《財經》記者 孫愛民 | 文 王小 | 編輯
一年一度的諾貝爾獎，於2019年10月7日陸續揭曉，三項科學類獎——生理學或醫學獎、物理獎、化學獎，分別頒給了來自美國、英國、加拿大、瑞士、日本5個國家的9位科學家，以表彰他們在低氧信號通路、理解宇宙進化、鋰離子電池等方面的貢獻。
這屆諾貝爾獎不乏驚喜與意外，還破了一百多年來的一項紀錄——化學獎獲得者、美國科學家約翰·巴尼斯特·古迪納夫（John B. Goodenough），以97歲高齡打破了諾貝爾獎歷史上最高齡得獎者的記錄。
這些在實驗室、學術會場、大學課堂上接到得獎電話的科學家們，在得知自己獲得科學界最高榮譽時，並沒有停止科學探索的腳步。就連年近百歲的古迪納夫都表示，還要再堅持工作5年才退休，諾貝爾獎並非他科學探索的終點。
獲獎的研究是這些科學家早在20多年前，甚至40多年前的成果，有些改變了人類對於自身和宇宙的認知，有些為進一步的未知探索提供了工具，有的已經深深融入到人類的日常生活。
第一天開獎，打開疾病治療新思路
10月7日首拔頭籌的是，美國遺傳學家格雷格·西門扎（Gregg L.Semenza），英國醫學家、分子生物學家彼得·拉特克利夫（Sir Peter J.Ratcliffe），美國癌症學家、哈佛醫學院教授威廉·凱林（William G.Kaelin），三人分享諾貝爾生理學或醫學獎。
近兩年，不少機構、個人在預測諾貝爾生理學或醫學獎時，將這三位科學家“打包”放一起。科普作家郭曉強博士，在2018年便刊發論文系統介紹了三位科學家在低氧信號通路中的學術貢獻，並在近兩年都預測這一成果將獲得諾貝爾獎。不過當最終結果出來時，“猜中了開頭但沒猜中結尾”的郭曉強仍感慨，“原來以為再等兩年，結果提前了”。
2010年與2016年，這三位科學家“組團”獲得加拿大的蓋爾德納國際獎、美國拉斯克基礎醫學獎，後者更是有“小諾貝爾獎”之稱。這也給了不少人大膽預測的勇氣。
諾獎委員會給出的獲獎理由是：“表彰他們在理解細胞感知和適應氧氣變化機制中的貢獻”。氧在自然界已經存在上億年，但真正被認知並開始研究才僅200多年歷史。
細胞在不同濃度的氧環境中，尤其是低氧環境中如何反應、如何對器官產生影響，這一未知領域關係到諸多疾病的治療。
低氧可增加促紅細胞生成素（EPO）含量。比如，當人處於高海拔缺氧環境時，新陳代謝發生變化，開始生長出新的血管，製造新的紅細胞。三位科學家所做的，正是找出這種身體反應背後的基因表達。
此次獲獎者之一、遺傳學家西門扎，最初研究方向是地中海貧血症的發病原因，在研究過程中他無意間接觸到紅細胞生成素（EPO），從而從根本上改變了研究方向。
1995年，西門扎團隊純化了一種叫做缺氧誘導因子（HIF）的蛋白質，並證實了 HIF-1，是通過紅細胞和血管新生介導了機體在低氧條件下的適應性反應。此後他的團隊又鑒定出多種HIF-1調節的低氧誘導基因。HIF-1發現的意義在於說明低氧感知是一個非常重要的生物學過程，具有廣泛的生物學意義， HIF-1與動物的代謝調節、血管新生、胚胎發育、免疫和腫瘤等都直接相關。
另一位獲獎者——美國分子生物學家凱林（William Kaelin），原本對基礎研究幾無興趣的凱林，只想成為一名臨床醫生，機緣際會在經歷一段時間實驗室系統培訓後，他開始自己的抑癌基因研究，選擇對象是VHL突變相關的腎癌。然後，凱林與同事意外發現，即使正常情況下，VHL突變細胞仍可大量表達低氧誘導基因。而之所以這樣，是由於VHL基因突變破壞了HIF-1α在常氧下的降解能力。
凱林的發現，很好解釋了腎癌高度血管化的現象，然而一個新問題是，即VHL蛋白在常氧環境下降解HIF-1α的機制。
