北京時間5月27日晚間，總部位于奧斯陸的挪威科學和文學院宣布了本年度科維理天體物理獎、納米科學獎和神經科學獎獲獎名單。
安德魯·費邊（Andrew Fabian）
左起
馬克西米利安·海德爾（ Maximilian Haider）
克努特·烏爾班（Knut Urban）
哈拉爾德·羅澤（Harald Rose）
昂德瑞·克立凡尼克（Ondrej Krivanek）
左起
阿德姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）
戴維·朱利葉斯（David Julius）
每個獎項的獲獎者將平分100萬美元的獎金。受全球新冠疫情影響，且科維理獎每兩年評選一次，因此今年的頒獎典禮將推遲至2022年9月，與2022年的科維理獎頒獎典禮一起舉行。
安德魯·費邊是英國劍橋大學的天文學家，他的獲獎原因為 “對X射線觀測天文學的奠基性工作，包括從星系團氣體流動到星系中心超大黑洞等多個領域的研究”。
“Andy Fabian 的名字在X 射線天文界無人不曉” ，國家天文臺研究員、愛因斯坦探針計劃首席科學家袁為民告訴《知識分子》。費邊是袁為民二十年前在劍橋大學天文所做博士后期間的兩位導師之一。“Andy 是位很神奇的天體物理學家，是我見過的最為活躍、多產、博學的學者。他既有深厚的理論研究功底，又精通觀測，他的科學生涯實際上是從研制 X 射線探測器并用探空火箭進行觀測開始的。他幾乎在所有相關領域都有重要貢獻——從銀河系的致密天體到星系中心的超大黑洞，到作為宇宙最大結構的星系團，以及充滿整個宇宙的彌散X 射線背景輻射。”
活動星系NGC 1275的中心存在黑洞，因而是著名的無線電源（英仙座A）和X射線源。（X射線波段：NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.；無線電波段：NRAO/VLA/G. Taylor；光學波段：NASA/ESA/ Hubble Heritage (STScI/AURA) & Univ. of Cambridge/IoA/A. Fabian）
袁為民認為費邊最重要的科學貢獻之一是研究如何用黑洞附近發出的 X 光作為探針，來探索時空邊緣的極端引力場以及那里的物質的行為。費邊及其合作者計算了黑洞附近較冷物質中鐵離子的熒光發射線輪廓，預言了各種相對論效應所引起的特征，并利用 X 射線天空望遠鏡的觀測證實了這些預言。這些結果證實了某些活動的黑洞周圍存在一個高速繞轉著的吸積盤，并且指明了一個測量黑洞自轉速度的方法。這也是迄今應用最廣的超大黑洞自轉測量方法。
在袁為民的記憶中，費邊極其勤奮，每天上午一到辦公室就開始看當天arXiv 上的論文。11 點左右是研究所的 coffee break 時間，也是大家一天中最快樂的時光。“Andy每天都會來喝咖啡，和我們討論當天新出來的論文中有趣的發現和結果。Andy 用他對科學的熱愛、執著和他的才智深深鼓舞了很多年輕人。”
此次的納米科學獎授予四位歐洲科學家，以表彰他們20世紀90年代在 “用電子束進行亞埃級（10-10米）精度成像及化學分析” —— 即研制亞埃級電子顯微鏡方面的開創性工作。
這些科學家發明了電子顯微鏡中的像差校正透鏡，使得全球研究人員能夠以前所未有的微細尺度看到物質的三維結構和化學成分。“例如當下的Covid-19 新冠病毒，利用冷凍的像差校正電子顯微鏡，對其負染染色或直接快速冷凍，我們可以清楚地看到病毒的近球狀外殼及表面的刺突（spike）蛋白， 還能看到一些病毒內部遺傳物質RNA的粗略形貌”，清華大學材料學院教授、中科院院士朱靜告訴《知識分子》。
納米研究的終極目標之一是在原子尺度上創造全新的材料，以獲得所需的光、電、磁等功能。因為單個原子的大小約為1埃（?ngstr?m）（合0.1納米或10-10米），所以在亞埃精度上對材料進行成像分析至關重要。傳統顯微鏡利用可見光和光學透鏡進行成像，而可見光的波長是原子大小的數千倍，根本無法對原子直接成像。
