从蛋白到宇宙 这届诺贝尔奖的想楚科奇人象力有多广

一年一度的诺贝尔奖，于2019年10月7日连续揭晓，三项科学类奖——生理学或医学奖、物理奖、化学奖，别离颁给了来自美国、英国、加拿大、瑞士、日本5个国家的9位科学家，以赞誉他们在低氧信号通路、了解世界进化、锂离子电池等方面的奉献。

这届诺贝尔奖不乏惊喜与意外，还破了一百多年来的一项纪录——化学奖获得者、美国科学家约翰·巴尼斯特·古迪纳夫(JohnB。Goodenough)，以97岁高龄打破了诺贝尔奖前史上最高龄得奖者的记载。

这些在实验室、学术会场、大学讲堂上接到得奖电话的科学家们，在得知自己获得科学界最高荣誉时，并没有中止科学探究的脚步。就连年近百岁的古迪纳夫都表明，还要再坚持作业5年才退休，诺贝尔奖并非他科学探究的结束。

获奖的研讨是这些科学家早在20多年前，乃至40多年前的效果，有些改变了人类关于本身和世界的认知，有些为进一步的不知道探究供给了东西，有的现已深深融入到人类的日常日子。

第一天开奖，翻开疾病医治新思路

10月7日首拔头筹的是，美国遗传学家格雷格·西门扎(GreggL.Semenza)，英国医学家、分子生物学家彼得·拉特克利夫(SirPeterJ.Ratcliffe)，美国癌症学家、哈佛医学院教授威廉·凯林(WilliamG.Kaelin)，三人共享诺贝尔生理学或医学奖。

近两年，不少安排、个人在猜想诺贝尔生理学或医学奖时，将这三位科学家“打包”放一同。科普作家郭晓强博士，在2018年便刊发论文体系介绍了三位科学家在低氧信号通路中的学术奉献，并在近两年都猜想这一效果将获得诺贝尔奖。不过当终究效果出来时，“猜中了开端但没猜中结束”的郭晓强仍慨叹，“本来以为再等两年，效果提早了”。

2010年与2016年，这三位科学家“组团”获得加拿大的盖尔德纳世界奖、美国拉斯克根底医学奖，后者更是有“小诺贝尔奖”之称。这也给了不少人斗胆猜想的勇气。

诺奖委员会给出的获奖理由是：“赞誉他们在了解细胞感知和习惯氧气改变机制中的奉献”。氧在自然界现已存在上亿年，但真正被认知并开端研讨才仅200多年前史。

细胞在不同浓度的氧环境中，尤其是低氧环境中怎样反响、怎样对器官产生影响，这一不知道范畴关系到许多疾病的医治。

低氧可增加促红细胞生成素(EPO)含量。比方，当人处于高海拔缺氧环境时，推陈出新发生改变，开端成长出新的血管，制作新的红细胞。三位科学家所做的，正是找出这种身体反响背面的基因表达。

此次获奖者之一、遗传学家西门扎，开端研讨方向是地中海贫血症的发病原因，在研讨进程中他无意间接触到红细胞生成素(EPO)，然后从根本上改变了研讨方向。

1995年，西门扎团队纯化了一种叫做缺氧诱导因子(HIF)的蛋白质，并证明晰HIF-1，是经过红细胞和血管重生介导了机体在低氧条件下的习惯性反响。尔后他的团队又判定出多种HIF-1调理的低氧诱导基因。HIF-1发现的含义在于阐明低氧感知是一个非常重要的生物学进程，具有广泛的生物学含义，HIF-1与动物的代谢调理、血管重生、胚胎发育、免疫和肿瘤等都直接相关。

另一位获奖者——美国分子生物学家凯林(WilliamKaelin)，本来对根底研讨几无兴趣的凯林，只想成为一名临床医师，机缘际会在阅历一段时刻实验室体系训练后，他开端自己的抑癌基因研讨，选择对象是VHL骤变相关的肾癌。然后，凯林与搭档意外发现，即便正常情况下，VHL骤变细胞仍可很多表达低氧诱导基因。而之所以这样，是由于VHL基因骤变损坏了HIF-1α在常氧下的降解才能。

