聚焦2022年诺贝尔自然科学奖

生理学或医学奖

获奖成果

10月3日，2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家Svante Pääbo获奖，以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。

获奖者

Svante Pääbo

1955年出生于瑞典斯德哥尔摩，德国莱比锡马普进化人类学研究所教授。

专家访谈

《中国科学报》：你认识的诺奖得主是怎样的人?

中科院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任付巧妹：他非常执着，兴趣导向非常明确。1997年起，他就一直担任马普进化人类学研究所所长，古基因学可以说是他从无到有开创的，他一直坚定进行着这项研究。

《中国科学报》：该研究为何能获诺奖?

付巧妹：经过近十几年发展，古基因学领域的研究产生了很大的辐射影响，除了基因组本身以外，还对我们现代人有很深的影响，比如解析功能性基因，以及解开其他一些人类未解之谜等。

此外，古基因学还影响了其他领域的研究，包括人类、动物和病原菌等，可以说是辐射到各个领域。

《中国科学报》：他的哪些品质或者习惯，对你做科研有很深的影响?

付巧妹：他的执着让我深受影响，尤其是有重要发现时，他的第一反应从来不是有多开心，而是思考这个结果是否可靠，并且要用各种方式去验证，此外更多的是去证明这个发现是不是错了，是不是有问题。这对我们是一个很大的警醒。

他，凭什么重塑尼安德特人的历史

工作了一天的帕博特别疲倦，但5岁的儿子正是闹腾的时候。孩子睡着以后，一个疯狂的问题困住了他：如果今天所有人都带有1%-4%尼安德特人的基因，那么，在精子和卵子产生、结合过程中，DNA片段随机搭配，就可能产生一个奇怪的结果——有一个孩子一出生就完全是尼安德特人，而且这个孩子正好是他桀骜不驯的儿子?

帕博特别认真地计算了这件事的概率，结果这个数字是一个零和小数点后76000个零，再加上一些数字。也就是说，期待未来有一个真的尼安德特人走进实验室为他提供血液样本的可能，不存在!

这是帕博在自己书中描述的自己。这样的他，简直“可爱到犯规”。

每一个杰出的科学家都携带着一部科学史

20世纪80年代，一个尚未“出师”的在读博士，面对两条截然不同的职业道路时，会作何选择?一个是主流的前途可期的分子生物学，一个是神秘却难以看到未来的埃及古文物学。

帕博并未听从多数同伴的建议选择前者，而是选择了13岁起就迷恋上的古老历史，继而走出了一条属于自己的路——把考古带进分子时代。

为他引路的，是当时大名鼎鼎的演化生物学家艾伦·威尔逊以及聚合酶连锁反应(PCR)的发明者、后来的诺贝尔化学奖得主凯利·穆利斯。

在帕博此后的研究生涯里，有三篇文章奠定了他在学术领域的地位。

1984年，帕博悄无声息地成为了世界上第一个从死去两千多年的木乃伊身上提取DNA的人，一年之后，他的论文《对古代埃及木乃伊DNA的分子克隆》登上《自然》封面，引发了学界轰动。重要的是，他对非正统思想和项目超乎寻常的热情，让他注定成为一个与众不同的开创者。

12年之后，帕博在自己一手打造的跨学科实验室，首次从已经灭绝的古人类——尼安德特人身上提取到线粒体DNA并成功进行了测序，他的团队在《细胞》杂志报告了尼安德特人的测序结果，为艾伦·威尔逊“走出非洲”的现代人起源理论提供了铁证。

而到了2010年，尼安德特人的基因组草图完成，那个有关人类起源的故事发生了戏剧性的转折。帕博及其合作的50位科学家一起在《科学》上揭示了，今天除非洲以外的所有人都带有尼安德特人的遗传密码，这种古老的人类从未消失!

