解读2020年诺贝尔科学奖：从黑洞研究到丙肝病毒

迈克尔·霍顿

哈维·JJ·阿尔特

查尔斯·莫恩·赖斯

珍妮弗·杜德娜

埃马纽埃尔·卡彭蒂耶

罗杰·彭罗斯

据诺贝尔奖官网消息，10月5日至7日，2020年诺贝尔奖三大自然科学奖项——生理学或医学奖、物理学奖和化学奖逐一揭晓，各奖项“名花有主”，诺贝尔奖百余年历史再添8个熠熠生辉的名字。

从我们头顶的星空黑洞到微如尘埃的丙型肝炎病毒，再到能改变生命密码的新型基因编辑工具，这些科学家的发现扩展了人类的认知边界，改变了无数人的命运，将被世人永远铭记。

受疫情影响，百年诺奖今年的打开方式不得不发生改变，原定于12月10日在瑞典首都斯德哥尔摩举行的传统颁奖典礼和晚宴被取消，改为线上举行。届时，主办方将在斯德哥尔摩市政厅举行线上直播颁奖仪式，新晋诺奖得主将被邀请参加2021年的颁奖典礼和宴会。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）。

据悉，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。

安德烈娅·盖兹

雷因哈德·根泽尔

生理学或医学奖：捕获“狡猾”病毒，挽救了全球数百万人的生命

瑞典卡罗琳医学院10月5日宣布，将2020年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家哈维·阿尔特、查尔斯·赖斯以及英国科学家迈克尔·霍顿，以表彰他们在发现丙型肝炎病毒方面所作出的贡献。

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。那么，发现这个并不“出众”的病毒，有什么了不起？

“控制一种传染病，首先要找到病原，其次找到检测它的方法，再开发治疗它的药物。丙肝目前是一种可防可控可治的疾病。”浙江大学医学院附属邵逸夫医院肝病感染科主任吕芳芳说，丙肝病毒是RNA病毒，相较于DNA病毒来说，非常不容易被检测到。目前没有丙肝疫苗，但丙肝是可以治愈的，这都要归结于这3位科学家的“发现”之功。

事实上，丙型肝炎病毒异常“狡猾”。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。

接下来的时间里，识别这种新型病毒成为了当务之急。科学家们当时用上了所有传统的病毒搜索技术，然而，在此后的十多年间这种病毒仍然是个谜。

当时在制药公司Chiron工作的英国生物化学家迈克尔·霍顿承担了分离病毒基因序列所需的艰巨工作。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。

如今，丙型肝炎已成为全球性的主要健康问题。据美联社报道，世界卫生组织估计，全球每年有超过7000万例丙肝（HCV）病例，这种慢性疾病是引起肝硬化和肝癌的主要原因，每年约有40万人因此死亡。

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。据悉，目前在临床实践中，通过小分子的口服抗病毒药物，丙肝的治愈率可以达到95%以上。

物理学奖：探索黑洞的“光”，揭示宇宙“最黑暗的秘密”

今年10月6日，黑洞再次搅起舆论风潮。

瑞典皇家科学院6日宣布，英国理论物理学家罗杰·彭罗斯（RogerPenrose）因为发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测、德国天文学家赖因哈德·根策尔（ReinhardGenzel）和美国天文学家安德烈娅·盖兹（AndreaGhez）因为发现了银河系中央一个超大质量致密天体而共同问鼎2020年诺贝尔物理学奖，这是该奖项首次授予黑洞研究，众望所归。

黑洞是一种体积极小、质量极大的天体，如同一个宇宙的“吞噬之口”，连光也无法逃逸。去年，全球第一张黑洞照片面世，引发科学界乃至社会大众的狂欢。

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。值得一提的是，爱因斯坦本人并不相信黑洞真的可以存在。

然而，在爱因斯坦去世10年后，彭罗斯用巧妙的数学方法论证了黑洞可以形成，并对其进行了详细描述：在黑洞的核心隐藏着一个奇点，它的时空曲率无穷大，密度也趋于无限大。一旦物质开始坍缩，就没有什么能阻止坍缩的继续，所有物质只能沿一个方向走向奇点。这是一条通往时间尽头的“单行道”。彭罗斯这篇开创性的论文发表于1965年1月，至今仍被认为是自爱因斯坦以来对广义相对论最重要的贡献。

赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖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。

“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。”中国科学院院士、上海交通大学物理与天文学院教授景益鹏对此解释道。

据报道，中国科学家也一直在开展黑洞的探索和研究，并已经取得了一批重磅成果。据悉，目前，一个名为“黑洞猎手”的计划已经启动。接下来，利用我国自主研制郭守敬望远镜极高的观测效率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞，开创批量发现黑洞的新纪元。

化学奖：改写生命密码，助力癌症新疗法开发

10月7日，诺贝尔奖得主大家庭迎来两位女性科学家！瑞典皇家科学院7日宣布，将2020年诺贝尔化学奖授予法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国女科学家珍妮弗·道德纳，以表彰她们在基因组编辑方法研究领域作出的贡献。

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。”

诺贝尔化学奖评选委员会主席克拉斯·古斯塔夫松说：“这个基因编辑工具拥有巨大能量，它不仅在基础科学领域引发了变革，还产生了很多创新性成果，并将带来具有独创性的新治疗方法。”

CRISPR/Cas9为什么会被称为“基因剪刀”？据悉，CRISPR是基因组DNA上的一段特殊序列，它广泛存在于原核生物基因组中，是细菌和古细菌为应对病毒不断攻击而演化来的获得性免疫防御机制。而Cas9则是CRISPR相关核酸酶。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。

其实，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，源于这两位女科学家在2012年发表的研究论文。在一个划时代的实验中，她们对基因剪刀重新编程，成功地在试管中再造了细菌的基因剪刀，并简化了剪刀的分子组成，使其更容易使用。在其自然形态下，剪刀可以从病毒中识别DNA。沙尔庞捷和道德纳证明了它们是可以被控制的，因此它们可以在一个预定的位置切断任何DNA分子。而在DNA被切断的地方，就很容易改写生命密码。

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”，它们的应用开始势不可挡。据悉，这种工具促成了基础研究中的许多重要发现，植物研究人员已经能够培育出耐霉、害虫和干旱的作物。在医学方面，新型癌症疗法的临床试验正在进行，能够治愈遗传疾病的梦想即将实现。据英国《每日邮报》统计，截至2018年全球范围内已有大约2700项使用CRISPR工具的临床试验正在进行或者得到批准，在诸如癌症、器官移植、遗传病治疗上取得了一些突破。