在雄性和雌性小鼠的大腦中發現了良好養育行為的「開關」，使哈佛大學的分子生物學家卡特琳·迪拉克獲得了今年300萬美元的「科學突破獎」——科學和數學領域獎金最豐厚的獎項。9月10日還宣布了另外三個生物學大獎、兩個物理學大獎和一個數學大獎，以及一些較小的獎項。
卡特琳·迪拉克表明，蛋白質甘丙肽在小鼠神經元中表達，並作為養育行為的「開關」。來源：Rick Friedman/Corbis/Getty。
史丹福大學的生物學家勞倫·奧康奈爾說：「卡特琳·迪拉克做出了驚人的工作成果，真正改變了這個領域。」迪拉克團隊提供了第一個證據，證明雄性和雌性小鼠的大腦有著相同的與養育相關的神經迴路，只是每個性別的觸發方式不同。「這打破了幾十年來認為雄性和雌性大腦組織方式不同的教條。」奧康奈爾說。
迪拉克說，得知自己獲獎後，她感到非常震驚。她說：「我先是愣住了，然後開始流淚。」她說這是一條漫長的接受之路，因為其他人最初對她的工作持懷疑態度。20世紀90年代，迪拉克在小鼠中分離出了支配性別特異性社會行為的信息素受體。
未發生過性行為的雄鼠通常會攻擊其他雄鼠並殺死幼鼠。但迪拉克發現，如果它們的信息素受體被阻斷，它們會試圖與雄性和雌性交配，未發生過性行為的雄鼠甚至會照顧幼崽。與此相反，信息素盲的雌性小鼠則會試圖與雄性小鼠交配。
為了闡明起作用的神經機制，迪拉克確定了一種叫做甘丙肽的蛋白質，它由參與養育的神經元表達。殺死雌性體內的這些神經元會使它們停止養育行為，而激活未有過性行為的雄性的這些神經元則使它們產生母性。
「它就像養育行為的開關。」迪拉克說，「意義非凡。」之後，她的團隊使用甘丙肽標記物來跟蹤與養育所需的動機、荷爾蒙和行為變化相關的特定迴路。
奧康奈爾說，這些研究「為更好地了解人類和其他靈長類動物大腦的靈活性奠定了基礎」，有朝一日可能對治療產後抑鬱症等疾病產生作用。
意外收穫
另外三項300萬美元的生命科學獎得主也一同揭曉。華盛頓大學的戴維·貝克因開發了Rosetta軟體用於設計治療用的合成蛋白質而獲獎。已經有超過25萬名公民科學家參與了他的FoldIt遊戲，幫助尋找最佳的蛋白質構型。就在獎項揭曉的前一天，他的團隊在《科學》上報導了一種新型蛋白質，這種蛋白質或具有阻斷SARS-CoV-2進入人體細胞的能力。
香港中文大學的盧煜明因發現胎兒DNA存在於母體血液中而獲獎——這一發現促進了更安全的非侵入性產前檢查的發展，可用於檢查如唐氏症候群之類的疾病。
美國國立衛生研究院和國家神經疾病和中風研究所的理察·J·尤爾因闡明兩種蛋白質在帕金森病中的作用而獲獎，為治療帕金森病開闢了一條新途徑。
被馴服的隨機性
馬丁·海勒改變了隨機偏微分方程領域。來源：皇家學會（CC BY-SA 4.0）。
數學突破獎頒給了倫敦帝國理工學院的馬丁·海勒，以表彰他在隨機偏微分方程方面的工作。這是一類用於計算複雜系統在必須考慮隨機影響因素時如何演變的方程。「我感到很榮幸，也很幸運，」海勒說，「我完全沒有想到會有這樣的結果。」
2011年，海勒求解了一類模擬水滴如何在餐巾紙表面擴散等之類情形的方程的粘性解。之後，他寫了一篇長達180頁的宏大論文，表明類似的概念可以用來攻克這一類的所有方程。英國牛津大學的數學家特裡·萊昂斯表示，他對海勒的獲獎感到「欣喜」，他指出在海勒的工作成果做出來之前，數學家和物理學家一直在用不同的方法處理這類方程，但沒有看出來這些方程如何能被一種方法論統一起來。「他第一次將世界的一個重要方面映射到了一種精確的數學語言上。」萊昂斯說。2014年，海勒獲得了數學界最令人夢寐以求的榮譽——菲爾茲獎。
基礎物理學突破獎頒給了華盛頓大學的埃裡克·阿德爾貝格爾、詹斯·岡拉克和布萊尼·赫克爾，他們的超精密擺錘實驗表明，牛頓的萬有引力定律在小到只有52微米的尺度上仍然有效。
基礎物理學的一個特別獎則表彰了德克薩斯大學奧斯汀分校的理論物理學家史蒂文·溫伯格的畢生工作。溫伯格是將電磁力與支配放射性的弱核力統一起來的框架的開發者之一。
科學突破獎由俄羅斯-以色列億萬富翁尤裡·米爾納於2012年創立，目前由他和其他網際網路企業家贊助，包括Facebook的執行長馬克·扎克伯格。由於新冠病毒大流行，今年的頒獎典禮被推遲到2021年3月21日舉行。