对待科研，他寸步不让

1987年，扩增特定DNA片段的聚合酶连锁反应(PCR)技术兴起，这使得扩增古代材料中微量DNA成为可能，但这项技术对研究人员挑战巨大。老旧样本的保存条件不利，含有可获取的DNA非常有限，甚至完全没有，即便通过PCR也很难做到。因此，从科学的角度，系统建立可靠的DNA扩增流程非常重要。

但帕博很快意识到，现代外源DNA污染实验是个严重的问题。它甚至造成了古DNA研究领域此后长达十几年的低谷期。

所谓外源DNA污染，指的是任何接触过古代标本的人、检测仪器甚至是环境中的DNA片段都可能进入样本，并被当成是残存的古DNA，从而毁掉整个实验。

1990年，来到慕尼黑大学开始独立科研生涯的帕博做的第一件事，就是“为人类历史研究注入新的严谨风貌”。

他用近乎疯狂的偏执，建起了世界上第一个古DNA研究的洁净室，他为实验制定“可靠性准则”，以及一系列工作铁律。那些步骤要求看上去就像充满神圣感的仪式内容，不容丝毫亵渎。

(参考书目：斯万特·帕博《尼安德特人》)

(本报记者胡珉琦，见习记者田瑞颖、孟凌霄采访整理)

物理学奖

10月4日，瑞典皇家科学院将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家Alain Aspect、美国科学家John F.Clauser和奥地利科学家Anton Zeilinger ，以表彰他们“用纠缠光子进行的实验，确定了贝尔不等式的不成立，并开创了量子信息科学”。

获奖者

John Clauser(左)

1942年出生于美国加州帕萨迪纳，美国 J.F Clauser & Assoc 公司创始人。

Anton Zeilinger(中)

1945年出生于奥地利里德伊姆·因克瑞斯，维也纳大学教授。

Alain Aspect(右)

1947年出生于法国阿根，巴黎萨克莱大学和帕莱索理工学院教授。

专家访谈

《中国科学报》：看到今年诺奖的评选结果后，你有什么感受?

中国科学院理论物理研究所研究员蔡荣根：众望所归。奥地利科学家Anton Zeilinger 是中国科大潘建伟院士的导师，是中国科学院外籍院士。他与中国有着很好的合作关系，常来作报告。

清华大学物理系教授龙桂鲁：这对量子信息学这么多年取得的成绩是一个肯定。事实上，3位科学家已经在2010年获得了沃尔夫物理学奖，表彰他们在量子纠缠领域的成就。

中国科学院物理研究所特聘研究员沈洁：量子的研究和技术手段进步很快，但底层的基础进展可能并不是那么快，这也使得很多现象难以解释，比如量子纠缠等，最本质的原因其实还是未知。未来，从更根本的角度深入解释，还需要理论的贡献。

《中国科学报》：这个研究究竟在讲啥?

龙桂鲁：上世纪60年代，约翰·贝尔提出一个关于是否存在完备局域隐变量理论的数学不等式。该定理在定域性和实在性的双重假设下，对于两个分隔的粒子同时被测量时，其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制，提供了用实验验证在量子不确定性和爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。

简单说，两个存在纠缠态的粒子分开以后，如果量子力学是对的，这个不等式的值就大于2。他们3位最早验证了贝尔不等式的违反，但是由于存在探测器效率低、两个量子之间距离短的漏洞，贝尔不等式违背的验证仍有物理学家质疑。

2015年，荷兰Ronald Hanson、美国Sae-Woo Nam等人和Zeilinger等实现了无漏洞的不等式验证，证明了量子力学的正确性。

《中国科学报》：3位诺奖得主在这项研究中的关系是怎样的?他们分别做了哪些贡献?

龙桂鲁：法国科学家Alain Aspect做超冷原子和量子光学;奥地利科学家Anton Zeilinger原来在麻省理工学院当老师，最早做中子干涉研究，后来回到奥地利开始做光学，他是潘建伟院士的博士生导师。2002年，我到Anton Zeilinger教授团队访问了两个月。美国科学家John F.Clauser原先做理论，后来理论和实验都做。

上世纪60年代，约翰·贝尔提出了以他命名的数学不等式，即“贝尔不等式”，Aspect开始了一系列实验对其进行验证，这也是国际最早的实验验证之一，验证结果是违反贝尔不等式的。

《中国科学报》：此次诺奖颁给量子实验科学家，如何认识理论与实验的关系?

