甲腎上腺素是以顆粒的形式合成與貯存的。J·阿克塞爾羅德研究了去甲腎上腺素由神經(jīng)釋放后的命運(yùn)，他考析了與這一遞質(zhì)失活有關(guān)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)一種叫做兒茶酚-氧位-甲基轉(zhuǎn)移酶在腎上腺素能神經(jīng)支配的組織中使去甲腎上腺素失活，并探討了神經(jīng)末梢對(duì)去甲腎上腺的重?cái)z取現(xiàn)象。B·卡茨研究了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)作用于運(yùn)動(dòng)終板而引起肌內(nèi)活動(dòng)的電現(xiàn)象。通過(guò)“微終板電位”的發(fā)現(xiàn)，他證明在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)與肌肉終板間的信息物質(zhì)——乙酰膽堿，是以量子或小胞的形式從神經(jīng)末梢釋放的，而小泡釋放的平均數(shù)量越大，突觸活動(dòng)就容易啟動(dòng)并迅速進(jìn)行。

有趣的是，在基礎(chǔ)研究中，往往會(huì)發(fā)生這樣一種情況，即一個(gè)發(fā)現(xiàn)解決了某些難題，同時(shí)又出現(xiàn)了理論上無(wú)法解釋的新的問(wèn)題，而為了解決新的問(wèn)題，最終又導(dǎo)致了另一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。許多諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者也正是沿著“提出問(wèn)題→解決問(wèn)題→提出新的問(wèn)題”這樣的科學(xué)探索邏輯而取得獲獎(jiǎng)成果的。

作為基礎(chǔ)科學(xué)的分子生物學(xué)研究即是其中的一個(gè)經(jīng)典范例。我們知道，1953年J·D·沃森和F·H·C·克里克在M·H·F·威爾金斯關(guān)于DNA的X 射線研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生，他們?nèi)艘虼双@得了1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。而這一重大發(fā)現(xiàn)是為了解決基因如何復(fù)制和基因怎樣控制蛋白質(zhì)合成等問(wèn)題所導(dǎo)致的。J·D·沃森說(shuō)過(guò):“生物學(xué)的主要要求是了解基因復(fù)制和基因控制蛋白質(zhì)合成的途徑。顯然，只有了解基因的結(jié)構(gòu)后，才能合乎邏輯地解決這些問(wèn)題。這意味著解決DNA的結(jié)構(gòu)?！保?8］99020世紀(jì)上半葉，雖然遺傳學(xué)已經(jīng)成為生物科學(xué)的皇后，但它的中心概念——基因的物質(zhì)性質(zhì)卻仍然是神秘莫測(cè)的?！皼](méi)有人知道基因是由什么組成的，它如何將其性狀賦予攜帶它的有機(jī)體，以及在細(xì)胞分裂中，基因是如何忠實(shí)地自我復(fù)制等?！保?9］J·D·沃森和F·H·C·克里克的發(fā)現(xiàn)表明，DNA 分子是一個(gè)包括兩段相互纏繞的多核苷酸鏈的雙螺旋;這一結(jié)構(gòu)模型的雙鏈堿基互補(bǔ)特性揭示了DNA 復(fù)制時(shí)兩條鏈可分別作為模板生成新的子代互補(bǔ)鏈，從而提供了一種遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的機(jī)制。

DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立，揭開了生物遺傳信息傳遞的秘密，從遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度解釋了遺傳性狀突變的原因。但是，“要詳細(xì)描述遺傳復(fù)制機(jī)理尚需很多新的發(fā)現(xiàn)。多核苷酸的前體是什么?什么力量促使兩條鏈解開?蛋白質(zhì)的確切作用是什么?染色體究竟是一對(duì)長(zhǎng)的脫氧核糖核酸鏈，還是它包含由蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)起來(lái)的一束核酸鏈?”［20］此后，F(xiàn)·H·C·克里克繼續(xù)研究遺傳信息傳遞的方向與途徑，于1958年提出存在一種轉(zhuǎn)移RNA，將DNA 分子的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)中的氨基酸順序上，從而確立了遺傳信息從DNA 傳到RNA 再傳到蛋白質(zhì)這一分子生物學(xué)的“中心法則”。

“中心法則”揭示了遺傳信息在細(xì)胞內(nèi)的生物大分子間傳遞的基本規(guī)律。但是，由于那時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)錄、翻譯、遺傳密碼等還了解不多，這一法則具有一定的假設(shè)性質(zhì)。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，許多科學(xué)家就是由于對(duì)闡明“中心法則”有關(guān)的基本問(wèn)題的杰出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的。

基因編碼的遺傳信息是如何通過(guò)核糖體翻譯成多肽的氨基酸序列的呢?為了回答這個(gè)問(wèn)題，F(xiàn)·雅各布和J·L·莫諾通過(guò)雌性突變型細(xì)菌和正常雄性細(xì)菌的結(jié)合實(shí)驗(yàn)，于1961年提出了“信使核糖核酸”(即mRNA)的概念，闡明了核糖核酸在遺傳過(guò)程中的信息傳遞作用。將其運(yùn)用于“中心法則”，那么遺傳信息流動(dòng)的過(guò)程是:首先由基因的核苷酸序列轉(zhuǎn)錄出信使核糖核酸(mRNA)，接著mRNA 分子與核糖體表面相結(jié)合，再由mRNA的核苷酸序列以密碼為單元翻譯為多肽的氨基酸序列。1965年，F(xiàn)·雅各布和J·L·莫諾因提出信使核糖核酸和操縱子理論獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

