敬畏生命 心懷宇宙

郭靜原

黑洞吸積物質(zhì)噴射出X射線的藝術(shù)圖? ?資料圖

10月5日，一年一度的諾貝爾獎“開獎周”正式拉開帷幕。隨著2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)獎項得主相繼宣布，都有哪些研究發(fā)現(xiàn)將改變世界？還是它們早已融入了我們的生活？下面，大家就跟隨筆者一探究竟。

受新冠病毒大流行影響，百年諾獎今年的打開方式不得不發(fā)生改變——取消頒獎晚宴，全程采用線上直播方式頒獎。不過，今年的獎金比去年增加了100萬瑞典克朗，達1000萬瑞典克朗（約合人民幣760萬元）。

自1901年諾貝爾獎首次頒發(fā)至今，已經(jīng)產(chǎn)生了216位物理學(xué)獎、186位化學(xué)獎、222位生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主。其中，居里夫人（瑪麗·居里）是唯一一位在兩個不同科學(xué)領(lǐng)域獲得諾獎的科學(xué)家。因此，總計有623位頂尖科學(xué)家拿到了這一象征人類最高科學(xué)榮譽的獎?wù)隆?h3>生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎：捕獲狡猾病毒的“獵手”

提起丙型肝炎病毒，大家可能對它的兄弟甲肝與乙肝病毒耳熟能詳。而今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎3位得主哈維·阿爾特、邁克爾·霍頓與查爾斯·賴斯的獲獎理由就是——發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒。那么，發(fā)現(xiàn)這個并不“出眾”的病毒，有什么了不起？

其實，對于醫(yī)學(xué)研究來說，有時科學(xué)家在找到確鑿證據(jù)，提出解決實際問題方案前，對于現(xiàn)有認知的突破十分重要。譬如幽門螺旋桿菌在被發(fā)現(xiàn)之前，人們無法合理解釋胃癌是如何發(fā)生發(fā)展的。直到科學(xué)家發(fā)現(xiàn)幽門螺旋桿菌是主要致病因素后，攻克預(yù)防胃癌的道路才逐漸明朗。

丙型肝炎病毒的發(fā)現(xiàn)之旅亦是如此。在上述3位科學(xué)家的研究之前，人們已大致掌握了病毒性肝炎發(fā)生及未來引起肝硬化甚至肝癌的途徑，但除了已知的甲型、乙型肝炎外，仍有一部分血源性肝炎無法解釋其機制。

1974年，一例輸血后出現(xiàn)的非甲非乙型肝炎病例引發(fā)社會關(guān)注。隨后，本次獲獎的3位科學(xué)家之一——阿爾特教授證實：一些接受輸血的人會患上并非由甲型或乙型肝炎病毒引起的肝炎，這表明另一種感染源是罪魁禍首。

此后15年間，許多研究人員試圖探究真相。直到1989年，邁克爾·霍頓與同事們利用分子生物學(xué)方法，終于找到引起這種不明原因肝炎的癥結(jié)——是一種病毒，并成功分析出病毒基因序列，克隆了該種病毒，將其命名為丙型肝炎病毒（HCV）。

然而，單是病毒就能導(dǎo)致肝炎嗎？為回答這個問題，科學(xué)家們必須研究克隆的病毒能否復(fù)制并導(dǎo)致疾病。對此，另一位科學(xué)家賴斯給出了最終證明：單是丙型肝炎病毒就可以導(dǎo)致不明原因的輸血傳播性肝炎病例。

事實上，丙型肝炎病毒異常“狡猾”。中國工程院院士、北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授莊輝指出，該病毒可在體內(nèi)潛藏10年至20年，約80%急性丙肝患者沒有癥狀，漏診率高達90%。而肝癌又與病毒性肝炎關(guān)系密切——業(yè)內(nèi)普遍認為，肝癌的發(fā)生呈現(xiàn)一種連續(xù)性病變，一般會經(jīng)歷肝炎—肝硬化—肝癌的順序。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）不完整統(tǒng)計，全球約有近2億人攜帶丙型肝炎病毒。2017年，WHO把丙肝病毒列入一類致癌物清單。

這3位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)讓直接作用于丙肝的抗病毒藥物研發(fā)與血液檢測成為可能。2013年起，隨著一系列新藥問世，丙肝正式進入完全治愈時代，目前已有數(shù)百萬丙肝患者生命得到挽救。

物理學(xué)獎：揭示宇宙“最黑暗的秘密”

