浙江在線10月9日訊（記者 黃慧仙 見習記者 李嬌儼 何冬健） 從C型肝炎病毒的發現，到破解生命密碼的「基因剪刀」，再至浩瀚宇宙中「最黑暗角落秘密」的探索……無論是微觀世界或是宏觀視野下的科學研究，總在不斷帶給我們驚喜與憧憬。漫步科學瀚海，科學家們一次次的發現，正成為構築人類福祉的基石，也是我們探索未來的一道光亮。
本周，2020年諾貝爾生理學或醫學獎、諾貝爾物理學獎和諾貝爾化學獎等陸續揭曉。這些獎項，凝聚著各國科學家的科研智慧。
科研發現曾經歷過怎樣的過程？這些科研成果又有著多少值得期待的未來前景呢？記者先後採訪了幾位醫學、天文學及生物學領域的專家，為我們一一揭開今年諾貝爾獎的神秘面紗。
諾貝爾生理學或醫學獎
「追根溯源」才能戰勝C肝
美國病毒學家哈維·奧爾特、英國生物化學家麥可·霍頓以及美國病毒學家查爾斯·萊斯，因「發現C型肝炎病毒」，在控制血源性肝炎、減少肝硬化和肝癌上做出的重大貢獻，分享了今年的諾貝爾生理學或醫學獎。
諾貝爾獎獲得者對於C型肝炎病毒的發現，使得針對該病毒的高度靈敏的血液檢測現在已經投入使用，這基本上消除了世界上許多地區的輸血後肝炎，極大改善了全球健康狀況。
「控制一種傳染病，首先要找到病原，其次找到檢測它的方法，再開發治療它的藥物。C肝目前是一種可防可控可治的疾病。」浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院肝病感染科主任呂芳芳說，C肝病毒是RNA病毒，相較於DNA病毒來說，非常不容易被檢測到。目前沒有C肝疫苗，但C肝是可以治癒的，這都要歸結於這三位科學家的「發現」之功。
肝炎的發生，最早可追溯到公元前，那時它被稱為「流行性黃疸」。但人們對於肝炎的研究和治療，直到20世紀才有所進展。1947年，一名英國肝臟病專家通過分析得出：至少存在兩類肝炎。一類經由糞便傳播，稱為A型肝炎，也就是A肝；另一類通過血液傳播，稱為B型肝炎，也就是B肝。
這兩種肝炎病毒，在上世紀八十年代之前就已被成功發現，疫苗也被研發出來。「A肝屬於急性的病毒性肝炎，可以通過消化道傳播。一般只需護肝治療，相對來說，診斷治療的難度不大。B肝已經有疫苗可以預防感染，也可以用抗病毒藥物阻止疾病的進展，但已經感染B肝的人目前還是非常難治癒的。」呂芳芳說。
但哈維·奧爾特發現，存在第三種肝炎病毒，一些慢性肝炎患者的血液可以將某種病毒傳染給黑猩猩，而黑猩猩是除了人類之外唯一的易感宿主。最開始，這種未知病毒引發的肝炎，被稱為非甲非B型肝炎。後來，麥可·霍頓採用分子克隆的方法，發現了一種新型病毒，這種病毒被奧爾特的團隊證實，存在於非甲非B型肝炎患者的血液樣品中。1989年，霍頓的小組正式鑑定出這種新型病毒，並更名為C型肝炎病毒（HCV）。查爾斯·萊斯則通過基因工程，製造出C型肝炎病毒的RNA變異體。將這種RNA注入黑猩猩的肝臟後，萊斯證明了，僅C型肝炎病毒本身就可引發疾病。
呂芳芳告訴記者，在臨床實踐中，通過小分子的口服抗病毒藥物，C肝的治癒率可以達到95%以上。C肝的主要治療藥物也已經進入醫保。但是，公眾缺乏對C肝了解和主動篩查的意識，讓這種本可被治癒的疾病，不能及時發現和控制。2017年發布的《世界衛生組織全球肝炎報告》顯示，只有不到20%的B型肝炎或C型肝炎得到了充分的診斷。
由於C肝比B肝更加隱秘，它的症狀也更加不典型。「許多病人到了肝硬化階段，才發現自己患有C肝。C肝通過血液傳播，不潔的注射或者沒有經過消毒的紋身、拔牙等，都有患病的風險」。呂芳芳說，在邵逸夫醫院，有非常嚴密的流程為患者提供C肝的診斷和治療。如住院患者的術前檢查項目提示C肝抗體陽性，系統會立即彈出提示框，建議醫師進一步檢查C肝核酸或請感染科會診，一旦C肝核酸陽性，感染科就會介入制定抗C肝病毒的治療方案。「普通人一生當中，都應該進行一次C肝抗體和B肝兩對半的檢測。」呂芳芳說。