“中心法則”確認(rèn)遺傳密碼的存在，那么這種遺傳密碼是如何把DNA的核苷酸序列與相應(yīng)多肽的氨基酸序列聯(lián)系起來(lái)呢?M·W·尼倫伯格和H·G·科拉納成功地解決了這個(gè)問(wèn)題。M·W·尼倫伯格致力于蛋白質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)必須加入信使核糖核酸，才能合成多肽;而合成信使核糖核酸制劑則可用于破譯遺傳密碼。他證明，DNA(或在相應(yīng)的信使核糖核酸上)的四種堿基的特定順序可為20 種氨基酸的每一種編成遺傳密碼;遺傳密碼為三聯(lián)體，即核酸上每三個(gè)一組的堿基對(duì)應(yīng)著多肽鏈上的一種氨基酸。1961年8月，M·W·尼倫伯格報(bào)告了他應(yīng)用大腸桿菌無(wú)細(xì)胞體系確定的第一個(gè)遺傳密碼。H·G·科拉納則將化學(xué)方法和酶學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)破譯遺傳密碼。1964年，他合成了各種可能遺傳密碼組成的核苷酸鏈，以這些寡聚核苷酸為模板在體外進(jìn)行多肽的合成，根據(jù)合成的多肽鏈中氨基酸順序來(lái)確定遺傳密碼。1966年，最終破譯了所有64種遺傳密碼。1968年，M·W·尼倫伯格和H·G·科拉納因破譯遺傳密碼并闡釋其在蛋白質(zhì)合成中的作用而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

“中心法則”闡明了遺傳信息是從DNA 單向地流向RNA(轉(zhuǎn)錄)，那么RNA 攜帶的遺傳信息是否可以流向DNA(逆向轉(zhuǎn)錄)呢?H·M·特明和D·巴爾的摩的研究對(duì)此作了肯定的回答。1970年，他倆分別發(fā)現(xiàn)RNA 腫瘤病毒含有能指導(dǎo)RNA 中信息轉(zhuǎn)錄到DNA 上去的特殊蛋白——“逆轉(zhuǎn)錄酶”?！澳孓D(zhuǎn)錄酶”的發(fā)現(xiàn)，使“中心法則”對(duì)關(guān)于遺傳信息從DNA 單向流入RNA 做了修改。1975年，H·M·特明和D·巴爾的摩因在病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶而獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

“中心法則”認(rèn)為在原核生物(一類以缺少細(xì)胞核為主要特征的單細(xì)胞生物)細(xì)胞中基因是一條連續(xù)的DNA 序列，那么在真核生物(其細(xì)胞以具有細(xì)胞核等復(fù)雜結(jié)構(gòu)為主要特征)細(xì)胞中基因還是連續(xù)的DNA 序列嗎?P·A·夏普和R·J·羅伯茨的研究對(duì)此做出了否定的回答。1977年，他們各自獨(dú)立地用通常引起感冒的腺病毒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了不是由連續(xù)DNA組成的基因——“斷裂基因”。進(jìn)一步的研究證實(shí)，間斷的基因結(jié)構(gòu)是真核生物體中最常見的結(jié)構(gòu)，存在于各種真核生物細(xì)胞中，從酵母、植物到動(dòng)物和人。1993年，P·A·夏普和R·J·羅伯茨因斷裂基因的發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

(二) 抓住意外、偶然的現(xiàn)象，追根究底，取得機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)

基礎(chǔ)研究，尤其是純基礎(chǔ)研究具有無(wú)法預(yù)測(cè)的性質(zhì)，難免發(fā)生一定的意外性、偶然性。而這種意外性、偶然性，有時(shí)卻能導(dǎo)致科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，這就是所謂的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)。諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)所授予的各項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)中包含了許多機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)的重要成果。W·I·B·貝弗里奇甚至認(rèn)為:“絕大部分生物和醫(yī)學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)都是意外作出的，或至少含有機(jī)遇的成分;特別是那些最重要的和最革命的發(fā)現(xiàn)?！保?1］其中，1895年W·C·倫琴關(guān)于X 射線的發(fā)現(xiàn)(獲1901年物理學(xué)獎(jiǎng))，1896年A·貝克勒爾關(guān)于天然放射性的發(fā)現(xiàn)(獲1903年物理學(xué)獎(jiǎng))，1928年A·弗萊明關(guān)于青霉素的發(fā)現(xiàn)(獲1945年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，1967年A·休伊什關(guān)于脈沖星的發(fā)現(xiàn)(獲1974年物理學(xué)獎(jiǎng))，1965年A·A·彭齊亞斯和R·W·威爾遜關(guān)于宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)(獲1978年物理學(xué)獎(jiǎng))，1974年J·H·泰勒和R·A·赫爾斯關(guān)于脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)(獲1993年物理學(xué)獎(jiǎng))，1974年下村修關(guān)于綠色銀光蛋白的發(fā)現(xiàn)(獲2008年化學(xué)獎(jiǎng))，1976年白川英樹關(guān)于導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)(獲2000年化學(xué)獎(jiǎng))，1982年J·R·沃倫和B·J·馬歇爾關(guān)于幽門螺桿菌的發(fā)現(xiàn)(獲2005年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，1985年R·F·柯爾、H·W·克羅托和R·E·斯莫利關(guān)于富勒烯(巴基球)的發(fā)現(xiàn)(獲1996年化學(xué)獎(jiǎng))，等等，都是頗具代表性的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)。

