從1901年首次頒授諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái)，有39次（本文首發(fā)于2011年10月，截至到2016年又降低了2次，共計(jì)41次）物理獎(jiǎng)?lì)C給了生物物理領(lǐng)域。諾貝爾物理獎(jiǎng)的頒授既反映了百年來(lái)生物物理發(fā)展取得的巨大成就，也有力地促進(jìn)了生物物理從表述生物物理階段向動(dòng)態(tài)生物物理和機(jī)能生物物理階段的不斷邁向，推動(dòng)了生物物理學(xué)科的快速發(fā)展。
生物物理是闡述生命現(xiàn)象物理本質(zhì)的學(xué)科，它以研究生命物質(zhì)的物理組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能等靜態(tài)問(wèn)題為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)研究各類物理物質(zhì)在生物體內(nèi)如何變化、怎樣互相轉(zhuǎn)換、怎樣互相掣肘以及在變化過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換等動(dòng)態(tài)問(wèn)題[1]。在百余年來(lái)諾貝爾物理獎(jiǎng)的頒授過(guò)程中，有39次獎(jiǎng)項(xiàng)屬于生物物理領(lǐng)域。這既反映了20世紀(jì)以來(lái)物理與生命科學(xué)研究的緊密聯(lián)系，也反映了物理科學(xué)的發(fā)展對(duì)解析生命現(xiàn)象的巨大貢獻(xiàn)。
一、百余年來(lái)諾貝爾物理獎(jiǎng)與生物物理發(fā)展概覽
生物物理是在18世紀(jì)70年代之后，伴隨著近代物理和生理學(xué)的發(fā)展逐漸盛行的。1775年，A.L.提出一種觀點(diǎn)，覺(jué)得生物體呼吸過(guò)程的本質(zhì)與燃燒過(guò)程一樣，均要消耗二氧化碳，釋放出氧氣和水。這些觀點(diǎn)引起了人們對(duì)生物體能量代謝的關(guān)注，是近代生物物理研究的開(kāi)端。1877年，法國(guó)科學(xué)家等提出了生物物理()這個(gè)名詞[2]。在這一時(shí)期，科學(xué)家從生物體內(nèi)提取出了卵磷脂等有機(jī)物質(zhì)，這對(duì)之后的研究起了很大的促進(jìn)作用。
19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，酶、維生素和激素的發(fā)覺(jué)被覺(jué)得是這一時(shí)期最為重要的三大發(fā)覺(jué)[3]。1897年，E.證明了發(fā)酵過(guò)程在沒(méi)有酵母菌存在的情況下也可進(jìn)行，其本質(zhì)是由青汁即酶導(dǎo)致的催化過(guò)程，由此開(kāi)創(chuàng)了酶物理的研究。這項(xiàng)研究，成為近代生物物理誕生的標(biāo)志，E.也因而獲得了1907年諾貝爾物理獎(jiǎng)[4]。1926年，J.B.首次制備出脲酶的結(jié)晶，使酶學(xué)獲得迅速的發(fā)展，他也為此項(xiàng)發(fā)覺(jué)獲得了1946年諾貝爾物理獎(jiǎng)。1911年，C.Funk結(jié)晶出抗神經(jīng)炎維生素，起名為“維他命()”，意思是“生命的胺”。他當(dāng)時(shí)覺(jué)得可能所有維生素都是雜環(huán)物質(zhì)，但后經(jīng)研究發(fā)覺(jué)并非這么，于是又更名為。1902年，J.Abel分離出腎上腺素并制成結(jié)晶。1905年細(xì)胞膜水通道，W.M.和E.H.提出“激素()”一詞。1926年，C.Went從谷物胚芽鞘分離出動(dòng)物激素——生長(zhǎng)素。20世紀(jì)30年代之后，生物物理在研究生物體的新陳代謝及其調(diào)控機(jī)制方面取得了重大進(jìn)展，陸續(xù)對(duì)糖酵解、三乙酸循環(huán)、氧化乙酸化、磷酸戊糖途徑等進(jìn)行了詳盡的研究。在研究糖酵解方面，G.、O.、J.K.3位科學(xué)家作出了特別大的貢獻(xiàn)。H.A.Krebs證明了三乙酸循環(huán)，M.證明了光合碳代謝途徑，并獲得了1961年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，生物物理的研究漸漸深入到了分子水平。有許多杰出的科學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn)：F.于1953年確立了胰島素的分子結(jié)構(gòu)，為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定打下了基礎(chǔ)，并因而獲得1958年諾貝爾物理獎(jiǎng)。M.F.和J.C.用X射線衍射法研究得到了球蛋白和纖維蛋白的結(jié)構(gòu)，獲得1962年諾貝爾物理獎(jiǎng)。1953年，J.D.和F.H.C.Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。