又是天體物理！今年諾貝爾物理學(xué)獎由羅杰·彭羅斯、萊因哈德·根澤爾與安德里亞·格茲摘得。他們的科研成果均與宇宙“最黑暗的秘密”——黑洞相關(guān)。

1915年11月，愛因斯坦發(fā)表廣義相對論，描述了引力如何掌控著宇宙中的一切：是引力讓我們站在地球上，引力也控制著行星繞太陽運行的軌道，以及太陽繞銀河系運行的軌道。大質(zhì)量物質(zhì)會彎曲空間并減慢時間;極大質(zhì)量物質(zhì)甚至可以切斷和包裹空間——形成黑洞。

為證明黑洞的形成是一個穩(wěn)定過程，羅杰·彭羅斯發(fā)明了巧妙數(shù)學(xué)方法來探索廣義相對論。最終，他的研究揭示了廣義相對論如何預(yù)測黑洞的形成——這些時空和空間的“怪物”會捕獲一切進入其中的東西，甚至是光。

萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲各自帶領(lǐng)著一群天文學(xué)家，從20世紀90年代初開始研究銀河系中心區(qū)域。隨著精確度提高，他們成功繪制出距離銀河系中心最近最亮的恒星軌道。兩組研究人員都發(fā)現(xiàn)，有一種看不見但很重的物體促使這些恒星在周圍轉(zhuǎn)圈。這個物體約有400萬個太陽質(zhì)量那么重，但體積卻與整個太陽系差不多。是什么使得銀河系中心附近恒星以驚人速度圍繞其旋轉(zhuǎn)呢？根據(jù)當前引力理論，可能的解釋只有一個：那就是超大質(zhì)量黑洞。北京時間2019年4月10日，人類首張黑洞照片面世，這是人類獲得關(guān)于黑洞的首個直接視覺證據(jù)，黑洞的存在再次被印證。

細心的人們也注意到，從2015年至2019年，諾貝爾物理學(xué)獎獲獎領(lǐng)域依次是粒子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、天體物理學(xué)、原子分子及光物理學(xué)和天體物理學(xué)。從規(guī)律來看，今年的獎項又頒給天體物理學(xué)，似乎有些意外。

“黑洞的形成與宇宙結(jié)構(gòu)形成有著十分緊密的聯(lián)系。天體物理學(xué)家所做的努力，是為全人類揭示宇宙奧秘，最終所要回答的便是困擾人類已久的終極問題：人類從何而來。”中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授景益鵬對此解釋道。

化學(xué)獎：基因剪刀改寫生命密碼

2020年諾貝爾化學(xué)獎屬于兩位女性科學(xué)家——埃馬紐埃勒·沙爾龐捷和詹妮弗·杜德納，她們因?qū)π乱淮蚓庉嫾夹g(shù)CRISPR的貢獻而獲獎。瑞典皇家科學(xué)院常任秘書戈蘭·漢松表示，“今年的獎項關(guān)乎重寫生命準則”。

基因工程極大推動了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)進程。基因編輯就是其中一種可以永久改變DNA的方法，可以從根源上解決基因疾病。它還廣泛用于其他用途——從攻擊蚊子身上的瘧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，科研人員就必須設(shè)計一個新的蛋白對DNA剪切，這種工作非常耗時，且難以量產(chǎn)。

CRISPR則是基因組DNA上的一段特殊序列，源于細菌及古細菌中一種獲得性免疫系統(tǒng)。利用這組序列，細菌可以對侵襲過它的病毒產(chǎn)生“記憶”，并通過一種特殊蛋白酶“搗碎”這些病毒的DNA。與從前的基因編輯方法不同，CRISPR系統(tǒng)采用一個通用酶——Cas9來執(zhí)行剪切，研究人員能以此作為稱手的工具，改變他們想要修飾的DNA序列，這遠比合成一個酶要容易得多。

人們第一次發(fā)現(xiàn)CRISPR序列是在1987年，由日本分子生物學(xué)家石野良純在大腸桿菌中偶然發(fā)現(xiàn)。但是，第一次證明CRISPR/Cas9可以開展基因編輯，源于美國分子生物學(xué)家杜德納與法國微生物學(xué)家沙爾龐捷在2012年發(fā)表的研究論文。如今，憑借簡單、廉價和高效，CRISPR/Cas9已成為全球最流行的基因編輯技術(shù)，被稱為編輯基因的“魔剪”。該技術(shù)經(jīng)過改造被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域。

上述兩位科學(xué)家的研究對生命科學(xué)產(chǎn)生了革命性影響，不僅可幫助開發(fā)新的癌癥療法，還能使治愈遺傳性疾病的夢想成為現(xiàn)實。目前，這種先進技術(shù)已加快了基因工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展，研究人員正運用該技術(shù)探索艾滋病、阿爾茨海默病、精神分裂癥等疾病的治療方法。