下面，我們將通過(guò)對(duì)J·R·沃倫和B·J·馬歇爾發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌的具體過(guò)程的追蹤，呈明諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者是如何抓住意外、偶然的現(xiàn)象，追根究底，取得機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)的。

1979年4月，J·R·沃倫(時(shí)任澳大利亞皇家佩斯醫(yī)院病理科醫(yī)師)在一份胃黏膜活體標(biāo)本中，意外地發(fā)現(xiàn)一條奇怪的藍(lán)線。他換用高倍顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)是大量彎曲狀的細(xì)菌黏附在胃上皮細(xì)胞上。他覺得這很不尋常，因此拿給同事們看，但他們都說(shuō)看不到，這讓J·R·沃倫十分氣惱。于是他嘗試著用銀染色的方法對(duì)切片進(jìn)行了染色處理，結(jié)果清晰地看到這種大量的細(xì)菌，形狀與彎曲菌(Campy lobacter)相似，屬細(xì)菌。在隨后的研究中，J·R·沃倫繼續(xù)在其他活體標(biāo)本中尋找這種細(xì)菌。由于這種細(xì)菌總是出現(xiàn)在慢性胃炎標(biāo)本中，他意識(shí)到這種細(xì)菌和慢性胃炎等疾病可能有密切關(guān)系。于是，他就在醫(yī)院宣傳他的觀點(diǎn)，并且在醫(yī)院內(nèi)部發(fā)表了文章。

但是，J·R·沃倫提出的看法由于太“離譜”而不被人們所認(rèn)可。那時(shí)，醫(yī)學(xué)界普遍認(rèn)為精神壓力和生活方式是胃炎和潰瘍性疾病的主要原因;常人的胃內(nèi)是無(wú)菌的，因?yàn)槲阜置诘奈杆崾菑?qiáng)酸性的，胃酸足以將包括細(xì)菌在內(nèi)的所有微生物迅速殺滅。在旁人的質(zhì)疑聲中，J·R·沃倫獨(dú)自研究了兩年。

1981年，一位年輕實(shí)習(xí)醫(yī)師出現(xiàn)在J·R·沃倫面前，他就是B·J·馬歇爾。B·J·馬歇爾當(dāng)時(shí)是皇家佩斯醫(yī)院的消化科醫(yī)生，他有些偶然地到J·R·沃倫的課題組尋找機(jī)會(huì)，J·R·沃倫希望與B·J·馬歇爾合作共同研究胃內(nèi)的這種細(xì)菌。B·馬歇爾最初對(duì)R·沃倫的工作并不感興趣，但礙于情面，B·J·馬歇爾為J·R·沃倫提供了一些胃黏膜活檢標(biāo)本，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。一次偶然機(jī)會(huì)B·J·馬歇爾發(fā)現(xiàn)1 例胃內(nèi)有細(xì)菌的老年胃炎病人，在用四環(huán)素治療后胃部不適和胃炎都消失了。他忽然意識(shí)到J·R·沃倫的觀點(diǎn)可能是正確的。從此，B·J·馬歇爾對(duì)這種不知名的細(xì)菌表現(xiàn)出極大興趣，并全身心投入到對(duì)這種細(xì)菌的研究中。

為了分析這種細(xì)菌與胃炎的相關(guān)性，J·R·沃倫和B·J·馬歇爾研究了100 例接受胃鏡檢查及活檢的胃病患者的標(biāo)本，包括細(xì)菌培養(yǎng)和病理檢查兩項(xiàng)工作。為了從胃黏膜中分離出這種細(xì)菌，他們按照常規(guī)的細(xì)菌培養(yǎng)方法，培養(yǎng)48－72 小時(shí)，看到培養(yǎng)皿中沒(méi)有細(xì)菌生長(zhǎng)，就把培養(yǎng)皿扔到了垃圾桶中，就這樣連續(xù)培養(yǎng)了30多次都沒(méi)有獲得成功。直到1982年4月做的第37 次培養(yǎng)，采用了空腸彎曲菌分離技術(shù)，由于正值復(fù)活節(jié)假期，培養(yǎng)皿被放置在恒溫箱里培養(yǎng)了5天，在假期結(jié)束后他們驚喜地看到了培養(yǎng)基上長(zhǎng)滿了許多彎曲樣的菌落，這是人類第一次成功地從人胃黏膜中分離出細(xì)菌。

在研究的過(guò)程中，B·J·馬歇爾查閱了大量的文獻(xiàn)，在文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了慢性胃炎和潰瘍之間有聯(lián)系。1982年10月，B·J·馬歇爾的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果顯示，除胃炎患者存在彎曲狀細(xì)菌外，所有13 例十二指腸潰瘍患者胃內(nèi)都有這種細(xì)菌。

