对生命结构本质认识的贡献

100余年来，诺贝尔生理学或医学奖多属对维护人体健康、拯救人类生命、揭示生命奥秘有重大促进作用的项目和人员，其中很多奖项对探索人体的奥秘、促进人类认识自己、保护自己有巨大推动作用。

1904年，诺贝尔医学奖授予了俄国人巴甫洛夫，他创立了条件反射理论。巴甫洛夫在健康狗消化道的唾液腺、胃壁、胰腺等处用外科手术做成瘘管，收集消化液，进行长期观察，从而弄清了消化生理的条件反射功能。

肺呼吸的基本生理机制与毛细血管运动调节机制的确立（1920年，丹麦人克劳格），以及呼吸功能受中枢神经及化学感受器控制和调节的发现（1938年，比利时人海曼斯），不仅探明了人类的呼吸机制，而且分别获得诺贝尔医学奖。克劳格证实：肺部的气体交换是通过被动的不耗能的方式（即弥散）实现的，从而保证了人体吸入氧气排出二氧化碳的呼吸代谢的进行。当肺组织功能加强时，耗氧量增高；当出现缺氧时，会引起更多的毛细血管开放，从而进行自动调节。海曼斯发现：延髓呼吸中枢分为吸气和呼气中枢两部分，两者间存在着交互抑制的关系。位于脑桥上部和中脑下部的呼吸调整中枢对吸气中枢产生间断性抑制，从而调整延髓呼吸中枢对吸气中枢产生间断性抑制，使延髓呼吸中枢的节律活动接近于正常；主动脉球和颈动脉球具有化学感受器，可以反射性地调整呼吸。

人类视觉真谛的确立获得了3次诺贝尔医学奖，它们是：视觉成像定律的发现（1911年，瑞典人古尔斯特兰德），视觉细胞感光功能的查明（1967年，美国人沃尔德和哈特兰，瑞典人格拉尼特）和视觉中枢结构及功能的探明（1981年，美国人休伯尔和加拿大人威塞尔）。古尔斯特兰德确定，视觉成像是由晶状体表面曲率改变及晶状体内部物质重新排列完成的。沃尔德发现，视细胞中的光敏物质是维生素A醛和视蛋白组成的感光色素，该色素在接受光量子后发生同分异构化，以后的过程在“暗”中进行。格拉尼特利用电生理学方法，测定了视网膜3种视锥细胞的感光色素的吸收光谱各异。哈特兰以马蹄蟹眼为模型，用改进的电生理技术发现了眼中的侧抑制，并证明这种侧抑制是通过简单的神经元联系实现的。休伯尔和威塞尔用微电极在猴脑里试验，探明了视觉中枢的结构和功能：视皮层单个神经元对特定的刺激产生反应，这些神经元结构复杂地排列在一起，共同完成视觉功能；视觉信息在脑内逐级串联地传递、加工，即皮质细胞的输入要逐级连接才能得到视觉信息；视皮层同时镶嵌着两套互相重叠而功能各自独立的细胞柱系统，即取向选择柱和眼优质柱，共同协调完成视觉功能。这些学者探明了视觉的电生理过程：由光源直射或物体反射的光线作用于眼球的视网膜，再经视神经传入大脑皮质枕叶产生视觉。能成为有效视觉刺激的光线有一定的波长范围，即所谓可见光。

1961年的诺贝尔医学奖颁给了美国人贝克西，他确定了人体听觉机制。作为电讯通信领域的物理学家，贝克西在从事业余研究时，发现了内耳的主要功能：外界声波从外耳传入，使鼓膜振动，进而通过中耳听小骨的振动引起耳蜗内感觉细胞的兴奋，再经听神经传入大脑皮质颞叶，产生听觉。