二、生物物理發(fā)展的3個(gè)階段
按照生物物理發(fā)展史中那些代表性的成就，可將生物物理的發(fā)展界定為表述生物物理、動(dòng)態(tài)生物物理與機(jī)能生物物理3個(gè)階段[5]。
2.1表述生物物理階段
1775年前后，C.W.對(duì)生物體各類組織的物理組成進(jìn)行了研究，他的這一研究奠定了生物化學(xué)的基礎(chǔ)[5]。這一時(shí)期生物物理處在起步階段，稱為表述生物物理階段。
1779年，I.Honse說(shuō)明了紅色動(dòng)物在陽(yáng)光下可以放出氫氣。1782年，J.證明動(dòng)物在此過(guò)程中吸入氣體，成為光合作用的初期研究。1785年，A.L.首先闡述了呼吸的本質(zhì)，證明呼吸是一個(gè)吸入、消耗二氧化碳，呼出氣體，同時(shí)形成熱能的過(guò)程，開(kāi)啟了對(duì)生物氧化與能量代謝的研究。1828年，F(xiàn).在實(shí)驗(yàn)室中成功地用無(wú)機(jī)化合物氰酸氨合成了有機(jī)化合物尿素，這是首次在生物體外由無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物，突破了無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物之間的研究界限[6]。
這一時(shí)期，得力于微量剖析技術(shù)的幫助，生物體中的一些重要物質(zhì)如維生素、激素和藥物陸續(xù)被發(fā)覺(jué)并得到了研究。例如，1868年，意大利科學(xué)家F.首次得到核苷酸；1902年，E.提出蛋白質(zhì)的氨基酸理論。反正，表述生物物理階段的特征是對(duì)生物體內(nèi)物質(zhì)的物理組成、含量和性質(zhì)等進(jìn)行研究，這為后續(xù)生物物理的研究發(fā)展提供了新思路，開(kāi)拓了新方向。
2.2動(dòng)態(tài)生物物理階段
世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代，生物物理在已有的基礎(chǔ)上，在例如電子顯微鏡技術(shù)、層析技術(shù)等諸多實(shí)驗(yàn)方式的幫助下得到迅速發(fā)展，步入到動(dòng)態(tài)生物物理階段。生物物理能有這么的發(fā)展，從1901年開(kāi)始頒授的諾貝爾獎(jiǎng)可以說(shuō)起到了顯著的促進(jìn)作用，有代表性的有以下幾個(gè)方面。
2.2.1脂類、維生素的研究
Emil，1902年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)
1902年，因合成糖和固醇衍生物而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，由此開(kāi)始了糖物理的研究。在糖物理中，糖酵解過(guò)程十分重要。糖酵解普遍存在于生物界，被覺(jué)得是生物界最古老、最基本、最原始的獲取能量的形式，是最早的被揭示的酶促反應(yīng)系統(tǒng)[2]。1905年，美國(guó)科學(xué)家A.和W.J.Young在實(shí)驗(yàn)室中證明了無(wú)機(jī)乙酸的作用，證明了乙酸鹽是發(fā)酵過(guò)程中的關(guān)鍵物質(zhì)，參與發(fā)酵過(guò)程中間產(chǎn)物的產(chǎn)生，缺乏乙酸鹽則發(fā)酵過(guò)程未能進(jìn)行。這一觀點(diǎn)的提出使對(duì)糖酵解的闡述又近了一步。A.也因而獲得了1929年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
在此以后，更多科學(xué)家投入到糖酵解的研究中，經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的連續(xù)工作，總算在1940年，由荷蘭生物物理家G.、O.和J.K.等人闡釋了糖酵解的整個(gè)途徑，也就是以她們名子命名的EMP途徑——葡萄糖在己糖激酶的作用下產(chǎn)生6-乙酸獼猴桃糖，經(jīng)過(guò)糖酵解打算階段和放能階段后變化分解為乙醛酸。為糖酵解過(guò)程在生物中普遍存在，且是一個(gè)酶促過(guò)程，因而對(duì)糖酵解過(guò)程的闡釋讓人們明晰認(rèn)識(shí)到生物的糖代謝過(guò)程以及酶促反應(yīng)系統(tǒng)的工作過(guò)程。