1984年，J·R·沃倫和B·J·馬歇爾在英國(guó)權(quán)威醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》上報(bào)道了他們歷經(jīng)三年在135 例胃黏膜活檢標(biāo)上發(fā)現(xiàn)的彎曲狀細(xì)菌。他們這樣描述道:這種細(xì)菌幾乎存在于所有的慢性活動(dòng)性胃炎、十二指腸潰瘍和胃潰瘍患者的胃中，所以這種細(xì)菌也許是導(dǎo)致這些疾病的重要因素。他們將這種細(xì)菌命名為幽門彎曲菌(Campylobacter pyloridis)。后經(jīng)rRNA、酶性能等分析，表明該菌不同于其他任何菌屬，應(yīng)歸屬于一新的獨(dú)立屬別，于1989年更名為幽門螺桿菌(Helicobacter Pylori，Hp)。

幽門螺桿菌的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑是基礎(chǔ)研究中極具代表性的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)之一。這一發(fā)現(xiàn)實(shí)在是太偶然了。如果不是J·R·沃倫在一份胃黏膜活體標(biāo)本中意外地發(fā)現(xiàn)一條奇怪的藍(lán)線;如果不是在1981年J·R·沃倫與臨床醫(yī)師B·J·馬歇爾相遇;如果不是1982年4月正值復(fù)活節(jié)假期，幽門螺桿菌的培養(yǎng)皿被放置在恒溫箱里培養(yǎng)了5天，也許他們就不會(huì)發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌了。當(dāng)然，J·R·沃倫和B·J·馬歇爾事先并沒(méi)有料到他們會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致人類罹患胃炎、胃潰瘍與十二指腸潰瘍疾病的幽門螺桿菌。但是，發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌對(duì)于他們來(lái)說(shuō)既是偶然的，也是必然的。

事實(shí)上，早在20世紀(jì)初，很多研究者都在活體組織樣品中就發(fā)現(xiàn)了螺旋狀的微生物。1975年，德國(guó)病理學(xué)家H·W·斯蒂爾等在胃潰瘍病人的胃上皮表面或黏液底層發(fā)現(xiàn)有細(xì)菌存在。1979年，美國(guó)醫(yī)生W·P·芬格等人在胃炎和胃潰瘍病人的胃黏膜表面發(fā)現(xiàn)存在螺旋狀桿菌，提請(qǐng)有關(guān)學(xué)者注意胃內(nèi)的細(xì)菌在潰瘍病的發(fā)病機(jī)制上所起的作用。但是，始終沒(méi)有引起人們的重視。因?yàn)橹髁麽t(yī)學(xué)界認(rèn)為，在胃內(nèi)的極度酸性的環(huán)境中是不可能有微生物存在的。由于J·R·沃倫在數(shù)十年科學(xué)實(shí)踐中養(yǎng)成了敏銳的觀察力和判斷力，當(dāng)他在一份胃黏膜活體標(biāo)本中意外地觀察到一條奇怪的藍(lán)線，就怎么也不放過(guò)，不管這一發(fā)現(xiàn)是多么不符合當(dāng)時(shí)流行的看法，一查到底，終于弄清它是導(dǎo)致人類胃炎、胃潰瘍和十二指腸潰瘍的幽門螺桿菌。正如法國(guó)生物學(xué)家L·巴斯德所言:“機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦?！保?1］165

J·R·沃倫和B·J·馬歇爾的發(fā)現(xiàn)，徹底改變了人們對(duì)胃病的認(rèn)識(shí)，大幅度提高了潰瘍病患者獲得徹底治愈的機(jī)會(huì)，為改善人類生活質(zhì)量作出了巨大貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)幽門螺桿菌的20多年的研究，如今已經(jīng)確認(rèn)幽門螺桿菌感染與下列幾種疾病密切相關(guān):消化性潰瘍、慢性胃炎、胃癌、胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤。醫(yī)生已經(jīng)可以通過(guò)內(nèi)鏡檢查、呼氣試驗(yàn)、糞便抗原、血清抗體等方法診斷幽門螺桿菌感染，并通過(guò)抗生素的治療來(lái)治愈胃、十二指腸潰瘍等疾病。幽門螺桿菌的這一發(fā)現(xiàn)使得它的發(fā)現(xiàn)者J·R·沃倫和B·J·馬歇爾最終成為2005年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的折桂者。

