2018年11月，在美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心（Ames Research Center）舉行的頒獎(jiǎng)典禮上，露皮塔·尼永奧和馬克·扎克伯格為2019年生命科學(xué)突破獎(jiǎng)得主莊曉薇頒獎(jiǎng)，并聆聽(tīng)了她的獲獎(jiǎng)感言。
攝影： STEVE JENNINGS, GETTY IMAGES FOR BREAKTHROUGH PRIZE
人類的第一張超大質(zhì)量黑洞圖片，一種會(huì)導(dǎo)致破壞性神經(jīng)退行性疾病的蛋白質(zhì)，以及告訴大腦我們正處于痛苦中的神經(jīng)路徑在眾多科學(xué)發(fā)現(xiàn)中脫穎而出，獲得了今年的突破獎(jiǎng)。
突破獎(jiǎng)每個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)的獎(jiǎng)金為300萬(wàn)美元，在眾多科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)中堪稱翹楚。該獎(jiǎng)由包括尤里·米爾納(Yuri Milner)和馬克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)在內(nèi)的硅谷巨頭資助，旨在表彰生命科學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的前沿成就。與其他一些著名的科學(xué)獎(jiǎng)不同的是，對(duì)于突破獎(jiǎng)評(píng)審團(tuán)來(lái)說(shuō)，他們更傾向于將獎(jiǎng)項(xiàng)頒給團(tuán)隊(duì)而不是少數(shù)被選中的個(gè)體。
例如，今年的突破獎(jiǎng)基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)被授予了視界望遠(yuǎn)鏡合作組織（Event Horizon Telescope team）的347名成員，他們的目標(biāo)是拍下位于梅西耶87星系（the galaxy Messier 87）中心的巨大黑洞圖像。該團(tuán)隊(duì)規(guī)模龐大，由于需要做好保密工作，直到今天，團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)的情況只有一人知曉。
哈佛-史密森天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Shep Doeleman表示:“我真的迫不及待地想告訴他們。”
今年的突破獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)還包括4個(gè)生命科學(xué)獎(jiǎng)、超重力發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)物理學(xué)特別獎(jiǎng)、一個(gè)數(shù)學(xué)獎(jiǎng)，以及6個(gè)新視野獎(jiǎng)（獎(jiǎng)金10萬(wàn)美元），頒發(fā)給處于職業(yè)早期階段的科學(xué)家，以表彰他們?cè)诨A(chǔ)物理和數(shù)學(xué)領(lǐng)域所取得的成就。獲獎(jiǎng)?wù)邔⒓?1月3日在美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)舉行的頒獎(jiǎng)典禮，國(guó)家地理頻道(National Geographic)會(huì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播。
黑洞的樂(lè)趣
梅西耶87星系中心的黑洞質(zhì)量相當(dāng)于65億個(gè)太陽(yáng)，是銀河系附近最大的黑洞之一，因而成為了視界望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)的完美拍攝目標(biāo)。
2017年4月，科學(xué)家們將世界各地的6個(gè)天文臺(tái)連接起來(lái)，天文臺(tái)里共8臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡通過(guò)原子鐘網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)同步，從而組成了尺寸與地球相當(dāng)?shù)奶摂M望遠(yuǎn)鏡。然后，他們將其對(duì)準(zhǔn)了梅西耶87星系，希望捕捉到一幅翻騰的無(wú)底洞似的彎曲時(shí)空的圖像，沒(méi)有什么能從黑洞逃脫，哪怕是光線。
今年早些時(shí)候，該團(tuán)隊(duì)公布了這張照片:一個(gè)巨大的黑洞，周圍環(huán)繞著一圈旋轉(zhuǎn)的火環(huán)一樣的物質(zhì)。