由此看來，為了實現根除C肝的目標，還有更多細節尚需國際社會共同努力，從而促進在全球範圍內提供血液檢測和抗病毒藥物。
諾貝爾物理學獎
揭開黑洞的層層面紗
英國數學物理學家羅傑·彭羅斯、德國天體物理學家萊因哈德·根澤爾和美國天文學家安德裡亞·格茲，分享了今年的諾貝爾物理學家，獲獎原因是他們發現了黑洞的秘密。
他們的這些發現被評價為揭示了「宇宙中最黑暗角落的秘密」。
黑洞是廣義相對論所預言的一種緻密天體，有著超強引力場。它一般是由大質量的恆星塌縮所形成。它有一個表面，也就是通常所說的視界面。任何物質進入到了這個視界面，包括光，都會受到黑洞引力的影響而無法逃脫。
其實，黑洞理論剛提出時，包括愛因斯坦本人都不相信黑洞真的存在。畢竟，那時候「黑洞」對於眾人而言，只是方程中的一個解。1965年1月，在愛因斯坦去世十年後，羅傑·彭羅斯用巧妙的數學方法，證明了黑洞真的可以形成，並對其進行了詳細的描述：黑洞的核心隱藏著一個奇點，在這個奇點中，所有已知的自然法則都不再成立。他的這篇開創性的文章至今仍被認為是自愛因斯坦以來，對廣義相對論最重要的貢獻。
「彭羅斯的研究證明了廣義相對論中的奇點定理，即恆星在不斷塌縮的過程中形成黑洞，其中所有的物質也不斷流向奇點，在奇點處物質的密度被認為是無窮大的。」浙江工業大學理學院理論物理與宇宙學研究所教授朱濤說，天文觀測已證明了黑洞的存在，而彭羅斯的研究則解答了黑洞是如何形成的這一問題。
此次諾貝爾物理學獎的另兩位獲獎者根澤爾和格茲，則是利用世界上最大的望遠鏡，找到了透過星際氣體和塵埃的巨大雲層觀察銀河系中心的方法。他們挑戰技術極限，改進新技術以減少地球大氣層造成的幹擾，研製、配備獨特的儀器，並致力於長期研究。他們的開創性工作為我們提供了迄今為止最令人信服的證據，證明銀河系中心存在一個超大質量黑洞。
相信很多人會問：既然黑洞「看不見」「摸不著」，科學家平時又是如何來描述黑洞這個神秘又特別的天體的呢？「質量、角動量和電荷是描述黑洞的三個量，抓住了黑洞的這『三根毛』，也就抓住了黑洞的特質。」朱濤說。像去年4月發布的首張黑洞照片，展示的就是位於M87星系中心的超大質量黑洞，質量高達65億倍太陽質量。
對於浩渺的宇宙，抑或是無聲流淌卻又稍縱即逝的時間，古往今來，人們都有著無限的遐想與好奇。廣義相對論認為，引力場越強，時間就走得越慢。因此，憑藉著強大的引力場，黑洞是可以讓時間靜止的。「在黑洞附近的人不會感受到時間流動的異樣，但在黑洞外的人看來，那裡的時間卻是靜止不動的。」朱濤說。由此看來，時間在黑洞面前，要實現「洞中一日，洞外數年」的目標，便並非一句玩笑話了。
事實上，無論是狹義相對論，還是廣義相對論，它們所預言的時間膨脹效應都已經被實驗所證實，並得到了實際應用。如導航衛星在太空中環繞地球飛行，一方面，它們的速度很快，時間過得比較慢。另一方面，它們距離地心更遠，受到的地心引力更弱，時間過得更快。因此導航衛星上的時間過得比地表上快一些。雖然每天只有幾十微秒的差距，但累積的定位誤差可以達到10公裡。因此，為了精確定位，導航衛星是需要消除這種時間收縮或膨脹的相對論效應的。
近年來，黑洞成為天文物理學領域研究的一塊熱土。「黑洞是大質量恆星演化的最終宿命，黑洞研究有助於人類了解天體演化規律；同時，黑洞也是檢驗廣義相對論的一種重要途徑。」朱濤說。正因如此，於天文學家而言，重重面紗之下的黑洞，散發著巨大魅力。
