前沿周刊丨“看不懂”的诺奖成果，到底改变了什么
近日，一年一度的诺贝尔奖揭晓，吸引着全世界的目光。与此同时，大众也难免感到这些热点距离自己“又远又近”—尤其是生理学或医学奖、物理学奖、化学奖这三大衡量人类认知维度界限的奖项—一方面，这些被认定“为人类带来最大利益”的发现或发明，无疑为相关学科划定了里程碑；另一方面，专业的科学语言与通俗的日常用语之间存在巨大鸿沟，使得这些成果往往显得“高深莫测”。
它们为什么能获得诺贝尔奖？解决了什么难解的问题？又开启了怎样全新的可能性？今天，我们通过采访相关科研学者，力图用科普的语言，呈现这些奖项的价值与意义。
用光“开关”神经元
2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴瑟罗思（左）、彼得·黑格曼（中）和格奥尔格·纳格尔（右）。 图源：视觉中国
如果给头脑中的睡眠、情绪、语言等相关神经细胞装上一个个“开关”，打开后，人们是不是就可以“一秒入睡”“一秒开心”？
2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴瑟罗思（Karl Deisseroth）、彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel），表彰他们在“光控离子通道与光遗传学”上的发现。离子通道，就是细胞的“开关”，从这些“开关”进出的离子，决定了细胞是兴奋还是安静。而光控离子通道，则是受特定波长的光控制的“开关”，将它们通过光遗传学技术“安装”到生物体内，就能用光来控制相应的生物行为。
在光遗传学技术出现之前，科学家研究大脑主要靠电和药。“脑细胞对电信号敏感，用电刺激是有效的刺激方式。”中国科学院院士、浙江大学医药学部主任段树民解释。但电不具特异性，往往会刺激到目标细胞周围所有的神经细胞，难以精准研究某类精神疾病对应的神经环路；药物则见效慢，也难以选择性作用在特定神经元，容易产生副作用。
因此，只影响被装上“开关”的细胞，不打扰周围的“邻居”的光遗传学技术，成为神经科学研究领域的理想技术。
此次获奖的三位科学家合力让这种技术成为可能。彼得·黑格曼与格奥尔格·纳格尔从绿藻中找到一类可以受特定波长光控制而开合离子通道的蛋白，像是一个“光控开关”；卡尔·戴瑟罗思则率先把这种植物中发现的“光控开关”通过遗传学手段，装进神经元，让光真正“指挥”起神经活动。
在应用层面，大脑是光遗传学技术最具想象力的“舞台”。“目前，八成以上的脑科学研究实验室会用到光遗传学技术。”段树民说，在他团队的实验室里，有一幕颇具科幻感：黑暗的箱体内，小鼠在头顶蓝光亮起时瞬间进入睡眠状态，光熄灭后，小鼠又立刻清醒。运动、记忆、情绪、睡眠、成瘾……借助这束光，科学家得以逐条验证神经环路和行为的因果关系。“未来，该技术和脑机接口技术配合，还可以更精确地处理更多复杂信号。”
而光遗传学技术的用武之地，并不独属于大脑。“理论上，心肌细胞、胰岛细胞、免疫细胞乃至肿瘤细胞，都可以表达不同的光控模块。”浙江大学生物医学工程与仪器科学学院副院长许迎科介绍，这意味着该技术未来有望参与心律调节、代谢疾病、激素分泌、免疫治疗与组织再生等众多领域。
他举例，先天性高胰岛素血症患者的胰岛β细胞可能长期处于异常兴奋和钙离子升高状态，导致胰岛素过度分泌。该团队尝试建立一套“闭环”的光遗传调控系统。这个系统就像“恒温器”，平时静默，只在感知到异常钙信号、细胞状态偏离正常范围时才自动启动光控干预，恢复正常后又自动减弱，从而把胰岛素分泌稳稳“控”在合理区间。目前，该项目正处于细胞和动物模型的验证阶段。
“不过，作为基础研究工具，光遗传学已经非常成熟；但要直接治疗深部脑疾病或精神疾病，距离常规临床应用还比较远。”许迎科坦言。
目前，“跑”得最快的是眼科领域——光遗传学技术已进入早期人体临床验证阶段。许迎科解释，眼睛本就是感光器官，表达光控蛋白的相关载体可直接注入眼球，光也容易到达视网膜，比深部脑组织更适合作为研究应用的突破口。
这项技术通过基因递送，让视障患者残存的感光细胞表达感光蛋白，再配合特制眼镜，将外界图像转成特定波长的光信号。部分视障患者由此重新“看”到了世界，能够发现并定位物体，找到家门口，沿线行走。此外，基于光遗传学技术的人工耳蜗、心脏起搏与除颤器等器件，也已在临床前研究中积极推进。
“在风险可控的前提下，光遗传学技术有望在不久的将来造福人类。”段树民对此乐观其成，但也提醒，光遗传学涉及基因操作，伦理层面仍值得商榷。
