浅析2022年诺贝尔奖科学奖项

○赵俊环

2022 年10 月3 日至10 日，诺贝尔奖科学奖项的获奖名单陆续颁布：美国科学家卡罗琳·贝尔托齐（Carolyn R. Bertozzi）、丹麦科学家莫滕·梅尔达尔（Morten Meldal）和美国科学家卡尔·巴里·沙普利斯（K.Barry Sharpless）获诺贝尔化学奖；法国科学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser）和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger）获诺贝尔物理学奖；瑞典科学家斯万特·佩博（Svante Pääbo）获诺贝尔生理学或医学奖。

诺贝尔化学奖获奖关键词：点击化学、生物正交反应

今年的诺贝尔化学奖得主沙普利斯和梅尔达尔为一种功能形式的化学——点击化学奠定了基础。在这种化学中，分子构建块快速而有效地结合在一起。而另一位获奖者贝尔托齐则将点击化学带入了一个新的维度，并开始将其应用于生物体中。

沙普利斯教授因在不对称催化合成反应研究方面作出的杰出贡献，而荣获2001年诺贝尔化学奖。此次再度获奖使他成为21 世纪第一位“两届诺奖得主”。也正是在2001 年的颁奖会上，沙普利斯一反惯例没有说自己的获奖项目“不对称有机催化”，而是首次提到了自己接下来科研的重点“点击化学”。

点击化学属于基本化学反应类型中的化合反应这一大类。点击化学来源于科学家对自然界中天然产物和生命体活动及生物合成途径的观察与研究。蛋白质是有机大分子，是组成人体一切细胞、组织的重要成分，是生命活动的物质基础、主要承担者。机体所有重要的组成部分与生命现象都需要蛋白质的参与。可以说，没有蛋白质就没有生命。虽然蛋白质的种类很多，性质、功能各异，结构复杂，但都是凭借仅20 多种氨基酸按不同比例组合而成的。点击化学也是如此，通过小单元的拼接，来快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。通俗地说，就像是两块乐高拼接在一起，A+B 形成AB 这样快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。它尤其强调开辟以碳-杂原子键（C-X-C）合成为基础的组合化学新方法，并借助这些反应（点击反应）来简单、高效地获得分子多样性。因此，点击化学又被译为链接化学、速配接合组合式化学，还有人形象地称它为“咔哒化学”，就像是两样东西拼接在一起的声音一样简单。

虽然点击化学反应简单到似乎“高中生都能做”，但它极大影响了其他的科学领域，已经成为最有用和吸引人的合成理念之一，具有很重要的意义。沙普利斯之所以能够在诺贝尔奖评选中“梅开二度”，很大程度上是因为他的研究已经渗透到生命科学、材料科学等众多领域。

梅尔达尔因为与沙普利斯各自独立报告了点击化学的代表反应：铜催化叠氮-炔烃环加成反应而荣获今年的诺贝尔化学奖。这是一种精致而高效的化学反应。

点击化学对化学合成领域有很大的贡献，目前已被广泛应用在药物开发、绘制DNA 图谱和制造更匹配目的材料和生物医用材料等诸多领域中。

作为今年诺贝尔奖科学奖项唯一的女性获奖者，卡罗琳·贝尔托齐也以斯坦福大学教授、摇滚乐队的成员、街头篮球和足球的业余玩家等多重身份成为了科学界的“跨界明星”。

点击化学为生物正交反应提供了一个原型蓝本。为了在细胞表面绘制重要但难以捉摸的生物分子——聚糖，贝尔托齐将点击化学提升到了一个新的维度，研发了能在生物体内使用的点击化学反应，即生物正交反应。所谓生物正交反应，可以理解为在不影响生物体的前提下（与生物体内原有的化学反应“正交”），在生物体中进行的高选择性化学反应。既要尽量减少对原始生物体的影响，还要保证化学惰性，不会与生物体内部的物质发生反应，不会发生副作用。此外，反应要适应生物体所需，在室温条件、酸碱适合的液相环境中快速发生。

点击化学和生物正交反应在生命科学研究、医药研发、临床诊疗等多个领域均展示出了广阔的应用前景，势必为人类带来更大的利益。

诺贝尔物理学奖获奖关键词：量子纠缠

量子这个概念最早是在1900 年由M·普朗克提出的。量子纠缠，又称量子缠结，是一种量子力学现象。自上世纪20 年代以来，量子力学成为整个微观物理学的基本理论框架，并且取得了巨大的成功。

阿兰·阿斯佩、约翰·弗朗西斯·克劳泽和安东·塞林格这三位科学家使用纠缠量子态进行了开创性的实验。在纠缠量子态中，即使两个粒子分离，它们也表现得像一个单独的单元。他们的研究结果为基于量子信息的新技术扫清了道路。瑞典皇家科学院表示，他们的工作为量子技术的新时代奠定了基础。

量子纠缠技术是安全地传输信息的加密技术，与超光速传递信息相关。即使两个物体并没有物理连接，甚至它们之间的距离如宇宙长度般遥远，也能同时相互产生影响。

“越来越明显的是，一种新的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者对纠缠态的研究非常重要，甚至超越了解释量子力学的基本问题。”诺贝尔物理学奖委员会主席安德斯·伊尔贝克这样评价今年的诺贝尔物理学奖获奖项目。

经过一个多世纪的发展，人类进入了量子时代。越来越多的人投入到了量子力学的应用研究中，基于量子规律的新技术也不断涌现。这些量子技术深深地改变了我们的生活，其中最引人注目的成就就是激光技术和电子计算机的出现。

诺贝尔生理学或医学奖获奖关键词：古人类基因组

一直以来，科学家们都在致力于对古人类的研究，以探寻人类的起源以及与众不同的原因等。但是，由于数万年来DNA的降解以及微生物和当代人类的污染所带来的极端技术挑战，长期以来，对已灭绝的古人类DNA 的分析是否可行一直是个疑问。而如今，这个看似不可能的任务被瑞典科学家斯万特·佩博解决了。

斯万特·佩博是著名生物学家、进化遗传学权威，并由他建立了一门全新的科学学科——古基因组学。他从化石中提取古人类基因，经过测序绘制了尼安德特人基因组草图，分析了所有现代人类和已灭绝人种的基因差异。通过揭示将所有现存的人类与已灭绝的人类区分开来的遗传差异，他的发现为探索是什么使我们成为独特的人类奠定了基础。

几十年来，佩博一直在开发研究尼安德特人DNA 的方法。佩博和他的团队不断改进从古骨遗骸中分离和分析DNA 的方法。通过新技术的加持，以及与几位具有群体遗传学和高级序列分析专业知识的关键合作者的努力，佩博最终完成了看似不可能的任务，并在2010 年发表了第一个尼安德特人基因组序列。佩博和他的同事现在可以调查尼安德特人与来自世界不同地区的现代人类之间的关系。

20 世纪90 年代，凭借他精巧的方法，佩博还获得了一个更为轰动性的成就——通过一块4 万年前的小指骨标本测序了一个线粒体DNA 区域，并通过检索到的基因组数据发现了一种已灭绝的古人类Denisova。这是人类第一次获得了来自已灭绝亲属的序列。

斯万特·佩博对人类的知识贡献是巨大的。他最大的贡献是对古人类学、考古学的研究，开启了革命性变革，仅用短短十几年，就让古DNA 研究迎来了一个巅峰。他的发现提供了有关智人从非洲迁移到世界其他地方时世界人口分布情况的重要信息，使我们对人类的进化史有了新的认识。他的研究涉及古疾病，比如控制疾病基因及其机制。