三位獲獎者之一、分子生物學家拉特克利夫發現，肝癌細胞移植入小鼠體內成瘤後，在缺氧區出現大量低氧誘導基因如血管內皮生長因子（VEGF）等，當破壞HIF-1則使低氧誘導基因表達不在升高，並且腫瘤組織生長減緩。
拉特克利夫的研究結果一方面證明了低氧信號通路廣泛的生物學作用，而且也與凱林腎癌的結果產生了密切聯繫。
“低氧信號通路闡明了機體在不利環境下的適應機制，包括低氧促進紅細胞生成增多、耗氧量降低等代償性效應以減少氧不足造成的機體損傷。”郭曉強對《財經》記者分析。
低氧信號通路的探索，為臨床上治療疾病提供了新思路。以腫瘤為例，腫瘤細胞為形成細胞團，細胞團內部便是缺氧環境，新生的毛細血管可以給腫瘤細胞提供養料，但如果能夠阻斷HIF的功能，不讓毛細血管進入，腫瘤細胞團就會壞死。
目前已經有以VEGF為靶點的單克隆抗體藥物問世，如治療來治療腫瘤或眼部疾病的安維汀(Avastin)。
“如果以HIF為靶點，HIF調控下遊的所有生長因子都會被抑製。因此HIF的應用範圍更廣，按道理說療效應該會更好。”曾經在西門扎團隊工作過的王廣良博士在接受媒體採訪時分析。
以HIF為新靶點將會有更廣泛的應用研發，不過，巨大的風險曾經讓藥企、資本不敢進入。如今諾獎一錘定音，或許為新藥的研發投入帶來契機。
物理獎，回歸“星辰大海”
如果用美國情景喜劇《生活大爆炸》中的人物，來描述今年的諾貝爾物理獎，理論物理學家謝耳朵要鬧別扭了，因為今年的物理學獎頒給了Raj。Raj是一名天體物理學家。
10月8日，諾貝爾委員會宣布，瑞士天文學家米歇爾·梅耶（Michel Mayor） 、瑞士天文學家迪迪埃爾·克羅茲（Didier Queloz）因“共同發現了第一顆圍繞類太陽恆星運轉的系外行星”獲獎，將平均分享另外 1/2 的獎金。
加拿大裔美國物理學家家吉姆·皮伯斯（Jim Peebles），因“在物理宇宙學理論上作出了突出貢獻”，而獨享另外1/2 的獎金。這屆物理獎也是三人同獲。
諾貝爾委員會認為，“他們在理解宇宙進化上作出的卓越貢獻，讓人類重新認識了自身在宇宙中的位置”。
科學界則認為，物理獎的“輪回”，重回“星辰大海”。從2015年開始，粒子物理、天體物理、凝聚態物理、原子分子及光物理先後問鼎諾貝爾物理學獎。此前呼聲較高的量子計算和量子密碼學，今年再次與諾貝爾獎失之交臂。
如果把平生所獲的所有科學類獎章掛在胸前，今年84歲的吉姆·皮伯斯，需要好好給諾貝爾獎章騰出塊地方。從1981年開始，他獲得過愛丁頓獎章、海因曼獎、布魯斯金質獎章、英國皇家天文學會金獎、哈維獎、邵逸夫獎、狄拉克獎章等十幾個獎項。他幾乎在宇宙學的各個分支上都留下了印記。
早在2004年，邵逸夫獎委員會曾這樣評價皮伯斯：“他為理論和觀察方面的幾乎所有現代宇宙學研究奠定了基礎，將高度猜測性的領域轉變為精密科學。”諾貝爾獎委員會則評價他發展的理論框架構成了“現代理解從大爆炸一直到今天的宇宙歷史的理論基礎”。他撰寫的三本教科書都已成為物理宇宙學領域的經典著作。
科幻片中耳熟能詳的暗物質和暗能量、宇宙微波背景異塵餘生等，是吉姆·皮伯斯學術關鍵詞中的一部分，他發展了一整套理論來描述宇宙的演化過程，這有助於解釋宇宙大尺度結構的形成，比如星系怎麽形成、星系的分布疏密等問題。
“他的研究告訴我們宇宙為什麽會是今天這個樣子，也能夠幫助我們預測宇宙將會走向何方。”中科院國家天文台研究員陳學雷在其文章中寫道。
另外兩位獲獎者——米歇爾·梅耶和迪迪埃爾·克羅茲，在1995年10月，通過徑向速度法，在距離太陽系約50.9光年的飛馬座51附近，發現了一顆以4天周期公轉一周的巨大行星——“飛馬座 51b”。
“它距離主星如此之近，當時沒人相信是真的，以至於我們花了好幾年的時間來說服科學界。”迪迪埃爾·克羅茲對外媒回憶。
