【墨子沙龙】无所不在的诺贝尔：2021年诺奖带给我们什么

一百二十年前，根据瑞典科学家诺贝尔生前遗嘱设立的诺贝尔奖首次颁发，此后，每年评选和颁发一次，用以表彰对人类作出重大贡献的人士。

在科学界，有人戏称诺贝尔奖为“炸药奖”，这一方面是源于诺贝尔本人在炸药方面的贡献，另一方面，也反映了获奖成果的重要意义，以及科学界对它的热烈讨论。

而对于普通人来说，说起诺贝尔奖，大多数人除了在朋友圈看看热闹之外，并不能理解其中科学的高深，那些获奖成果对于普通人的意义，也往往不为我们所知。其实，我们每个人的生活，都因为这些成果，发生着深刻的改变。

日前，来自中国科学技术大学的赵纯教授、康彦彪教授和来自复旦大学的唐逸泉教授来到墨子沙龙，用他们各自的专业眼光，带大家一起领略今年的诺奖成果如何推动文明进步，诺奖故事又带给我们哪些启发。本次活动由墨子沙龙的老朋友——中国科大的蔡一夫教授主持。

今年夏天，一场极端的大暴雨席卷了河南，无数人的生命和财产安全受到威胁，灾难中，同胞互助的景象感人至深，灾难之后，我们不禁要问，这样的极端天气是否将会愈发频繁？我们可否预测、甚至影响天气和环境变化？

其实，这样的问题早在公元前340年就被提出，古希腊哲学家亚里士多德，在他的专著《Meteorolosis》中，最先叙述和粗浅地解释了风、云、雨、雪、雷、雹等天气现象。现在气象学的英文Meteorology就是从亚里斯多德的原书名演变而来。此外，我们从小耳熟能详的诸葛亮草船借箭的故事，也是对天气的一次有效预测。而现代大气学的发展，则是在一定的物理学、化学、统计学模型上，构建数学方程，通过一定的求解方法，尽可能作出科学的预测。尤其是计算机之父约翰·冯·诺依曼，提出使用计算机进行大气模式运算，并和Jule Charney一起进行了第一次大气模型的计算机运行。此后，大气的数值模型逐渐完善。

但是，地球气候系统是一个复杂系统，大气圈、水圈、岩石圈、生物圈都处于这个系统里面，最后都会去影响地球的气候。从数学上说，这就意味着系统的方程是高度非线性的，对初始条件误差更加敏感，初始条件任何一点不完美的测量，都将使得我们无法对系统进行准确预测。”在亚马逊的雨林当中，蝴蝶它扇动了一下翅膀，可能在我们北京的上空就会下一场雨。”蝴蝶效应通俗地描述了这种系统的复杂性。

了解了这个背景，再看今年的诺贝尔物理学奖获奖成果，他们的意义就明确了：“虽然在微观尺度，混沌效应的确存在，但当我们考虑全球气候变化这样的大尺度问题时，混沌效应所产生的不确定性就可以被视为噪音涨落而忽略掉，从而得到确定性的结论。因此，我们不仅能够预测全球大尺度气候系统的宏观行为，甚至还可以评估人类的活动是如何对全球气候变化造成影响的。”赵纯老师对此次诺奖给出了自己的理解。赵老师把这种过程比作“遛狗”——狗会随机运动，但是由于主人会带着它朝一个方向去走，所以长期来看的话，它一定是有一个固定的走向，并不会受狗的随机运动所影响。

其实，诺奖对气候和环境的关注已经不是第一次，臭氧的形成和分解、气候对经济学的影响，都曾被诺奖所“青睐”，可见，人和环境的关系，一直是人类文明和发展的重要课题。我国现在大力实施的双碳战略，也正体现了我国作为一个大国，对人类命运的担当。在赵纯老师看来，有了科学的预测方法还不够，大到国家战略、小到日常生活，我们如何去应对气候变化、能否把对气候的关切变成我们的实际行动，才是这些研究最终的意义。

