諾貝爾的榮耀－化學桂冠

第二版序　讓我們勇敢說不吧！　周必泰

第一版序　科學桂冠，薪火相傳　周延鑫
1973-1901　諾貝爾化學獎得主與得獎研究簡介　天下文化編輯部

1974　弗洛里
永不停息的高分子化學研究　科學月刊編輯部

1975　孔佛思普瑞羅
替酵素催化反應尋求立體化學解答 　科學月刊編輯部

1976　李普斯寇姆
解開化學鍵難題的李普斯寇姆　科學月刊編輯部

1977　普里歌金
解釋基本輸送現象的非平衡熱力學 　俞培新

1978　密契爾
化學滲透理論與生物能量轉移　許宗雄

1979　布朗　威提希
近代有機合成雙擘 　劉廣定、林錦玉

1980　柏格　吉伯特　聖格
開創DNA研究新紀元　周成功

1981　福井謙一 霍夫曼
解釋分子活性的分子軌域理論　儲三陽

1982　克魯格 
電子顯微影像重組技術與核酸蛋白複合體　羅時成

1983　陶布 
金屬錯合物電子轉移之謎　葉玉堂

1984　梅里菲爾德 
梅里菲爾德與固相胜合成法　曾木金

1985　豪普特曼　卡爾
直接法揭開晶體結構的奧秘　彭旭明

1986　賀西巴赫　李遠哲　波拉尼    
化學反應動力學裡的奇妙世界　蘇志明

1987　克拉姆　萊恩佩　德森
老中青接力賽的故事　方俊民、林雪蕙

1988　戴森何佛　修伯　米歇爾
解開光合作用的機構　許宗雄

1989　奧爾特曼　切克
開創核酸化學的新領域　蕭明熙

1990　柯理
起點即終點的「逆合成」法　蔡蘊明

1991　厄恩斯特
核磁共振學的通才　黃紹光

1992　馬庫斯
溶液中電子轉移理論　陳錦明、牟中原

1993　穆理斯　史密斯
DNA聚合酶連鎖反應與定點突變法　張南驥、吳妍華

1994　奧拉 
揭開碳陽離子神秘面紗的奧拉　何子樂

1995　克魯琛　馬利納　羅藍得
揪出破壞臭氧層的元兇　王家麟

1996　柯爾　克洛圖　史莫利
巴克球的發現　陸天堯

1997　博耶　沃克　斯寇
ATP 的合成及消耗　吳世雄、邱式鴻

1998　柯恩　波普
用量子化學計算分子性質　郭光宇、儲三陽

1999　齊威爾
化學界的新法老王　王俊凱

2000　希格　麥克戴密　白川英樹
意外發現的導電高分子　陳壽安

2001　諾理斯　依野良治　夏普利斯
對掌性技術的極致展現　楊登貴

2002　費恩　田中耕一　伍斯瑞許
透視生物巨分子結構　何國榮、王文竹

2003　麥金南　愛格瑞
揭開細胞膜通道的奧祕　奇云、王文竹

2004　塞卡諾渥　賀赫希柯　羅斯
貼上標籤步向分解的蛋白　羅時成

圖片來源

2004　貼上標籤步向分解的蛋白　羅時成

塞卡諾渥（Aaron Ciechanover, 1947-）
賀赫希柯（Avram Hershko, 1937-）
羅斯（Irwin Rose, 1926-）

表彰他們發現細胞調控蛋白質分解的相關機制
筆者於1999年發表在《科學月刊》的〈蛋白質的「郵遞區號」〉（參見天下文化出版，《諾貝爾的榮耀──生理醫學桂冠》，第256頁）一文，敘述布洛柏爾（Gunter Blobel, 1936-）發現蛋白質的「郵遞區號」與獲得諾貝爾生理醫學獎的理由，文末曾提到蛋白質分解的調控也很重要。未料事隔五年，諾貝爾化學獎頒給了三位生化學家：任職於以色列科技學院的塞卡諾渥（Aaron Ciechanover, 1947-）、賀赫希柯（Avram Hershko, 1937-），與美國加州大學爾灣分校的羅斯（Irwin Rose, 1926-）。他們因在1978年合作探討細胞內特殊的蛋白分解方式，提出調控蛋白分解的新機制而獲獎。