许迎科则认为，除此之外，该技术落地还有一系列技术难题亟待攻克。例如，如何让光进入不透明的大脑，以尽可能小的损伤送达正确位置？如何把光敏蛋白基因准确送到正确的细胞？又如何让整套系统长期稳定、按生理需要自主运行？
“对普通人来说，光遗传学并不一定意味着一种明天就能投入使用的‘光照治疗’，而是正在改变我们理解疾病和寻找治疗靶点的方式。”谈及新技术何以造福人类，许迎科充满期待。（记者 王妍妍）
探测宇宙“幽灵”中微子
2026年诺贝尔物理学奖授予了弗朗西斯·哈尔岑。 图源：视觉中国
2026年诺贝尔物理学奖授予了弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），表彰他对冰立方中微子天文台（IceCube）的决定性贡献，以及发现具有天体物理起源的高能中微子。
这是中微子这种个头极小却拥有颇多宇宙秘密的基本粒子，第5次登上诺奖舞台。“我们熟知的太阳燃烧、超新星爆发都有它的身影。研究每进一步，几乎都会带来一次对基础物理认识的改写。”中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学院研究员周也铃说。
诺贝尔物理学委员会主席马克·皮尔斯评价：哈尔岑领导国际团队，提供了一台卓越的观测仪器，他的坚韧与科学远见，为一种新的天文学研究方式铺平了道路。这意味着，中微子不再只是被研究的对象，还成为人类观测宇宙的新工具。
“现在的天文学是‘多信使天文学’。”周也铃说。可见光、γ射线等电磁辐射让人看见天体的温度与结构；宇宙线证明宇宙中存在天然的极高能粒子加速器；引力波则直接携带致密天体并合、坍缩等剧烈事件的动力学信息……对天文学家来说，中微子是一种特殊的信使。它兼具电中性、弱相互作用两大特性：不带电，不容易被星际中的磁场带偏；不爱与其他粒子打交道，容易穿越致密环境，连黑洞喷流这类天体现象的内核也能“看”穿。“如果能捕捉到中微子，就能沿着它的轨迹反推出发位置，对那里的天体进行‘透视’。”
“借助各种信使，人类能更完整地还原宇宙事件。”浙江大学物理学院特聘研究员陈海深耕能量范围在10亿到1万亿电子伏特区间的宇宙线研究领域，他告诉记者，诺奖提及的高能中微子能量更高，处在1万亿到1000万亿电子伏特区间，“对中微子了解的不断深入，能更精确地锁定宇宙线的起源、加速机制和星际间传播过程，帮助我们‘看’得更远。”
既然中微子有那么多好的特性，为何直到今天才被真正用上？答案恰恰也是它的“性格”。中微子无处不在，我们却毫无察觉。这种近乎“透明”的存在，让它得了个“幽灵粒子”的绰号，科学家探测中微子的设备也被打趣地称为在“捉鬼”——绝大多数中微子会悄无声息地穿过探测器，只有极少数会撞上其中原子核，产生一簇高速带电粒子，一般发出蓝紫色的切伦科夫光。
来自遥远天体的高能中微子，向来无法预知、观测通量极低。于是，科学家们“以大博大”：把探测器做成一立方公里级别的透明介质，用足够大的“靶子”去等一次偶然的碰撞。可人工建造并维系一立方公里的透明介质，成本高得惊人。科学家又转而寻找大自然备好的“巨型探测器”——深海、深湖与极地冰层。
冰层安静、透明、无生物干扰，还深埋地下、隔绝地表干扰，理论上是探测器的理想介质。但这么大尺度的冰只在南极才有，动工谈何容易。用冰当探测介质，一度被视为纸上谈兵。
把理论变成现实的，是哈尔岑。1988年，他首次提出利用南极冰层探测中微子的设想。在哈尔岑推动下，冰立方中微子天文台于2011年建成。
它位于南极冰下1450米至2450米，86根探测器串共5160个光学模块，覆盖一立方公里冰体，记录光到达的时间、位置和亮度，再由计算机重建事件能量与来向。钻透数千米冰层、下放探测器串、克服极地环境的一重重难关……2013年，冰立方观测到28个能量超过30太电子伏特的高能中微子事件，这是太阳系外存在高能中微子的首个确凿证据。
更关键的一步发生在2017年9月22日。那天，冰立方捕捉到了一个能量约300太电子伏特的中微子，随即自动向全球天文台发出警报。多台望远镜联合观测后，追溯到了这个中微子的源头——30亿光年外、猎户座方向的一个耀变体。这意味着，中微子天文学完成了从“发现存在”到“定位源头”的关键一步。
故事并未止步。第二代冰立方（IceCube-Gen2）计划将探测体积扩展至约8立方公里，并配套建设约500平方公里的射电阵列，从而向更高能区推进。
