敬畏生命 心懷宇宙

郭靜原

黑洞吸積物質噴射出X射線的藝術圖? ?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年諾貝爾生理學或醫學、物理、化學等自然科學獎項得主相繼宣布，都有哪些研究發現將改變世界？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至今，已經產生了216位物理學獎、186位化學獎、222位生理學或醫學獎得主。其中，居里夫人（瑪麗·居里）是唯一一位在兩個不同科學領域獲得諾獎的科學家。因此，總計有623位頂尖科學家拿到了這一象征人類最高科學榮譽的獎章。

生理學或醫學獎：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或醫學獎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——發現丙型肝炎病毒。那么，發現這個并不“出眾”的病毒，有什么了不起？

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

丙型肝炎病毒的發現之旅亦是如此。在上述3位科學家的研究之前，人們已大致掌握了病毒性肝炎發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，一例輸血后出現的非甲非乙型肝炎病例引發社會關注。隨后，本次獲獎的3位科學家之一——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方法，終于找到引起這種不明原因肝炎的癥結——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，單是病毒就能導致肝炎嗎？為回答這個問題，科學家們必須研究克隆的病毒能否復制并導致疾病。對此，另一位科學家賴斯給出了最終證明：單是丙型肝炎病毒就可以導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?！敖苹?。中國工程院院士、北京大學基礎醫學院教授莊輝指出，該病毒可在體內潛藏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系密切——業內普遍認為，肝癌的發生呈現一種連續性病變，一般會經歷肝炎—肝硬化—肝癌的順序。據世界衛生組織（WHO）不完整統計，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位科學家的發現讓直接作用于丙肝的抗病毒藥物研發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，目前已有數百萬丙肝患者生命得到挽救。

物理學獎：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。

1915年11月，愛因斯坦發表廣義相對論，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。大質量物質會彎曲空間并減慢時間;極大質量物質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定過程，羅杰·彭羅斯發明了巧妙數學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·格茲各自帶領著一群天文學家，從20世紀90年代初開始研究銀河系中心區域。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。兩組研究人員都發現，有一種看不見但很重的物體促使這些恒星在周圍轉圈。這個物體約有400萬個太陽質量那么重，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呢？根據當前引力理論，可能的解釋只有一個：那就是超大質量黑洞。北京時間2019年4月10日，人類首張黑洞照片面世，這是人類獲得關于黑洞的首個直接視覺證據，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，諾貝爾物理學獎獲獎領域依次是粒子物理學、凝聚態物理學、天體物理學、原子分子及光物理學和天體物理學。從規律來看，今年的獎項又頒給天體物理學，似乎有些意外。

“黑洞的形成與宇宙結構形成有著十分緊密的聯系。天體物理學家所做的努力，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。”中國科學院院士、上海交通大學物理與天文學院教授景益鵬對此解釋道。

化學獎：基因剪刀改寫生命密碼

2020年諾貝爾化學獎屬于兩位女性科學家——埃馬紐埃勒·沙爾龐捷和詹妮弗·杜德納，她們因對新一代基因編輯技術CRISPR的貢獻而獲獎。瑞典皇家科學院常任秘書戈蘭·漢松表示，“今年的獎項關乎重寫生命準則”。

基因工程極大推動了現代醫學進程?；蚓庉嬀褪瞧渲幸环N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，科研人員就必須設計一個新的蛋白對DNA剪切，這種工作非常耗時，且難以量產。

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。利用這組序列，細菌可以對侵襲過它的病毒產生“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系統采用一個通用酶——Cas9來執行剪切，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。

人們第一次發現CRISPR序列是在1987年，由日本分子生物學家石野良純在大腸桿菌中偶然發現。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家杜德納與法國微生物學家沙爾龐捷在2012年發表的研究論文。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，被稱為編輯基因的“魔剪”。該技術經過改造被廣泛應用于農業和生物醫藥領域。

上述兩位科學家的研究對生命科學產生了革命性影響，不僅可幫助開發新的癌癥療法，還能使治愈遺傳性疾病的夢想成為現實。目前，這種先進技術已加快了基因工程產業發展，研究人員正運用該技術探索艾滋病、阿爾茨海默病、精神分裂癥等疾病的治療方法。