這是人類發現的第一顆類太陽恆星周圍的系外行星。這一發現改變了人類對於行星形成認知，開啟了系外行星研究的新時代，僅2015 年，平均每3天就有一顆新行星被發現。“基於此，很難相信地球是唯一擁有生命的行星。” 迪迪埃爾·克羅茲稱。
諾獎委員會對這一發現的評價是，“開啟了天文學的一場革命，自那以來，銀河系已經發現了 4000 多顆系外行星。奇異的新世界仍在不斷被發現，其大小、形狀和軌道之豐富令人難以置信。”
化學獎，終於頒給了化學家
兩名化學家斯坦利·威廷漢（Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino），與美國固體物理學家約翰·巴尼斯特·古迪納夫（John B. Goodenough），靠鋰離子電池研究的貢獻，獲得了今年的諾貝爾化學獎。不少科研工作者感慨：“諾貝爾化學獎終於頒給了化學家。”
過去20年，諾貝爾化學獎多次授予傳統化學之外的生物學研究，比如2018年研究酶的定向進化和研究多肽和抗體的噬菌體展示技術，2015年“DNA修複機制”、2012年“G蛋白偶聯受體研究”、2009年“核糖體結構和功能”、2006年“真核轉錄的分子基礎”、2004年“泛素調節的蛋白質降解”、2003年“細胞膜通道”等。
2017年，諾貝爾化學獎頒發給 “研發出冷凍電鏡，用於溶液中生物分子結構的高分辨率測定”，科學界將此次獲獎形容為“一個發給物理學家的諾貝爾化學獎，獎勵他們幫助了生物學家”。
“貝爾化學獎曾被不少科學家戲稱為‘諾貝爾理科綜合獎’。”中科院電工所研究員陳永翀告訴《財經》記者，“蛋白質等生物大分子的變化調控遵循的還是化學規律，因此其實也可以歸屬於廣義的化學範疇。”
新晉的三位諾貝爾化學獎得主，不僅在科學界實至名歸，也擁有廣大的“群眾基礎”，被公認為，現代鋰離子電池做出了先驅性和領先性的基礎工作。
鋰離子電池已經在移動通信領域做出了巨大貢獻，如果沒有鋰離子電池，就不會有今天的智能手機、平板電腦和筆電電腦等。
1980年，時年57歲的物理學家古迪納夫，在牛津大學工作四年後，發明了鋰電池中最重要的部件——鈷氧化物陰極，如今全世界的便攜電子設備都採用這種陰極材料。當時，用這種材料製造了世界上第一個可以給大型複雜設備供電的鋰離子電池，質量遠超市場上其它電池。
當古迪納夫還在牛津大學工作時，英國化學家斯坦利·威廷漢和史丹佛大學的同事，共同發現了在硫化鈦層片之間存儲鋰離子的層狀電極材料，這讓鋰離子可以在電極間來回穿梭，具備充電能力，並且可以在室溫下工作。
1983年，吉野彰製出世界第一個可充電鋰離子電池的原型，兩年後，他的技術徹底消除金屬鋰，確立了可充電含鋰鹼性鋰離子電池（LIB）的基本概念，並取得日本注冊專利。
這些研究的操刀者，在當時或許難以預計其成果未來的應用前景。“我們發明鋰離子電池時，只是一項科學研究。”古迪納夫早先接受採訪時說，“我不知道電力工程師們會如何應用這些電視，更從沒預想到會有手機、便攜式攝影機等等一切電子設備。”
如今，鋰離子電池早已超越了常規電子設備的應用場景，開始逐步往電動汽車、電力儲能等領域發展。不過，在這些領域中，鋰離子電池在安全、成本以及回收等方面還面臨巨大挑戰。
“需要開發‘低成本、長壽命、高安全、易回收’的新一代動力和儲能電池。”陳永翀說，“未來需要變革性的技術突破，包括電池材料技術、電池結構技術、製造技術、集成應用技術和運維回收技術的創新突破。”
科學家們從未停止探索未知領域、升級新技術。正如吉姆·皮伯斯所言，“獎項、獎勵很有魅力，值得嚮往，但不是科學家工作的一部分：應該更加深入科學，因為你已經為它著迷。”
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