上世纪中期，西德各地出生过很多手脚异常的畸形婴儿。科学家研究发现，造成这一现象的罪魁祸首，是一种叫做“反应停”的镇定剂，这种镇定剂当时在欧洲被允许开具给孕妇，用以减轻妊娠期的呕吐反应，最终导致了这种悲剧的发生。

事实上，“反应停”本名叫做沙利度胺，它就是一个典型的手性分子，右旋的它可以抑制妊娠反应，而左旋的它就是导致胎儿畸形的毒药。

今年，德国科学家本杰明·李斯特(Benjamin List )和美国科学家戴维·麦克米伦(David MacMillan)因开发了一种新的、独创的分子构建工具——不对称有机催化，而摘得诺贝尔化学奖。

我们中学时候学习化学，都知道，催化是一种神奇的化学反应，它可以加速、甚至引起某一类化学反应。说起催化的神奇，科学家们都不约而同会举士的宁(马钱子碱Strychnine)的例子：1952年第一次合成士的宁时，需要29种不同的化学反应，只有0.0009%的初始物质形成士的宁，剩下的都浪费了。2011年，研究人员利用有机催化和级联反应，只需12步就能生产士的宁，生产效率提高了7000倍。这种革命性突破的例子还有很多，其中离不开有机催化的巨大贡献。

在康彦彪教授看来，今天我们谈到不对成有机催化的时候，除了应当致敬两位此次获奖的科学家，也不应当遗忘在这个领域其它作出开创性工作的各国科学家。比如，匈牙利的科学家Z. G. Hajos，曾经于1970年，在他的专利里，报道了第一例不对称羟醛缩合反应，“对于基础研究来说，我们都不应该忘记首创的人，即便是像牛顿这样的伟人，也是站在巨人的肩上。”

很多人都是川菜的拥趸，你可能不知道，之所以迷恋辣味，其实是迷恋辣椒带来的痛感，今年的诺贝尔生理学或医学奖 ，就与辣椒带来的痛感有关。

2021年诺贝尔生理学或医学奖授予戴维·朱利叶斯（David Julius）和阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），以表彰他们在“发现温度和触觉感受器”方面作出的贡献。其中，David Julius利用辣椒素来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感受器。Ardem Patapoutian利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。

与气候预测一样，人类对于外界的感觉，也同样是亚里士多德思考的内容。他将感觉划分为视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉这五种感觉。诺奖的获奖历史上，也多次出现与感觉有关的研究成果。可见，对于我们无时无刻不沉浸其中的各种感觉，人类一直有着极大的好奇心。

20世纪90年代后期，美国加州大学旧金山分校的大卫·朱利叶斯想要分析化学化合物辣椒素是如何导致我们接触辣椒时产生灼烧感的。他和同事推测，某些DNA片段与表达能对疼痛、热和触摸做出反应的感觉神经元中的基因相对应。于是，他们创建了一个由数百万个DNA片段组成的文库，并发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因——TRPV1. 这是一种由高温激活的离子通道。TRPV1的发现引领了解开其他温度敏感受体的道路。

而Ardem Patapoutian用培养的机械敏感细胞来识别由机械力激活的离子通道。经过艰难的搜索，Piezo1和Piezo2两个离子通道相继被发现。PIEZO2基因突变的病人的本体感觉能力会受到很大影响，例如，蒙住病人的眼睛，屏蔽视觉信息，病人就走不稳路，摸东西也摸不准。甚至还会导致骨骼系统变形，也无法感受肌肉张力，甚至会因为不能感知膀胱充盈度而出现泌尿异常。

唐逸泉教授特别提到，本体感觉这个概念，是1932年的诺贝尔生理学或医学奖得主Charles Scott Sherrington爵士在他的经典神经科学专著“The Integrative Action of the Nervous System (1906)”中首次提出的。这种穿越时空的呼应，也正是科学的魅力所在吧。

最后的圆桌环节，主持人和三位嘉宾一起，与现场观众就诺奖成果进行深度互动。现场气氛热烈，观众踊跃提问，嘉宾严谨作答，将本次活动推向高潮。