AdolfOtto，1928年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主及其合成的維生素D3
維生素是維持機(jī)體正常生命活動(dòng)所必需的一類小分子有機(jī)化合物。它在生物體內(nèi)既不構(gòu)成各組織，也不提供能量，但卻是維持生物體生長(zhǎng)發(fā)育及新陳代謝不可缺乏的物質(zhì)[2]。1928年，A.因其在1907年研究了尿酸和其他維生素的結(jié)構(gòu)并合成了維生素D3而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。這次諾貝爾物理獎(jiǎng)的頒授，推動(dòng)了科學(xué)家對(duì)于維生素的研究。1933年，W.V.合成了維生素C，并對(duì)碳水化合物進(jìn)行了研究。P.在1931年確定了維生素A的結(jié)構(gòu)并在1933年將其合成成功，而后，他又在1935年合成了維生素B。這兩位科學(xué)家因其對(duì)維生素領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，共同獲得1937年諾貝爾物理獎(jiǎng)。在此次頒獎(jiǎng)過(guò)后，R.Kuhn因其在1935~1937年間研究了類胡芋頭素和維生素而獲得1938年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
2.2.2酶的研究
酶是由活細(xì)胞形成的，具有催化活性和高度專情性的一種生物大分子，諸多新陳代謝活動(dòng)都需在酶的催化下才可以進(jìn)行。生物的各類生命活動(dòng)都與酶的催化過(guò)程密切相關(guān)。正由于這般，酶物理對(duì)于生物物理的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用。
1929年的諾貝爾物理獎(jiǎng)?lì)C給了A.和H.vonEulor-，不僅由于她們關(guān)于糖酵解的研究外細(xì)胞膜水通道，還由于她們揭示了酶和輔酶的作用，并確定了輔酶的結(jié)構(gòu)。繼1878年Kuhne首先使用“酶”這個(gè)詞后，1926年，新西蘭物理家J.B.從刀豆中提取出脲酶并獲得結(jié)晶，證明脲酶具有蛋白質(zhì)的性質(zhì)，并提出酶本身就是一種蛋白質(zhì)。在同一時(shí)期，J.H.結(jié)晶出了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶，并證明了它們的生物活性。另外，W.M.在1930~1935年間制得病毒蛋白酶。這3位科學(xué)家的研究為酶物理的進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)，因而，共同獲得了1946年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
三位科學(xué)家因酶物理方面的貢獻(xiàn)，獲1946年諾貝爾物理獎(jiǎng)
2.2.3蛋白質(zhì)的研究
世紀(jì)初，科學(xué)家開(kāi)始了對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的剖析。1902年，英國(guó)生物物理家E.和F.同時(shí)提出了有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的模型假說(shuō)，覺(jué)得蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是氨基酸鏈結(jié)構(gòu)，是由肽鍵聯(lián)接上去的多肽的長(zhǎng)鏈。以這個(gè)假說(shuō)為基礎(chǔ)，E.在1907年首次成功地合成了18肽的長(zhǎng)鏈，為其氨基酸鏈假說(shuō)提供了初步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，更為重要的是，這個(gè)成果使人類在蛋白質(zhì)的人工合成公路上邁出了第一步。
隨后，美國(guó)生物物理家F.在1945年開(kāi)始測(cè)定牛胰島素氨基酸鏈中的多肽的結(jié)構(gòu)次序，并最終于1953年確立了胰島素的分子結(jié)構(gòu)。其實(shí)這一研究經(jīng)歷了數(shù)年時(shí)間才成功，但這幾位科學(xué)家在此項(xiàng)研究中所用的實(shí)驗(yàn)方式對(duì)于日后蛋白質(zhì)物理的發(fā)展具有重要的意義。F.由于這項(xiàng)成就獲得了1958年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。
2.3機(jī)能生物物理階段