(三) 在長(zhǎng)期的基礎(chǔ)研究中，鍥而不舍地開拓創(chuàng)新，執(zhí)著探求真理，最終取得突破性成果

基礎(chǔ)研究是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。研究者從事基礎(chǔ)研究，往往需要付出較長(zhǎng)的時(shí)間，少則幾年，多則十幾年，甚至數(shù)十年。B·P·施密特因通過(guò)對(duì)Ia 型超新星測(cè)距發(fā)現(xiàn)宇宙的加速膨脹而獲得2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷時(shí)4年;J·巴丁因提出BCS 理論的超導(dǎo)性理論而獲得1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷時(shí)6年;L·J·伊格納羅因發(fā)現(xiàn)一氧化氮是心血管中的信息分子而獲得1998年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷經(jīng)了8年的時(shí)間;L·瑞利因發(fā)現(xiàn)氬而獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷經(jīng)了10年之久;S·B·普魯西納因發(fā)現(xiàn)“普利昂”(一種新型感染的生物學(xué)原理)而獲得1997年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作也歷經(jīng)了10年之久;M·卡爾文因揭示植物光合作用機(jī)理的最初形式而獲得1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作經(jīng)歷了11年的時(shí)間;F·桑格因研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、確定胰島素中氨基酸的順序而獲得1958年化學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作經(jīng)歷了12年的時(shí)間;山中伸彌因?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞在體外重編程、誘導(dǎo)出具有多能性的細(xì)胞(即誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，ips 細(xì)胞)而獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作花費(fèi)了13年的時(shí)間;S·E·奧爾特曼因發(fā)現(xiàn)RNA 具有催化功能而獲得1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷時(shí)14年;J·馬瑟和G·斯穆特因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的黑體譜和各向異性而獲得2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作經(jīng)歷了18年的時(shí)間;M·F·佩魯茨和J·C·肯德魯因使用X 射線衍射方法測(cè)定血紅蛋白和肌紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)而獲得1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作歷時(shí)22年;R·D·科恩伯格因揭示真核基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制而獲得2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，其獲獎(jiǎng)研究工作經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)28年的過(guò)程。

基礎(chǔ)研究的長(zhǎng)期性和艱巨性，凸顯了諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者鍥而不舍地開拓創(chuàng)新、執(zhí)著探求真理的科學(xué)精神。也正是由于諾貝爾自然科學(xué)獲得者本著這種科學(xué)精神從事獲獎(jiǎng)研究工作，才得以在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域取得重大的原始性創(chuàng)新成果。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)發(fā)表的頒獎(jiǎng)詞中往往包含著對(duì)獲獎(jiǎng)?wù)咚哂械倪@種科學(xué)精神的最權(quán)威、最圣潔的褒獎(jiǎng)，我們不妨從中摘錄幾段有關(guān)F·桑格、M·F·佩魯茨和J·C·肯德魯、S·E·奧爾特曼和T·R·切赫、S·B·普魯西納的精彩評(píng)論。

“胰島素是一種具有重要生理功能的激素，它可用于治療糖尿病。胰島素也是一種蛋白質(zhì)，盡管分子不在最大之列，但也相當(dāng)復(fù)雜，這就使測(cè)定它的結(jié)構(gòu)成為一個(gè)難以應(yīng)付的任務(wù)。15年前(即1943年)，F(xiàn)·桑格開始了這項(xiàng)冒險(xiǎn)的事業(yè)，經(jīng)過(guò)充滿熱情和堅(jiān)持不懈的工作，他終于成功地解決了這個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)，他得到了胰島素分子中51 個(gè)氨基酸連接在一起的準(zhǔn)確方式?！薄案ダ椎吕锟恕ど８癫┦俊苈氏瘸晒Φ販y(cè)定出一種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，是由于經(jīng)過(guò)多年百折不撓而充滿熱情的工作，一步一步地走向問(wèn)題的最后解決?！保?2］243-245

“1937年，由于沒(méi)有其他的方法能測(cè)定血紅蛋白的結(jié)構(gòu)，為此，M·F·佩魯茨在劍橋進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，試圖證實(shí)有否可能用X 射線衍射法測(cè)定血紅蛋白的結(jié)構(gòu)……大約十年后，J·C·肯德魯加入M·F·佩魯茨的研究小組，他在小組中的工作是測(cè)定肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)……然而，M·F·佩魯茲和J·C·肯德魯在此項(xiàng)研究中遇到了許多困難。盡管做了大量的工作，但直到1953年，M·F·佩魯茨才成功地把重元素(汞)引入到血紅蛋白分子的特定位置。采用上述方法，在一定程度上改變了衍射圖景。因此，利用這種衍射圖像的變化就能更直接地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的測(cè)定……J·C·肯德魯則通過(guò)一種替換，將重原子(汞或金)引到了肌紅蛋白分子中，可謂異曲同工，相映光輝……我們不僅要贊美這兩位科學(xué)家的創(chuàng)造性和他們的嫻熟工作技能，而且還要頌揚(yáng)他們克服困難的毅力和堅(jiān)忍不拔的精神?！保?2］360-362

“直到80年代早期，科學(xué)家們還普遍認(rèn)為酶是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)壟斷生物催化能力這種觀點(diǎn)已經(jīng)根深蒂固，并且成為生物化學(xué)的基本教條。正是基于這種基本背景，我們認(rèn)為目前的發(fā)現(xiàn)應(yīng)得到諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)S·E·奧爾特曼證明被稱為核糖核酸酶P(RNaseP)的酶僅需要RNA 就可行使功能，T·R·切赫發(fā)現(xiàn)未成熟RNA 分子中核酸片斷的自我催化剪接時(shí)，這些教條如同船體在吃水線下出現(xiàn)了漏洞，受到了切實(shí)而深重的打擊。他們證明了RNA 具有催化功能并起酶的作用……S·E·奧爾特曼教授、T·R·切赫教授:你們已做出了驚人的發(fā)現(xiàn)，即RNA 不僅是活細(xì)胞的遺傳大分子，也可起生物催化的作用。這一與生物化學(xué)中最基本教授相違背的發(fā)現(xiàn)，在開始時(shí)受到了科學(xué)界的懷疑;然而，你們的個(gè)人決心和實(shí)驗(yàn)技巧已克服所有的阻力。今天，你們關(guān)于具有催化性質(zhì)的RNA的發(fā)現(xiàn)為未來(lái)的基礎(chǔ)和應(yīng)用化學(xué)研究開辟了全新的、令人振奮的可能性?！保?3］