細胞學的「中心法則」（central dogma）清楚指出DNA為生物資訊的藍本，此資訊經轉錄成RNA，再轉譯成蛋白質，經摺疊和剪裁後依蛋白質的「郵遞區號」送到目的地，如細胞核、細胞膜或粒線體，去執行細胞各種代謝、呈現生命現象。細胞內有成千上萬種不同的蛋白質，在功能執行完畢後，總不能長生不老，它們和細胞或生物一樣，都得面對老化與死亡的命運，最後分解成胺基酸。

蛋白質的分解通常需要蛋白的催化，蛋白按其執行功能的位置，可分成細胞外蛋白和細胞內蛋白。前者如消化道所存在的胃蛋白和胰蛋白，它們在細胞外進行蛋白質的分解，幫助細胞吸收；後者種類較多，有蛋白質內分解與蛋白質外分解，功能在於促進細胞內胺基酸的循環使用。有些細胞在電子顯微鏡下，能看到溶體（lysosome），溶體這項特別的胞器內含各式各樣的蛋白，是細胞用來分解各種老化胞器和大分子（包括蛋白質）的工具；大部分的蛋白，在酸性（pH 4.8）下的活性最高。

特異的蛋白質分解活性
一般細胞進行小分子合成大分子需要消耗能量（ATP），把大分子分解成小分子則不需耗能。1977年高爾伯（Goldberg）利用兔子未成熟的紅血球溶解液（reticulocyte lysate）做蛋白質分解研究時，因為加入ATP抑制劑時觀察到蛋白質分解活性降低，因而發現一些異常蛋白的分解需要ATP參與，同時這個反應異於溶體內蛋白最佳的酸鹼度pH 4.8，反倒在pH 7.8時活性最佳。

今年的三位獲獎人中，塞卡諾渥和賀赫希柯於1978年從以色列前往當時在美國費城的羅斯實驗室，合作研究特異的蛋白分解現象，花了數年功夫提出調控蛋白分解的新機制而解開謎津，發現這種特殊的蛋白分解方式需要先和泛素（ubiquitin）形成鍵結，然後才走上分解的不歸路。

泛素最早是在1975年於牛的胸腺細胞中發現的，它是由76個胺基酸組成，起初以為它與淋巴球的分化過程有關，後來發現除了細菌之外，許多不同組織甚至不同的生物都有泛素存在，而推翻了它與淋巴球分化有關的假說。有一組科學家發現，泛素除了單獨存在外，還可以和組織蛋白H2A形成共價鍵，產生所謂的「蛋白質A24」，而這蛋白有兩個胺基（N）端卻只有一個羧基（C）端，至於組織蛋白與泛素形成共價鍵的生物意義，目前還不清楚。

在1978年時，三位獲獎人利用紅血球系統，找尋參與這種特異蛋白質分解的成分。他們首先利用層析法（chromatography），把紅血球的血紅蛋白移除後分成兩部分，這兩部分分開時毫無分解蛋白的作用，但加在一起就顯示出活性；他們在第一部分找到一個稱為APF-1（active principle of fraction 1），分子量僅9000且耐熱的蛋白，之後才知道APF-1就是與組織蛋白H2A形成共價鍵的蛋白，也發現這個蛋白存在於各種真核細胞和各種不同細胞內，因此統稱作「泛素」。

摘自《諾貝爾的榮耀──化學桂冠》

讓我們勇敢說不吧！

周必泰（台灣大學化學系教授）

接下天下文化邀約撰寫《諾貝爾的榮耀──化學桂冠》一書序言時，我的心境相當複雜，畢竟一篇能引人省思的序言可以啟發讀者；但若不慎誤導則足以戕害學子。自承在學識涵養上仍有不足，故是以戒慎惶恐的態度寫下這篇序言。

《大學》湯之盤銘曰：「苟日新，日日新，又日新。」科學的發展也是如此，希冀這本書的再版能做典範，讓國內學子有所依循努力向前邁進；藉由這篇序言，在此也想跟大家分享個人對國內外科學研究發展的淺見。

本書的再版加入了2000年至2004年的諾貝爾得獎者及其領域介紹。由2000年以後的得獎領域觀之，生化和材料相關研究獨領風騷。2000年化學桂冠的榮耀給予了在意外中發現，應用卻無遠弗屆的「導電高分子」；2001年的殊榮由「不對稱催化反應」領域佔鰲頭；2002年頒予在偵測生化大分子上獲得重大突破的「質譜蛋白質解析技術」；2003年的解開「細胞膜通道」以及2004年的「蛋白質降解酶機制」都與生化醫學的研究息息相關。這顯示了現時及下一波科學研究領域的重點。

