2026年诺贝尔奖季于10月5日至12日陆续揭晓。从大脑深处的“光控开关”,到南极冰层下的“幽灵粒子”捕手,再到分子世界的“左右手”之谜,三大科学奖项分别指向了截然不同尺度的前沿探索。
生理学或医学奖:用光“开关”大脑
当地时间10月5日,瑞典卡罗琳医学院宣布,将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家卡尔·戴塞罗思、德国科学家彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔,以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。
这项技术的起点,是一种名为“衣藻”的单细胞绿藻。20世纪90年代初,黑格曼在研究这种微小生物时发现,光到达它的感光部位“眼点”后仅约半毫秒就出现了电信号。他大胆推测:接收光和让带电离子通过的装置,可能藏在同一个蛋白质里,如同细胞表面有一扇“见光就开”的小门。
经历多年挫折后,黑格曼团队找到了两个候选基因,并联系同行内格尔进行功能验证。内格尔让蛙的卵细胞大量合成这两种蛋白质,结果证实——它们就是能被光打开的离子通道,被命名为“通道视紫红质-1”和“通道视紫红质-2”。更关键的是,把其中一种蛋白质的编码基因导入哺乳动物细胞后,这些细胞也获得了对光产生电反应的能力。绿藻的感光本领,原来可以“借”给其他动物细胞。
戴塞罗思随后完成了决定性的“移植”工作。他将通道视紫红质基因导入大鼠神经细胞,通过蓝光照射成功触发神经信号,实现了以毫秒级精度用光控制神经细胞活动。2005年,他发表了这一研究成果,并在两年后进一步实现在活体小鼠大脑中利用光控制神经细胞。
诺贝尔生理学或医学奖评委潘嫱表示,光遗传学为研究大脑功能提供了重要工具,也展现出临床应用潜力。研究人员已尝试利用这一技术帮助某些视网膜疾病患者恢复部分视觉功能,并用其研究抑郁症、阿尔茨海默病和疼痛等疾病背后的神经机制。三名科学家将均分1200万瑞典克朗(约合801万元人民币)奖金。
物理学奖:把南极冰变成“宇宙望远镜”
10月6日,瑞典皇家科学院宣布,将2026年诺贝尔物理学奖授予科学家弗朗西斯·哈尔岑,以表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献以及发现具有天体物理起源的高能中微子。
中微子几乎无处不在,它们能够穿过地球和人体,却极难被察觉。只有在极少数情况下,单个中微子会与原子核发生相互作用,从而留下可被探测的信号。
1988年,哈尔岑首次提出利用南极冰层探测中微子的设想。当中微子与原子核发生碰撞时,会产生能够被透明冰层中的传感器捕捉到的光信号。南极冰层所受外界干扰较少,且地质条件稳定,为中微子探测提供了良好环境。科普中国的一篇解读中,专家用了一个形象的比喻:“科学家在南极冰层里钻很深的孔,然后在这些深孔里放上光电倍增管,就像糖葫芦一样,将一个个山楂串起来,这一个冰层内就形成‘多串糖葫芦’。”
在哈尔岑推动下,冰立方中微子天文台于2011年建成。该天文台利用约1立方千米体积的南极冰体,在其中部署了5160个光学传感器,分布于86条电缆之上。2013年,冰立方首次宣布发现来自宇宙的高能中微子,被《物理世界》杂志评为年度突破;2017年,冰立方捕获一个超高能中微子,回溯定位到遥远耀变体TXS 0506+056,这是人类第一次锁定高能宇宙中微子的源头。
诺贝尔物理学委员会主席马克·皮尔斯评价说,哈尔岑带领一支国际科研和工程团队设计和建造了这一重要观测设施,“他的坚韧和科学远见为一种新的天文学铺平了道路”。哈尔岑1944年出生于比利时,目前任职于美国威斯康星大学麦迪逊分校。他将独享1200万瑞典克朗的奖金。
化学奖:解开分子“左右手”的百年谜题
10月7日,瑞典皇家科学院宣布,将2026年诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·B·卡甘和日本科学家硖合宪三,以表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。
氨基酸等一些分子存在两种互为镜像的异构体,如同人的左右手,彼此互为镜像却无法完全重合。尽管氨基酸可以存在两种镜像形式,但通常只有其中一种存在于细胞的蛋白质中,另一种在自然界中极为罕见。化学家将这种生命体系中只存在手性分子一种镜像形式的现象称为“同手性”,长期以来其成因是一大谜题。
实验室的化学反应通常会生成比例相同的两种镜像分子。如何使反应更多生成乃至最终只生成一种镜像形式分子,成为化学家长期研究的问题。这对药物研发尤为重要,因为互为镜像的分子与人体发生作用时,可能产生完全不同效果。
1986年,卡甘发现了不对称化学反应中的非线性效应,即在化学反应的产物中使一种镜像形式的分子占更大比例。硖合宪三进一步发现了不对称自催化现象,即反应生成的产物能够作为催化剂,促使更多具有相同手性的产物生成。诺贝尔化学委员会主席海纳·林克评价说,两位获奖科学家为“同手性如何能够自发产生”这一困扰化学界的谜题提供了解答,“令人叹为观止”。
诺贝尔化学委员会委员邹晓冬表示,药物分子的不同手性形式可能对人体产生不同作用,因此精准制备单一手性分子十分重要,两位获奖者的研究成果如今已广泛应用于有机合成和制药领域。卡甘1930年出生于法国,为原巴黎南大学名誉教授。硖合宪三1950年出生于日本,为东京理科大学名誉教授。两名获奖者将平分1200万瑞典克朗(约合802万元人民币)的奖金。
