淺析2022年諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)

○趙俊環(huán)

2022 年10 月3 日至10 日，諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的獲獎(jiǎng)名單陸續(xù)頒布：美國(guó)科學(xué)家卡羅琳·貝爾托齊（Carolyn R. Bertozzi）、丹麥科學(xué)家莫滕·梅爾達(dá)爾（Morten Meldal）和美國(guó)科學(xué)家卡爾·巴里·沙普利斯（K.Barry Sharpless）獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；法國(guó)科學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國(guó)理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser）和奧地利物理學(xué)家安東·塞林格（Anton Zeilinger）獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·佩博（Svante P??bo）獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)關(guān)鍵詞：點(diǎn)擊化學(xué)、生物正交反應(yīng)

今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主沙普利斯和梅爾達(dá)爾為一種功能形式的化學(xué)——點(diǎn)擊化學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在這種化學(xué)中，分子構(gòu)建塊快速而有效地結(jié)合在一起。而另一位獲獎(jiǎng)?wù)哓悹柾旋R則將點(diǎn)擊化學(xué)帶入了一個(gè)新的維度，并開(kāi)始將其應(yīng)用于生物體中。

沙普利斯教授因在不對(duì)稱催化合成反應(yīng)研究方面作出的杰出貢獻(xiàn)，而榮獲2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此次再度獲獎(jiǎng)使他成為21 世紀(jì)第一位“兩屆諾獎(jiǎng)得主”。也正是在2001 年的頒獎(jiǎng)會(huì)上，沙普利斯一反慣例沒(méi)有說(shuō)自己的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“不對(duì)稱有機(jī)催化”，而是首次提到了自己接下來(lái)科研的重點(diǎn)“點(diǎn)擊化學(xué)”。

點(diǎn)擊化學(xué)屬于基本化學(xué)反應(yīng)類型中的化合反應(yīng)這一大類。點(diǎn)擊化學(xué)來(lái)源于科學(xué)家對(duì)自然界中天然產(chǎn)物和生命體活動(dòng)及生物合成途徑的觀察與研究。蛋白質(zhì)是有機(jī)大分子，是組成人體一切細(xì)胞、組織的重要成分，是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)、主要承擔(dān)者。機(jī)體所有重要的組成部分與生命現(xiàn)象都需要蛋白質(zhì)的參與?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。雖然蛋白質(zhì)的種類很多，性質(zhì)、功能各異，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但都是憑借僅20 多種氨基酸按不同比例組合而成的。點(diǎn)擊化學(xué)也是如此，通過(guò)小單元的拼接，來(lái)快速可靠地完成形形色色分子的化學(xué)合成。通俗地說(shuō)，就像是兩塊樂(lè)高拼接在一起，A+B 形成AB 這樣快速可靠地完成形形色色分子的化學(xué)合成。它尤其強(qiáng)調(diào)開(kāi)辟以碳-雜原子鍵（C-X-C）合成為基礎(chǔ)的組合化學(xué)新方法，并借助這些反應(yīng)（點(diǎn)擊反應(yīng)）來(lái)簡(jiǎn)單、高效地獲得分子多樣性。因此，點(diǎn)擊化學(xué)又被譯為鏈接化學(xué)、速配接合組合式化學(xué)，還有人形象地稱它為“咔噠化學(xué)”，就像是兩樣?xùn)|西拼接在一起的聲音一樣簡(jiǎn)單。

雖然點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)單到似乎“高中生都能做”，但它極大影響了其他的科學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)成為最有用和吸引人的合成理念之一，具有很重要的意義。沙普利斯之所以能夠在諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選中“梅開(kāi)二度”，很大程度上是因?yàn)樗难芯恳呀?jīng)滲透到生命科學(xué)、材料科學(xué)等眾多領(lǐng)域。

梅爾達(dá)爾因?yàn)榕c沙普利斯各自獨(dú)立報(bào)告了點(diǎn)擊化學(xué)的代表反應(yīng)：銅催化疊氮-炔烴環(huán)加成反應(yīng)而榮獲今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這是一種精致而高效的化學(xué)反應(yīng)。

點(diǎn)擊化學(xué)對(duì)化學(xué)合成領(lǐng)域有很大的貢獻(xiàn)，目前已被廣泛應(yīng)用在藥物開(kāi)發(fā)、繪制DNA 圖譜和制造更匹配目的材料和生物醫(yī)用材料等諸多領(lǐng)域中。

作為今年諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)唯一的女性獲獎(jiǎng)?wù)?，卡羅琳·貝爾托齊也以斯坦福大學(xué)教授、搖滾樂(lè)隊(duì)的成員、街頭籃球和足球的業(yè)余玩家等多重身份成為了科學(xué)界的“跨界明星”。

點(diǎn)擊化學(xué)為生物正交反應(yīng)提供了一個(gè)原型藍(lán)本。為了在細(xì)胞表面繪制重要但難以捉摸的生物分子——聚糖，貝爾托齊將點(diǎn)擊化學(xué)提升到了一個(gè)新的維度，研發(fā)了能在生物體內(nèi)使用的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，即生物正交反應(yīng)。所謂生物正交反應(yīng)，可以理解為在不影響生物體的前提下（與生物體內(nèi)原有的化學(xué)反應(yīng)“正交”），在生物體中進(jìn)行的高選擇性化學(xué)反應(yīng)。既要盡量減少對(duì)原始生物體的影響，還要保證化學(xué)惰性，不會(huì)與生物體內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)發(fā)生副作用。此外，反應(yīng)要適應(yīng)生物體所需，在室溫條件、酸堿適合的液相環(huán)境中快速發(fā)生。

