2020年諾貝爾科學獎：敬畏生命 心懷宇宙

丙型肝炎的發病機制是什么，黑洞是如何被發現的，基因剪刀如何開啟生命科學研究新時代……10月初，2020年諾貝爾獎三大自然科學獎項得主陸續揭曉，8位科學家分別獲得生理學或醫學、物理學、化學獎項。諾貝爾科學獎解決了什么問題？解決這些問題的價值何在？

諾貝爾生理學或醫學獎：捕獲狡猾病毒的“獵手”

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（圖/央視新聞官方微博）

相比耳熟能詳的甲肝與乙肝病毒，大家可能對丙型肝炎病毒不太了解。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？

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，阿爾特證實：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。

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，丙型肝炎病毒異常“狡猾”，它可在體內潛藏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。2017年，世界衛生組織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的生命得到挽救。

諾貝爾物理學獎：揭開銀河系中心最黑暗的秘密

黑洞“吸”走了今年的諾貝爾物理學獎。獎項一半授予羅杰·彭羅斯，另一半授予萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲，前者是因為“發現廣義相對論預測了黑洞的形成”，后者則因為“發現銀河系中心的超大質量黑洞”。

愛因斯坦提出的廣義相對論顛覆了傳統的空間和時間概念。他的方程式預言了黑洞的存在：大質量的天體會使空間彎曲、時間減慢，一個超大質量的天體甚至能吞噬光線，從而形成一片“絕對黑暗”的空間，這就是黑洞。值得一提的是，愛因斯坦本人并不相信黑洞真的可以存在。

然而，在愛因斯坦去世10年后，彭羅斯用巧妙的數學方法論證了黑洞可以形成，并對其進行了詳細描述：在黑洞的核心隱藏著一個奇點，它的時空曲率無窮大，密度也趨于無限大。一旦物質開始坍縮，就沒有什么能阻止坍縮的繼續，所有物質只能沿一個方向走向奇點。這是一條通往時間盡頭的“單行道”。

彭羅斯這篇開創性的論文發表于1965年1月，至今仍被認為是自愛因斯坦以來對廣義相對論最重要的貢獻。現在，黑洞的中心存在奇點已成為科學界的普遍認識。

根澤爾和格茲的研究則圍繞黑洞周圍的天體展開。從20世紀90年代初開始，兩人各自領導一個天文學家小組，開始探索銀河系中心一個叫作人馬座A＊的區域。

兩個研究團隊在數十年如一日的觀測后得出一致結論：銀河系中心存在一個質量非常大且看不見的天體，在不超過太陽系的空間中聚集了約400萬個太陽的質量，使周邊恒星急速旋轉。對這個看不見的天體，目前唯一合理的解釋就是它是一個黑洞。

諾貝爾物理學獎評委會主席戴維·哈維蘭德在頒獎儀式上表示，今年獲獎者們的發現為研究致密和超大質量天體開辟了新天地。但這些奇特的物體仍然提出了許多有待進一步解答的問題，并激發未來的研究。

羅杰·彭羅斯、萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲獲得諾貝爾物理學獎（圖/ 央視新聞官方微博）

諾貝爾化學獎：重寫生命密碼的工具

2020年諾貝爾化學獎授予法國女科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和美國女科學家珍妮弗·道德納，以表彰她們在基因組編輯方法研究領域作出的貢獻。這里的基因組編輯方法，指的正是當下熱門的CRISPR/Cas9基因編輯技術。

脫氧核糖核酸（DNA）是重要遺傳物質，它呈螺旋互繞的雙鏈結構，在DNA鏈條上含有遺傳信息、具有某種功能的DNA片段就是基因。基因編輯技術可以斷開DNA鏈條，對其進行改動，然后重新連接。由于對DNA鏈條有剪斷操作，因此該技術被形象地稱為“基因剪刀”。

基因編輯技術在20世紀90年代就已出現，但曾經非常耗時，甚至難以完成。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，可在幾周內改變DNA。

CRISPR全名為“成簇的、規律間隔的短回文重復序列”，是細菌防御病毒侵入的一種機制。2012年法國科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和美國科學家珍妮弗·道德納發表研究指出，她們開發出CRISPR/Cas9基因編輯技術。這項技術隨后成為生物醫學史上第一種可高效、精確、程序化修改細胞基因組包括人類基因組的工具。

相比此前的技術，CRISPR/Cas9技術具有成本低、易上手、效率高等優勢，使得對基因的修剪改造“普通化”，因此風靡整個生物學界。

就像在科學領域時常發生的“偶然”那樣，“基因剪刀”的發現過程也出乎意料。沙爾龐捷在研究化膿性鏈球菌時，發現了一種未知分子——tracrRNA。研究顯示，tracrRNA是細菌的古老免疫系統“CRISPR/Cas”的一部分，能通過切割病毒的DNA來使病毒“繳械”，從而消除其危害。

沙爾龐捷2011年發表了上述研究成果。同年，她與道德納開始合作研究。在一次具有劃時代意義的實驗中，她們對“基因剪刀”進行改造。在天然形式下，這種“剪刀”能識別出病毒中的DNA。但是沙爾龐捷和道德納發現能對“剪刀”施加控制，這樣一來就能在任何預先設定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割，那么重寫生命的密碼就變得簡單了。

科學界普遍認為，“基因剪刀”技術為生命科學研究開啟了一個新時代，是21世紀以來生物技術方面最重要的突破。

埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和珍妮弗·道德納獲得諾貝爾化學獎（圖/央視新聞官方微博）