浩渺宇宙，長河光陰。未來，關於黑洞，尚有著太多未知留待探索。正如當日頒獎現場物理學委員會負責人所說，今年獲獎者的發現是新的冒險的開始，未來，自然將帶給我們更多新的驚喜。
諾貝爾化學獎
「基因剪刀」如何
剪開生命密碼？
2020年諾貝爾化學獎花落埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶和詹妮弗·杜德納，以表彰她們「在基因編輯技術方面的貢獻」。埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶是法國科學家，就職於德國柏林馬克斯·普朗克病原學研究室；詹妮弗·杜德納是美國生物學家，加州大學伯克利分校的化學和分子生物學與細胞生物學教授。
諾貝爾化學委員會主席席克拉斯·古斯塔夫松評價說，卡彭蒂耶和杜德納在2012年發現的CRISPR / Cas9「基因剪刀」，擁有強大的功能，可以影響所有人。它不僅使基礎科學研究發生革命性變化，也帶來了創新的轉化成果，並有望實現開創性的新型醫療方法。
CRISPR / Cas9為什麼會被稱為「基因剪刀」？「基因剪刀」是怎麼工作的？我們是否可以像做手工一樣完美剪出符合人類進步要求的產物？為此，記者採訪了浙江大學生命科學院院長彭金榮和浙江大學醫學院研究員張進。
CRISPR/Cas9是一種由RNA指導的，利用Cas9核酸酶對靶向基因進行編輯的技術。CRISPR本質是基因組DNA上的一段特殊序列。它廣泛存在於原核生物基因組中，是細菌和古細菌為應對病毒不斷攻擊而演化來的獲得性免疫防禦機制。而Cas9則是CRISPR相關核酸酶。
正如醫生可以用手術剪幫病人縫合創口，CRISPR/Cas9就是科學家手中的手術剪，可以極為精確地幫助科學家改變動物、植物和微生物的基因。天然的CRISPR作為醫院的資料庫，儲存了各種病毒的DNA片段，平時通過一些重複出現的DNA片段分區劃片，按類將它們整理在一起。
DNA被剪斷後會重新連接，但在這過程中很容易丟三落四。失去零件的基因就會失去原來的功能，而如果提供一個新模板，基因就會根據這個模板進行修復，根據這個原理，科學家們可以通過剪斷或是拼接DNA片段來達成刪除或添加基因的目的。
卡彭蒂耶和杜德納選用了CRISPR/Cas9這把特殊的剪刀。她們通過純化Cas9的方法，發現它是雙RNA引導的DNA內切酶，在解釋了細菌如何利用CRISPR防禦病毒的同時，首次證明了CRISPR/Cas9可以進行基因編輯。「從第一次發現CRISPR序列到它正式成為一種基因編輯工具，我們等待了20多年。這項技術可以在任何預定位置剪掉一段DNA序列，並且可以用另外一段序列替換，因此打開了基因編輯技術在生命科學領域應用的全新局面。」張進說。
與過往的技術相比，CRISPR/Cas9具有成本低、製作便捷高效的特點，自問世以來，頗受業界青睞。據英國《每日郵報》統計，截至2018年全球範圍內已有大約2700項使用CRISPR工具的臨床試驗正在進行或者得到批准，在諸如癌症、器官移植、遺傳病治療上取得了一些突破。
近年來，基因編輯技術飛速發展，基因組的編輯因其難以逆轉和可實現代際遺傳的特質，其涉及的諸多倫理和安全問題，一直是大眾關注的熱點。
張進認為，基因編輯只能應用於體細胞，在人類生殖細胞或者胚胎上應用有悖於科學倫理。「編輯後的基因不會消失，反而會繼續遺傳給下一代，從而隨著時間推移在族群中不斷擴散。至少在幾代人的實驗中，我們無法確定，這個編輯後的基因以及編輯過程中潛在的脫靶，是否會給攜帶人的後代帶來不利影響。」彭金榮說。
在煙波浩渺的生命科學海洋，如今的發現仍然只是滄海一粟。基因技術之中的一系列問題，還有待全社會共同尋找答案。