从丙型肝炎病毒的发现，到破解生命密码的“基因剪刀”，再至浩瀚宇宙中“最黑暗角落秘密”的探索……无论是微观世界或是宏观视野下的科学研究，总在不断带给我们惊喜与憧憬。漫步科学瀚海，科学家们一次次的发现，正成为构筑人类福祉的基石，也是我们探索未来的一道光亮。

本周，2020年诺贝尔生理学或医学奖、诺贝尔物理学奖和诺贝尔化学奖等陆续揭晓。这些奖项，凝聚着各国科学家的科研智慧。

科研发现曾经历过怎样的过程？这些科研成果又有着多少值得期待的未来前景呢？记者先后采访了几位医学、天文学及生物学领域的专家，为我们一一揭开今年诺贝尔奖的神秘面纱。

诺贝尔生理学或医学奖

“追根溯源”才能战胜丙肝

美国病毒学家哈维·奥尔特、英国生物化学家迈克尔·霍顿以及美国病毒学家查尔斯·莱斯，因“发现丙型肝炎病毒”，在控制血源性肝炎、减少肝硬化和肝癌上做出的重大贡献，分享了今年的诺贝尔生理学或医学奖。

诺贝尔奖获得者对于丙型肝炎病毒的发现，使得针对该病毒的高度灵敏的血液检测现在已经投入使用，这基本上消除了世界上许多地区的输血后肝炎，极大改善了全球健康状况。

“控制一种传染病，首先要找到病原，其次找到检测它的方法，再开发治疗它的药物。丙肝目前是一种可防可控可治的疾病。”浙江大学医学院附属邵逸夫医院肝病感染科主任吕芳芳说，丙肝病毒是RNA病毒，相较于DNA病毒来说，非常不容易被检测到。目前没有丙肝疫苗，但丙肝是可以治愈的，这都要归结于这三位科学家的“发现”之功。

肝炎的发生，最早可追溯到公元前，那时它被称为“流行性黄疸”。但人们对于肝炎的研究和治疗，直到20世纪才有所进展。1947年，一名英国肝脏病专家通过分析得出：至少存在两类肝炎。一类经由粪便传播，称为A型肝炎，也就是甲肝；另一类通过血液传播，称为B型肝炎，也就是乙肝。

这两种肝炎病毒，在上世纪八十年代之前就已被成功发现，疫苗也被研发出来。“甲肝属于急性的病毒性肝炎，可以通过消化道传播。一般只需护肝治疗，相对来说，诊断治疗的难度不大。乙肝已经有疫苗可以预防感染，也可以用抗病毒药物阻止疾病的进展，但已经感染乙肝的人目前还是非常难治愈的。”吕芳芳说。

但哈维·奥尔特发现，存在第三种肝炎病毒，一些慢性肝炎患者的血液可以将某种病毒传染给黑猩猩，而黑猩猩是除了人类之外唯一的易感宿主。最开始，这种未知病毒引发的肝炎，被称为非甲非乙型肝炎。后来，迈克尔·霍顿采用分子克隆的方法，发现了一种新型病毒，这种病毒被奥尔特的团队证实，存在于非甲非乙型肝炎患者的血液样品中。1989年，霍顿的小组正式鉴定出这种新型病毒，并更名为丙型肝炎病毒（HCV）。查尔斯·莱斯则通过基因工程，制造出丙型肝炎病毒的RNA变异体。将这种RNA注入黑猩猩的肝脏后，莱斯证明了，仅丙型肝炎病毒本身就可引发疾病。

吕芳芳告诉记者，在临床实践中，通过小分子的口服抗病毒药物，丙肝的治愈率可以达到95%以上。丙肝的主要治疗药物也已经进入医保。但是，公众缺乏对丙肝了解和主动筛查的意识，让这种本可被治愈的疾病，不能及时发现和控制。2017年发布的《世界卫生组织全球肝炎报告》显示，只有不到20%的乙型肝炎或丙型肝炎得到了充分的诊断。

