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自带“饭勺”云游八千里，这种小鸟堪称“跨时区旅行家”******

　　有一种小鸟，它自带“饭勺”，觅食的时候认真可爱，被国内观鸟人亲切地称为“小勺子”。但又因是极危物种，全球仅存600多只，非常珍贵，又被称为“鸟中大熊猫”。

　　你能猜到这是什么鸟吗？

　　是的！就是它，勺嘴鹬 (yù )！自带“饭勺”的小萌物！

李东明摄于盐城黄海滩涂 图源：黄海湿地世界自然遗产

　　自带“饭勺”，憨态可掬

　　勾嘴鹬是鹬科勺嘴鹬属的小型涉禽，体长只有14~16厘米，大概只有人的拳头大。它的嘴巴是黑色的，嘴巴末端呈铲形，看上去就像是一个袖珍的小勺子。觅食时特别认真，被广大爱鸟人士称为“自带饭勺”的鸟儿。

　　勺嘴鹬的羽毛颜色很特别，会随季节而变化。夏季，它的上体是黑色，背部棕红色羽缘；冬季，羽背面是灰褐色，具黑褐色羽轴纹。

　　勺嘴鹬的觅食与鸭子更为相似，也是以滤食为主，主要以昆虫、昆虫幼虫、甲壳类和其他小型无脊椎动物为食。勺嘴鹬在烂泥中捕食主要靠“小勺子”，它的喙可以帮助它在泥土中更好地感知猎物。

　　勺嘴鹬常单独活动于水边浅水处和松软的烂泥地上，行走时常低垂着头，不断将嘴伸入水中或烂泥里，边走边用嘴在水中或泥里左右来回扫动前进，甚至转回来的时候，嘴也不用从水中出来。

正在捕食的勺嘴鹬

　　极危物种，鸟中“大熊猫”

　　勺嘴鹬是世界上最稀有的鸟类之一。它不仅因其外貌引人注意，更重要的是其目前的种群数量。

　　由于环境破坏和栖息地萎缩，全球仅剩600多只，数量远少于大熊猫，被列入世界自然保护联盟濒危物种红色名录极度濒危物种，在2021年2月正式“升级”成为我国一级保护动物。

　　据估算，勺嘴鹬的成熟个体数约有240-456只，大致相当于360-684只个体，而且这一数字可能还在不断减少。

　　因为人类活动、环境污染等导致的栖息地退化及丧失，以及受非法捕猎等因素的影响，勺嘴鹬的生存环境面临极为严峻的考验。从近几年的数据来看，勺嘴鹬的种群数量还在以每年8%的速度减少。

　　勺嘴鹬对繁殖地选择非常苛刻。据近些年研究，勺嘴鹬只在西伯利亚东北部海岸冻原地带繁殖，其中最重要的繁殖地是欧亚大陆的最东北端的楚科奇半岛。每年6-7月，从南方迁徙而来的勺嘴鹬开始求偶、筑巢，准备繁殖。它们在冻原沼泽、湖泊、水塘、溪流岸边和海岸苔原与草地上营巢，尤其喜欢淡水塘边的苔藓草地。

　　由于洪水泛滥、各种天敌动物的捕食及食物短缺等原因，勺嘴鹬的繁殖成功率并不高，每窝产卵3至4枚，仅20%~30%的卵能够孵化成功并最终成活下来。苛刻的繁殖地选择，狭窄的繁殖区域及较低的繁殖成功率是勺嘴鹬自然种群较低的重要原因。

　　飞越八千里，跨时区的超级旅行家

　　勺嘴鹬的故乡在俄罗斯西伯利亚东北部楚科奇半岛。它是一种长距离迁徙的候鸟，每年都会从俄罗斯飞往泰国、印度、中南半岛、新加坡和马来半岛等东南亚地区越冬。

图源：海南日报客户端

　　勺嘴鹬仅在极少数的冻土层地带上繁殖，在东南亚的湿地过冬。每年8-9月份，完成繁殖任务后，很快开始长途迁徙。沿东亚-澳大利亚迁徙线路，跨越北冰洋、大西洋和太平洋，前往东亚和东南亚地区过冬，全程约8千公里。

　　由于航线过长，经常会在我国江苏盐城等地经停中转，在这里停歇休憩、补充能量。像我们人类的旅行一样，“小勺子”的北迁也需要做好充足的准备。

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李东明摄于盐城黄海滩涂 图源：黄海湿地世界自然遗产

　　秋天的盐城黄海湿地仿佛成为了一张大餐桌，此时是观测勺嘴鹬和其他鸻鹬类候鸟的最佳时机。在9月和10月，不同批次的勺嘴鹬都相继抵达，数量可以过百。与此同时，滩涂湿地上的其他各种鸻鹬也是纷繁复杂。勺嘴鹬这小小的身影，往往会淹没在2万、5万，甚至是更多的小型鸻鹬里。

　　在南迁途中，勺嘴鹬会在盐城黄海湿地等地停歇、换羽，之后飞往中国南方及东南亚等地过冬。预计天再冷些，这些小家伙便不能再“赖”在黄海湿地了，只能追寻前辈的步伐，飞往温暖的越冬地。

别看它身体小小的，但能量却是巨大的呀，是个超级厉害的跨时区旅行家。

　　“生态好不好，鸟儿说了算”。勺嘴鹬对栖息环境要求比较高，在盐城、阳西、湛江、锦州等地能发现勺嘴鹬，表明当地有着优良的生态环境。希望以后可以见到更多可爱的“小勺子”！

　　来源：海南日报、复旦大学祖嘉生物博物馆、湛江日报、中国国家地理探索、爱鸟国际、大众科普、盐城发布、CEAAF

　　参考文献：

　　孙仁杰.“极危萌物”勺嘴鹬[J].广西林业,2017(04):25-26.

　　鹤博,蔡志扬,章麟,干晓静,刘文亮,李静,蒋忠祐,王松林,马志军. 勺嘴鹬在中国的分布状况和面临的主要威胁[J]. 动物学杂志,2017,52(01):158-166.

　　整理：刘雪洁

诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）