アルフレッド・ノーベルの遺言により科学的ブレイクスルーに対する賞が設立された際、化学は物理学や医学と並び、評価されるべき3つの分野の一つとして挙げられました。それから数年を経て、ノーベル賞はこれらの分野において授与される最高峰の賞と見なされるようになり、現在では文学賞や平和賞と並んで毎年授与されています。では、ノーベル賞を受賞するには何が必要なのでしょうか。
1901年以来、化学分野では115件のノーベル賞が授与されており、放射能から糖発酵、量子ドットに至るまで、幅広い発見が評価されてきました。科学的発見が長年にわたり成長・進化する中で、ノーベル賞の選考もまた、化学がいかに変化し、世界に影響を与えてきたかを反映しています。
データが整理されておらず、機会を逃していませんか？すべてのデータを接続し、その潜在能力を最大限に引き出す方法をご紹介します。
CASチームに問い合わせるアルフレッド・ノーベルの当初の意向に基づき、スウェーデン王立科学アカデミーが毎年任命する委員会は、数多くの候補の中から「人類に最大の利益をもたらした」発見を特定しようと努めています。この言葉はどのような意味を持ち、どのような研究が評価される可能性が高いのでしょうか。
化学におけるブレイクスルーの分類
2024年のノーベル化学賞発表を控え、私たちは過去40年間のノーベル賞の歴史を掘り下げ、CAS Content CollectionTMの関連出版データを分析することで、どのようなブレイクスルーがノーベル賞に値すると見なされる可能性が高いのかを明らかにしました。
発見の共通点を探り、それぞれの研究が最初の発表からノーベル賞受賞に至るまでの過程を文献に基づいて追跡することで、私たちは歴史的に賞の対象となってきた3つの明確なイノベーションのカテゴリーを特定しました。それぞれがノーベル賞への独自の研究の道筋を示しています。
- 基礎的な理解：このカテゴリーは、私たちの周囲の世界の重要な側面に対する理解を大きく深める基礎研究からの知見を表しています。
- ツールと技術：このカテゴリーには、科学の進歩を大幅に強化または加速させる、新しい研究手法を可能にするイノベーションが含まれます。
- 影響力のある応用：このカテゴリーには、多くの人々にプラスの利益をもたらす広範な応用が実証された、あるいはそのような応用の可能性が高い新しい技術が含まれます。
私たちの分析から得られたもう一つの重要な発見は、ノーベル賞受賞を目指すには忍耐が必要だということです。最初の発見を公表した重要な論文から、その功績がノーベル賞として評価されるまでには、平均して25年を要しています。その期間は46年という長いものから、例外的にわずか4年という短いものまで幅がありますが、3つのカテゴリー間で平均値に大きな差はありませんでした。
カテゴリー別に受賞を時系列で見てみると（図1）、ノーベル賞の注目を集める発見のタイプに変化があることがわかります。例えば、過去10年間では、基礎研究よりも応用研究への重点が強まっています。しかし、ノーベル委員会の審議は厳格に機密保持されているため、今後10年間でどのような変化が見られるかを予測することはできません。
ノーベル賞に至るそれぞれのユニークな道のりについて、具体的な事例を挙げながら、その特徴を詳しく見ていきましょう。
基礎的理解
このカテゴリーで評価される発見は、多くの人がノーベル賞と聞いて真っ先に思い浮かべるものです。これらは、私たちの周囲の世界がどのように機能しているかという科学界の根本的な知識を大きく前進させる研究成果です。
このカテゴリーに該当する過去のノーベル賞受賞研究の例を挙げます。
- DNA修復の機構的解明。Tomas Lindahl、Paul Modrich、Aziz Sancar。2015年。
- 大気化学、特にオゾンの生成と分解に関する研究。Paul J. Crutzen、Mario J. Molina、F. Sherwood Rowland。1995年。
- RNAの触媒作用。Sidney Altman、Thomas R. Cech。1989年。
ノーベル賞の大部分がこうした研究に授与されると予想する人もいるかもしれませんが、過去40年間の化学賞を分析した結果、このカテゴリーに該当するものはわずか37.5%でした。
図2のグラフは、このカテゴリーの研究における典型的な成長軌道の例として、DNA修復に関する特許および学術論文の出版数の推移を示しています。ノーベル賞を受賞するような基礎的な発見は、時間の経過とともに着実かつほぼ直線的に注目度が高まっていくのが特徴です。これは、重要な基礎研究の発見が、科学界全体の知識を拡大させる中で、次々と新たな知見を生み出す連鎖反応の触媒となることを裏付けています。
図2： DNA修復に関する学術論文および特許の年別出版数。出典：CAS Content Collection。
図2からわかるように、こうした画期的な成果は、特許よりも学術論文として発表されることがほとんどです。これは、直接的な商業利用を目的としない基礎研究という、このカテゴリーの性質を反映しています。
図1の年表を見ると、近年、こうした基礎的な発見に対するノーベル賞の授与は減少傾向にあり、このタイプでの最後の受賞は2016年となっています。しかし、私たちの世界には依然として科学的に解明されていない重要な側面が多く残されており、毎年新たな発見がなされていることから、このカテゴリーは今後もノーベル賞の有力候補であり続けるでしょう。
