用光控制大脑、用冰川当天文台:今年诺奖再次奖励基础科学
21世纪经济报道记者 孔海丽
过去三天,2026年诺贝尔医学奖、物理学奖、化学奖相继揭晓,基础科学枯燥的坚守与浪漫再次震撼我们。
第一项,医学奖。
今年的诺贝尔生理学或医学奖,颁给了卡尔·代塞尔罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·纳格尔三位科学家,他们的发现催生了光遗传学。
简单概括就是:人类发现了一种通过光控制特定神经细胞活动的方法,比如用特定波长的可见光精确控制小鼠的特定行为。
这是一种划时代的技术,为什么这么重要?
我们的大脑里有数以百亿计的神经元,记忆、情绪、感知、行为,都和神经元的活动有关。
但这么多神经元交织在一起,究竟哪些在发挥作用,过去很难精确研究。
有了光遗传学,科学家就有机会通过控制特定神经元,研究它们与行为之间的因果关系,人类有机会重新研究失明、帕金森病、癫痫、抑郁症,甚至有可能治愈这些顽疾。
但这项伟大的研究,最初始于一种单细胞绿藻。
科学家发现,这种藻类里存在对光敏感的特殊蛋白。黑格曼和纳格尔深入研究其中的光控离子通道,代塞尔罗思后来把相关技术应用到哺乳动物神经细胞,才推动了光遗传学的发展。
从研究藻类为什么会对光作出反应,到寻找控制大脑的办法,中间跨越了植物生理学、生物物理学和神经科学。
基础科学的神奇就在这里,今天我们谈论的大脑研究突破,源头可能是几十年前,一个科学家对微小藻类的好奇。
当时看起来非常冷门的研究,如今已经改变了整个神经科学领域。
第二项,物理学奖。
今年的诺贝尔物理学奖,颁给了82岁的弗朗西斯·哈尔岑。
他最重要的贡献,是把南极冰川改造成了一座巨型中微子天文台。
这座天文台叫冰立方,它在南极地下深处整整一立方千米的天然冰层里布置了5160个光学传感器。这么大的工程,究竟想看什么?
是一种叫中微子的粒子。
中微子几乎不与物质发生反应。每一秒,都有数量惊人的中微子穿过我们的身体,我们却毫无感觉。
为什么要费这么大劲去寻找它?
因为它几乎不和任何东西打交道,携带的宇宙信息完好无损,是最可靠的宇宙信使。
这项研究甚至有可能帮助人类进一步揭开宇宙高能粒子起源的秘密。
但哈尔岑的研究之路,实在太漫长了。
1988年,他和同行就提出利用南极冰层探测中微子的方案。
1993年,早期探测阵列开始建设。
2011年,冰立方才达到设计规模。
2013年,研究团队才报告发现了来自宇宙深处的高能中微子的证据。
直到2026年,82岁的哈尔岑获得诺贝尔奖,整整38年。
而且,这项研究是数百位科学家共同完成的,背后有大量的技术攻关、工程建设和漫长的数据积累。
这也是很多基础科学研究真实的样子,一个想法提出的时候,没人能保证它一定成功。甚至仪器建成之后,还要在海量数据里寻找极其罕见的信号。
科学家就这样一年一年地坚持,直到证据足够充分,人类才终于推开了观察宇宙的一扇新窗户。
第三项,化学奖。
今年的诺贝尔化学奖,颁给了法国科学家亨利·卡根和日本科学家硖合宪三,获奖理由是在不对称有机合成领域发现了非线性效应与自催化。
简单来说,他们研究的是化学世界里一个非常重要的现象:分子的左右手。
我们的左右手互为镜像,看起来几乎一样,但无论怎么旋转,都没办法完全重合。有些分子也是这样。
它们拥有相同的化学组成,却存在两种互为镜像的空间结构。
可怕的地方在于,这两种分子分别指向有效、无用甚至有害。
这里必须提到人类医药史上一场沉痛的悲剧。
上世纪50年代末,一种名叫沙利度胺、商品名包括“反应停”的药物在欧洲等地广泛销售。它最初被用作镇静药,后来也被用于缓解孕妇的恶心、呕吐。
但是,许多服用这种药物的孕妇生下了严重畸形的婴儿,有些孩子出生时手臂和腿部发育不全,全球约有1万到1.2万名儿童受到影响。
这是现代医药史上极其惨痛的一次药害事件。
后来,科学家进一步认识到,沙利度胺存在两种镜像异构体,它们具有不同的生物学作用,并且能够在人体内相互转化。
怎么样让化学反应更精准地生成我们需要的那一种分子?
卡根和硖合宪三的研究,为这个问题提供了重要的科学基础。
卡根在上世纪80年代发现,不对称催化反应中存在特殊的非线性效应,距今已经40多年。
硖合宪三在1995年发现了不对称自催化现象。
说得通俗一点,就是在特定的化学反应中,一种分子哪怕只有非常微弱的数量优势,也可能在反应过程中不断放大,最后形成高度偏向某一种结构的产物。
这就像滚雪球,最开始的一点差异,可以被不断扩大。
这些发现推动了不对称合成化学的发展,对药物制造具有重要意义。
看完这三项诺奖,我们再一次感受到了基础科学的魅力。
科学家选定一个问题,花上几十年研究它,经历大量的实验、失败、修正和验证,最后才逐渐形成足以改变一个领域的成果。卡根已经95岁,哈尔岑已经82岁。
诺贝尔奖本身也不追逐热点,而是奖励那些验证了可靠性与普适性、开创了新领域的影响深远的成果。从论文发表到获奖,还要再等几十年。
但是科学的进步恰恰建立在一代又一代人的积累之上。
我们今天习以为常的医学技术、通信工具、计算设备,背后都有大量基础研究的长期积累。
而这些科学家的经历,对于我们普通人,也有一些特别的启发。
我们生活在高度焦虑的时代,很多事情都要求立刻反馈,甚至连个人成长,都恨不得每一年有一个明确的跃升。
但科学研究告诉我们,还有另一种时间尺度。
有些事情,可能十年看不到结果,二十年才初见端倪,三四十年以后,才逐渐显出它的价值。
当然,不是所有坚持都会成功,方向也需要不断检验和修正。
但至少,值得我们思考的是:能不能找到一件自己真正愿意投入的事,认真地、持续地做下去,允许它在更长的时间里产生结果?
人类知识的边界,就是这样被一代代人慢慢向前推进的。