蔡荣根：实验和理论研究相辅相成。通常理论会走在实验的前面，人们会根据观测事实提出一些理论，做出一些预言，并通过实验去验证它。通常好的技术手段有利于验证理论成果，而通过验证的理论，反过来会指导和支持技术的发展。

事实上，我们现在生活中的信息技术以及各种高新技术很多都建立在相对论、量子力学基础之上。现在技术的发展能操控物质的量子性质，控制原子，让它的运动速度降下来，把温度降下来，这就是理论和实验相辅相成的典型例子。

中国科学院高能物理研究所特聘研究员陈缮真：理论物理指导我们的实验工作，我们的实验结果反馈给理论物理学家，如果符合理论预期，则是好事，若不符合，其实是更大的好事，说明理论有进一步发展的潜力。

如今基础科学研究越来越细化，要取得突破性进展，不光是理论物理学家和实验物理学家的合作，还要跟工程师等不同领域的专家合作，这是全新的科研模式。

《中国科学报》：量子通信技术多少年能够成为现实?

龙桂鲁：量子通信包含了一个广义的概念，通过移动量子态完成的任务都可以叫做量子通信。而经典通信的定义是信息的可靠传输，照此，有些量子通信形式还算不上通信，比如量子密钥分发，不是传递信息，而是协商密钥。我们提出的量子直接通信是经典通信意义上的通信。

经典保密通信有两个“担心”。窃听者把密文存储后，第一个“担心”是，未来可能发现更快的算法，第二个“担心”是未来会有更强大计算机，保密期限会大幅度降低。

当前，量子通信由于器件方面的缺陷，还无法做到绝对安全。未来，将经典通信与量子通信相结合，可以实现现有条件下最安全的通信。

《中国科学报》：我们倡导从0到1的原始创新，诺奖成果可以给我们怎样的启示?科学家需要什么样的研究环境和氛围?

蔡荣根：诺奖主要颁给科学发现与技术发明，今年获奖的量子纠缠等在当初提出时显然与日常生活没有太大关系，也不一定认识到其重要性，但随着时代发展，可能会慢慢演变从而改变我们的生活。

这就是基础研究，挑战性大、花费时间长，是我们较为缺乏的。当前，我国提倡从0到1的基础研究，减少跟风式研究，并给予了大力支持，科研人员应有雄心、有毅力做这样的研究，聚焦关键核心问题，为解决国家的重大需求做贡献。

做科学研究的目的也不是为了得诺奖，应是探索自然，为全人类做贡献，这是做科学研究的重要意义。

沈洁：3位获奖者都是实验科学家，这对我们实验工作者是一个激励，只要把实验做到极致，也能够获得重大突破、受到国际认可。

未来要做更多关于精密测量、量子通信等方面的前沿探索，这对年轻人来说是一个启发。

(本报记者韩扬眉、张双虎、倪思洁采访整理)

化学奖

获奖成果

10月5日，瑞典皇家科学院将2022年诺贝尔化学奖授予美国科学家Carolyn Bertozzi、丹麦科学家Morten Meldal和美国科学家Barry Sharpless，以表彰他们“在点击化学和生物正交化学方面的发展”。

获奖者

Carolyn Bertozzi(左)

1966年出生于美国，斯坦福大学教授。

Morten Meldal(中)

1954年出生于丹麦，哥本哈根大学教授。

Barry Sharpless(右)

1941年出生于美国，斯克里普斯研究所教授。

专家访谈

《中国科学报》：今年的诺贝尔化学奖颁给了点击化学和生物正交反应，你有何感受?

浙江大学生命科学研究院研究员林世贤：非常激动，我的朋友圈都沸腾了，这个奖实至名归，大家已经期待好几年了。

这是化学生物学这一新型交叉学科领域的科学家给人类社会带来的第一项重要的科学贡献。能否把化学反应和化学工具应用到生命科学和医学的研究当中去?这是生命科学和医学的一个难题，也是化学家的梦想。而此次获奖的3位科学家就是这样的先锋英雄团队，他们主动拥抱生命科学难题，并提出新的化学反应和化学理论。

中南大学化学化工学院教授张翼：点击化学获得诺奖是众望所归。Sharpless能够获奖有些出乎意料，但也在情理之中。

一方面，他在2001年已经凭借在手性催化氧化反应方面的贡献与美国科学家威廉·诺尔斯、日本科学家野依良治获得了一次诺贝尔化学奖;化学及生物化学学科已经很久没有人第二次获得诺贝尔奖了。但另一方面，点击化学这一原创性发现的意义非常重大，完全值得一个完整的诺贝尔奖。