“S·B·普魯西納用10年時(shí)間堅(jiān)持作病原體純化，經(jīng)過(guò)艱苦卓絕的努力，終于得到病原體純制劑。使人極為驚訝的是，病原體只由蛋白質(zhì)組成，他將之命名為普列昂，這是英文詞組‘蛋白性感染顆粒’的縮寫……他的發(fā)現(xiàn)引起了爭(zhēng)論，人們認(rèn)為，S·B·普魯西納恐怕是搞錯(cuò)了。一種既存在于染病個(gè)體腦中，又存在于健康個(gè)體腦中的蛋白質(zhì)，怎么會(huì)是引起疾病的病原體呢?S·B·普魯西納的進(jìn)一步工作提供了答案，他證明，得自病腦的普利昂蛋白質(zhì)在三維結(jié)構(gòu)上完全不同于一般，正常蛋白質(zhì)改變構(gòu)象后，有可能變成一種病原體蛋白質(zhì)……S·B·普魯西納先生:您在普利昂方面的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)了傳染病研究的新領(lǐng)域，拓展了醫(yī)學(xué)研究中一個(gè)令人振奮的新領(lǐng)地?！保?4］

(四) 既從事基礎(chǔ)研究，又進(jìn)行應(yīng)用研究或技術(shù)開發(fā)

無(wú)論是定向基礎(chǔ)研究，還是純基礎(chǔ)研究，都是與應(yīng)用研究緊密相聯(lián)系的。許多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者都持這樣的認(rèn)知:基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域的每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，都有著潛在的實(shí)用價(jià)值:“任何研究項(xiàng)目，無(wú)論現(xiàn)在看起來(lái)與現(xiàn)實(shí)多么無(wú)關(guān)，都可能有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?！保?5］422因此，他們?cè)诳茖W(xué)研究中十分注意將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究結(jié)合起來(lái)，從而取得獲獎(jiǎng)成果。歸納起來(lái)，大體上有下述三種情形。

一是獲獎(jiǎng)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究工作，是由同一獲獎(jiǎng)?wù)哌B續(xù)完成的。如F·G·班廷和J·J·R·麥克勞德因共同發(fā)現(xiàn)胰島素并用于治療糖尿病而獲得1923年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

1921年8月，F(xiàn)·G·班廷在加拿大多倫多大學(xué)的J·J·R·麥克勞德的指導(dǎo)下，和助手C·H·貝斯特在生理實(shí)驗(yàn)室研究手術(shù)切除胰臟的狗引起的糖尿病時(shí)，發(fā)現(xiàn)了胰臟中胰島β細(xì)胞分泌出一種激素，具有降低血糖與尿糖的作用。他們將這種激素命名為“胰島素”，確認(rèn)糖尿病是“一種原發(fā)性糖代謝障礙性疾病，并繼發(fā)有脂肪及蛋白代謝障礙。體內(nèi)碳水化合物正常代謝需要適當(dāng)胰島素，因此應(yīng)給以足量胰島素以補(bǔ)償病人胰腺的不足”。［26］接著，他們從事了從動(dòng)物(主要是牛)胰臟提取胰島素并用于治療糖尿病患者的臨床研究。1922年1月23日，14 歲的男孩蘭納德·湯姆森接受了牛胰提取物的肌肉注射，他的血糖降至正常，尿糖消失。爾后又對(duì)幾個(gè)成年糖尿病患者加以治療，都獲得了成功。1922年5月3日，在華盛頓舉行的美國(guó)內(nèi)科醫(yī)師學(xué)會(huì)會(huì)議上，F(xiàn)·G·班廷宣讀了題為“胰腺提取物對(duì)糖尿病的效果”的論文。此后，F(xiàn)·G·班廷和J·J·麥克勞德很快研制出在酸性和冷凍條件下，用酒精直接從動(dòng)物胰腺里提取胰島素的方法，并在美國(guó)的伊來(lái)·禮里制藥公司進(jìn)行了具有規(guī)模性的胰島素工業(yè)生產(chǎn)。可以說(shuō)，這是在多肽蛋白質(zhì)激素的研究領(lǐng)域中從基礎(chǔ)研究向應(yīng)用、開發(fā)研究轉(zhuǎn)化的一個(gè)極好的范例。

二是獲獎(jiǎng)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究工作分別由幾位獲獎(jiǎng)?wù)呦嗬^完成，卻在一個(gè)年度獲得諾貝爾獎(jiǎng)。如A·弗萊明、E·B·蔡恩和H·W·弗洛里因發(fā)現(xiàn)青霉素及其對(duì)各種傳染病的治療作用而獲得1945年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