二十世紀初，科學家們發現磁透鏡可以聚焦電子束，推動了1932年透射電子顯微鏡的發明。電子波的波長比可見光波長小的多，比原子精度間距也短得多。在這種顯微鏡下，電子束透射過一層薄薄的樣品，基于電子與它的相互作用而成像。然后圖像被放大并聚焦到成像探測器上。但由于磁透鏡的像差效應，獲得的圖像會模糊不清且常常失真。理論和實踐都證明，制造理想的無像差的透鏡來聚焦電子束是極其困難的。這個問題困擾了人們60多年。
到了1990年代，得益于這四位科學家及一些學者的洞察力、技能和當時計算能力的提高，他們逐步制造出了利用電磁場聚焦電子束的像差校正透鏡，大大提高了電子顯微鏡的聚焦能力，使得三維的亞埃成像和化學分析成為可能。
科維理納米科學獎評審委員會認為，四位獲獎者對像差校正電鏡發展的貢獻分別為：德國烏爾姆大學與達姆施塔特工業大學的哈拉爾德·羅澤提出了羅澤校正器這一新穎的透鏡設計方案，使透射電子顯微鏡中的像差校正技術可應用于常規和掃描透射電子顯微鏡；德國CEOS公司聯合創始人馬克西米利安·海德爾在羅澤設計的基礎上，打造出第一個六極校正器，并為首臺像差校正常規透射電子顯微鏡做出了突出貢獻；德國于利希研究中心的克努特·烏爾班為首臺像差校正常規透射電子顯微鏡做出了突出貢獻；美國Nion公司的昂德瑞·克立凡尼克（持有捷克與英國國籍）發展了四極八極校正器，打造出首臺亞埃分辨率的像差校正掃描透射電子顯微鏡，用于高空間分辨的化學分析。
“Rose和Haider的成就充分反映了德國電子光學理論的深厚沉淀、積累和傳承。Max Haider 將這些理論轉化成了現實的為人類服務的儀器，將知識轉化成了社會財富。Krivanek 是一位出生于捷克、在劍橋獲博士學位、在美國工作和發展的學者，在大學和企業做事都如魚得水、得心應手。他是一位開創性地將知識轉化為實際應用和社會財富的高手。” 朱靜說。
2017年4月，Rose教授訪問中科院沈陽金屬所，并做了題為“從微米到亞埃精度—電子顯微鏡的發展歷程”的報告。
朱靜回憶說，這幾位科學家和幾代中國學者都有著深厚的友情。哈拉爾德·羅澤八十多歲了，還在重慶大學和清華大學講學。2018年他在清華大學講課一周，每天兩小時，編寫了專門的講義，還在講課以外為老師同學們答疑。如果不是疫情影響，他現在很可能在重慶或北京。馬克西米利安·海德爾多次來華，傳授像差校正透鏡的構造和功能，2008年還參加了清華大學北京電子顯微鏡中心的揭牌儀式。克努特·烏爾班是清華大學、浙江大學、西交大、北京工業大學等多所大學的兼職教授，他所在的德國實驗室為中國培養了許多電子顯微學方面的人才，還在中國舉辦電子顯微學學習班。2008年清華大學安裝了國內第一臺電子顯微鏡后，他還專門為電鏡中心師生講授像差校正電子顯微鏡的成像學，并安排了當時在他德國實驗室的賈春林（現為西安交通大學教授）來示范電鏡的操作。克立凡尼克也是中國學者的好朋友，曾在北大等處講學，還培養了一些中國在美留學的年青學子，這些年青學者回國后正在發揮著重要作用。
加州大學舊金山分校的戴維·朱利葉斯和Scripps研究所的阿德姆·帕塔普蒂安在各自獨立的研究中發現了人體感知溫度、壓力及疼痛的分子機制，為與觸覺相關的生理疾病研究提供了重要依據。
感知外界刺激的分子受體是人類五大感官系統的生物學基礎。雖然我們很早就發現了與視覺、嗅覺相關的分子受體，但對于觸覺—包括人體對溫度（冷暖）、機械力（如握手）、傷害性物質（如吃辣椒產生疼痛感）的感知卻始終是個謎。
生物學家饒毅曾撰文介紹（見饒毅：國產博士的記錄），1980年代，朱利葉斯開始用當時比較新的方法表達克隆尋找五羥色胺的受體，十幾年后，他繼續用這一辦法尋找辣椒素（辣椒中的一種化合物，可引起灼痛感）的受體，并在1997年找到了一個辣椒素激活的蛋白質分子VR1，而且發現VR1可被加熱所激活，因為辣椒素已知與痛覺通路有關，所以這一工作也揭開了溫度感受的機理和痛覺的外周感受的部分機理。在1997年的這篇文章中，朱利葉斯也確認VR1屬于TRP通道家族，而TRP基因早在1969年就在果蠅中首次發現，只是人們一直不知道它的功能。因此，饒毅評論說，朱利葉斯雖然不是第一個發現TRP基因的科學家，但他發現TRP基因編碼的蛋白質在感覺系統起重要作用（溫度、壓力等）。“把他（Julius）和Ardem合起來是因為他們在壓力感覺都有貢獻。其中對于長期懸而未決的聽覺，他們和其他人都有直接或間接貢獻。”饒毅說。
