2018年11月，在美國宇航局艾姆斯研究中心（Ames Research Center）舉行的頒獎典禮上，露皮塔·尼永奧和馬克·扎克伯格為2019年生命科學(xué)突破獎得主莊曉薇頒獎，并聆聽了她的獲獎感言。
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。
突破獎每個單項(xiàng)獎的獎金為300萬美元，在眾多科學(xué)獎項(xiàng)中堪稱翹楚。該獎由包括尤里·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)獎不同的是，對于突破獎評審團(tuán)來說，他們更傾向于將獎項(xiàng)頒給團(tuán)隊而不是少數(shù)被選中的個體。
例如，今年的突破獎基礎(chǔ)物理學(xué)獎被授予了視界望遠(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)隊規(guī)模龐大，由于需要做好保密工作，直到今天，團(tuán)隊獲獎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?！?/p>
今年的突破獎獎項(xiàng)還包括4個生命科學(xué)獎、超重力發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)物理學(xué)特別獎、一個數(shù)學(xué)獎，以及6個新視野獎（獎金10萬美元），頒發(fā)給處于職業(yè)早期階段的科學(xué)家，以表彰他們在基礎(chǔ)物理和數(shù)學(xué)領(lǐng)域所取得的成就。獲獎?wù)邔⒓?1月3日在美國宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)舉行的頒獎典禮，國家地理頻道(National Geographic)會進(jìn)行現(xiàn)場直播。
黑洞的樂趣
梅西耶87星系中心的黑洞質(zhì)量相當(dāng)于65億個太陽，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個天文臺連接起來，天文臺里共8臺射電望遠(yuǎn)鏡通過原子鐘網(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，他們將其對準(zhǔn)了梅西耶87星系，希望捕捉到一幅翻騰的無底洞似的彎曲時空的圖像，沒有什么能從黑洞逃脫，哪怕是光線。
今年早些時候，該團(tuán)隊公布了這張照片:一個巨大的黑洞，周圍環(huán)繞著一圈旋轉(zhuǎn)的火環(huán)一樣的物質(zhì)。
“做好這個項(xiàng)目的關(guān)鍵在于接受風(fēng)險，遇到挫折時堅持下去，讓視界望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊相信我們，要做一些他們沒有資金做或沒計劃做的事情，”Doeleman說道。這項(xiàng)工作需要整個團(tuán)隊的努力，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黑洞實(shí)時視頻的制作上，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測試愛因斯坦的理論，”Doeleman說道?！斑@是一種研究時空的全新方法?！?/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)生痛覺的細(xì)胞信號機(jī)制而被授予突破獎。
我們身體里的感覺神經(jīng)元對熱、冷、機(jī)械感覺和其他刺激都有反應(yīng)。當(dāng)我們有受傷的危險時，這些神經(jīng)細(xì)胞就會發(fā)出警告信號，或者當(dāng)損傷發(fā)生時，它們會在我們的神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞疼痛感。在這個過程中，信號觸發(fā)神經(jīng)元表面的特定受體，然后傳遞信息。這些受體對感知疼痛至關(guān)重要，弄清它們的工作原理是開發(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)來看，這有點(diǎn)驚人——回想起來，也許不足為奇，” Julius說道?！拔覀兏鶕?jù)這種受體對辣椒素的應(yīng)答能力來識別它，但為什么我們會有這種受體呢?它對熱量有反應(yīng)，它參與了我們感知熱的能力。”
換句話說，辣椒會刺激已經(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，通常對寒冷有反應(yīng))以及芥末引發(fā)的感覺(其受體TRPA1，通常對化學(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)計一種藥物，使其既能改變受體活性，又能在不喪失所有感覺能力的情況下抑制痛覺。
這時，輪到狼蛛登場了。在研究辣椒素受體的復(fù)雜性時， 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……如果沒有這種毒素，我們可能會獲得一些有關(guān)受體結(jié)構(gòu)的信息，但我們無法真正看到它，”Julius說道。
“我們在自然界中發(fā)現(xiàn)的毒素非常有用。這些動物擁有數(shù)百萬年的進(jìn)化優(yōu)勢，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——基礎(chǔ)物理學(xué)獎
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典禮。347名科學(xué)家將平分300萬美元的獎金，他們將共同撰寫了EHT于2019年4月10日發(fā)表的六篇論文。
獲獎理由：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——數(shù)學(xué)獎
Alex Eskin，芝加哥大學(xué)
獲獎理由：在阿貝爾微分?？臻g的動力學(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——生命科學(xué)獎
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)，脂肪組織可以通過該系統(tǒng)向大腦傳輸信號，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
獲獎理由：發(fā)現(xiàn)痛覺涉及的分子、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
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
獲獎理由：開發(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際理論物理中心-南美基礎(chǔ)研究所
獲獎理由：為理解量子場理論做出了重大貢獻(xiàn)。
2020年新視野數(shù)學(xué)獎
Tim Austin，加州大學(xué)洛杉磯分校
獲獎理由：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)
獲獎理由：對辛幾何和切觸幾何的貢獻(xiàn)，特別是對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扭（overtwisted）切觸結(jié)構(gòu)。
Xinwen Zhu，加州理工學(xué)院
獲獎理由：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-希爾伯特問題應(yīng)用到p-adic代數(shù)簇中。
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