青霉素的發(fā)現(xiàn)始于A·弗萊明對(duì)一個(gè)現(xiàn)象的意外觀察。當(dāng)時(shí)他正在進(jìn)行一項(xiàng)純學(xué)術(shù)性的細(xì)菌學(xué)問(wèn)題的研究。1928年9月的一天早晨，A·弗萊明到實(shí)驗(yàn)室對(duì)培養(yǎng)的菌種進(jìn)行常規(guī)檢查時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)一只培養(yǎng)器皿中出現(xiàn)了許多綠色霉菌，而原來(lái)在它四周正常生長(zhǎng)的葡萄球菌竟然不見了。作為一個(gè)細(xì)菌學(xué)家，他敏銳地意識(shí)到這是一種微生物被另一種微生物抑制的現(xiàn)象。后經(jīng)反復(fù)研究，A·弗萊明分離和培養(yǎng)出了該綠色霉菌，并測(cè)定了它的某些性質(zhì)。這種綠色霉菌殺滅細(xì)菌的強(qiáng)度很大，它的培養(yǎng)液稀釋了1000倍時(shí)，仍可抑制葡萄球菌的生長(zhǎng);當(dāng)把它注射到動(dòng)物的血管內(nèi)，它對(duì)此沒(méi)有表現(xiàn)出任何毒性。由此，A·弗萊明確信:“當(dāng)有一天能夠使之濃縮并更加穩(wěn)定時(shí)，它就可以被用于治療感染?！彼€說(shuō):“要是我是一名臨床醫(yī)師，無(wú)疑我就會(huì)更多更廣泛地將它用于治療了。而事實(shí)上，當(dāng)我獲得一些活性青霉素時(shí)，都很難找到一位合適的病人來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！保?8］2461929年6月，A·弗萊明在《不列顛實(shí)驗(yàn)病理學(xué)》雜志上發(fā)表了題為“關(guān)于霉素培養(yǎng)的殺菌作用”的論文，宣布了這一極具應(yīng)用價(jià)值的發(fā)現(xiàn)，并在論文中將這種霉素稱為“盤尼西林”。這就是后來(lái)被廣泛應(yīng)用的青霉素。

青霉素作為一種藥物，最終是由牛津大學(xué)的H·弗洛里實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的。1938年，N·蔡恩從德國(guó)來(lái)到H·弗洛里實(shí)驗(yàn)室工作，從事天然抗菌物質(zhì)研究。他讀到了1929年A·弗萊明關(guān)于發(fā)現(xiàn)青霉素的論文，立即很感興趣。他提取了一些相對(duì)比較純的青霉素，給兩只被細(xì)菌感染的老鼠注射了青霉素，它們都得到了康復(fù)。1939年，H·弗洛里獲悉實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，組織了一支強(qiáng)大的研究隊(duì)伍，成功地濃縮了青霉素，進(jìn)行了人體試驗(yàn)，并在美國(guó)建立了大型青霉素工廠。1941年，青霉素從實(shí)驗(yàn)室走向臨床，生產(chǎn)出來(lái)的青霉素首次被應(yīng)用于拯救盟軍受傷戰(zhàn)士。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，青霉素即轉(zhuǎn)為民用。毋庸置疑，如果不是歷史悠久的牛津大學(xué)病理學(xué)會(huì)繼續(xù)對(duì)A·弗萊明的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了研究，那么青霉素還將是一種鮮為人知的物質(zhì)，僅僅是細(xì)菌學(xué)家對(duì)它感興趣而沒(méi)有太大的實(shí)用價(jià)值。

三是獲獎(jiǎng)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究工作分別由幾位獲獎(jiǎng)?wù)哧懤m(xù)完成，而在不同年度獲得諾貝爾獎(jiǎng)。如關(guān)于核磁共振效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用方面的研究就屬于這種情況。

首先通過(guò)基礎(chǔ)研究而發(fā)現(xiàn)核磁共振效應(yīng)的，是斯坦福大學(xué)物理學(xué)家F·布洛赫和哈佛大學(xué)物理學(xué)家E·M·珀塞爾。1946年，他倆各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)將具有奇數(shù)個(gè)核子(包括質(zhì)子和中子)的原子核置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，再加以特定頻率的射頻場(chǎng)，就會(huì)發(fā)生原子核吸收射頻場(chǎng)能量的現(xiàn)象。這就是所謂核磁共振(Nuclear magnetic resonance，NMR)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。他們應(yīng)用核磁共振效應(yīng)測(cè)量了核和粒子的磁矩，研究了分子結(jié)構(gòu)和低溫下的核行為以及測(cè)出原子常數(shù)。由于核磁共振效應(yīng)不僅可以用來(lái)精確測(cè)定核磁矩、磁場(chǎng)，并用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等方面，而且導(dǎo)致了六七十年代核磁共振譜儀的開發(fā)，因此F·布洛赫和E·M·珀塞爾獲得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