1914年的诺贝尔医学奖颁给了奥地利人巴拉尼，他确立了人类掌握平衡的机制：内耳前庭在人体平衡功能中起主导作用。巴拉尼发现，温热对内耳前庭器官有刺激作用，表现为眼球震颤。他通过温热试验、旋转试验和指点试验，为前庭疾病的诊断提供了方法。巴拉尼还进一步提出了平衡觉理论：人耳除听觉外，还具有位置觉，即具有调节身体平衡的功能，内耳的前庭器官是人体空间位置与运动的感觉器官。当身体运动时，速度的变化会引起前庭器官感受兴奋。前庭器官兴奋向上传入小脑、延髓和中脑平衡中枢，通过分析调整后，再下传到脊髓，从而支配肢体完成姿势反射。1983年，美国在航天飞机上对10名宇航员重复了巴拉尼的温热试验，并发现，在失重条件下和在地球上，人体的平衡反应竟然相同。不过，巴拉尼的理论经过逾半个世纪的长时间检验，已到了非修正和补充不可的地步：前庭器官的兴奋并非是平衡感觉传导的唯一起点。

1922年的诺贝尔医学奖颁给了英国人希尔和德国科学家迈尔霍夫，他们肯定了人体肌肉运动生理的规律。

希尔查明了肌肉运动的生理过程。他用自行设计的温差电堆，通过试验测定了离体蛙肌的等长收缩产生的热能，并发现肌肉在收缩和松弛期产生的热量不到总热量的一半，另一半以上的热量是在恢复期产生的。迈夫霍夫探明了肌肉运动的生化机制。他用离体蛙肌作对比试验发现，肌肉收缩过程中，糖原在有氧条件下部分乳酸氧化成二氧化碳和水，从而获取了能量，但大部分的乳酸又转化为糖原储存起来。

1956年的诺贝尔医学奖颁给了探明血液循环奥秘的3位科学家，他们研究成功心导管技术，从而使人类血液循环机制得以最终发现。测量各心腔和大血管的压力以及人体各处血液含氧量，对于了解心血管的生理机制和病理机制都极为重要。当时，在实验动物体内应用心导管技术已经可以做到，但在人体内却始终未敢应用。1929年，德国人福斯曼在X线透视下，把一根长达2～3m的导管通过肘静脉插进患者右心房，实验获得成功。1941年，美国科学家库南德和理查兹改良了心导管技术并应用于临床。二战中，由于有些伤员需要通过心导管输血，所以这一技术获得迅速推广。这两位医生应用心导管获得了大量血液循环资料：血液在人体运行1周需时20～25s；正常人的血液从手臂到肺的循环时间为4～8s，手臂到舌的循环时间为9～16s。

1935年的诺贝尔医学奖颁给了实验胚胎学的奠基者施佩曼，他开创了组织胚胎学这一新的生理学科。这位德国人用蝾螈和蛙进行实验胚胎研究，将一片背胚孔唇在另一胚胎的特定皮区植入，从而诱导了第二个胚胎的发育，施佩曼称移植的胚胎组织为“组织者”，称这些组织聚集的地区为“组织中心”。后来，科学家将这个现象外推到所有脊椎动物并获得成功。

原来，人体受精卵第1次卵裂发生在受精后1．5～2．5d，形成2个卵裂球。3～4d繁殖到16个卵裂球时，称为桑葚胚，到达子宫。到107个细胞时，形成囊胚，囊胚内壁一端的内细胞块形成胚体。受精第3周，胚体内形成背侧的羊膜腔和腹侧的卵黄囊。羊膜腔底壁和卵黄囊顶壁相贴形成胚盘。胚盘分为羊膜腔底的外胚层和卵黄囊顶的内胚层，在内外胚层中间形成中胚层。在这3个胚层的基础上，逐渐发育成人体的各种组织和器官。

1974年的诺贝尔医学奖颁给了3位细胞器研究的先驱者，他们创建了生理学科的新分支——亚细胞生理学。美国人克劳特第1个用电镜研究从细胞中分离出来的各种细胞器的形态和功能。早在20世纪40年代，他就鉴定了线粒体和内质网。美国人派拉德和比利时人杜弗利用克劳德的方法，研究了其他细胞器的形态和功能。

