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敬畏生命 心怀宇宙
——解读2020年诺贝尔科学奖
发布时间:2020-10-11 来源:经济日报 郭静原 【字号:

黑洞吸积物质喷射出X射线的艺术图(资料图片)

  10月5日,一年一度的诺贝尔奖“开奖周”正式拉开帷幕。随着2020年诺贝尔生理学或医学、物理、化学等自然科学奖项得主相继宣布,都有哪些研究发现将改变世界?还是它们早已融入了我们的生活?下面,大家就跟随经济日报记者一探究竟。

  受新冠病毒大流行影响,百年诺奖今年的打开方式不得不发生改变——取消颁奖晚宴,全程采用线上直播方式颁奖。不过,今年的奖金比去年增加了100万瑞典克朗,达1000万瑞典克朗(约合人民币760万元)。

  自1901年诺贝尔奖首次颁发至今,已经产生了216位物理学奖、186位化学奖、222位生理学或医学奖得主。其中,居里夫人(玛丽·居里)是唯一一位在两个不同科学领域获得诺奖的科学家。因此,总计有623位顶尖科学家拿到了这一象征人类最高科学荣誉的奖章。

  生理学或医学奖:捕获狡猾病毒的“猎手”

  提起丙型肝炎病毒,大家可能对它的兄弟甲肝与乙肝病毒耳熟能详。而今年诺贝尔生理学或医学奖3位得主哈维·阿尔特、迈克尔·霍顿与查尔斯·赖斯的获奖理由就是——发现丙型肝炎病毒。那么,发现这个并不“出众”的病毒,有什么了不起?

  其实,对于医学研究来说,有时科学家在找到确凿证据,提出解决实际问题方案前,对于现有认知的突破十分重要。譬如幽门螺旋杆菌在被发现之前,人们无法合理解释胃癌是如何发生发展的。直到科学家发现幽门螺旋杆菌是主要致病因素后,攻克预防胃癌的道路才逐渐明朗。

  丙型肝炎病毒的发现之旅亦是如此。在上述3位科学家的研究之前,人们已大致掌握了病毒性肝炎发生及未来引起肝硬化甚至肝癌的途径,但除了已知的甲型、乙型肝炎外,仍有一部分血源性肝炎无法解释其机制。

  1974年,一例输血后出现的非甲非乙型肝炎病例引发社会关注。随后,本次获奖的3位科学家之一——阿尔特教授证实:一些接受输血的人会患上并非由甲型或乙型肝炎病毒引起的肝炎,这表明另一种感染源是罪魁祸首。

  此后15年间,许多研究人员试图探究真相。直到1989年,迈克尔·霍顿与同事们利用分子生物学方法,终于找到引起这种不明原因肝炎的症结——是一种病毒,并成功分析出病毒基因序列,克隆了该种病毒,将其命名为丙型肝炎病毒(HCV)。

  然而,单是病毒就能导致肝炎吗?为回答这个问题,科学家们必须研究克隆的病毒能否复制并导致疾病。对此,另一位科学家赖斯给出了最终证明:单是丙型肝炎病毒就可以导致不明原因的输血传播性肝炎病例。

  事实上,丙型肝炎病毒异常“狡猾”。中国工程院院士、北京大学基础医学院教授庄辉指出,该病毒可在体内潜藏10年至20年,约80%急性丙肝患者没有症状,漏诊率高达90%。而肝癌又与病毒性肝炎关系密切——业内普遍认为,肝癌的发生呈现一种连续性病变,一般会经历肝炎—肝硬化—肝癌的顺序。据世界卫生组织(WHO)不完整统计,全球约有近2亿人携带丙型肝炎病毒。2017年,WHO把丙肝病毒列入一类致癌物清单。

  这3位科学家的发现让直接作用于丙肝的抗病毒药物研发与血液检测成为可能。2013年起,随着一系列新药问世,丙肝正式进入完全治愈时代,目前已有数百万丙肝患者生命得到挽救。

  物理学奖:揭示宇宙“最黑暗的秘密”