如果從核磁共振效應(yīng)開發(fā)出核磁共振儀，那么化學(xué)研究就可以獲得一種非常重要的分析工具。然而從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用往往要等待相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。直到20世紀(jì)六七十年代，瑞士物理化學(xué)家R·R·恩斯特才在高分辨率核磁共振波譜學(xué)研究中作出劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。1966年，R·R·恩斯特在美國(guó)加利福尼亞州帕洛阿托氏瓦里公司與W·A·安德森一起開發(fā)出了脈沖傅里葉變換核磁共振譜儀(PET NMR)。之后，他又在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院繼續(xù)研究核磁共振方法。1975年，他通過(guò)二維傅里葉變換獲得二維譜，發(fā)明了二維核磁共振技術(shù)?！岸S的NMR 能使我們了解到:分子中哪些特殊原子是由化學(xué)鍵連接在一起的，哪些原子在空間彼此離得很近，哪些原子參加了化學(xué)置換反應(yīng)以及更多的信息。”［25］7R·R·恩斯特的發(fā)明，開創(chuàng)了多維譜研究的新紀(jì)元，使NMR 技術(shù)從研究小分子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到大分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象分析，并在分子運(yùn)動(dòng)及分子間相互作用的研究中成為必不可少的重要分析工具。1991年，R·R·恩斯特由于發(fā)明二維核磁共振技術(shù)，發(fā)展高分辨率核磁共振波譜學(xué)分析方法而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

稍晚些時(shí)候，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的化學(xué)家R·維特里希從核磁共振效應(yīng)開發(fā)出依靠核磁共振信息確定蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，使得溶液相蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的精確測(cè)定成為可能。1977年，K·維特里希首先將核磁共振的方法用于測(cè)定生物高分子結(jié)構(gòu);80年代初，又發(fā)明了一種把每個(gè)NMR 信號(hào)與大分子中的氫核(質(zhì)子)相配對(duì)的被稱為序貫分配(Sequential assignment)的系統(tǒng)方法;在此基礎(chǔ)上，1984年發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)之類生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法。1985年，出現(xiàn)了第一個(gè)用K·維特里希方法進(jìn)行的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)全測(cè)定。2002年，K·維特里希因開發(fā)核磁共振光譜分析方法、用于測(cè)定液相生物大分子三維結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

另一方面，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校物理學(xué)家P·C·勞特布爾和英國(guó)諾丁漢大學(xué)教授P·曼斯菲爾德基于核磁共振現(xiàn)象的成像技術(shù)開發(fā)亦取得了突破性成就。

1972年，P·C·勞特布爾發(fā)現(xiàn)，把物體放置于穩(wěn)定、均勻的磁場(chǎng)中，再加上一個(gè)弱的梯度磁場(chǎng)，然后用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈洌湍軐?duì)物體釋放的核磁共振電磁波進(jìn)行空間編碼，并繪制成物體的二維圖像。1973年3月，《自然雜志》發(fā)表了P·C·勞特布爾的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，P·C·勞特布爾應(yīng)用自己開發(fā)的核磁共振成像技術(shù)(Magnetic Resonance Imaging，簡(jiǎn)稱MRI)繪制出了活體蛤蜊等小動(dòng)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。

差不多與此同時(shí)，大西洋彼岸的P·曼斯費(fèi)爾德也在應(yīng)用NMR 技術(shù)獲取晶體的細(xì)微結(jié)構(gòu)信息。他提出了核磁共振信號(hào)的數(shù)學(xué)方法，引進(jìn)快速梯度變化的磁場(chǎng)，進(jìn)一步開拓了磁場(chǎng)梯度的應(yīng)用，利用磁場(chǎng)中的梯度更為精確地顯示出共振中的差異。他證明如何有效而迅速地分析深測(cè)到的信號(hào)，并且把它們轉(zhuǎn)化成圖像。他同時(shí)證明，通過(guò)極其快速的梯度變化可以獲得轉(zhuǎn)瞬即逝的圖像。1976年，他獲得了第一張人體手指圖像。同年，他發(fā)展了平面回波成像技術(shù)(EPI)。P·曼斯費(fèi)爾德的研究，為核磁共振成像技術(shù)轉(zhuǎn)化成醫(yī)學(xué)應(yīng)用成果開辟了道路。

P·C·勞特布爾和P·曼斯費(fèi)爾德在如何用核磁共振技術(shù)拍攝不同結(jié)構(gòu)的圖像上獲得了關(guān)鍵性的發(fā)明，導(dǎo)致了20世紀(jì)80年代初在臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究上獲得重大突破的核磁成像儀的問(wèn)世。作為一種非介入式探測(cè)技術(shù)的核磁成像技術(shù)(MRI)，相對(duì)于X 射線透視技術(shù)，核磁共振成像更加清晰，能夠顯示更多細(xì)節(jié);相對(duì)于其他成像技術(shù)，核磁共振成像不僅能夠顯示有形的實(shí)體病變，而且還能夠?qū)δX、心、肝等功能性反應(yīng)進(jìn)行精確的判定。在帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥、腫瘤、癌癥等疾病的診斷方面，MRI 技術(shù)都顯示了獨(dú)到之處。2003年，P·C·勞特布爾和P·曼斯菲爾德因在核磁共振成像技術(shù)的突破性成就而獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

由此可見，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的基礎(chǔ)研究表面上看似乎與我們?nèi)粘Ｉ畹男枰P(guān)系不大，但是，我們一次又一次地看到，基礎(chǔ)研究的成果最終都會(huì)找到其用武之地，特別是它極大地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)治療或診斷的進(jìn)步，而這在我們大家的日常生活中卻是極為重要的。

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