自20世紀(jì)50年代以來(lái)，生物物理發(fā)展迅速，步入到真正意義上的生命物理階段。隨著放射性核素示蹤技術(shù)、紅外波譜技術(shù)、NMR核磁共振技術(shù)、高效毛細(xì)管電泳技術(shù)(HPLC)、基因工程技術(shù)等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式的誕生，生物物理踏入了在分子水平研究的時(shí)期[7]。在這一時(shí)期，對(duì)蛋白質(zhì)和核苷酸這兩大生物基礎(chǔ)物質(zhì)的研究是生物物理領(lǐng)域最為重大突破。
2.3.1蛋白質(zhì)物理
盡管在20世紀(jì)前期，人們對(duì)蛋白質(zhì)已有一定的研究，但蛋白質(zhì)物理的迅速發(fā)展，還是在20世紀(jì)50年代之后。
繼1956年日本生物物理家F.闡明了牛胰島素的全部51個(gè)多肽的排列次序和兩個(gè)肽鍵之間的硫硫鍵然后，中國(guó)科學(xué)家在1965年合成了結(jié)晶牛胰島素。這是世界上第一個(gè)人工合成的具有生物活性的蛋白質(zhì)，它標(biāo)志著人類在認(rèn)識(shí)生命、探索生命奧秘的征途中邁出了關(guān)鍵性的一步，推動(dòng)了生命科學(xué)的發(fā)展，標(biāo)志著世界步入了人工合成蛋白質(zhì)的新階段。此項(xiàng)成果在我國(guó)基礎(chǔ)研究、尤其是生物物理的發(fā)展史上有巨大的意義與影響。
2.3.2核苷酸物理
1944年，O.T.Avery通過(guò)肺癌桿菌遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了改變腦炎桿菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)變因子是脫氧內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核苷酸(DNA)，即證明了DNA是基因的基礎(chǔ)物質(zhì)。這一發(fā)覺(jué)極大地促進(jìn)了有關(guān)核苷酸的結(jié)構(gòu)與功能的研究。
1953年，J.D.和F.H.C.Crick在定則的啟示下，借助R.和M.得到的DNA的X射線衍射圖對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)進(jìn)行推論，除了確認(rèn)了DNA是一種螺旋結(jié)構(gòu)，還得到了幾個(gè)主要參數(shù)。有了這樣的發(fā)覺(jué)，經(jīng)過(guò)不懈的努力，她們總算建立出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這一發(fā)覺(jué)拉開(kāi)了現(xiàn)代分子生物學(xué)的帷幕，為現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1]。
James(左)、Crick(右)
1955年，加拿大科學(xué)家A.R.Todd確定了核酸結(jié)構(gòu)，合成了低分子的堿基，鑒于A.R.Todd在核酸與核酸輔酶結(jié)構(gòu)方面的杰出成就，英國(guó)皇家科大學(xué)授予他1957年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
在這種工作的啟發(fā)與幫助下，諸多科學(xué)家對(duì)核苷酸物理領(lǐng)域舉辦了不斷的探求。獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的有L.F.，他因發(fā)覺(jué)核糖甙酸及其在碳水化合物生物合成中的作用而獲得1970年諾貝爾物理獎(jiǎng)；C.B.、S.Moore、W.H.Stein因研究?jī)?nèi)質(zhì)網(wǎng)核酸酶的活性區(qū)位以及確定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)而獲得1972年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
P.Berg因成功地操縱基因重組脫氧內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核苷酸分子，獲得1980年諾貝爾物理獎(jiǎng)。P.Berg的工作，除了實(shí)現(xiàn)了將原先不相關(guān)的DNA組合在一起，并且意味著人類可能制造出全新的生命。這標(biāo)志著現(xiàn)代基因工程技術(shù)的誕生，同時(shí)也將生物物理帶入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。
