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十个科学关键词与科学的历程

创刊于1869年的英国《自然》杂志，在其150周年特刊上发表

了针对上千本研究期刊的数千万篇科学论文的引用情况和参考文献的

分析考察，其中的关键词排序体现了独特的意义。

从20世纪40年代至今，每10年（共计8个10年）抓取5个最

常见的关键词，结果发现：“细胞”出现8次，次次上榜；“蛋白质”

出现7次；DNA出现6次；“受体”出现4次；“基因”出现3次；

“量子”出现2次，且是在21世纪的两个10年中连续出现。如果再

把年代扩大为从19世纪70年代至今，则“水”出现7次；“射线”

出现6次；“酸”出现4次；“太阳”出现3次。

这10个词出现的频次不仅反映了科学家的研究兴趣和方向，更能

体现从19世纪下半叶至21世纪近20年来科学发展的历程。整体而

言，这10个科学关键词代表了科学研究从宏观到微观，从自然到对自

身研究的重视与转移。

1.细胞（cell）

早在1665年，英国科学家罗伯特·胡克就发现并提出了细胞概念，

只是随着后来实验设备和仪器的改进以及研究的深入，细胞才成为科

研最重要的领域。细胞是一切生物的构造单位，也是一切生物的生理

单位。所有生命现象和功能都要由细胞来执行和完成。细胞不只是生

物、医学、生命科学的核心，也是化学和物理的重要研究内容。因此，

细胞既是多学科的枢纽，也是连接宏观与微观世界的桥梁。

如果说19世纪自然科学三大发现是细胞学说、能量守恒与转化定

律和达尔文进化论，那么20世纪和21世纪就是细胞和分子生物学的

时代。从20世纪70年代基因重组技术的出现到现在，研究细胞的分

子结构及其在生命活动中的作用成为科学研究的主要任务，基因调控、

信号传导、肿瘤生物学、细胞分化和凋亡也成为细胞生物学的研究热

点。

细胞生物学的建立是从发现细胞核、细胞质以及其中的线粒体、

核糖体、高尔基体等开始的，因此1974年的诺贝尔生理学或医学奖授

予发现这些细胞结构的三位科学家。

通过神经细胞之间的联系来了解人的大脑是如何工作的，2000年

的诺贝尔生理学或医学奖授予了这一发现。

发现细胞周期的关键分子调节机制、程序性细胞死亡过程以及细

胞内的主要运输系统—囊泡运输的调节机制同样揭示了生命功能是如

何运转的，这几项研究分别获得2001年、2002年和2013年诺贝尔

生理学或医学奖。而且，2003年的诺尔化学奖还授予细胞膜通道的发

现。同时，发现成熟的成人体细胞可转变为诱导多能干细胞（iPSCs）

也获得2012年的诺贝尔生理学或医学奖。

發现细胞自噬机制和发现细胞如何感知及适应氧气分别获得2016

年和2019年诺贝尔生理学或医学奖。所有这些都证明，细胞是20世

纪和21世纪科学研究的重点和焦点，尽管是基础研究，但对于药物研

发和治疗重大疾病，如癌症、艾滋病等，都有非常重要的意义。

2.蛋白质（protein）

蛋白质是生命的物质基础，也是构成细胞的基本有机物和生命活

动的主要承担者。瑞典化学家贝采利乌斯在1838年发现和提出用蛋白

质来描述一大类物质分子。后来研究人员发现，蛋白质是由20多种氨

基酸以脱水缩合的方式组成的多肽链，并经过盘曲折叠形成的具有一

定空间结构的物质。

1949年，弗雷德里克·桑格首次正确地测定了牛胰岛素的氨基酸序

列，并验证了蛋白质是由氨基酸所形成的线性（不具有分叉或其他形

式）多聚体，为此获得1958年的诺贝尔化学奖。20世纪的重要发现

之一是，许多蛋白质的活性状态和失活状态可以互相转化，在一个精

确控制的溶液条件下失活的蛋白质可以转变为活性形式。如何使蛋白

质恢复到它们的活性状态成为生物化学的一个主要研究领域，也称为

蛋白质折叠学。1972年的诺贝尔化学奖就授予了蛋白质折叠结构的发

现。随后，研究人员发现普里昂（Prion）是一种特别的蛋白质因子而

获得1997年的诺贝尔生理学或医学奖。另外，1999年的诺贝尔生理

学或医学奖授予了发现控制细胞运输和定位的内在信号蛋白质，这当

然也是细胞和蛋白质的双重成果。

从21世纪的多个诺贝尔化学奖也可以看到蛋白质研究的重要性和

重要成果。2004年诺贝尔化学奖的获奖成果是泛素调节的蛋白质降