2020年突破奖:谁赢得了今年的“科学界奥斯卡”?

撰文: NADIA DRAKE
 
2020年突破奖:谁赢得了今年的“科学界奥斯卡”?
2018年11月,在美国宇航局艾姆斯研究中心(Ames Research Center)举行的颁奖典礼上,露皮塔·尼永奥和马克·扎克伯格为2019年生命科学突破奖得主庄晓薇颁奖,并聆听了她的获奖感言。
摄影: STEVE JENNINGS, GETTY IMAGES FOR BREAKTHROUGH PRIZE
 
  人类的第一张超大质量黑洞图片,一种会导致破坏性神经退行性疾病的蛋白质,以及告诉大脑我们正处于痛苦中的神经路径在众多科学发现中脱颖而出,获得了今年的突破奖。
 
  突破奖每个单项奖的奖金为300万美元,在众多科学奖项中堪称翘楚。该奖由包括尤里·米尔纳(Yuri Milner)和马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)在内的硅谷巨头资助,旨在表彰生命科学、物理学和数学领域的前沿成就。与其他一些著名的科学奖不同的是,对于突破奖评审团来说,他们更倾向于将奖项颁给团队而不是少数被选中的个体。
 
  例如,今年的突破奖基础物理学奖被授予了视界望远镜合作组织(Event Horizon Telescope team)的347名成员,他们的目标是拍下位于梅西耶87星系(the galaxy Messier 87)中心的巨大黑洞图像。该团队规模庞大,由于需要做好保密工作,直到今天,团队获奖的情况只有一人知晓。
 
  哈佛-史密森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的项目负责人 Shep Doeleman表示:“我真的迫不及待地想告诉他们。”
 
  今年的突破奖奖项还包括4个生命科学奖、超重力发现的基础物理学特别奖、一个数学奖,以及6个新视野奖(奖金10万美元),颁发给处于职业早期阶段的科学家,以表彰他们在基础物理和数学领域所取得的成就。获奖者将参加11月3日在美国宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)举行的颁奖典礼,国家地理频道(National Geographic)会进行现场直播。
 
黑洞的乐趣
 
  梅西耶87星系中心的黑洞质量相当于65亿个太阳,是银河系附近最大的黑洞之一,因而成为了视界望远镜团队的完美拍摄目标。
 
  2017年4月,科学家们将世界各地的6个天文台连接起来,天文台里共8台射电望远镜通过原子钟网络实现同步,从而组成了尺寸与地球相当的虚拟望远镜。然后,他们将其对准了梅西耶87星系,希望捕捉到一幅翻腾的无底洞似的弯曲时空的图像,没有什么能从黑洞逃脱,哪怕是光线。
 
  今年早些时候,该团队公布了这张照片:一个巨大的黑洞,周围环绕着一圈旋转的火环一样的物质。
 
  “做好这个项目的关键在于接受风险,遇到挫折时坚持下去,让视界望远镜团队相信我们,要做一些他们没有资金做或没计划做的事情,”Doeleman说道。这项工作需要整个团队的努力,从资深科学家到职业早期阶段的研究人员。
 
  现在,研究小组正致力于构建一个类似的超大质量黑洞图像,该黑洞离地球最近,被称为人马座a *(Sagittarius A*),它正在我们银河系的中心不断旋转。他们还在制作这两只“宇宙巨兽”的视频。
 
  “现在,我们大部分的注意力都集中在第一个黑洞实时视频的制作上,观看它吸收,观看它发射这些喷射物,用围绕黑洞的物质轨道而不是光弯曲来测试爱因斯坦的理论,”Doeleman说道。“这是一种研究时空的全新方法。”
 
红辣椒
 
  加州大学旧金山分校的生理学家David Julius因发现了产生痛觉的细胞信号机制而被授予突破奖。
 
  我们身体里的感觉神经元对热、冷、机械感觉和其他刺激都有反应。当我们有受伤的危险时,这些神经细胞就会发出警告信号,或者当损伤发生时,它们会在我们的神经系统中传递疼痛感。在这个过程中,信号触发神经元表面的特定受体,然后传递信息。这些受体对感知疼痛至关重要,弄清它们的工作原理是开发炎症和慢性疼痛治疗方法的重要一步。
 
  Julius决定弄清楚辣椒素是如何引起痛苦的灼烧感的。他和同事确定了TRPV1受体,然后意识到它的主要进化目的是感知热量。
 
  “从精神物理学反应来看,这有点惊人——回想起来,也许不足为奇,” Julius说道。“我们根据这种受体对辣椒素的应答能力来识别它,但为什么我们会有这种受体呢?它对热量有反应,它参与了我们感知热的能力。”
 