三、諾貝爾生物物理獎(jiǎng)得獎(jiǎng)成果的應(yīng)用
從百余年來(lái)生物物理領(lǐng)域的得獎(jiǎng)看，諾貝爾物理獎(jiǎng)的頒授與生物物理的發(fā)展交相映襯，促進(jìn)了生物物理學(xué)科的快速發(fā)展。
3.1核苷酸及蛋白質(zhì)的新設(shè)計(jì)
由于蛋白質(zhì)和核苷酸是構(gòu)成生命的基本物質(zhì)，因而對(duì)于它們的研究，尤其是其空間結(jié)構(gòu)和活性的改變會(huì)帶來(lái)怎樣的變化將成為研究生物物理的方向，并將常年倍受關(guān)注。
3.2生物膜的應(yīng)用
生物膜是構(gòu)成細(xì)胞所有膜的合稱，是生命系統(tǒng)重要的組成部份之一，對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動(dòng)意義重大。生物膜的功能主要有物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞辨識(shí)和信息傳遞等，因而膜生物工程的應(yīng)用是現(xiàn)今生物物理的研究熱點(diǎn)[2]。2003年，俄羅斯科學(xué)家P.Agre和R.M.共同獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)，其緣由是二人均在細(xì)胞膜通道領(lǐng)域做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，R.M.發(fā)覺(jué)了細(xì)胞膜水通道及運(yùn)作機(jī)理，而P.Agre則發(fā)覺(jué)了水通道蛋白及其結(jié)構(gòu)和工作原理。她們的成就開(kāi)辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，即細(xì)胞物理，這使有關(guān)生物膜的研究成為科研熱點(diǎn)。
PeterAgre(左)and(中)接受科學(xué)記者專訪
生物膜將細(xì)胞與其外部世界隔離開(kāi)來(lái)，但卻并不是完全隔離的。實(shí)際上，細(xì)胞膜由不同的通道所貫通，這種通道專門為特定的離子或分子使用而且不容許其他物質(zhì)通過(guò)。之所以這樣，是由于通道最重要的特點(diǎn)——選擇性。細(xì)胞膜通道包括水通道和特種離子通道。所謂水通道，實(shí)際上是一種水通道蛋白(，AQPs)。因?yàn)樗ǖ赖鞍椎拇嬖?，機(jī)體的水平衡才得以維持。諸如細(xì)胞膜不容許泄露出質(zhì)子：水份子由于通道壁的原子所產(chǎn)生的局部電場(chǎng)作用而平緩地通過(guò)窄小的通道，并且質(zhì)子(或H3O+)卻不能通過(guò)，由于它們自身所帶的正電荷使它們?cè)谕局型３鰜?lái)而被拒絕通過(guò)。對(duì)于離子通道，以容許鉀離子通過(guò)而制止鈉離子通過(guò)的通道為例：在步入離子過(guò)濾器之前，兩種離子均被水份子所包圍，離子被水份子禁錮，其與水底的氧原子的距離一定。在過(guò)濾器中，鉀離子與氧原子之間的距離是與其在通過(guò)通道前被水份子所包圍時(shí)的距離相同，因而可以通過(guò)過(guò)濾器；但是鈉離子卻不能通過(guò)，這是因?yàn)樗谶^(guò)濾器中與氧離子的距離不匹配，因而仍留在水氨水中。
借助細(xì)胞膜通道的原理，對(duì)細(xì)胞通道進(jìn)行的研究可以幫助科學(xué)家找尋具體的病癥，并研發(fā)相應(yīng)的抗生素。例如一些神經(jīng)系統(tǒng)疾患和心血管疾患就是因?yàn)榧?xì)胞膜通道功能衰弱導(dǎo)致的。另外，借助不同的細(xì)胞膜通道，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能，進(jìn)而達(dá)到根治疾患的目的。例如，草藥就是通過(guò)調(diào)節(jié)人體汗液的成份和不同成份的含量而達(dá)到根治疾患的目的[8]。對(duì)于生物膜，不僅醫(yī)治癌癥，其應(yīng)用還可以彰顯在廢水整治方面，正式某種微生物菌株制成劑型后，按要求直接投放到受污染底泥，產(chǎn)生生物膜，便于對(duì)廢水進(jìn)行降解和凈化。
3.3基因工程技術(shù)的應(yīng)用
一般所說(shuō)的基因工程，實(shí)質(zhì)上就是借助DNA重組技術(shù)改建生物的基因結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期目的的一項(xiàng)高新技術(shù)。具體方式是借助分子生物學(xué)的方式分離目的基因，并對(duì)目的基因進(jìn)行剪切，將剪切好的基因片斷與載體聯(lián)接，之后引入寄主細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制和抒發(fā)的生物學(xué)技術(shù)。