北京大学化学与分子工程学院教授陈鹏：这次获奖的点击化学和生物正交化学属于化学生物学，这是一个化学和生命科学的前沿交叉学科。长久以来，化学家们在不断利用化学工具和技术推进生命科学研究，比如药物开发与合成。这次的化学奖表彰的正是这样一些利用化学反应推动生命研究的化学家。点击化学和生物正交反应，是推动化学生物学兴起与发展的一个重要方向，为生命科学带来了革命性的新技术、新方法。

《中国科学报》：你对几位获奖者有什么了解吗?

陈鹏：Sharpless和Bertozzi几年前都来北京大学化学与分子工程学院参观过。我们都很熟悉。Sharpless绝对是科学界的“神人”，他非常专注，甚至吃饭、睡觉的时候都在思考问题。

Bertozzi也个性突出。她快人快语，和她交谈必须集中注意力，跟上她的思路。据说她每天早上都会拿着一杯咖啡在实验室到处转，碰到学生就聊聊进展，然后鼓励每个学生，把他们激发起来。她还不遗余力地推动更多女性从事科学研究。

美国斯克利普斯研究所分子药学系教授吴鹏：2001年9月，我到Sharpless课题组，过了一个月之后，他就获得了当年的诺贝尔化学奖。2005年-2008年间，Sharpless推荐我到Bertozzi的组里从事研究。

在我心中，Bertozzi是一位具有传奇色彩的科学家。她的博士生导师Mark Bednarski在她研究生第三年时突发直肠癌。Bertozzi作为学生，发挥了出色的科研能力，在其他老师的帮助下，指导大家做科研，并且做出了开创性工作。

Bertozzi也十分热爱音乐，她的办公室常年放着一把吉他。

林世贤：Sharpless用一只眼睛做出了两次问鼎诺奖的成果。上世纪70年代，Sharpless在麻省理工学院工作，其间他在检查一个学生做的实验时，该生的核磁管封装出现问题，发生了爆炸。玻璃碎片粉碎了他一只眼睛的角膜，导致其此后的科学生涯基本上只能用一只眼睛工作。

Sharpless所在的斯克利普斯研究所是全球化学生物学研究的大本营之一，有很多优秀的科学家。Sharpless本人也培养了非常多的化学生物学研究者。国内也有他手把手教出来的学生，他本人跟中科院上海有机化学所有非常长时间的合作。疫情期间，他还不远万里到中国履行兼聘教授的职责。其中可见他的科学情怀以及对中国有机化学、化学生物学研究事业的支持，所以他是一位非常令人敬仰的科学家。

《中国科学报》：你如何看待目前这个领域的研究进展?

陈鹏：生物正交反应的提出到现在也快20年了，它不断激励着化学家们在这个领域做出新的研究成果。目前，国际上进展非常快，2020年，利用生物正交反应研制的药物第一次进入临床试验。我相信这对今天3位科学家获得诺贝尔化学奖还是有一定助推作用的，因为大家看到了它的一些实际应用，很可能真正对人类健康产生贡献和突破。

《中国科学报》：未来的潜在应用空间如何?

陈鹏：点击化学和生物正交化学正被越来越多用于生命科学和医学研究。未来与生命健康相结合的点主要有两块，即疾病的诊和疗。在治疗方面，点击化学非常广泛地应用于药物偶联，比如把几个药物分子或者抗体等生物大分子像用胶水粘贴一样高效地连接在一起;另外一方面，新近发展起来的生物正交“剪切”反应，则可以用于发展“前药”，用于肿瘤原位的药物激活。在诊断方面，也有很多比较前沿的技术需要用到生物正交反应，比如核酸的测序和检测。

林世贤：今年的诺奖成果是化学科学工作者主动拥抱生命科学、迎接生命科学领域的挑战，提出的新的化学反应和理论。这个理论大厦才刚刚建立起来，应用才刚刚开始。从理论上说，点击化学和生物正交反应可以带来非常广阔的应用空间，也给化学家精准、特异地干预生命体系提供非常独特的技术手段和一系列工具。