当地时间2019年10月7日，瑞典斯德哥尔摩，2019年诺贝尔生理学或医学奖当天在卡罗林斯卡医学院揭晓。 新华社发

　　浙江在线杭州10月11日讯（浙江在线记者 曾福泉 黄慧仙）细微到人体细胞变化机制，宏大至头顶的浩渺星空；缥缈如探寻“第二个地球”之旅，贴近像锂电池、抗癌药的研发……

　　本周，2019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，凝聚着各国科学家科研智慧。

　　奖项背后到底有着怎样的故事？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生物学、物理学及化学领域的专家，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

　　发现细胞隐秘机制 我们对生命理解得更多了

　　2019年诺贝尔生理学或医学奖授予美国和英国的3位科学家塞门扎、拉特克利夫和凯林，以表彰他们“在理解细胞感知、适应氧气变化机制中的贡献”。

　　其中，约翰·霍普金斯医学院的格雷格·L·塞门扎揭示了身体应对低氧的关键激素红细胞生成素基因的调控机制，找到了转录因子——低氧诱导因子（HIF）。今天，HIF已成为开发许多药物包括癌症药物的热门靶点。

　　实际上，这一摘得科学最高桂冠的研究工作，是塞门扎教授和他的中国学生王广良在20世纪90年代共同完成的。在诺奖评奖委员会列出的获奖成果关键文献中，王广良是3篇论文的第一作者、1篇论文的第二作者。

　　王广良是浙江天台人，1983年毕业于原杭州大学生物系，1986年在中科院细胞所获硕士学位，后赴美留学，取得博士学位后，又跟随塞门扎教授从事博士后研究，为发现HIF做了大量具体工作。记者7日晚采访了现就职于美国一家制药企业的王广良博士。

　　“我是塞门扎先生的第一个博士后，当时整个实验室就只有我们两个人。在寻找HIF的绝大部分时间里，都是我一个人在做具体的科研工作。”王广良回想起20多年前的科研往事，仍十分激动。塞门扎在约翰·霍普金斯医学院有教学任务，他还是一位从业医生，要诊治病人，因此大量的科研工作都压在王广良的肩上。

　　当时，细胞如何应对低氧状态是一个前沿方向。科学家已经发现氧气不足时肾脏会分泌EPO来促进红细胞产量提升，但这一机制的开关在哪里？王广良正是出于对这个问题的浓厚兴趣，才投入塞门扎教授门下。“塞门扎先生非常聪明，对科学事业专注、执着，他指出了以EPO为靶基因探寻背后生物分子机制的正确研究方向，并为开展研究整合多方资源。而我则心无旁骛地在实验室里将他的设想付诸实施。”王广良说。

　　在近两年的时间里，王广良没日没夜地在实验室工作，培养了数百升人类细胞，不断分离杂质，最终取得几毫克的HIF蛋白。他和导师发现，当细胞缺氧时，HIF浓度会上升，进入细胞核并激活EPO基因。随后，他们又进一步明确了HIF的蛋白结构：HIF主要由两种结合不同DNA位点的蛋白组成，分别为HIF-1α和ARNT。一旦氧气浓度下降，HIF-1α的含量开始上升，这样大量的HIF-1α就能结合到EPO基因附近来调节EPO的表达。并且，HIF-1α在正常情况下会迅速降解，以保证氧气供应不会紊乱；但在低氧状态下，HIF-1α则不会迅速降解。

　　三位诺奖得主对细胞感知、适应氧气变化机制的研究在2016年已摘获生物医学领域重要奖项拉斯克奖。塞门扎教授获奖后写了一篇文章讲述取得这一发现的经过，文中他充满感情地回忆王广良取得HIF蛋白后激动万分的神情。

　　为了投身更具应用性的工作，王广良在其后离开了塞门扎的实验室，转为在制药企业从事开发。“如果我继续在实验室做下去，和塞门扎先生一道完成有关细胞感知氧气机制的更多研究，也许今天就能和他一起分享诺贝尔奖。”王广良说，“但是我没有感到遗憾、后悔。不管是做基础研究，还是开发新药，或做临床研究，我们都是在生物医学领域耕耘，都是为了服务于人类的福祉。”

　　诺贝尔化学奖

　　成功制造锂电池 我们迎来了可充电的世界

　　今年的诺贝尔化学奖授予三位在锂电池领域做出重要贡献的科学家古迪纳夫、惠廷厄姆和吉野彰。正如评奖委员会所说，他们为人类带来前所未见的强大电池，创造了一个可充电的世界。如果没有他们发明的锂电池，就不会有智能手机，平板电脑或笔记本电脑。