在生化醫學研究上，分子階層的探索將逐漸取代巨觀式的傳統觀察。另一方面，由於偵測儀器、化學合成、元件製程的突破，探索微小和瞬間的複雜世界已是未來的趨勢。奈米科技有可能掀起產業革命。未來奈米科技和生化醫學的結合，前景更是無遠弗屆。

目前，現有的知識系統面臨許多瓶頸正待突破。《三國演義》開宗明義說：「天下大勢，合久必分，分久必合」，科學研究亦然。各種領域的科學，在兩百年前開始分支，今天又將再度整合於一體。不論是物理、化學、數學和生化等基礎學門，或是電機、機械、光電和電子等應用科學，彼此間正交互影響，藉由統合現有知識，探究生命的奧祕及奈米世界下物質世界的各種新奇現象。

跨領域整合是趨勢
本世紀初科學研究的主流，將是結合各領域精英的團隊合作。然而無論科學研究趨勢如何變革，諾貝爾化學獎的頒發原則之一的創新性、先驅性是不變的。這也就是2002年化學獎的得主田中耕一先生能獲殊榮的主因。雖然他發表的論文少又沒名氣，但他所發展的雷射介質脫附質譜（MALDI）技術，卻對蛋白質的研究發展影響鉅大。是故創意的思維才是科學研究的基本要件。

不知道大家有沒有想過，考試分數再怎麼高其實也只是在解決別人出的題目；而解決這些問題的知識，都是別人早已創造出來並沿用了幾十年的定理。但是科學研究的本質並不在於背了多少書本知識，更不在於在限定時間內解出多少題目，而是要具有觀察問題、思考問題以及邏輯推理的心靈。換句話說，我們需要的是具創造題目、定理的科學研究精神，讓科學研究發展具有里程碑的意義，甚至是能夠如燈塔般的引領未來。

原子彈之父歐本海默（J. Robert Oppenheimer, 1904-1967），在擔任美國普林斯頓高等研究院院長時，曾評論愛因斯坦（Albert Einstein, 1879-1955）只是里程碑而不是燈塔，批評愛因斯坦的研究和時代脫節。但隨天文觀測技術的突破，大家再回頭來看愛因斯坦的理論時，才發現愛因斯坦並沒有與時代脫節，而是思維超越了當時的觀測技術；愛因斯坦不只是里程碑，更是照亮二十世紀至今的燈塔。

有趣的是，就算愛因斯坦在眾望所歸下得到了諾貝爾物理獎，但得獎的緣由也不是狹義相對論或雷射基理，而是光電效應；直到愛因斯坦過世五十年後的今日，眾多的科學研究領域仍然在熱烈討論廣義相對論、統一場論和波色子等問題。簡言之，科學研究還在愛因斯坦燈塔的領航下前進！雖然愛因斯坦只得過一座諾貝爾獎，但他留下的理論卻製造出更多個諾貝爾獎得主。

類似情形在化學界也屢見不鮮，1992年的諾貝爾化學獎得主馬庫斯（Rudolph A. Marcus, 1923-），早在1960年代就已提出他得獎的電子轉移理論，但是當時受限於儀器而無法驗證，直到1980年代才能用實驗證明部分的理論的正確性，但是就算到了今日，還是無法完全克服實驗限制來確認整個理論。另外，國人較熟知的故事還有《玉米田裡的先知》（天下文化出版）書中的主角是遺傳學家麥克林托克（Barbara McClintock, 1902-1992，一九八三年諾貝爾生理醫學獎得主），她的研究遭當時的世人忽視，研究成果發表後三十年，大家才發現她的研究具劃時代的意義。

由此可見，具有里程碑的研究受到的挑戰往往更嚴苛，阻力也更大。曾有人揶揄：量子物理（化學）之所以能在二十世紀初成為主流，是因為反對者都已凋零。雖是戲言，但也道盡科學研究之路的艱辛，沒有執著與堅持是無以竟全功的。