  换句话说,辣椒会刺激已经存在的感受器发出强烈的“别吃我”信息,这在大部分情况下是有效的——除非你是一个嗜辣的人。

  最近, Julius和同事发现薄荷脑的降温作用(薄荷脑触发TRPM8受体,通常对寒冷有反应)以及芥末引发的感觉(其受体TRPA1,通常对化学刺激物有反应)背后都有着类似的机制。研究小组目前正在设计一种药物,使其既能改变受体活性,又能在不丧失所有感觉能力的情况下抑制痛觉。
 
  这时,轮到狼蛛登场了。在研究辣椒素受体的复杂性时, Julius想要找到能够与辣椒素受体紧密结合的分子,然后用这些化合物作为向导,找到潜在的治疗靶点。经过一番研究,他在亚洲地老虎蜘蛛(Earth Tiger tarantula)的毒液中发现了一种能够与TRPV1受体结合的成分。
 
  “这种毒素会找到微小的角落和缝隙,然后钻进去,阻止受体关闭……如果没有这种毒素,我们可能会获得一些有关受体结构的信息,但我们无法真正看到它,”Julius说道。
 
  “我们在自然界中发现的毒素非常有用。这些动物拥有数百万年的进化优势,进化出了能够有效攻击目标的毒液。”
 

查看2020年突破奖得主完整名单
 
2020年突破奖——基础物理学奖
 
视界望远镜合作组织(EHT)

 
  合作组织负责人Shep Doeleman将作为代表参加颁奖典礼。347名科学家将平分300万美元的奖金,他们将共同撰写了EHT于2019年4月10日发表的六篇论文。
  获奖理由:EHT构建的地球等大的望远镜阵列,为人类拍下了首张超大质量黑洞照片。
 
2020年突破奖——数学奖
 
Alex Eskin,芝加哥大学
获奖理由:在阿贝尔微分模空间的动力学和几何学上取得了革命性突破,包括与Maryam Mirzakhani共同证明了“魔杖定理”(magic wand theorem)。
 
2020年突破奖——生命科学奖
 
Jeffrey M. Friedman,洛克菲勒大学及霍华德•休斯医学研究所
获奖理由:发现了一种新的内分泌系统,脂肪组织可以通过该系统向大脑传输信号,以此调控食物摄入量。
 
F. Ulrich Hartl,马克斯·普朗克生物化学研究所;Arthur L. Horwich,耶鲁大学医学院及霍华德•休斯医学研究所
获奖理由:发现了分子伴侣在调节蛋白质折叠以及阻止蛋白质聚合中的作用。
 
David Julius,加州大学旧金山分校
获奖理由:发现痛觉涉及的分子、细胞和机制。
 
Virginia Man-Yee Lee,宾夕法尼亚大学
获奖理由:发现了额颞叶痴呆和肌萎缩侧索硬化症中的TDP43蛋白聚合体,揭示了不同细胞类型中α-突触核蛋白的不同形式,α-突触核蛋白是导致帕金森病和多系统萎缩的诱因。
 
2020年新视野物理学奖
 
Xie Chen,加州理工学院; Lukasz Fidkowski,华盛顿大学;Michael Levin,芝加哥大学;Max A. Metlitski,麻省理工学院
获奖理由:为理解物质的拓扑态,以及物质与其拓扑态之间的关系作出重要贡献。
 
Jo Dunkley,普林斯顿大学;Jo Dunkley,阿姆斯特丹大学;Kendrick Smith,圆周理论物理研究所
获奖理由:开发了从天文数据中提取基础物理信息的新技术。
 
Simon Caron-Huot,麦吉尔大学,Pedro Vieira,圆周理论物理研究所及国际理论物理中心-南美基础研究所
获奖理由:为理解量子场理论做出了重大贡献。
 
2020年新视野数学奖
 
Tim Austin,加州大学洛杉矶分校
获奖理由:为理解遍历理论作出巨大贡献,其中最重要的是证明了弱平斯克猜想。
 
Emmy Murphy,西北大学
获奖理由:对辛几何和切触几何的贡献,特别是对松散勒让德子流形概念的引入,以及与Matthew Strom Borman和Yakov Eliashberg一起,提出更高维度上的过扭(overtwisted)切触结构。
 
Xinwen Zhu,加州理工学院
获奖理由:在算术代数几何中做出的重要工作,包括将志村簇与黎曼-希尔伯特问题应用到p-adic代数簇中。
 
(译者:陌上花开)
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