　　锂电池的应用

　　20世纪70年代，英国科学家斯坦利·惠廷厄姆用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成了首个锂电池。但锂电池使用的电极材料金属锂，是世间最活泼的元素之一，极易燃烧。生产组装过程中稍有不慎，泄进了空气，轻则电池报废，重则起火燃烧。而在肉眼看不到的地方，还有一个更大的隐患：因为动力学等因素，锂金属表面会形成一些“小毛刺”，叫做枝晶。随着电池的使用，这些枝晶会越长越大，最终会刺破电池正负极之间的隔膜，造成短路，引起电池自燃。

　　随后，针对这一问题，美国科学家古迪纳夫用钴酸锂代替硫化钛，实现了第一个真正可以安全充电的锂电池。日本科学家吉野彰首次提出用碳基材料作为阳极。古迪纳夫和吉野的成果最终确立了当下锂电池的范式：以碳基材料为阳极，以钴酸锂为阴极，1991年，这种锂电池被索尼公司推向市场。由此，锂电池的大规模使用彻底改变了我们的世界。

　　三位科学家如今都已过垂暮之年，人们回望他们开启的壮丽事业，仍会感到激动。

　　浙江工业大学材料科学与工程学院夏阳副教授2016年到2017年曾在美国德州大学奥斯汀分校访问，和古迪纳夫教授有过密切交往，这位极具传奇色彩的科学家给夏阳留下了深刻印象。

　　古迪纳夫时年94岁，仍然每天到办公室工作，大多数时候还是自己开车。“早上8点半到9点钟，他到实验室转一圈，然后坐在办公桌前开始工作。”夏阳说，古迪纳夫的案头放着许许多多论文、报告、方案等，他一一仔细阅读，提出修改建议。他办公室的大门始终敞开着，学生和同事们随时可以进来和他讨论。夏阳愉快地回忆说，老爷子性情开朗，时常发出“哈哈哈”的爽朗笑声，可以从他9楼的办公室一直传到8楼的走廊上。

　　古迪纳夫的一生充满了传奇色彩。他是举世公认的“锂离子电池之父”，却几乎没有从发明中获得经济利益；他在年轻时酷爱文学与哲学，最终却误打误撞以优异成绩从耶鲁大学数学系毕业。

　　正当古迪纳夫打算攻读物理学时，二战爆发了，古迪纳夫加入军队，以气象专家的身份为航空部队服务。战争结束后，他决定继续攻读物理学。尽管有教授认为以他的年龄，很难在物理学领域有所建树，但古迪纳夫没有气馁。获得固态物理博士学位后，他进入林肯实验室工作。在那里，他发现了铁氧体磁芯的电流重合记忆功能——电子计算机内存技术的基础。

　　在林肯实验室工作期间，古迪纳夫接触到了一些能源材料，研究了锂离子的移动。当时正赶上美国受到阿拉伯国家石油禁运的影响，能源问题日益突出。正是在一系列这样的背景之下，古迪纳夫最终投身于锂电池的研究之中。

　　在夏阳的记忆里，古迪纳夫对科学事业十分专注、投入。“他经常和我们说：Follow　your　heart（跟随你的初心）。”夏阳说，即使是在周末，古迪纳夫也经常出现在实验室里。因年事已高，不容易申请到资助项目，他就拿出自己的工资作为课题组成员的补贴，支持年轻人坚持搞科研。人们可能很难相信，这位年过九旬的“锂电池之父”仍然走在自己开创的事业的最前沿——2017年，古迪纳夫团队研制出了首个全固态电池，这种更安全、充电更快、使用寿命更长的充电电池将为智能手机、电动汽车和能源存储站提供新的选择。

　　吉野彰曾说：“电池技术是复杂又困难的学科交叉领域，它的发展需要多方面的专家。在我看来，锂离子电池是集体智慧的成果。”今天，在研发新型电池的探索之路上，我们看到许多科学家的身影，这三位白发老者仍在其中。

　　诺贝尔物理学奖

　　眺望宇宙深处 我们或许能寻找到第二个地球

　　2019年诺贝尔物理学奖一半授予詹姆斯·皮布尔斯关于“物理宇宙学的理论发现”；另一半，授予米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛斯“发现了围绕太阳型恒星运行的系外行星”。