“做好這個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵在于接受風(fēng)險(xiǎn)，遇到挫折時(shí)堅(jiān)持下去，讓視界望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)相信我們，要做一些他們沒(méi)有資金做或沒(méi)計(jì)劃做的事情，”Doeleman說(shuō)道。這項(xiàng)工作需要整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力，從資深科學(xué)家到職業(yè)早期階段的研究人員。
現(xiàn)在，研究小組正致力于構(gòu)建一個(gè)類似的超大質(zhì)量黑洞圖像，該黑洞離地球最近，被稱為人馬座a *（Sagittarius A*），它正在我們銀河系的中心不斷旋轉(zhuǎn)。他們還在制作這兩只“宇宙巨獸”的視頻。
“現(xiàn)在，我們大部分的注意力都集中在第一個(gè)黑洞實(shí)時(shí)視頻的制作上，觀看它吸收，觀看它發(fā)射這些噴射物，用圍繞黑洞的物質(zhì)軌道而不是光彎曲來(lái)測(cè)試愛(ài)因斯坦的理論，”Doeleman說(shuō)道?！斑@是一種研究時(shí)空的全新方法?！?/p>
加州大學(xué)舊金山分校的生理學(xué)家David Julius因發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生痛覺(jué)的細(xì)胞信號(hào)機(jī)制而被授予突破獎(jiǎng)。
我們身體里的感覺(jué)神經(jīng)元對(duì)熱、冷、機(jī)械感覺(jué)和其他刺激都有反應(yīng)。當(dāng)我們有受傷的危險(xiǎn)時(shí)，這些神經(jīng)細(xì)胞就會(huì)發(fā)出警告信號(hào)，或者當(dāng)損傷發(fā)生時(shí)，它們會(huì)在我們的神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞疼痛感。在這個(gè)過(guò)程中，信號(hào)觸發(fā)神經(jīng)元表面的特定受體，然后傳遞信息。這些受體對(duì)感知疼痛至關(guān)重要，弄清它們的工作原理是開(kāi)發(fā)炎癥和慢性疼痛治療方法的重要一步。
Julius決定弄清楚辣椒素是如何引起痛苦的灼燒感的。他和同事確定了TRPV1受體，然后意識(shí)到它的主要進(jìn)化目的是感知熱量。
“從精神物理學(xué)反應(yīng)來(lái)看，這有點(diǎn)驚人——回想起來(lái)，也許不足為奇，” Julius說(shuō)道。“我們根據(jù)這種受體對(duì)辣椒素的應(yīng)答能力來(lái)識(shí)別它，但為什么我們會(huì)有這種受體呢?它對(duì)熱量有反應(yīng)，它參與了我們感知熱的能力?！?/p>
換句話說(shuō)，辣椒會(huì)刺激已經(jīng)存在的感受器發(fā)出強(qiáng)烈的“別吃我”信息，這在大部分情況下是有效的——除非你是一個(gè)嗜辣的人。
最近， Julius和同事發(fā)現(xiàn)薄荷腦的降溫作用(薄荷腦觸發(fā)TRPM8受體，通常對(duì)寒冷有反應(yīng))以及芥末引發(fā)的感覺(jué)(其受體TRPA1，通常對(duì)化學(xué)刺激物有反應(yīng))背后都有著類似的機(jī)制。研究小組目前正在設(shè)計(jì)一種藥物，使其既能改變受體活性，又能在不喪失所有感覺(jué)能力的情況下抑制痛覺(jué)。
這時(shí)，輪到狼蛛登場(chǎng)了。在研究辣椒素受體的復(fù)雜性時(shí)， Julius想要找到能夠與辣椒素受體緊密結(jié)合的分子，然后用這些化合物作為向?qū)?，找到潛在的治療靶點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一番研究，他在亞洲地老虎蜘蛛（Earth Tiger tarantula）的毒液中發(fā)現(xiàn)了一種能夠與TRPV1受體結(jié)合的成分。
“這種毒素會(huì)找到微小的角落和縫隙，然后鉆進(jìn)去，阻止受體關(guān)閉……如果沒(méi)有這種毒素，我們可能會(huì)獲得一些有關(guān)受體結(jié)構(gòu)的信息，但我們無(wú)法真正看到它，”Julius說(shuō)道。
“我們?cè)谧匀唤缰邪l(fā)現(xiàn)的毒素非常有用。這些動(dòng)物擁有數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，進(jìn)化出了能夠有效攻擊目標(biāo)的毒液?！?/p>
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2020年突破獎(jiǎng)——基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)
視界望遠(yuǎn)鏡合作組織（EHT）?
