2019年科学突破奖公布 庄小威 陈志坚获300万美元巨奖

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2018年10月17日，2019年度科学突破奖（Breakthrough Prize）揭晓。5位生物学家、2位物理学家及一位数学家共同获奖。其中，华人科学家庄小威和陈志坚分别因超越传统光学显微镜的超分辨率成像技术、揭示细胞检测外源DNA并引发免疫反应的机制获奖。

科学突破奖被誉为全世界最慷慨的科学奖，单项奖金为300万美金。该奖项已举办第七个年头，旨在表彰生命科学，基础物理和数学方面的成就，这些学科提出最终极的问题，并寻求最深刻的答案。

今年的突破奖的重要发现包括：

在生命科学领域，一种非常成功的基因治疗药物，Spinraza，能用于治疗一种致命的婴儿疾病——脊髓性肌肉萎缩症（Spinal Muscular Atrophy）。第二项是超越传统光学显微镜的超分辨率成像技术。该技术揭示了细胞内部的全新结构。第三个发现揭示了细胞检测外源DNA并引发免疫反应的机制。对该机制的揭示，能够影响我们对癌症和自身免疫疾病的治疗。另外一个发现，是染色体数量异常几乎和所有癌症相关，并对人体造成严重破坏。在基础物理学中，有一系列令人惊叹的理论进步，其中包括对全新一类电子材料的发现，该材料能够同时导电和阻电，并将在量子计算领域产生变革性作用。在数学方面，奖励在函数领中，对朗兰兹纲领（Langlands program）做出的优美和开创性贡献。

除了七个主要奖项之外，还有每个价值10万美元的6项“新视野奖”，奖励给七位物理学家和五位数学家，以表彰他们在各自领域的早期成就。

今年9月，基础物理学的另一项特别突破奖也被宣布，以表彰英国天体物理学家乔斯琳·贝尔·伯内尔（Jocelyn Bell Burnell）在发现脉冲星中的重要角色，以及她在过去五十年里鼓舞人心的科学领导力。脉冲星是一种异乎寻常的新型恒星，于1968年2月首次宣布发现。

上述所有获奖者，将在11月4日星期日的突破奖颁奖典礼（也称“科学奥斯卡典礼”）上领奖。

科学突破奖——生命科学奖

C·弗兰克·本内特（C. Frank Bennett）

Ionis制药公司

阿德里安·R·克赖纳（Adrian R. Krainer）

冷泉港实验室获奖理由：开发出一种有效的反义寡核苷酸疗法，用于治疗患有神经退行性疾病脊髓性肌萎缩症（spinal muscular atrophy，SMA）的儿童。

脊髓性肌萎缩症是一种罕见但具有破坏性的疾病，是导致婴儿死亡的主要遗传病因。许多患有脊髓性肌萎缩症的孩子会在两岁前死去。现在，患上脊髓性肌萎缩症已不再意味着死亡。药理学家C·弗兰克·本内特和生物化学家阿德里安·R·克赖纳基于他们对反义技术和RNA剪接的自然过程的发现，研发出第一种治疗脊髓性肌萎缩症的药物——Nusinersen（商品名为Spinraza，由Biogen经销）。此种药物于2016年获得FDA批准，是目前正在研发中的首批针对家族性自主神经功能障碍（FD）、胶质母细胞瘤和肝癌的新型反义疗法之一。这项工作也为使用基因沉默新疗法治疗亨廷顿氏症、肌萎缩侧索硬化症、脊髓小脑性共济失调、帕金森病和阿尔茨海默病创造了可能。

本内特的家人在美国新墨西哥州阿兹台克经营酒店，他在那里长大；但在辅导员的鼓励下，他转而追求药理学研究事业，致力于寻找治愈严重疾病的方法。 克赖纳是东欧后裔，在乌拉圭蒙得维的亚长大；他崇敬孟德尔的科研工作，在高中时期就对遗传学产生了兴趣。 2004年开始联手研究脊髓性肌萎缩症之前，本内特和克赖纳就已经熟悉了彼此的工作，目前他们继续着合作关系。