CASサイエンスチームが、近い将来ノーベル賞を受賞する可能性が高いと考えている研究分野には、ケミカルバイオロジーの多岐にわたる側面、核内受容体、そして腸内細菌叢が含まれます。
ツールと技術
驚くべきことに、過去40年間でノーベル化学賞が最も頻繁に授与されているのは、より優れた効率的な研究を可能にすることで科学の進歩を大幅に強化・加速させた、新しい研究手法を開発した科学者たちです。このカテゴリーは、同期間の受賞全体の実に50%を占めています。
近年、このカテゴリーでノーベル賞を受賞した発見の例を以下に挙げます。
- ゲノム編集手法の開発。Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna。2020年。
- 超解像蛍光顕微鏡の開発。Eric Betzig、Stefan W. Hell、William E. Moerner。2014年。
- キラル触媒による水素化反応および酸化反応。William S. Knowles、野依良治、K. Barry Sharpless。2001年。
以下の図3は、超解像蛍光顕微鏡における出版数の経時的な増加パターンを示しており、これはこのカテゴリーのノーベル賞受賞研究に典型的なものです。こうしたインパクトの大きい機能的な発見に対する関心は、新しい手法や技術が検証され、研究コミュニティで迅速に採用・改良されるにつれて急速に高まります。しかし、このカテゴリーの発見では、最初の発表から10〜30年後に、出版数が横ばいになるという特徴的な傾向が見られることがよくあります。これは、当該技術がその分野における標準的な手法として定着した結果と考えられます。最終的には、言及される機会が減るか、次世代のイノベーションに取って代わられることになります。
図3： 超解像蛍光顕微鏡に関する学術論文および特許の年別発行数。出典：CAS Content Collection。
図3が示すように、このカテゴリーの発見も主に学術論文として発表されますが、技術が十分に発展し商業的な関心を集めるようになると、最初の発見から10年以上経過した後に特許出願が活発化する傾向が見られます。
図1の年表を振り返ると、ノーベル委員会は過去40年間にわたり、こうしたツールや技術を一貫して評価してきたことがわかります。つまり、今後もこのカテゴリーからノーベル賞受賞者が選出される可能性は高いと言えるでしょう。CASサイエンスチームが、将来のノーベル賞候補になり得ると考えるその他の影響力の大きいツールや技術には、DNA合成、デンドリマー触媒、AlphaFold、原子移動ラジカル重合などがあります。
影響力の大きい応用
興味深いことに、ノーベル委員会は過去40年間、広範かつ多大なプラスの影響をもたらしたという理由だけで発見を評価することはほとんどありませんでした。このカテゴリーでノーベル賞を受賞したのはこの期間にわずか5件で、全受賞の12.5%に過ぎませんが、これらの発見は一般の人々に最もよく知られているものと言えるでしょう。
近年、このカテゴリーでノーベル賞を受賞した発見の例を以下に挙げます。
- 導電性高分子の発見と開発。アラン・J・ヒーガー、アラン・G・マクダイアミッド、白川英樹。2000年。
- リチウムイオン電池の開発。ジョン・B・グッドイナフ、スタンリー・ウィッティンガム、吉野彰。2019年。
- フラーレンの発見。ロバート・F・カール・ジュニア、ハロルド・W・クロトー、リチャード・E・スモーリー。1996年。
図4が示すように、この研究カテゴリーの最もユニークな特徴の一つは、特許出願の多さです。これらの技術は、商業的な関心に牽引されて指数関数的かつ持続的な成長を示すことが多く、それが多数の特許出願という形で表れています。一般的に、このカテゴリーのトピックでは、特許が全発表資料の50%以上を占めています。
図4：リチウムイオン電池に関する学術論文および特許の年別発行数。出典：CAS Content Collection。
図1の年表を振り返ると、このカテゴリーで授与された5つのノーベル賞のうち2つは過去10年間に集中しており、歴史的な傾向と比較して頻度が劇的に増加しています。これが応用研究を重視する傾向への転換なのか、単なる最近の例外なのかはまだわかりません。しかし、今後さらなる応用重視のノーベル賞が期待される場合、CASサイエンスチームは有機EL（OLED）、金属有機構造体（MOF）、太陽電池などを候補として挙げています。
2024年のノーベル化学賞は誰の手に？
2024年10月9日、2024年のノーベル化学賞受賞者が発表されます。毎年そうであるように、各分野で多くの刺激的な進歩が遂げられており、受賞に値する候補者は枚挙にいとまがありません。分析的なアプローチをとったとしても、これほど膨大な可能性の中から将来のノーベル賞受賞者を予測することはほぼ不可能です。しかし、どのような発見が評価されてきたかを理解することは、ノーベル委員会がこの課題にどのように向き合ってきたかを知る手がかりとなります。今年どの研究分野が評価されるにせよ、毎年恒例の発表は世界中の科学者の想像力をかき立て、新たな科学的発見がもたらす広範な「恩恵」と可能性によって、私たち全員にインスピレーションを与えてくれるはずです。
更新：2024年、デビッド・ベイカーが計算タンパク質設計で、デミス・ハサビスとジョン・ジャンパーがAIを用いたタンパク質構造予測（特にAlphaFold2）でノーベル化学賞を受賞しました。彼らの研究は、前例のない精度でタンパク質を設計・理解することを可能にしました。
© Nobel Prize Outreach. Photo: Hugh Fox