諾貝爾獎的殊榮是對學者成就的肯定，然而我們更不應忽視一個重要的觀念，那就是：有更多投入科學研究的傑出學者，雖然未獲殊榮，但他們對科學研究的貢獻絕對應予肯定。

在化學學門裡，相信沒人會質疑門得列夫（Dmitri Mendeleev, 1834-1907）對化學研究的貢獻。門得列夫藉由週期表的製作，大膽的「預言」尚未發現的元素和其化學性質。鎵和鍺這兩個影響半導體時代的元素，在正式發現後，量測到基的本物理和化學性質，與週期表所預測的完全相同。此外，提出路易士酸鹼定義的化學界先驅──美國柏克萊大學的路易士（Gilbert Newton Lewis, 1875-1946）教授，畢生奉獻熱力學使統計熱力學在化學反應上發揚光大。這兩位學者對近代化學研究發展的貢獻無庸置疑，但卻與諾貝爾獎無緣。各位讀者，在你們閱讀這本書之際，也正有成千上萬的科學家默默的在科學研究中奉獻呢！

如同《科學革命的結構》作者孔恩（Thomas S. Kuhn, 1922-1996）所描述的，這些諾貝爾級大師秉持自己專有觀察現象的方式，透析眾人所不能理解的一切，再用全新的思考、技術，甚至推翻前人思維的方式來闡釋結果。是故，如果有幸在這些大師級的實驗室從事研究，所學到的不只是知識，而是思考、觀察、解決問題的方式，在長時間的耳濡目染下成長茁壯，傳承科學研究的薪火，是故每一代都能有新的里程碑。我常喜歡引用牛頓的名言：「如果我看得更遠的話，那是因為我站在巨人的肩膀上。」來闡釋傳承的重要性。

聽命代工不是科學
相照之下，國人甚至政府對科學研究的觀念，就讓人不得不為我國未來科學研究發展捏一把冷汗。如果所謂國內最大的「科技」產業是「代工」（Order Equipment Manufacture, OEM）各種「科技產品」的話，那麼我們科學研究的層次，其實也與代工無異。

政府近十年因為意識到國際科學研究的競爭日益增高、產業升級也日益迫切迫，著實投資了一大筆科學研究經費，然而成效卻不彰顯。歸根究柢，我認為最大的敗筆是經費的運籌，往往擺在儀器的購置而不是技術、人員素質以及計畫層次的提升。

在美國，技術方法的研發不但要有高素質的人員進行研究，研究人員也要與周邊科技公司互相諮詢、密切合作。如此，政府投入的經費才能帶動相關科技產業的革新。這也是美國的高級科技公司能長久生存，且產品屢有突破的原因。反觀國內經費的核給，尋求的是短期內的成果；於是論文產量成了最直接的審查標準，買儀器來生產（論文）便是最快的捷徑。這不就如同我們半導體工業進口國外機台做代工一樣嗎？

各位讀者或許不知，國內儀器代理商密度十年以來一直高居世界第一。汗顏的說，我們科學研究有最先進的儀器，但卻沒有突破性的研究成果，更遑論以科學研究帶動國內科技產業升級了。尤其可惜的是，長期以來我們的科學研究計畫審查皆以「人本」為訴求，所謂的學界大老，不論計畫好壞，只要繼續出論文，大筆經費即源源不絕。這種計畫審查，常會杜絕有創意的先驅研究。

君不見李遠哲院長的博士後研究指導教授賀西巴赫（Dudley R. Herschbach, 1932-，與李院長共享一九八六年諾貝爾化學獎），都曾有過研究計畫遭拒的經驗；相形之下國內對研究計畫及成果的審核實在太過於鬆散。如果體制沒有改進，要提升國內科學研究的能量，可說是難如上青天。

有創意比考高分更重要
科學研究首重人力素質。因應以及支持我之前所言，國內勤勉研究的學者常在閒聊中感嘆：「六○至八○年代國內的科學研究是有人沒錢，現在卻是有錢沒人。」各位讀者如果同意我先前描述的「科學研究代工論」的話，不妨想想「考試」不也如同在代工解題嗎？那麼用考試取才怎能培養出高素質的科學研究人才呢？

我印象很深刻，在剛去美國求學時，我每次考試不僅名列前矛且高出老美學生一大截，也因被喚為「天才」、「超人」等，我也為此沾沾自喜。但我進實驗室的第一個月，親眼看到與我同級的老美學生對研究的觀念、思維及動手做的能力後，才恍然大悟自己的鼠目寸光。在研究群進行討論時，那些考試成績遠不如我的同儕，往往能即時提出異議性的看法，雖然有些問題我一開始會覺得很荒謬，但在腦力激盪後又往往可以激發出神奇思維。坦白說，這是我在國內求學時不曾有過的經驗。