清華大學藥學院研究員肖百龍告訴《知識分子》，朱利葉斯的小組后來還陸續發現了這個家族的其它受體，譬如涼爽受體以及芥末油受體。這一新發現的TRPV1及相關通道目前已成為新型止痛藥研發關注的靶點。
“David Julius的工作是非常系統的，從發現外周感受疼痛的受體，一直到它的結構和功能上的關系，包括生理上通過基因敲除的技術去研究其他的受體，這是一個系列的工作，David Julius獲獎我覺得是well deserved。”北京大學生命科學學院研究員李毓龍評論說。
帕塔普蒂安與朱利葉斯幾乎同時在研究觸覺受體的問題。帕塔普蒂安在發現了涼爽（薄荷素）、芥末油以及溫熱的受體后，決定對更具挑戰性的機械力受體的尋找發起沖擊。機械力的研究極其困難，一是需要找到合適的刺激方式，二是很難記錄產生的電流。
帕塔普蒂安課題組的博后Bertrand Coste尋找到一種可在實驗室培養皿中生長的膠質瘤細胞系的細胞，這些細胞通過產生電信號來響應輕觸帶來的壓力變化。然后從人類的2萬多個編碼基因中精心挑選出300多個在該種細胞中高表達的候選基因，然后培養逐一缺少（敲低）這些基因的細胞。接著對樣本們進行逐一測試，尋找缺失時會導致細胞失去感應電流的基因。經過三年多的不懈努力，最終確定清單上的72號候選基因確定具此功能。他們把這個基因取名為PIEZO，在希臘語里是壓力的意思。PIEZO在動物和植物體內都存在，在進化上高度保守，提示它在功能上非常重要。
同時期在帕塔普蒂安課題組從事博士后研究的肖百龍博士見證了這一激動人心的發現過程，并在后續的研究中證明了PIEZO蛋白形成一類全新的壓力敏感離子通道。肖百龍指出：“尋找壓力受體的過程充滿了風險，候選基因list有可能是不完整的，敲除過程也可能出現技術問題，但是持之以恒的努力最終收獲了這一里程碑式的科學發現”。
帕塔普蒂安很快確認了PIEZOs為哺乳動物體內壓力感應的必需基因。他的研究表明，PIEZOs可形成離子通道，它們直接負責皮膚內默克爾細胞（Merkel cells）和觸覺終端，以及本體感受器（感覺神經末梢位于肌肉內的感受器，可以感受身體在空間的位置、姿勢和運動并做出反應）的壓力感測。
PIEZOs 還能通過分布在血管和肺部的神經末梢感知壓力，并影響紅細胞體積、血管生理，引發多種人類遺傳疾病。PIEZOs的發現打開了力學生物學的大門，這是一個與生物學、工程學和物理學交叉的新興科學領域，側重于研究細胞和組織的物理作用力和力學特性的變化如何對健康和疾病造成影響。
“Ardem是一位極其聰明、具有前瞻視野的科學家，但他從不滿足于現有成就，不斷探索，充滿創新欲望。他對課題組的研究人員充滿信任，總是全力支持他們探索前沿科學問題。他因PIEZO通道的發現和研究獲得此次科維理獎確屬實至名歸。”肖百龍說。
“兩位獲獎者在外周感知分子機制的研究中做出了系統性、里程碑式的貢獻，此次獲獎實至名歸。” 李毓龍表示。他認為，他們的獲獎再次表明，卓越的基礎科學需要時間積累和好奇心的驅動，而這些正是中國科學家們積極努力的方向。
關于科維理獎
科維理獎由挪威科學和文學學院、挪威教育和研究部、美國科維理基金會（The Kavli Foundation ）聯合頒發，旨在表彰在天體物理學、納米科學和神經科學領域取得突破的科學家，推動人類對極大、極小和極復雜體系的理解。科維理獎在以上三個領域每兩年頒發一百萬美元的獎金。獲獎者提名來自中國、法國、美國的國家科學院，以及德國馬普學會和英國皇家學會。科維理獎于 2008 年首次頒發，每兩年頒發一次，已表彰了來自 13 個國家的 54 名科學家。