1999年的诺贝尔医学奖颁给了派拉德的弟子布洛贝尔，以表彰他对内质网传输蛋白质机制的发现。这标志着人类对细胞器的大体探明及亚细胞生理学的完善。

线粒体是一种敏感多变的重要细胞器，是细胞中能量储存和供给的场所。从生理学观点看，线粒体是能量转换系统，它收回食物中包含的能量，并经氧化和磷酸化方式将其转为ATP，因此它是细胞的氧化中心和动力站。

核糖体是由RNA和蛋白质组成的葫芦形小体，是蛋白质合成的中心场所。

内质网、高尔基复合体、溶酶体、微体等细胞器与核膜组成内膜系统。这些细胞内的膜在维护细胞功能正常方面起着重要作用。

内质网是一种相互连通的膜性管腔道系统，交织成网分布在细胞质中，依靠信号识别颗粒（SRP）和SRP受体的作用，指挥蛋白质在细胞内传输及定位。高尔基复合体是细胞质内由扁平囊泡、小囊泡和大囊泡组成的网状结构，是细胞内的运输系统，它可完成蛋白质和脂质的运输和分泌。溶酶体是细胞质内直径很小的囊状小体，具有酶解消化功能，可称为细胞内的一个复杂的消化器官。微体是一类微小细胞器，它可将在细胞损伤中形成的过氧化氢（H2O2）氧化，从而生成水，以消除或减少细胞的毒性作用，因此可称为保护性细胞器。

20世纪初，传染病的发病率和病死率均高居各种疾病之首，医学家们竭力探寻这类疾病的病原和防治办法。百年间，该领域的研究成果共8次获得诺贝尔医学奖：发现疟原虫，确定疟疾的病原（1902年，英国人罗斯；1907年，法国人拉韦朗）；发现结核杆菌，发明结核菌素（1905年，德国人科赫）；确定斑疹伤寒的病原体及传播媒介（1928年，法国人尼科尔）；黄热病病毒的发现（1951年，南非籍瑞士人塞勒）；组织培养脊髓灰质炎病毒获得成功（1954年，美国人恩德斯、韦勒和罗宾斯）；乙型肝炎病毒表面抗原的发现（1976年，美国人布卢姆伯格）；库鲁病病毒的发现（1976年，美国人葛求塞克）；朊毒体即Prion的发现（1997年，美国人普鲁西内尔）。

疫苗、菌苗和抗毒素是人类抵御传染病的伟大发明。百年间，这些生物制品的发明共4次获得诺贝尔医学奖，即白喉抗毒素及破伤风抗毒素（1901年，丹麦人贝林），结核菌素（1905年，德国人科赫），黄热病疫苗（1951年，南非籍瑞士人塞勒），以及脊髓灰质炎疫苗（1954年，美国人恩德斯、韦勒和罗宾斯）。

此外，免疫学研究成果应用于疾病诊断——放射免疫测定法的发明，还获得了1977年的诺贝尔医学奖，获奖者是美国人雅罗。

免疫学研究成果应用于临床——免疫抑制剂的发明，使人类器官移植术及骨髓移植术成为可能，该项研究成果获得了1990年的诺贝尔医学奖：美国人默里在1954年12月成功地进行了世界首例同卵双生子间的肾移植手术，后又用X线照射和硫唑嘌呤克服免疫排斥；美国人托马斯在1956年成功地进行了全球第一例骨髓移植手术，后又用甲氨蝶呤抑制免疫排斥反应。

20世纪创立的生物遗传学“圣经”是：任何生命体繁殖后代，都必须依靠DNA和RNA。然而两位杰出的美国青年勇敢地向这个“圣经”说“不”。第1位是哈佛大学毕业生葛求塞克，他33岁便深入巴布亚新几内亚东部高原进行考察。