  又是天体物理!今年诺贝尔物理学奖由罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔与安德里亚·格兹摘得。他们的科研成果均与宇宙“最黑暗的秘密”——黑洞相关。

  1915年11月,爱因斯坦发表广义相对论,描述了引力如何掌控着宇宙中的一切:是引力让我们站在地球上,引力也控制着行星绕太阳运行的轨道,以及太阳绕银河系运行的轨道。大质量物质会弯曲空间并减慢时间;极大质量物质甚至可以切断和包裹空间——形成黑洞。

  为证明黑洞的形成是一个稳定过程,罗杰·彭罗斯发明了巧妙数学方法来探索广义相对论。最终,他的研究揭示了广义相对论如何预测黑洞的形成——这些时空和空间的“怪物”会捕获一切进入其中的东西,甚至是光。

  莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹各自带领着一群天文学家,从20世纪90年代初开始研究银河系中心区域。随着精确度提高,他们成功绘制出距离银河系中心最近的最亮恒星轨道。两组研究人员都发现,有一种看不见但很重的物体促使这些恒星在周围转圈。这个物体约有400万个太阳质量那么重,但体积却与整个太阳系差不多。是什么使得银河系中心附近恒星以惊人速度围绕其旋转呢?根据当前引力理论,可能的解释只有一个:那就是超大质量黑洞。北京时间2019年4月10日,人类首张黑洞照片面世,这是人类获得关于黑洞的首个直接视觉证据,黑洞的存在再次被印证。

  细心的人们也注意到,从2015年至2019年,诺贝尔物理学奖获奖领域依次是粒子物理学、凝聚态物理学、天体物理学、原子分子及光物理学和天体物理学。从规律来看,今年的奖项又颁给天体物理学,似乎有些意外。

  “黑洞的形成与宇宙结构形成有着十分紧密的联系。天体物理学家所做的努力,是为全人类揭示宇宙奥秘,最终所要回答的便是困扰人类已久的终极问题:人类从何而来。”亚博yabo888vip网页版登录院士、上海交通大学物理与天文学院教授景益鹏对此解释道。

  化学奖:基因剪刀改写生命密码

  2020年诺贝尔化学奖属于两位女性科学家——埃马纽埃尔·夏彭蒂耶和詹妮弗·杜德纳,她们因对新一代基因编辑技术CRISPR的贡献而获奖。瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松表示,“今年的奖项关乎重写生命准则”。

  基因工程极大推动了现代医学进程。基因编辑就是其中一种可以永久改变DNA的方法,可以从根源上解决基因疾病。它还广泛用于其他用途——从攻击蚊子身上的疟疾到培育更耐寒的作物。然而,早期基因改造方法每想要修改一段DNA序列,科研人员就必须设计一个新的蛋白对DNA剪切,这种工作非常耗时,且难以量产。

  CRISPR则是基因组DNA上的一段特殊序列,源于细菌及古细菌中一种获得性免疫系统。利用这组序列,细菌可以对侵袭过它的病毒产生“记忆”,并通过一种特殊蛋白酶“捣碎”这些病毒的DNA。与从前的基因编辑方法不同,CRISPR系统采用一个通用酶——Cas9来执行剪切,研究人员能以此作为称手的工具,改变他们想要修饰的DNA序列,这远比合成一个酶要容易得多。

  人们第一次发现CRISPR序列是在1987年,由日本分子生物学家石野良纯在大肠杆菌中偶然发现。但是,第一次证明CRISPR/Cas9可以开展基因编辑,源于美国分子生物学家杜德纳与法国微生物学家夏彭蒂耶在2012年发表的研究论文。如今,凭借简单、廉价和高效,CRISPR/Cas9已成为全球最流行的基因编辑技术,被称为编辑基因的“魔剪”。该技术经过改造被广泛应用于农业和生物医药领域。

  上述两位科学家的研究对生命科学产生了革命性影响,不仅可帮助开发新的癌症疗法,还能使治愈遗传性疾病的梦想成为现实。目前,这种先进技术已加快了基因工程产业发展,研究人员正运用该技术探索艾滋病、阿尔茨海默病、精神分裂症等疾病的治疗方法。

(责任编辑:张芳丹)
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