凯林的发现，很好解说了肾癌高度血管化的现象，但是一个新问题是，即VHL蛋白在常氧环境下降解HIF-1α的机制。

三位获奖者之一、分子生物学家拉特克利夫发现，肝癌细胞移植入小鼠体内成瘤后，在缺氧区呈现很多低氧诱导基因如血管内皮成长因子(VEGF)等，当损坏HIF-1则使低氧诱导基因表达不在升高，而且肿瘤安排成长减缓。

拉特克利夫的研讨效果一方面证明晰低氧信号通路广泛的生物学效果，而且也与凯林肾癌的效果产生了密切联系。

“低氧信号通路阐明晰机体在晦气环境下的习惯机制，包含低氧促进红细胞生成增多、耗氧量降低一级代偿性效应以削减氧缺乏构成的机体损害。”郭晓强对《》记者剖析。

低氧信号通路的探究，为临床上医治疾病供给了新思路。以肿瘤为例，肿瘤细胞为构成细胞团，细胞团内部就是缺氧环境，重生的毛细血管能够给肿瘤细胞供给养料，但假如能够阻断HIF的功用，不让毛细血管进入，肿瘤细胞团就会坏死。

现在现已有以VEGF为靶点的单克隆抗体药物面世，如医治来医治肿瘤或眼部疾病的安维汀(Avastin)。

“假如以HIF为靶点，HIF调控下流的全部成长因子都会被按捺。因而HIF的使用规模更广，按道理说效果应该会更好。”从前在西门扎团队作业过的王广良博士在承受媒体采访时剖析。

以HIF为新靶点将会有更广泛的使用研制，不过，巨大的危险从前让药企、本钱不敢进入。现在诺奖一锤定音，或许为新药的研制投入带来关键。

物理奖，回归“星斗大海”

假如用美国情景喜剧《日子大爆炸》中的人物，来描绘本年的诺贝尔物理奖，理论物理学家谢耳朵要闹别扭了，由于本年的物理学奖颁给了Raj.Raj是一名天体物理学家。

10月8日，诺贝尔委员会宣告，瑞士地理学家米歇尔·梅耶(MichelMayor)、瑞士地理学家迪迪埃尔·克罗兹(DidierQueloz)因“一起发现了第一颗环绕类太阳恒星作业的系外行星”获奖，将均匀共享别的1/2的奖金。

加拿大裔美国物理学家家吉姆·皮伯斯(JimPeebles)，因“在物理世界学理论上作出了突出奉献”，而独享别的1/2的奖金。这届物理奖也是三人同获。

诺贝尔委员会以为，“他们在了解世界进化上作出的卓越奉献，让人类从头认识了本身在世界中的方位”。

科学界则以为，物理奖的“轮回”，重回“星斗大海”。从2015年开端，粒子物理、天体物理、凝聚态物理、原子分子及光物理先后闻名诺贝尔物理学奖。此前呼声较高的量子核算和量子密码学，本年再次与诺贝尔奖坐失良机。

假如把平生所获的全部科学类奖章挂在胸前，本年84岁的吉姆·皮伯斯，需求好好给诺贝尔奖章腾出块当地。从1981年开端，他获得过爱丁顿奖章、海因曼奖、布鲁斯金质奖章、英国皇家地理学会金奖、哈维奖、邵逸夫奖、狄拉克奖章等十几个奖项。他简直在世界学的各个分支上都留下了印记。

早在2004年，邵逸夫奖委员会曾这样点评皮伯斯：“他为理论和调查方面的简直全部现代世界学研讨奠定了根底，将高度猜想性的范畴转变为精细科学。”诺贝尔奖委员会则点评他开展的理论结构构成了“现代了解从大爆炸一直到今日的世界前史的理论根底”。他编撰的三本教科书都已成为物理世界学范畴的经典著作。

科幻片中耳熟能详的暗物质和暗能量、世界微波布景辐射等，是吉姆·皮伯斯学术关键词中的一部分，他开展了一整套理论来描绘世界的演化进程，这有助于解说世界大标准结构的构成，比方星系怎样构成、星系的散布疏密等问题。

“他的研讨告知咱们世界为什么会是今日这个姿态，也能够协助咱们猜想世界将会走向何方。”中科院国家地理台研讨员陈学雷在其文章中写道。

别的两位获奖者——米歇尔·梅耶和迪迪埃尔·克罗兹，在1995年10月，经过径向速度法，在间隔太阳系约50.9光年的飞马座51邻近，发现了一颗以4天周期公转一周的巨大行星——“飞马座51b”。

