2020年诺贝尔科学奖：敬畏生命 心怀宇宙

丙型肝炎的发病机制是什么，黑洞是如何被发现的，基因剪刀如何开启生命科学研究新时代……10月初，2020年诺贝尔奖三大自然科学奖项得主陆续揭晓，8位科学家分别获得生理学或医学、物理学、化学奖项。诺贝尔科学奖解决了什么问题？解决这些问题的价值何在？

诺贝尔生理学或医学奖：捕获狡猾病毒的“猎手”

诺贝尔生理学或医学奖3位得主哈维·阿尔特、迈克尔·霍顿与查尔斯·赖斯（图/央视新闻官方微博）

相比耳熟能详的甲肝与乙肝病毒，大家可能对丙型肝炎病毒不太了解。而今年诺贝尔生理学或医学奖3位得主哈维·阿尔特、迈克尔·霍顿与查尔斯·赖斯的获奖理由就是发现丙型肝炎病毒。那么，发现这个并不“出众”的病毒，有什么了不起？

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，阿尔特证实：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。

此后15年间，许多研究人员试图探究真相。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。

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。

事实上，丙型肝炎病毒异常“狡猾”，它可在体内潜藏10年至20年，约80%急性丙肝患者没有症状，漏诊率高达90%。而肝癌又与病毒性肝炎关系密切。2017年，世界卫生组织把丙肝病毒列入一类致癌物清单。

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的生命得到挽救。

诺贝尔物理学奖：揭开银河系中心最黑暗的秘密

黑洞“吸”走了今年的诺贝尔物理学奖。奖项一半授予罗杰·彭罗斯，另一半授予莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹，前者是因为“发现广义相对论预测了黑洞的形成”，后者则因为“发现银河系中心的超大质量黑洞”。

爱因斯坦提出的广义相对论颠覆了传统的空间和时间概念。他的方程式预言了黑洞的存在：大质量的天体会使空间弯曲、时间减慢，一个超大质量的天体甚至能吞噬光线，从而形成一片“绝对黑暗”的空间，这就是黑洞。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。现在，黑洞的中心存在奇点已成为科学界的普遍认识。

根泽尔和格兹的研究则围绕黑洞周围的天体展开。从20世纪90年代初开始，两人各自领导一个天文学家小组，开始探索银河系中心一个叫作人马座A＊的区域。

两个研究团队在数十年如一日的观测后得出一致结论：银河系中心存在一个质量非常大且看不见的天体，在不超过太阳系的空间中聚集了约400万个太阳的质量，使周边恒星急速旋转。对这个看不见的天体，目前唯一合理的解释就是它是一个黑洞。

诺贝尔物理学奖评委会主席戴维·哈维兰德在颁奖仪式上表示，今年获奖者们的发现为研究致密和超大质量天体开辟了新天地。但这些奇特的物体仍然提出了许多有待进一步解答的问题，并激发未来的研究。

罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹获得诺贝尔物理学奖（图/ 央视新闻官方微博）

诺贝尔化学奖：重写生命密码的工具

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。这里的基因组编辑方法，指的正是当下热门的CRISPR/Cas9基因编辑技术。

脱氧核糖核酸（DNA）是重要遗传物质，它呈螺旋互绕的双链结构，在DNA链条上含有遗传信息、具有某种功能的DNA片段就是基因。基因编辑技术可以断开DNA链条，对其进行改动，然后重新连接。由于对DNA链条有剪断操作，因此该技术被形象地称为“基因剪刀”。

基因编辑技术在20世纪90年代就已出现，但曾经非常耗时，甚至难以完成。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，可在几周内改变DNA。

CRISPR全名为“成簇的、规律间隔的短回文重复序列”，是细菌防御病毒侵入的一种机制。2012年法国科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国科学家珍妮弗·道德纳发表研究指出，她们开发出CRISPR/Cas9基因编辑技术。这项技术随后成为生物医学史上第一种可高效、精确、程序化修改细胞基因组包括人类基因组的工具。

相比此前的技术，CRISPR/Cas9技术具有成本低、易上手、效率高等优势，使得对基因的修剪改造“普通化”，因此风靡整个生物学界。

就像在科学领域时常发生的“偶然”那样，“基因剪刀”的发现过程也出乎意料。沙尔庞捷在研究化脓性链球菌时，发现了一种未知分子——tracrRNA。研究显示，tracrRNA是细菌的古老免疫系统“CRISPR/Cas”的一部分，能通过切割病毒的DNA来使病毒“缴械”，从而消除其危害。

沙尔庞捷2011年发表了上述研究成果。同年，她与道德纳开始合作研究。在一次具有划时代意义的实验中，她们对“基因剪刀”进行改造。在天然形式下，这种“剪刀”能识别出病毒中的DNA。但是沙尔庞捷和道德纳发现能对“剪刀”施加控制，这样一来就能在任何预先设定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割，那么重写生命的密码就变得简单了。

科学界普遍认为，“基因剪刀”技术为生命科学研究开启了一个新时代，是21世纪以来生物技术方面最重要的突破。

埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和珍妮弗·道德纳获得诺贝尔化学奖（图/央视新闻官方微博）