由于丙肝比乙肝更加隐秘，它的症状也更加不典型。“许多病人到了肝硬化阶段，才发现自己患有丙肝。丙肝通过血液传播，不洁的注射或者没有经过消毒的纹身、拔牙等，都有患病的风险”。吕芳芳说，在邵逸夫医院，有非常严密的流程为患者提供丙肝的诊断和治疗。如住院患者的术前检查项目提示丙肝抗体阳性，系统会立即弹出提示框，建议医师进一步检查丙肝核酸或请感染科会诊，一旦丙肝核酸阳性，感染科就会介入制定抗丙肝病毒的治疗方案。“普通人一生当中，都应该进行一次丙肝抗体和乙肝两对半的检测。”吕芳芳说。

由此看来，为了实现根除丙肝的目标，还有更多细节尚需国际社会共同努力，从而促进在全球范围内提供血液检测和抗病毒药物。

诺贝尔物理学奖

揭开黑洞的层层面纱

英国数学物理学家罗杰·彭罗斯、德国天体物理学家莱因哈德·根泽尔和美国天文学家安德里亚·格兹，分享了今年的诺贝尔物理学家，获奖原因是他们发现了黑洞的秘密。

他们的这些发现被评价为揭示了“宇宙中最黑暗角落的秘密”。

黑洞是广义相对论所预言的一种致密天体，有着超强引力场。它一般是由大质量的恒星塌缩所形成。它有一个表面，也就是通常所说的视界面。任何物质进入到了这个视界面，包括光，都会受到黑洞引力的影响而无法逃脱。

其实，黑洞理论刚提出时，包括爱因斯坦本人都不相信黑洞真的存在。毕竟，那时候“黑洞”对于众人而言，只是方程中的一个解。1965年1月，在爱因斯坦去世十年后，罗杰·彭罗斯用巧妙的数学方法，证明了黑洞真的可以形成，并对其进行了详细的描述：黑洞的核心隐藏着一个奇点，在这个奇点中，所有已知的自然法则都不再成立。他的这篇开创性的文章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。

“彭罗斯的研究证明了广义相对论中的奇点定理，即恒星在不断塌缩的过程中形成黑洞，其中所有的物质也不断流向奇点，在奇点处物质的密度被认为是无穷大的。”浙江工业大学理学院理论物理与宇宙学研究所教授朱涛说，天文观测已证明了黑洞的存在，而彭罗斯的研究则解答了黑洞是如何形成的这一问题。

此次诺贝尔物理学奖的另两位获奖者根泽尔和格兹，则是利用世界上最大的望远镜，找到了透过星际气体和尘埃的巨大云层观察银河系中心的方法。他们挑战技术极限，改进新技术以减少地球大气层造成的干扰，研制、配备独特的仪器，并致力于长期研究。他们的开创性工作为我们提供了迄今为止最令人信服的证据，证明银河系中心存在一个超大质量黑洞。

相信很多人会问：既然黑洞“看不见”“摸不着”，科学家平时又是如何来描述黑洞这个神秘又特别的天体的呢？“质量、角动量和电荷是描述黑洞的三个量，抓住了黑洞的这‘三根毛’，也就抓住了黑洞的特质。”朱涛说。像去年4月发布的首张黑洞照片，展示的就是位于M87星系中心的超大质量黑洞，质量高达65亿倍太阳质量。

对于浩渺的宇宙，抑或是无声流淌却又稍纵即逝的时间，古往今来，人们都有着无限的遐想与好奇。广义相对论认为，引力场越强，时间就走得越慢。因此，凭借着强大的引力场，黑洞是可以让时间静止的。“在黑洞附近的人不会感受到时间流动的异样，但在黑洞外的人看来，那里的时间却是静止不动的。”朱涛说。由此看来，时间在黑洞面前，要实现“洞中一日，洞外数年”的目标，便并非一句玩笑话了。

事实上，无论是狭义相对论，还是广义相对论，它们所预言的时间膨胀效应都已经被实验所证实，并得到了实际应用。如导航卫星在太空中环绕地球飞行，一方面，它们的速度很快，时间过得比较慢。另一方面，它们距离地心更远，受到的地心引力更弱，时间过得更快。因此导航卫星上的时间过得比地表上快一些。虽然每天只有几十微秒的差距，但累积的定位误差可以达到10公里。因此，为了精确定位，导航卫星是需要消除这种时间收缩或膨胀的相对论效应的。