點(diǎn)擊化學(xué)和生物正交反應(yīng)在生命科學(xué)研究、醫(yī)藥研發(fā)、臨床診療等多個(gè)領(lǐng)域均展示出了廣闊的應(yīng)用前景，勢(shì)必為人類帶來(lái)更大的利益。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)關(guān)鍵詞：量子糾纏

量子這個(gè)概念最早是在1900 年由M·普朗克提出的。量子糾纏，又稱量子纏結(jié)，是一種量子力學(xué)現(xiàn)象。自上世紀(jì)20 年代以來(lái)，量子力學(xué)成為整個(gè)微觀物理學(xué)的基本理論框架，并且取得了巨大的成功。

阿蘭·阿斯佩、約翰·弗朗西斯·克勞澤和安東·塞林格這三位科學(xué)家使用糾纏量子態(tài)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)。在糾纏量子態(tài)中，即使兩個(gè)粒子分離，它們也表現(xiàn)得像一個(gè)單獨(dú)的單元。他們的研究結(jié)果為基于量子信息的新技術(shù)掃清了道路。瑞典皇家科學(xué)院表示，他們的工作為量子技術(shù)的新時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。

量子糾纏技術(shù)是安全地傳輸信息的加密技術(shù)，與超光速傳遞信息相關(guān)。即使兩個(gè)物體并沒(méi)有物理連接，甚至它們之間的距離如宇宙長(zhǎng)度般遙遠(yuǎn)，也能同時(shí)相互產(chǎn)生影響。

“越來(lái)越明顯的是，一種新的量子技術(shù)正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎(jiǎng)?wù)邔?duì)糾纏態(tài)的研究非常重要，甚至超越了解釋量子力學(xué)的基本問(wèn)題?！敝Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)委員會(huì)主席安德斯·伊爾貝克這樣評(píng)價(jià)今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。

經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，人類進(jìn)入了量子時(shí)代。越來(lái)越多的人投入到了量子力學(xué)的應(yīng)用研究中，基于量子規(guī)律的新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。這些量子技術(shù)深深地改變了我們的生活，其中最引人注目的成就就是激光技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。

諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)關(guān)鍵詞：古人類基因組

一直以來(lái)，科學(xué)家們都在致力于對(duì)古人類的研究，以探尋人類的起源以及與眾不同的原因等。但是，由于數(shù)萬(wàn)年來(lái)DNA的降解以及微生物和當(dāng)代人類的污染所帶來(lái)的極端技術(shù)挑戰(zhàn)，長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)已滅絕的古人類DNA 的分析是否可行一直是個(gè)疑問(wèn)。而如今，這個(gè)看似不可能的任務(wù)被瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·佩博解決了。

斯萬(wàn)特·佩博是著名生物學(xué)家、進(jìn)化遺傳學(xué)權(quán)威，并由他建立了一門全新的科學(xué)學(xué)科——古基因組學(xué)。他從化石中提取古人類基因，經(jīng)過(guò)測(cè)序繪制了尼安德特人基因組草圖，分析了所有現(xiàn)代人類和已滅絕人種的基因差異。通過(guò)揭示將所有現(xiàn)存的人類與已滅絕的人類區(qū)分開(kāi)來(lái)的遺傳差異，他的發(fā)現(xiàn)為探索是什么使我們成為獨(dú)特的人類奠定了基礎(chǔ)。

幾十年來(lái)，佩博一直在開(kāi)發(fā)研究尼安德特人DNA 的方法。佩博和他的團(tuán)隊(duì)不斷改進(jìn)從古骨遺骸中分離和分析DNA 的方法。通過(guò)新技術(shù)的加持，以及與幾位具有群體遺傳學(xué)和高級(jí)序列分析專業(yè)知識(shí)的關(guān)鍵合作者的努力，佩博最終完成了看似不可能的任務(wù)，并在2010 年發(fā)表了第一個(gè)尼安德特人基因組序列。佩博和他的同事現(xiàn)在可以調(diào)查尼安德特人與來(lái)自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人類之間的關(guān)系。

20 世紀(jì)90 年代，憑借他精巧的方法，佩博還獲得了一個(gè)更為轟動(dòng)性的成就——通過(guò)一塊4 萬(wàn)年前的小指骨標(biāo)本測(cè)序了一個(gè)線粒體DNA 區(qū)域，并通過(guò)檢索到的基因組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一種已滅絕的古人類Denisova。這是人類第一次獲得了來(lái)自已滅絕親屬的序列。

斯萬(wàn)特·佩博對(duì)人類的知識(shí)貢獻(xiàn)是巨大的。他最大的貢獻(xiàn)是對(duì)古人類學(xué)、考古學(xué)的研究，開(kāi)啟了革命性變革，僅用短短十幾年，就讓古DNA 研究迎來(lái)了一個(gè)巔峰。他的發(fā)現(xiàn)提供了有關(guān)智人從非洲遷移到世界其他地方時(shí)世界人口分布情況的重要信息，使我們對(duì)人類的進(jìn)化史有了新的認(rèn)識(shí)。他的研究涉及古疾病，比如控制疾病基因及其機(jī)制。