我的教育方式告訴我，對書本的知識應完全相信不可反駁。雖然我們不承認，但本質上我們的知識汲取仍是以背誦為主，並沒特別著重思考與邏輯推理，尤其在寫計畫、論文和報告方面的訓練，更是匱乏。我們的科學研究教育幾乎不曾出現「勇於說不」的觀念，如此選拔出的人才，最大的優點是能在短時間內正確無誤的回答考卷裡所有的題目；但是科學研究生涯的實做經驗和邏輯觀，甚至由「有異議」產生的「創造性思維」卻是相當的貧乏。這種情況造就了小時了了的教育窘境。

國內許多人喜歡用歐美學者的看法來嘲笑日本式的工匠訓練文化，批判日本人不擅長超越思考窠臼，但他們忽略了日本人善於利用現有和所知的一切，按部就班的完成許多研發工作，任何東西在他們的手中都能改善到最佳化。光是這一點，國人就差了一大截。中研院李遠哲院長的求學故事就清楚的表達出，如果台灣的教育方式不改，想要培養出本土的諾貝爾獎得主可能真是緣木求魚了。
希望藉這本書的再版，能給予時下年輕學子一個好的典範，豎立「勇於說不，創意十足」的思考方向，這樣國內的科學研究才有可能跨越出那條看不見的鴻溝。讓我們一起衷心期待第一位本土諾貝爾化學獎得主的誕生吧。

每年10月，遠在瑞典的諾貝爾獎委員會公布獎項得主，《科學月刊》就邀請該領域的專家描寫各位得主的生平事蹟和得獎原因，專家們通常樂意撰寫（出自「惺惺相惜」，或如英國史學家卡萊爾所說的「英雄崇拜」）。專家們在授課研究之餘，努力蒐集相關資訊和圖片，以端出「相得益彰」的作品。

雖說得獎內容常在科學研究的前沿，不易解釋清楚，但我們的專家就是有本事平易地描述其重要性。 天下文化公司自1982年成立以來，已擴充到經由科學、文化、財經等「全方位」地服務大眾，並頗受好評。我們愉快地合作多年，共同實踐普及科學服務的目標！此次再版，更加強內容和編輯，期望讀者更能「入寶山」而收穫更多。 

──林基興（科學月刊社理事長）

人生有多少三十？在此千禧年際，即將而立的「科學月刊社」，和「天下文化」合作出版的《諾貝爾的榮耀──科學桂冠》三書，無疑是一場世紀末科學宴饗。

《科學月刊》是由一群熱中台灣科學普及的留學生、學者教授創辦，三十年來除了辦雜誌，也辦科學講座、研討會、科學營。期間人事雖有更迭，《科學月刊》無私奉獻的精神仍然代代相傳，成為民間推展科學教育的一股清流。

天下文化在民國七十一年以專業經營管理理念出版叢書，立刻建立起台灣文化出版業的品牌，提升台灣閱讀書籍的人口。繼經濟社會文化叢書之後，在林和、牟中原、李國偉和周成功（皆是《科學月刊》的中堅人物）策劃下，天下文化開始出版科學文化叢書，每本書都贏得讀者的喜愛，迅速建立了口碑。近年來科學文化叢書在譯作中也出現了國人的著作，《台灣蛇毒傳奇》、《線索》和《肝炎聖戰》讀來更令人感到親切。 

科學月刊社為了擴大慶祝成立三十週年，將《科學月刊》歷年來由國內教授專家所撰、介紹諾貝爾科學獎得主發明或發現的文章，委由天下文化重新編輯出版。這些諾貝爾科學獎得主的發明或發現都經過時間的考驗，是世界公認的傑作，他們的研究就如同藝術家完美的作品，流芳百世，值得讀者典藏閱讀。

科學與美學在展現人類探索無限的疆域時其實是一致的，因為它們挑戰著未知與極限，科學家和藝術家的成就都可以引領人們到達高峰的境界。我們可以享受聲樂家的繞樑之音、舞蹈家的律動之美、文學家的文字之情，我們當然也可以享受科學家追求的宇宙之真。

──羅時成（科學月刊社前理事長）

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