近年来，黑洞成为天文物理学领域研究的一块热土。“黑洞是大质量恒星演化的最终宿命，黑洞研究有助于人类了解天体演化规律；同时，黑洞也是检验广义相对论的一种重要途径。”朱涛说。正因如此，于天文学家而言，重重面纱之下的黑洞，散发着巨大魅力。

浩渺宇宙，长河光阴。未来，关于黑洞，尚有着太多未知留待探索。正如当日颁奖现场物理学委员会负责人所说，今年获奖者的发现是新的冒险的开始，未来，自然将带给我们更多新的惊喜。

诺贝尔化学奖

“基因剪刀”如何

剪开生命密码？

2020年诺贝尔化学奖花落埃马纽埃尔·卡彭蒂耶和詹妮弗·杜德纳，以表彰她们“在基因编辑技术方面的贡献”。埃马纽埃尔·卡彭蒂耶是法国科学家，就职于德国柏林马克斯·普朗克病原学研究室；詹妮弗·杜德纳是美国生物学家，加州大学伯克利分校的化学和分子生物学与细胞生物学教授。

诺贝尔化学委员会主席席克拉斯·古斯塔夫松评价说，卡彭蒂耶和杜德纳在2012年发现的CRISPR / Cas9“基因剪刀”，拥有强大的功能，可以影响所有人。它不仅使基础科学研究发生革命性变化，也带来了创新的转化成果，并有望实现开创性的新型医疗方法。

CRISPR / Cas9为什么会被称为“基因剪刀”？“基因剪刀”是怎么工作的？我们是否可以像做手工一样完美剪出符合人类进步要求的产物？为此，记者采访了浙江大学生命科学院院长彭金荣和浙江大学医学院研究员张进。

CRISPR/Cas9是一种由RNA指导的，利用Cas9核酸酶对靶向基因进行编辑的技术。CRISPR本质是基因组DNA上的一段特殊序列。它广泛存在于原核生物基因组中，是细菌和古细菌为应对病毒不断攻击而演化来的获得性免疫防御机制。而Cas9则是CRISPR相关核酸酶。

正如医生可以用手术剪帮病人缝合创口，CRISPR/Cas9就是科学家手中的手术剪，可以极为精确地帮助科学家改变动物、植物和微生物的基因。天然的CRISPR作为医院的数据库，储存了各种病毒的DNA片段，平时通过一些重复出现的DNA片段分区划片，按类将它们整理在一起。

DNA被剪断后会重新连接，但在这过程中很容易丢三落四。失去零件的基因就会失去原来的功能，而如果提供一个新模板，基因就会根据这个模板进行修复，根据这个原理，科学家们可以通过剪断或是拼接DNA片段来达成删除或添加基因的目的。

卡彭蒂耶和杜德纳选用了CRISPR/Cas9这把特殊的剪刀。她们通过纯化Cas9的方法，发现它是双RNA引导的DNA内切酶，在解释了细菌如何利用CRISPR防御病毒的同时，首次证明了CRISPR/Cas9可以进行基因编辑。“从第一次发现CRISPR序列到它正式成为一种基因编辑工具，我们等待了20多年。这项技术可以在任何预定位置剪掉一段DNA序列，并且可以用另外一段序列替换，因此打开了基因编辑技术在生命科学领域应用的全新局面。”张进说。

与过往的技术相比，CRISPR/Cas9具有成本低、制作便捷高效的特点，自问世以来，颇受业界青睐。据英国《每日邮报》统计，截至2018年全球范围内已有大约2700项使用CRISPR工具的临床试验正在进行或者得到批准，在诸如癌症、器官移植、遗传病治疗上取得了一些突破。

近年来，基因编辑技术飞速发展，基因组的编辑因其难以逆转和可实现代际遗传的特质，其涉及的诸多伦理和安全问题，一直是大众关注的热点。

张进认为，基因编辑只能应用于体细胞，在人类生殖细胞或者胚胎上应用有悖于科学伦理。“编辑后的基因不会消失，反而会继续遗传给下一代，从而随着时间推移在族群中不断扩散。至少在几代人的实验中，我们无法确定，这个编辑后的基因以及编辑过程中潜在的脱靶，是否会给携带人的后代带来不利影响。”彭金荣说。

在烟波浩渺的生命科学海洋，如今的发现仍然只是沧海一粟。基因技术之中的一系列问题，还有待全社会共同寻找答案。