合作組織負(fù)責(zé)人Shep Doeleman將作為代表參加頒獎(jiǎng)典禮。347名科學(xué)家將平分300萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金，他們將共同撰寫(xiě)了EHT于2019年4月10日發(fā)表的六篇論文。
獲獎(jiǎng)理由：EHT構(gòu)建的地球等大的望遠(yuǎn)鏡陣列，為人類拍下了首張超大質(zhì)量黑洞照片。
2020年突破獎(jiǎng)——數(shù)學(xué)獎(jiǎng)
Alex Eskin，芝加哥大學(xué)
獲獎(jiǎng)理由：在阿貝爾微分模空間的動(dòng)力學(xué)和幾何學(xué)上取得了革命性突破，包括與Maryam Mirzakhani共同證明了“魔杖定理”（magic wand theorem）。
2020年突破獎(jiǎng)——生命科學(xué)獎(jiǎng)
Jeffrey M. Friedman，洛克菲勒大學(xué)及霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所
獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)了一種新的內(nèi)分泌系統(tǒng)，脂肪組織可以通過(guò)該系統(tǒng)向大腦傳輸信號(hào)，以此調(diào)控食物攝入量。
F. Ulrich Hartl，馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所；Arthur L. Horwich，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院及霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所
獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)了分子伴侶在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)折疊以及阻止蛋白質(zhì)聚合中的作用。
David Julius，加州大學(xué)舊金山分校
獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)痛覺(jué)涉及的分子、細(xì)胞和機(jī)制。
Virginia Man-Yee Lee，賓夕法尼亞大學(xué)
獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)了額顳葉癡呆和肌萎縮側(cè)索硬化癥中的TDP43蛋白聚合體，揭示了不同細(xì)胞類型中α-突觸核蛋白的不同形式，α-突觸核蛋白是導(dǎo)致帕金森病和多系統(tǒng)萎縮的誘因。
2020年新視野物理學(xué)獎(jiǎng)
Xie Chen，加州理工學(xué)院； Lukasz Fidkowski，華盛頓大學(xué)；Michael Levin，芝加哥大學(xué)；Max A. Metlitski，麻省理工學(xué)院
獲獎(jiǎng)理由：為理解物質(zhì)的拓?fù)鋺B(tài)，以及物質(zhì)與其拓?fù)鋺B(tài)之間的關(guān)系作出重要貢獻(xiàn)。
Jo Dunkley，普林斯頓大學(xué)；Jo Dunkley，阿姆斯特丹大學(xué)；Kendrick Smith，圓周理論物理研究所
獲獎(jiǎng)理由：開(kāi)發(fā)了從天文數(shù)據(jù)中提取基礎(chǔ)物理信息的新技術(shù)。
Simon Caron-Huot，麥吉爾大學(xué)，Pedro Vieira，圓周理論物理研究所及國(guó)際理論物理中心-南美基礎(chǔ)研究所
獲獎(jiǎng)理由：為理解量子場(chǎng)理論做出了重大貢獻(xiàn)。
2020年新視野數(shù)學(xué)獎(jiǎng)
Tim Austin，加州大學(xué)洛杉磯分校
獲獎(jiǎng)理由：為理解遍歷理論作出巨大貢獻(xiàn)，其中最重要的是證明了弱平斯克猜想。
Emmy Murphy，西北大學(xué)
獲獎(jiǎng)理由：對(duì)辛幾何和切觸幾何的貢獻(xiàn)，特別是對(duì)松散勒讓德子流形概念的引入，以及與Matthew Strom Borman和Yakov Eliashberg一起，提出更高維度上的過(guò)扭（overtwisted）切觸結(jié)構(gòu)。
Xinwen Zhu，加州理工學(xué)院
獲獎(jiǎng)理由：在算術(shù)代數(shù)幾何中做出的重要工作，包括將志村簇與黎曼-希爾伯特問(wèn)題應(yīng)用到p-adic代數(shù)簇中。
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