1957年2月，葛求塞克在弗纳族原始部落，亲眼见到了一种在医学史上从未记载过的神经系统综合征——库鲁病。库鲁病的病原体不具备RNA和DNA，即使在电子显微镜下也见不到病毒体的结构——只能见到浆质膜，而见不到髓核和衣壳。这种病原体的潜伏期长达4～20年，没有炎症反应，对任何药物都无反应，病程也不能自然缓解，必然以死亡告终。葛求塞克根据其起病极慢的特点，给这种病毒取名为“慢病毒”。由于葛求塞克的重大发现，他获得了1976年的诺贝尔医学奖。

第2位不屈的求索者是美国神经病学家普鲁西内尔。他沿着葛求塞克的足迹，1972年，普鲁西内尔在旧金山某医院当住院医生时，开始接触克鲁兹弗－雅柯病，普鲁西内尔经过10年艰苦研究后确认，这种传染病是由一种“海绵状病传递因子”导致的慢病毒感染性疾病。然而，他一直没能把这种具有传染性的病原体分离出来，只好暂时将其命名为“具有传染性的蛋白质微粒”。根据这种病原体的特点，他确认其与葛求塞克探知的慢病毒为同一类，并使用了一个崭新的词汇——“朊病毒”（Prion，后更确切地译为“朊毒体”）。

据1997年10月1日召开的第13届国际老年痴呆病研讨会预测，全世界的老年痴呆病患者，到2000年将有1亿，到2010年将有1．2亿，到2030年将达1．6亿。研究业已证明，老年痴呆病就是由朊毒体发生结构改变导致大脑中形成有害物质沉积造成的。

20世纪60年代前，巴布亚新几内亚的弗纳人曾因进食人脑的陋习而患库鲁病。20世纪90年代后，一个类似库鲁病的幽灵困扰着欧洲，这就是因习食半生的牛肉引发的疯牛病。那么，疯牛病究竟是怎样产生的呢？普鲁西内尔及时、准确地回答了这个震惊世界的医学难题，从而阐明了疯牛病病因。

鉴于对朊毒体的伟大发现，普鲁西内尔单独荣获了1997年的诺贝尔医学奖。他还指出，20世纪创就的生物遗传学理论是伟大的，但绝非“顶峰”，它必将得到发展和完善。

20世纪50年代以后，大部分获奖者的成果大都与基因研究有直接或间接的关系。基因理论是现代生物医学的基本理论，如同原子理论是化学和物理学中的核心理论一样。了解并阐明了基因既是发展包括生物医学在内的多种学科的前提，也是推动多种学科发展和造福人类的原动力。从1958年到如今的诺贝尔医学奖，直接与基因理论相关的成果获奖就达17次之多。而且从20世纪以来，共有38位科学家因研究DNA而获得诺贝尔奖。对百年诺贝尔医学奖的统计也表明，几乎有一半的获奖是与基因有关。

最具代表性的是基因理论的确立和DNA双螺旋结构的构建与证明都获得了诺贝尔医学奖。美国生物学家摩尔根早在1910年就发现果蝇中的一种白眼突变体与性染色体（即DNA）有某种密切的联系，因而提出基因的基础是在染色体上。在不断研究和发现的基础上，摩尔根写出了《基因论》并绘制出了人类第一张基因图谱，其基本概念是基因在染色体上像念珠一样以线性方式相联。由此他独自获得了1933年的诺贝尔医学奖。

1953年4月5日，莫里斯·维尔金斯和罗沙林·富兰克林在英国的《自然》杂志刊登了一篇不同凡响的文章，内容是他们采用X线衍射技术发现DNA是一些长分子链，它们的排列是呈双螺旋状。后来美国科学家沃森和英国科学家克里克又在研究中证明DNA中的分子——4种碱基腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶是成双成对地排列在交互缠绕的两股多核苷酸长链上，他们据此认为DNA分子是一种双螺旋结构（由两条互相缠绕的多核苷酸长链组成，脱氧核糖和磷酸排列在每条链的外侧，而4个碱基对则排列在内侧），由此建立了DNA双螺旋结构的理论。也由此，维尔金斯、沃森和克里克获得1962年的诺贝尔医学奖（富兰克林因病去世未能获奖）。