基因工程的具體步驟包括兩個(gè)：首先從個(gè)別生物體獲取(或人工合成)所須要的DNA片斷，即目的基因，將目的基因與獲得的基因的載體進(jìn)行體外重組；之后將重組的DNA轉(zhuǎn)化到受體細(xì)胞中，借此可以改變受體細(xì)胞的遺傳性質(zhì)。通過(guò)這樣的手段，可以獲得須要的產(chǎn)品或特定的優(yōu)良性狀[3]。正由于可以形成人類所須要的物質(zhì)或則成立出新的生物類型，因而定向改變生物性狀，因而基因工程有著廣泛的應(yīng)用前景。如今，人們?cè)谵r(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等方面都在使用基因工程技術(shù)?；蚬こ碳夹g(shù)可以讓人們直接定向并達(dá)到預(yù)期的目的。
3.3.1農(nóng)業(yè)技術(shù)的新方式
在農(nóng)業(yè)上，科學(xué)家借助基因重組得到想像中的新品種。將目的基因(例如抗病基因和耐松土劑基因)與個(gè)別農(nóng)水稻的基因重組，以增加新品種的生產(chǎn)成本，比如抗病獼猴桃等。還有經(jīng)過(guò)小鼠的生長(zhǎng)素基因改建的超級(jí)大鼠，生長(zhǎng)速率和體重都比正常大鼠大好多，此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于牲畜的培植有可能形成巨大的生產(chǎn)價(jià)值。
3.3.2醫(yī)療技術(shù)的新進(jìn)步
在成功進(jìn)行了動(dòng)動(dòng)物基因的改建以后，1999年，法國(guó)科學(xué)家破解了人類第22組基因排序，“人類基因組計(jì)劃”由此邁出了成功的一步。通過(guò)對(duì)每位基因的測(cè)定，我們可以找到醫(yī)治和防治多種癌癥的新方式，有關(guān)人類生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、遺傳和腫瘤的秘密也將急劇揭露。可以預(yù)見(jiàn)，在今后的時(shí)間里，科學(xué)家就可能闡明人類大概5000種基因遺傳病的致病基因，可以依據(jù)基因圖有針對(duì)性地對(duì)有關(guān)疾病下藥，因而為疾病、糖尿病、心臟病等各類致命癌癥找到基因療法。據(jù)悉，因?yàn)榛蚬こ谭绞匠杀镜颓耶a(chǎn)值高，目前市場(chǎng)上的好多藥品（例如多種卡介苗、蛋白質(zhì)類抗生素、抗生素等）都是通過(guò)基因工程制備下來(lái)的。
3.3.3環(huán)境保護(hù)的新措施
基因工程的成果還可以應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)方面，例如基因工程弄成的DNA探針。DNA探針是由一個(gè)特定的DNA片斷制成的，將其與被測(cè)病毒的DNA雜交，就可以測(cè)量病毒。此法可以靈敏并快速地檢查環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。借助基因工程培植的指示生物能靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物?；蚬こ膛傻摹俺?jí)真菌能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)，如石油中的多種烴類化合物，或吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等殘害物質(zhì)。
從1901年至今，百余年來(lái)的諾貝爾物理獎(jiǎng)的歷史使我們認(rèn)識(shí)到，物理觸碰人類生產(chǎn)與生活的各個(gè)方面，生物物理作為從物理學(xué)科衍生下來(lái)的一門學(xué)科，在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，從表述生物物理、動(dòng)態(tài)生物物理到機(jī)能生物物理階段，每一次生物物理領(lǐng)域的新成就和諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲得都標(biāo)志著生物物理的一個(gè)新里程碑出現(xiàn)。展望未來(lái)，我們應(yīng)當(dāng)相信，生物物理的研究將愈加輝煌。
本文原載《大學(xué)物理》2011年10月，《科學(xué)春秋》獲授權(quán)刊登。配圖為編者所加。
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撰文：王悅、彭蜀晉、周媛、張丹、游曉莉（湖南師范學(xué)院物理與材料科學(xué)大學(xué)）