安吉莉卡·阿蒙（Angelika Amon）

麻省理工学院和霍华德·休斯医学研究所

获奖理由：明确非整倍性（aneuploidy）的影响，这是一种染色体数目异常，由染色体分裂错误导致。

多出一条染色体可能引发极其严重的后果（如唐氏综合征、流产等）。实际上，在所有的癌症种类中，有80%存在染色体多余或缺失。出生于维也纳的分子生物学家安吉莉卡·阿蒙证明，不规则的染色体数目（即非整倍性）引发了一种应激反应，干扰了细胞的故障保险和错误修复系统——这反过来又导致基因突变快速累积。她希望对非整倍性的理解能让我们更好地了解癌症发展，并有助于识别新的癌症治疗靶点。阿蒙的行事准则被她自己称为“奶奶测试”——一个想法必须能够被简单地解释，才能引起她的兴趣。她提出简单的问题，得到了不起的答案。

庄小威

哈佛大学和霍华德·休斯医学研究所

获奖理由：开发极高分辨率成像技术，发现细胞隐藏的内在结构，这种方法超越了光学显微镜的空间分辨率限制。

庄小威是个神童。六岁的时候，她就能认识到施加在一杯水上的大气压，这令她在中国顶尖科技类大学担任空气动力学教授的父亲印象深刻。多年后，在显微成像技术黄金时期的黎明，在斯坦福大学做博士后的她将对物理学的兴趣转向了生物成像和对生物系统的探索。在哈佛大学庄小威自己的实验室里，她发明了一种超高分辨率成像方法（即随机光学重构显微术，STORM），利用状态可切换的荧光分子打破了传统显微镜的衍射限制。实验得到了分子和细胞结构的超高分辨率图像，这些细胞和分子的大小只有人类头发直径的万分之一。借助STORM技术，她的实验室发现了原本未知的细胞结构，例如大脑中的神经元内部周期性的膜骨架。

陈志坚

德克萨斯大学西南医学中心和霍华德·休斯医学研究所

获奖理由：阐明了DNA通过DNA感受酶cGAS从细胞内部触发免疫及自身免疫反应的机制

T细胞和其他类型的白细胞是免疫系统的一线“斗士”。陈志坚的研究为我们揭开了一种基础性先天免疫系统的面纱——这一系统能够将我们身体中的每个细胞调动或者重启，从而去对抗来自病毒、应激、辐射或其他方面的损害。陈志坚的实验室证明：由入侵者携带进来的（或从细胞核渗透出的）DNA会被一种特定蛋白识别，最终激活T细胞和白细胞。他目前正在研究将这种强大力量化为己用的方法，以期阻止疾病（例如癌症）的发展；同时他也希望能够在这种力量走上“弯路”导致自身免疫疾病（例如关节炎和红斑狼疮）发生时，找到控制它的途径。陈志坚在中国福建省一个偏远的山村中长大，在童年时代就表现出了对大自然的天生好奇心，并受到父母的鼓励从事科学研究。他后来移民美国并在纽约州立大学布法罗分校获得博士学位。他认为科学没有国界，疾病是我们共同的敌人。

“生命科学突破奖的获奖者向我们展示了他们的杰出工作，”评委会主席柯里·巴格曼（Cori Bargmann）说。 “他们用创造、革新、坚持和技艺，给世界带来了以往难以想象的进步。”

科学突破奖——基础物理学奖

查尔斯·凯恩（Charles Kane）和尤金·米尔（Eugene Mele）

宾夕法尼亚大学

获奖理由：提出了物理学中关于拓扑学和对称性的新观点，并预测出一类表面导电、内部绝缘的新材料。

在本·富兰克林之后，我们一直根据物质能否导电，将其划分为导体和绝缘体。现在，凯恩和米尔的研究颠覆了这一观念。他们预测了一类新的物质——拓扑绝缘体（topological insulator）。这类物质内部是绝缘体，而表面却是良好的导体。拓扑绝缘体的发现对量子计算领域的“军备竞赛”有着重要意义，在此基础上，有可能研制出计算能源效率极高的新一代电子设备。拓扑绝缘体展现出与基本物理粒子（如电子、光子）类似的激发态，而且在实验室中的操控性也优于后者。因此，拓扑绝缘体为我们更深入地理解物质与能量的基本性质打开了一扇新窗口。这一联系也为我们提供了全新的概念框架，帮助我们控制不同物质状态中电荷、光甚至是机械波的流动。