　　詹姆斯·皮布尔斯教授一生着眼于拥有数十亿个星系和星系团的宇宙，为大爆炸模型做出了许多重要的贡献。皮布尔斯不仅预测了宇宙微波背景辐射，在为大爆炸核合成、暗物质和暗能量做出重大贡献的同时，他还是20世纪70年代宇宙结构形成理论的主要先驱。

　　皮布尔斯的理论框架经过二十多年的发展，成为了人类对从大爆炸到今天的宇宙历史的现代理解的基础，他将高度猜测性的领域，转变为精密科学。

　　大爆炸理论认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。大约140亿年前，在宇宙最开始的时刻，当时的宇宙非常热，密度相当大。自宇宙爆炸之后，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，温度也很快冷却、下降。大爆炸后不到40万年，宇宙变得透明，光线可以在太空中穿行。即使在今天，这种古老的辐射仍然存在于我们周围，许多宇宙的秘密都隐藏在其中。

　　“让我们把宇宙比作一杯咖啡，这里大部分是咖啡，就是暗能量；然后我开始加奶油，这是暗物质；最后再加入一点点砂糖，这是普通物质。”10月8日晚，诺奖物理学奖委员会科学家用“咖啡三剑客”对皮布尔斯教授的研究进行了现场解读。

　　暗物质占据着宇宙实物总量的百分之八十，这意味着它实际上主导了宇宙中的结构形成。在有普通物质的地方，总有暗物质伴随。当地球在银河系中运动的时候，它也在不断地和银河系中的暗物质粒子交汇。因此，我们在地球上就有可能捕获到暗物质。

　　20世纪80年代，皮布尔斯教授描述了一类被称作“冷暗物质”的模型。这一类暗物质粒子在宇宙早期相对于光速运动得非常缓慢，因此被称作是“冷”的。由于这种冷的特性，由这类暗物质主导的宇宙中，最先形成的结构是质量非常低的暗物质小团块。这些团块会通过合并和吸积周围的暗物质增长。普通的物质会沉积在暗物质团块的中心，直到恒星点燃，星系形成。

　　利用超级计算机，人们可以模拟由这一类暗物质主导的宇宙中结构是如何形成的。结果显示：冷暗物质可以完美地解释星系巡天观察到的星系空间分布状态。正如上述咖啡的实验，奶油与咖啡的漩涡交融画出条纹那样，借助皮布尔斯教授的贡献，人类正在搞清楚自己在宇宙中的位置。

　　而获奖者米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛斯则堪称“第二个地球”的探寻者。1995年，这两位科学家发现了第一颗围绕类日恒星运行的系外行星，它环绕类日恒星“飞马座51(51　Pegasi.)”运行，距离地球只有50光年。

　　“某种程度上，发现系外行星的成就，与哥白尼的日心说可以比拟，都是改变人类世界观的重大成就。日心说证明我们的地球在太阳系中并不特殊，系外行星证明宇宙中有无数个地球。”中科院国家天文台研究员郑永春说。

　　搜寻系外行星正在成为当今科学研究的前沿热点。近年来，系外行星观测取得重要进展，迄今为止发现并确认的系外行星已超过3500颗。

　　许多太空科幻电影中，都描绘了人类未来可能移居到地外星球的光明前景。而银河系中像太阳一样的恒星有上千亿颗，而整个宇宙中像银河系一样的星系又数以千亿计。那是不是在太阳系外的另一个恒星系，也有围绕另一颗“太阳”运行的系外行星呢？它适合我们移居吗？宇宙中还是否有其他智慧生命？

　　要找系外地球，先找系外行星。行星不发光，要确证它们的存在可不容易。

　　早在1855年，就有天文学家宣称发现了系外行星，但直到20世纪90年代，人们对行星的认识还仅局限在太阳系内。1992年，人类首次发现有质量与地球相近的天体环绕着脉冲星PSR　B1257+12。

　　而当时间流淌至1995年时，本届的诺奖物理学奖获得者——米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛斯则又将这一“第二地球”的探索之旅往前推出重要一步。他们用视向速度法首次发现了飞马座的一颗恒星（即类日恒星“飞马座51”）旁有行星在运转。这颗首个被发现的太阳系外行星体型庞大，质量是地球的150倍，被称为巨行星。

　　此后，不断有系外行星被发现，虽然绝大多数都是气体巨星，但是也有少数珍贵的类地行星浮出水面。

　　郑永春告诉记者，真正寻找到类太阳恒星的宜居行星非常困难，一方面是需要非常高的测光精度，另一方面还要长时间连续观测，这只有太空望远镜才能做到。“不过，随着技术的突破，发现第二个地球也可能只是时间问题。”郑永春说。