此外，从20世纪80年代中期到20世纪末，所有重大的关于基因研究的成果都获得了诺贝尔医学奖。而所有重大的关于基因研究的成果都可以分为两类，一类是对基因奥秘的探索，另一类是运用基因的原理和奥秘去征服疾病，维护人的健康和保护生命。

1987年，在美国马萨诸塞州理工学院工作的日籍科学家利根川进因研究人的抗体基因而获得该年度的诺贝尔医学奖。利根川进的研究提出了人类疾病的新概念，几乎人的所有疾病都与基因受损有关；而人和生物抗御疾病的手段是机体内抗体的多样性。利根川进阐明了抗体合成的基本原理，即抗体合成是基因重排、基因段的多重拷贝和体细胞的突变。这些因素造成了抗体多样性。他的发现有助于从基因水平上去解释疾病如癌症，探索生命并保护生命。

1989年美国加利福尼亚大学的米切尔·毕晓普和哈罗德·瓦姆斯因发现癌症的某种发病机制而获得该年度的诺贝尔医学奖。他们的发现表明，致癌基因是从细胞基因（前致癌基因）衍生的。几乎每个肿瘤病毒致癌基因都是从正常细胞基因衍化的，而这些前致癌基因在正常细胞中是有活性的，它们参与了细胞信息的传递、细胞生长和分化。癌的产生是某些细胞基因异常活化而导致突变，细胞基因的异常活化又是被致癌物激活而引起的。

美国华盛顿大学教授艾德蒙德·费希尔和爱德温·克雷布斯获得了1992年的诺贝尔医学奖，因为他们发现了细胞－蛋白调节中的关键酶，即蛋白激酶。这种酶与蛋白合成、细胞代谢、呼吸和激素的应激反应都有关系；而蛋白合成就是基因的复制与表达，因而这一研究成果也与基因有关。

美国马萨诸塞技术研究所的菲力浦·夏普和马萨诸塞新英格兰生物实验室的理查德·罗伯茨则获得了1993年的诺贝尔医学奖，原因是他们发现了“断裂基因”。他们证明个体的基因并非总是像一个连续的信息带一样与DNA链并列存在，也有一些无意义的DNA片断存在于有效基因的序列之间，而且同一个DNA可以被拼接成不同的方式以产生不同功能的蛋白。基因的断裂还说明，基因的每一个片断可能与一种蛋白的某一特殊亚功能相对应。只要使这些DNA片断（基因）移动并重新组合或交换基因之间的片断就可以产生不同功能的新蛋白质（基因的基本功能之一就是为蛋白分子编码）。

1995年的诺贝尔医学奖，更是与基因有重要的直接的联系。该年度的医学奖授予了美国加利福尼亚技术学院的爱德华德·刘易斯、德国马克斯普朗克发育生物研究所的克里斯汀·纽西雷林·沃尔哈德和美国普林斯顿大学的埃里克·威斯查斯。他们对果蝇胚胎发育的研究发现，至少有15种基因控制早期胚胎的形成，而且这些基因中包括生物个体突变时消除身体某些节段的基因。刘易斯还发现，同源变异是由基因突变引起的，由基因组成的四种遗传因子控制着胚胎前后或上下部分的发育，即果蝇的头、身体和尾部都由特定的基因控制而发育。每种基因都控制着一个特定的区域，而且这些区域是相互覆盖着，因此一定的区域是多种基因控制的。若某一基因停止活动，就会导致同源变异。他们的研究还表明，果蝇和人的基因有很大的相似性，这为揭示人的基因和胚胎发育创造了条件。

20世纪50年代后基因研究屡屡获奖说明，对基因的研究是社会和人们所迫切需要的，而且这些研究成果得到了社会和公众的认可，无论是断裂基因的发现还是胚胎发育中的基因控制发现，也无论是制造针对基因复制原理的抗癌药还是未来看好的基因疗法，它们的目的都是抗御疾病、促进健康和保护人的生命。而从社会的认可来看，这些成果都极少牵涉人类社会的根本伦理问题和法律问题，因而也极少可能会把人推向另一个深渊或彻底毁灭人类。