“它间隔主星如此之近，其时没人信任是真的，以至于咱们花了好几年的时刻来压服科学界。”迪迪埃尔·克罗兹对媒体回想。

这是人类发现的第一颗类太阳恒星周围的系外行星。这一发现改变了人类关于行星构成认知，敞开了系外行星研讨的新时代，仅2015年，均匀每3天就有一颗新行星被发现。“基于此，很难信任地球是仅有具有生命的行星。”迪迪埃尔·克罗兹称。

诺奖委员会对这一发现的点评是，“敞开了地理学的一场革新，自那以来，银河系现已发现了4000多颗系外行星。奇特的新世界仍在不断被发现，其巨细、形状和轨迹之丰厚令人难以置信。”

化学奖，总算颁给了化学家

两名化学家斯坦利·威廷汉(StanleyWhittingham)和吉野彰(AkiraYoshino)，与美国固体物理学家约翰·巴尼斯特·古迪纳夫(JohnB。Goodenough)，靠锂离子电池研讨的奉献，获得了本年的诺贝尔化学奖。不少科研作业者慨叹：“诺贝尔化学奖总算颁给了化学家。”

曩昔20年，诺贝尔化学奖屡次颁发传统化学之外的生物学研讨，比方2018年研讨酶的定向进化和研讨多肽和抗体的噬菌体展现技能，2015年“DNA修正机制”、2012年“G蛋白偶联受体研讨”、2009年“核糖体结构和功用”、2006年“真核转录的分子根底”、2004年“泛素调理的蛋白质降解”、2003年“细胞膜通道”等。

2017年，诺贝尔化学奖颁发给“研制出冷冻电镜，用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”，科学界将此次获奖描述为“一个发给物理学家的诺贝尔化学奖，奖赏他们协助了生物学家”。

“贝尔化学奖曾被不少科学家戏称为‘诺贝尔理科综合奖’。”中科院电工所研讨员陈永翀告知《》记者，“蛋白质等生物大分子的改变调控遵从的仍是化学规则，因而其实也能够归属于广义的化学范畴。”

新晋的三位诺贝尔化学奖得主，不仅在科学界实至名归，也具有广阔的“群众根底”，被公以为，现代锂离子电池做出了前驱性和抢先性的根底作业。

锂离子电池现已在移动通讯范畴做出了巨大奉献，假如没有锂离子电池，就不会有今日的智能手机、平板电脑和笔记本电脑等。

1980年，时年57岁的物理学家古迪纳夫，在牛津大学作业四年后，创造晰锂电池中最重要的部件——钴氧化物阴极，现在全世界的便携电子设备都选用这种阴极资料。其时，用这种资料制作了世界上第一个能够给大型杂乱设备供电的锂离子电池，质量远超市场上其它电池。

当古迪纳夫还在牛津大学作业时，英国化学家斯坦利·威廷汉和斯坦福大学的搭档，一起发现了在硫化钛层片之间存储锂离子的层状电极资料，这让锂离子能够在电极间来回络绎，具有充电才能，而且能够在室温下作业。

1983年，吉野彰制出生界第一个可充电锂离子电池的原型，两年后，他的技能彻底消除金属锂，确立了可充电含锂碱性锂离子电池(LIB)的基本概念，并获得日本注册专利。

这些研讨的操刀者，在其时或许难以估计其效果未来的使用远景。“咱们创造锂离子电池时，仅仅一项科学研讨。”古迪纳夫新近承受采访时说，“我不知道电力工程师们会怎样使用这些电视，更从没预想到会有手机、便携式摄像机等等全部电子设备。”

现在，锂离子电池早已逾越了惯例电子设备的使用场景，开端逐渐往电动汽车、电力储能等范畴开展。不过，在这些范畴中，锂离子电池在安全、本钱以及收回等方面还面对巨大应战。

“需求开发‘低本钱、长寿命、高安全、易收回’的新一代动力和储能电池。”陈永翀说，“未来需求革新性的技能打破，包含电池资料技能、电池结构技能、制作技能、集成使用技能和运维收回技能的立异打破。”

科学家们从未中止探究不知道范畴、晋级新技能。正如吉姆·皮伯斯所言，“奖项、奖赏很有魅力，值得神往，但不是科学家作业的一部分：应该愈加深化科学，由于你现已为它入神。”