2019年诺贝尔奖：他们的成果使我们的生活发生了翻天覆地的变化

诺贝尔奖（The NobelPrize）是根据瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱于1901年开始每年颁发的五个奖项，包括：物理、化学、生理学或医学、文学与和平。诺贝尔奖普遍被认为是所颁奖的领域内最重要的奖项。

近日，2019诺贝尔生理学或医学奖、2019诺贝尔物理学奖、2019诺贝尔化学奖陆续发布，让我们看到了各个领域科学家的突出贡献，从人体小小的细胞氧气调节机制到探索地球在茫茫宇宙中的地位，再到我们身边手机、电脑、相机的“背后”功臣锂电池的发明，诺贝尔委员会对于化学奖的获得者更是青睐有加，表示他们的工作“使我们的生活发生了翻天覆地的变化”，本届诺贝尔获得者可谓实至名归。

2019诺贝尔生理学或医学奖：

细胞如何感知氧气？

10月7日，2019诺贝尔生理学或医学奖揭晓：威廉·凯林（William G. Kaelin Jr）彼得·拉特克利夫（Sir Peter J. Ratcliffe） 以及格雷格·塞门扎（Gregg L. Semenza）获得这一奖项，以表彰他们发现“细胞如何感知和适应氧可用性”。

评奖委员会表示，科学界早已知晓氧气之于肌体的重要性，但并不清楚细胞是如何感知和适应氧气供应的。三名获奖者的发现为人类进一步研究这二者之间的关系打下了坚实基础，他们的发现对于应对贫血、癌症以及多种其它疾病来说探索出一条新路。

1992年，塞门扎发现了低氧诱导因子（HIF）。此后，拉特克利夫和凯林发现了低氧诱导因子的降解机制。低氧诱导因子的水平受氧气含量影响。高氧状态下，低氧诱导因子被修饰，从而被降解；低氧状态下，低氧诱导因子不被修饰，不会被降解。

三人通过独立开展研究，将细胞感受氧气的过程讲成了一个完整的故事——在低氧条件下，细胞里低氧诱导因子水平升高，导致这种蛋白水平升高的原因是它不能被降解，这种蛋白能通过转录调节引起一些低氧相关基因表达，比如调节促红素基因表达，诱导一种负责血管生成的分子——血管内皮细胞生成因子基因表达等。

HIF-1α降解过程。（图片来源：诺贝尔奖官网）

塞门扎最早研究地中海性贫血。他发现，EPO（促红细胞生成素 英文名：Erythropoietin，简称：EPO）的增加源于EPO基因中的一个特定区域，他定义为缺氧应答因子（HRE），他从这段氧气调控片段中分离出转录因子蛋白复合物，称为缺氧可诱导因子（HIF），HIF本身由两种蛋白形成，一种称为ARNT（一直存在），而另一种称为HIF-1a，HIF-1a蛋白可感知氧气，即当氧气水平低时，它会出现；当氧气水平高时，就会消失。

HIF存在于所有的细胞中，这说明HIF可能是负责氧气感应的主要调控因子，不少团队的进一步研究也表明HIF由细胞产生。塞门扎发现，HIF-1a在细胞缺氧时会进入到细胞核内，调控EPO机能表达，产生更多EPO，EPO促使红细胞成熟加快，使血液中拥有更多红细胞。但是在高氧或者常氧环境，就会遭到蛋白酶体降解的破坏。

在研究一种与癌症有关的基因（VonHippel-Lindau基因 ，VHL）过程中，凯林的团队与其他团队合作，发现缺乏VHL的细胞会增加缺氧诱导基因的表达。

随后Peter J.Ratcliffe的团队指出，VHL是HIF被蛋白酶体降解的必要因子。因此VHL基因的关键作用是在高氧环境条件下诱导HIF被降解。Ratcliffe发现，氧气依赖反应会在高氧条件下遏制HIF，当氧气足够时，HIF中的蛋白会被羟化，随后被VHL识别出，最后被消灭。

总而言之，塞门扎阐明了在缺氧情况下EPO为什么会上升，凯林与拉特克里夫则是阐明了在氧气充足情况下EPO为什么不会上升。氧气感受对许多疾病至关重要。例如，因为EPO表达减少，慢性肾衰竭患者经常严重贫血。EPO由肾细胞产生，对于控制红细胞产生极为重要。而且，氧气调节机制在癌症中也扮演了重要角色。在肿瘤中，氧气调节机制被用来刺激血管形成和重塑代谢，实现癌细胞的有效增殖。学术界和制药公司正在研发新药，通过激活或阻断氧气感受机制，从而介入到疾病的不同阶段。

2019诺贝尔物理学奖：

探索地球在宇宙中的地位

10月8日，2019年诺贝尔物理学奖揭晓：加拿大裔美国科学家James Peebles、瑞士科学家Michel Mayor、瑞士科学家Didier Queloz获奖。奖励他们“在增进我们对宇宙演化，以及地球在宇宙中地位的理解方面所做出的贡献”。其中一半奖金授予美国普林斯顿大学的James Peebles，获奖理由是“对于物理宇宙学方面的理论发现。”另一半奖金授予瑞士日内瓦大学的Michel Mayor，以及瑞士日内瓦大学/英国剑桥大学的DidierQueloz，获奖理由是“发现了围绕其他类太阳恒星运行的系外行星”。