此外，预期之外的应用同样值得期待。正如1947年晶体管刚刚诞生时，没有人能预料到，它引领了几十年后的信息技术革命，使得用小小的芯片存储太字节的数据成为现实。

“凯恩和米尔为量子物理中的拓扑学提出了新思路，”评委会主席爱德华·威滕说，“当故事展现在人们面前时，我们才意识到它有多么优美。”

科学突破奖——数学奖

文森特·拉福格（Vincent Lafforgue）

法国国家科学研究院，格勒诺布尔大学

获奖理由：他在数学几个领域内的开创性工作，特别是函数域中对朗兰兹纲领的贡献。

一直以来，法国都盛产伟大的数学家。从笛卡尔、费马、帕斯卡到庞家莱，不一而足。到了近代，韦伊、塞尔、格罗滕迪克的工作为代数几何奠定了新基础，并从中诞生了算数几何。拉福格是算数几何领域的领袖，是密码学和信息安全技术新发现的核心人物。拉福格的学术研究在位于格勒诺布尔的法国国家科学研究院（CNRS）开展，这里是欧洲最大的基础科学研究机构。作为CNRS的终身教职拥有者，他能够自由地探索那些看似不可能的问题。出于对生态危机的深深担忧，现在拉福格的研究重点是将算子几何与量子力学结合，以及设计清洁能源的新材料。

“文森特·拉福格在函数域中发现了一个优美而直接的证明，”评委会主席理查德·泰勒说，“看到他的解释后，你会问自己，为什么这么久以来，所有人都与它擦肩而过。最终，你可以看到朗兰兹对应为什么必须存在，它不再只是复杂计算的动机不明的结论。”

基础物理学突破奖——特别奖

乔斯琳·贝尔·伯内尔（Jocelyn Bell Burnell）

邓迪大学、牛津大学

获奖理由：她对发现脉冲星做出了基础贡献，一生都是科学界鼓舞人心的领袖。

“新视野”物理学奖

布赖恩·梅茨赫尔（Brian Metzger）

哥伦比亚大学

获奖理由：他对中子星合并的电磁信号做出了开创性预测，领导了新兴的多信使天文学领域的发展。

拉娜·阿迪卡里（Rana Adhikari），加州理工学院

莉萨·巴尔索蒂（Lisa Barsotti），麻省理工学院

马修·埃文斯（Matthew Evans）， 麻省理工学院

获奖理由：为研究当前和未来的地面引力波探测器做出贡献。

丹尼尔·哈洛（Daniel Harlow），麻省理工学院

丹尼尔·L·贾弗里斯（Daniel L. Jafferis），哈佛大学

阿龙·沃尔（Aron Wall），斯坦佛大学

获奖理由：对于量子信息、量子场论和引力的基本理论做出贡献。

“新视野”数学奖

许晨阳

麻省理工学院、北京国际数学研究中心

获奖理由：为最小模型程序（minimal model program）和代数簇的模（ moduli of algebraic varieties）的应用的研究进展做出主要贡献。

卡里姆·阿迪普拉斯托（Karim Adiprasito），耶路撒冷希伯来大学

琼·于（June Huh），高等研究院

获奖理由：他们与埃里克·卡茨（Eric Katz）合作发展了组合霍奇理论（combinatorial Hodge theory），罗塔猜测（conjecture of Rota）的对数凹因此得以解出。

凯萨·马托玛奇（Kaisa Matomki），图尔库大学

马克瑟姆·拉齐维尔（Maksym Radziwill），加州理工学院

获奖理由：他们在理解积性函数值的局部相关性上做出了基本突破。

关于科学突破奖

科学突破奖用以表彰全世界最杰出的科学家，这是科学突破奖颁发的第七个年头。科学突破奖分为生命科学奖（每年最多四个奖项）、基础物理奖（每年一个奖项）以及数学奖（每年一个奖项），每个奖项的奖金为三百万美元。此外，每年还会有不超过三个物理新视野奖以及不超过三个数学新视野奖，用以表彰年轻的科研工作者。获奖者将参加全程直播的颁奖典礼用以表彰他们的杰出成就同时启发下一代科学家。做为典礼的一部分，获奖者也会参加主办方组织的讲座以及论坛。

科学突破奖的奖金由谢尔盖·布林，普莉希拉·陈和马克·扎克伯格，马化腾，尤里·米尔纳和茱莉亚·米尔纳，还有安妮·沃希斯基。其评审委员会由之前在各个领域的获奖者组成。

关于突破奖更多信息请查看 breakthroughprize.org

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