“冰立方是开创性工作，打开了新窗口，但远没有把问题全部解决。”周也铃说，中微子像一个永远拆不完的“盲盒”，“我们团队的关注点在另外一个极端——极低能的宇宙背景中微子，探索百万分之一到千分之一电子伏特区间中微子潜在的探测途径，争取让中微子也成为宇宙大爆炸的探针。”（记者 谢丹颖）
发现分子的“左右手”
2026年诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·B·卡甘（Henri B·Kagan）和日本化学家硖合宪三（Kenso Soai），以表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象。官方评价是：两人“提供了一个逾百年化学谜题的解答”。
科学家们究竟发现了什么？又能应用于哪些领域？解答这些问题，首先需要认识一个概念——“手性”。
人的左手和右手，虽然互为镜像，却无法完全重合。一些药物分子也是如此，尽管化学成分相同，但由于分子的空间结构不同，可能表现出不同的性质。这就是化学中的“手性”，也是本次诺贝尔奖发现中的关键概念。
“许多化学分子具有手性，也就是组成原子的种类、数量完全相同，物理性质也几乎一样，只是空间结构不同，我们称之为‘对映异构体’，比如乳酸、葡萄糖等。”浙江工业大学药学院教授凌飞解释，它们的差别看似微小，实际却可能导向截然不同的轨迹。
手性，是药物开发安全性的关键因素之一。“人体内的蛋白质由氨基酸组成，药物分子需要与这些形态各异的空间结构正确结合，才能发挥作用。”凌飞将其比作“锁”和“钥匙”。作为“锁”的蛋白质空间结构固定，一把正确的“钥匙”能够让药物发挥疗效，但如果“钥匙”错了，就可能产生意想不到的毒副作用。
在历史上，就曾发生过“潘多拉魔盒”的悲剧。上世纪五十年代，沙利度胺被用于缓解妊娠反应。其R型能有效缓解孕吐，S型却有强烈致畸性，最终导致全球上万名“海豹肢畸形”婴儿出生。诸如此类事件，让科学家们不断探索，能否在药物开发时，只生产需要的那只“手”？卡甘和硖合宪三的发现，从不同角度解答了这个问题。
浙江大学化学系教授林旭锋用一个清晰的对比来解释两人的贡献：“传统的不对称催化，需要外加手性催化剂，而且催化剂本身不参与产物的构建。而卡甘和硖合宪三的工作表明，不需要外加手性催化剂，手性分子可以自我增值、自我放大。”
过去，人们总是认为催化剂的纯度与反应产物的纯度呈正相关，卡甘发现的“非线性效应”驳斥了这种直觉。他指出，手性催化剂可以是纯度不那么高的混合物，产物却可能表现出更高的手性纯度。
硖合宪三在此基础上发现了自催化现象：某些手性产物能够反过来充当催化剂，推动更多相同构型的产物生成。产物越多，推动反应的力量也可能越强，最终在“滚雪球”中生成高手性纯度的产品。
“我们所说的‘发挥疗效’，其实就是看药物分子与人体靶点是否正确结合。”凌飞说，过去“左右手”混合的消旋体药物的镜像构型产生的毒副作用很可能盖过正确构型的疗效，导致药物被代谢前就对人体产生毒害。因此，非线性效应和自催化的发现，对于提高药物安全性有着极大的促进作用。
如今，两位获奖者的发现已成为理解和设计不对称合成反应的重要工具，广泛应用于制药等领域。
全球小分子药物中75%以上为手性药物，其中60%可以通过不对称催化技术实现更高效、更绿色的合成。在我国，不对称催化也已经走完了从基础研究到产业应用的完整路径。“不管是浙江相关领域，还是从全国范围来说，我们这一领域在国际上都属于比较强的行列。”林旭锋表示，在产业端，大量来自中国的手性药物原料药已出口海外。
手性技术的用武之地，不止于药物。
在香精香料行业，同一种化合物的不同构型可能呈现不同的气味。通过控制构型，生产者可以更有针对性地获得所需香气，提高香料的品质和利用效率。
农药是另一个值得关注的方向。“过去农药一般使用‘左右手’混合物，如果能够提高有效构型，生成同手性产物，就有机会在达到相应防治效果的同时减少用量，进而降低成本与毒性。”凌飞说。根据其主要生产商的估算，常用农药金都尔在2025年的全球用量已超过6万吨。“如果做成手性化合物，每年可能减少3万吨以上用量。”
“左右手”的探索还未结束。凌飞介绍，目前学界研究的一个重要方向是寻找更便宜的催化材料，尽可能用铁、铜、镍等相对廉价的金属替代部分贵金属催化剂；另一个方向则是探索光照、电催化等新方法，让手性分子的制备更高效。（记者 杨千莹 林辰辰）
“转载请注明出处”
责任编辑：王晶