今年的诺贝尔物理学奖奖励人类对于宇宙结构与历史方面的崭新理解，以及围绕类太阳恒星运行的系外行星。James Peebles关于物理宇宙学的洞察丰富了整个研究领域并为过去50年间宇宙学领域所发生的深刻变革奠定了基础，将猜想变为了科学。他在上世纪1960年代中期以来所建立的理论框架，已经成为我们理解宇宙的基础。

大爆炸模型描述了宇宙从大约140亿年前诞生开始的历史，当时的宇宙极端高温，密度极大。自那以后，宇宙经历了不断的膨胀，体积变大，不断降温。大约在宇宙大爆炸之后40万年，宇宙开始变得透明，光第一次得以在宇宙间传播。即使在今天，这一古老的辐射仍旧弥漫在我们的周围，并在其中隐藏着许许多多关于宇宙的秘密。借助他所开创的理论工具和计算方法，James Peebles得以解码这些来自宇宙婴儿时期的线索，并发现了全新的物理学过程。

他的研究结果显示，我们所知的宇宙只占到宇宙的5%，它包括了所有的恒星，行星，树木，以及我们。剩余的95%都是未知领域，包括暗物质以及暗能量。这是当代物理学所面临的重大谜团和挑战。

1995年10月，Michel Mayor和Didier Queloz宣布首次发现太阳系外的一颗行星，一颗系外行星，围绕我们的银河系中的一颗类似于太阳的恒星运行。在法国南部的Haute-Provence天文台，使用定制的仪器，他们能够看到行星“51 Pegasi b”，一个可与太阳系最大的气体巨星“木星”相媲美的气态球体。

这一发现开启了天文学的一场革命，自那时以来，银河系已经发现了4000多颗系外行星。奇异的新世界仍在不断被发现，其大小、形状和轨道之丰富令人难以置信。这些行星挑战了我们对行星系统的先入之见，并迫使科学家修正他们关于行星起源背后的物理过程的理论。随着大量的寻找系外行星的计划着手实施，我们或许最终能回答其他星球是否有生命存在这一永恒的问题。

今年的获奖者改变了我们对宇宙的看法。James Peebles的理论发现有助于我们理解宇宙在大爆炸后是如何演化的，而Michel Mayor和Didier Queloz则在寻找未知行星的过程中探索了我们的宇宙邻居。他们的发现永远改变了我们对地球和宇宙的看法。

2019诺贝尔化学奖：

电子设备便携化的“背”后功臣

10月9日，2019年诺贝尔化学奖揭晓：美国科学家约翰·古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利·惠廷厄姆与日本科学家吉野彰共同获得此奖，以表彰他们在锂离子电池领域作出的突出贡献。

3位科学家研发的锂电池，开启了电子设备便携化的进程。自从锂电池1991年首次进入市场以来，锂电池就彻底改变了我们的生活。它可以储存大量太阳能和风能等清洁能源，使无化石燃料社会成为可能。

如果没有锂离子电池，出门在外，我们恐怕得为手机准备上一打镍镉电池，以防它打上几个电话就宣告罢工。锂离子电池能量密度高、寿命长，没有记忆效应。凭借这些优势，它已经渗透进了人类生活的方方面面。

在商业化之前，锂电池有一段漫长崎岖的道路。先是斯坦利·惠廷厄姆起草了锂电池的初始设计方案，硫化钛为正极材料，金属锂为负极材料——这证明是一个可以充放电的电池。

但人们发现，用金属锂做负极，并不安全。解决这一问题的思路在于避免电极中出现金属锂。于是，古迪纳夫团队提出和找到了层状氧化物正极材料——钴酸锂。该材料至今仍应用在我们各类主流消费类电子产品中。

古迪纳夫开始在锂电池的阴极使用钴酸锂，这几乎使电池的电势翻倍，使电池变得强力很多。

吉野彰尽管在攻克锂离子电池时找到了合适的阳极材料，但一直找不到合适的阴极材料。他读到了古迪纳夫的论文受到启发，认定钴酸锂是最好的阴极材料，能把现有的锂镉电池的重量缩减三分之一。由此，吉野彰设计的锂离子电池以碳基材料为阳极，以钴酸锂为阴极，完全去除电池中的金属锂，大大提高了安全性，最终确立了锂离子电池的基本概念和技术范式。

锂离子电池已成为现代电子产品中的一种主要材料。它们于1991年商业化推出，重量轻、能效高，让电子制造商把它们塞进手机、便携式电脑和相机中。但由于电池也可以堆叠成大阵列，可以经受数百次的放电-充电循环，因此它们也是电动自行车和普锐斯（Priuse）和特斯拉（Teslas）等汽车的核心，已经成为可持续绿色能源的可靠组成部分。风能或太阳能等能源不会释放出杀死地球的温室气体，但它们比石油燃料更不可靠。锂离子电池可以在风力发电机转动和太阳将光子落在光电电池上时充电，然后在不保持电网均匀分布的情况下放电。

文字 | 本报综合整理

图片 | 来源见水印，其余来源于网络

编辑 | 可可