科姆伦·瓦法、安德鲁·施特罗明格和约瑟夫·波钦斯基。图片来源:Breakthrough Prize
根据弦理论的说法,自然界所有力和粒子都来源于微小的、振动的弦。1995年波钦斯基提出,该理论亦可涵盖二维乃至更多,他称之为“膜”(brane),该称呼来自于英文 membrane。这一发现开辟了宇宙学的新分支,在膜宇宙论中,不同的膜是一个个漂浮在额外维空间中的孤立宇宙,就像鱼缸中的水藻,膜之间彼此碰撞,发生相互作用,形成我们今天的宇宙。
在1996年一次著名的计算中,施特罗明格和瓦法利用弦理论计算了一个黑洞的信息内容(熵)。其结果印证了霍金利用近似方法的预测——黑洞会释放辐射,最终爆炸。
数学奖得主
在长达四十年的研究生涯中,普林斯顿大学高等研究院数学家琼·布尔甘(Jean Bourgain)平均每年发表十篇论文,解决了数学领域多个方向的数个最难问题。
琼·布尔甘。图片来源:Breakthrough Prize
布尔甘近期的工作包括“解耦定理”(decoupling theorem),该定理将毕达哥拉斯的理论推广到了电磁波等震荡波。毕达哥拉斯定理仅说明了直角三角形的直角边与斜边的长度关系,而印第安纳大学布尔甘和奇普里安·德墨忒尔(Ciprian Demeter)证明的解耦定理说明了波的叠加也有类似的关系。
生命科学奖得主
史蒂芬·埃利奇。图片来源:Breakthrough Prize
史蒂芬·埃利奇(Stephen J. Elledge)是哈佛大学医学院遗传系遗传与医学教授。他的研究阐明了细胞感受和响应 DNA 损伤的机制,为癌症的发生和诊治提供新思路。
埃利奇认为尽管 DNA 暴露在外界的频繁攻击中,但它自身存在某种“化学智能”,可以监控自身完整性并激活一系列防御反应。
埃利奇研究兴趣广泛。2015年,他的团队发明了一种简单的测试方法,可以用不到一滴血检测出人体内的所有病毒。科学家们认为这项研究很有应用前景,可以追踪不同人种之间的疾病模式,了解病毒是怎样诱发机体免疫应答,用于慢性病和癌症的治疗。
去年,埃利奇还赢得了素有“美国诺贝尔奖”之称的拉斯克奖。
哈利·诺勒。图片来源:Breakthrough Prize
生物化学家哈利·诺勒(Harry F. Noller)揭示了核糖体的结构和 RNA 在核糖体中的重要作用。核糖体是细胞合成蛋白质的工厂。核糖体表面上看起来像一个缠绕的线团,通过破译核糖体的弯曲和折叠结构,科学家可以更好的理解遗传密码的翻译机制。
诺勒是加利福尼亚大学圣克鲁斯分子生物学中心的主任,他和他的同事们通过 X 射线衍射法第一次观察到核糖体的分子结构。他的工作同时揭示了核糖体是一种核酶(一种可以催化特定生化反应的 RNA 分子),这种核酶可以连接不同的氨基酸催化合成蛋白质。
罗兰·诺斯。图片来源:Breakthrough Prize
罗兰·诺斯(Roeland Nusse)是斯坦福大学发育生物学教授,霍华德休斯医学研究所研究员。他在1982年参与发现了第一个 Wnt基因。Wnt基因是 Wnt 信号通路的一部分,该信号通路在体轴分化、器官发生和肿瘤发生中起重要作用,同时该通路对成体和胚胎发育时的细胞通讯也很重要。
Wnt 信号通路广泛存在于动物界。它参与了小鼠乳腺癌转移、果蝇形态发生等多种发育过程。由于 Wnt 信号通路可以引发一系列级联反应进而影响整个生物体,生物学的各个研究领域都对 Wnt 信号通路给予高度重视。
胡达·扎戈比。图片来源:Breakthrough Prize
胡达·扎戈比(Huda Zoghbi)是贝勒医学院神经病学教授,霍华德休斯医学研究所研究员和德克萨斯儿童医院月和丹邓肯神经学研究所主任。她发现了引发脊髓小脑共济失调的 SCA1基因突变。脊髓小脑共性失调症是一种神经系统变性疾病,患者肢体乏力、不能站立、甚至不能说话。目前美国有15万脊髓小脑共济失调病人,目前这种灾难性的疾病尚无治疗方案。
但是研究这种疾病的发生机制可以帮助我们抑制疾病的发展,扎戈比的研究为我们对抗脊髓小脑共性失调奠定了基础。
她还发现了雷特综合征的病因。雷特综合征是一种严重的影响儿童精神运动发育的神经紊乱综合症,主要发生在女孩身上。美国每年有约1000名患者。她的研究团队潜心钻研雷特综合征长达16年之久,最终确定这种疾病是由 MECP2基因突变引起,她同时发现这一基因也参与了其它神经紊乱综合症,这是攻克这些疾病的第一步。
大隅良典。图片来源:Breakthrough Prize
日本分子细胞生物学家大隅良典现任日本东京工业大学前沿研究中心特聘教授与荣誉教授。他凭借上世纪九十年代在酵母中的研究成为细胞自噬领域的先驱。
细胞内的细胞器,蛋白质等大分子在细胞分裂等情况下往往会遭受损伤。这类 “垃圾”的积累会对细胞产生毒害,甚至导致细胞死亡。自噬同时也是细胞在“饥饿”状态下补充代谢原料的途径。在细胞自噬过程中,细胞内合成“垃圾袋”——自噬体来包裹需要降解的细胞内容物。自噬体有双层膜结构,可以和溶酶体融合。这些内容物在溶酶体中被消化。
研究人员认为自噬失调可以导致二型糖尿病、阿兹海默症、帕金森和一些癌症,自噬同样也在衰老中起作用。
今年大隅良典凭借细胞自噬机制的研究获得诺贝尔生理和医学奖。
新视野奖得主
除了上面提到的300万美金的大奖以外,今年还颁发了3个物理新视野奖和3个数学新视野奖(New Horizons),奖金均为10万美元。获得物理新视野奖的年轻物理学家分别是:加拿大圆周理论物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的阿希米娜·阿尔凡塔基(Asimina Arvanitaki)、斯坦福大学的彼得·格拉厄姆(Peter Graham),以及加州大学伯克利分校的苏吉特·拉金德蓝(Surjeet Rajendran)(3人共享);普林斯顿大学的西蒙尼·琼比(Simone Giombi)以及哈佛大学的尹希(2人共享);最后是普林斯顿大学的弗朗斯·普里托里厄斯(Frans Pretorius)。
在数学方面,新视野奖的获奖者分别是:哥伦比亚大学的默罕默德·阿伯扎伊德(Mohammed Abouzaid);日内瓦大学的雨果·多米尼而·科宾(Hugo Duminil-Copin);俄勒冈大学的本杰明·埃利亚斯(Benjamin Elias)以及京都大学的乔迪·威廉姆森(Geordie Williamson)。