大江东 | 上海这项千万元的国际科学大奖,今年为何给了这3位科学家?
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2025-09-12 18:15:35
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人民日报中央厨房-大江东工作室 黄晓慧

9月10日,备受瞩目的2025世界顶尖科学家协会奖(简称“顶科协奖”)在上海临港中心揭晓,来自斯坦福大学、康奈尔大学及犹他大学的三位科学家,分获两个单项奖。

顶科协奖于2021年在上海创立,由上海世界顶尖科学家发展基金会承办,红杉中国提供永久资金支持。奖项旨在支持全球科技进步,表彰那些在科学研究中做出重大贡献但尚未获得顶尖奖项的科学家。设有“智能科学或数学奖”“生命科学或医学奖”两个单项奖,奖金各1000万元人民币,是全球奖金最高的科学奖项之一。此前3次授奖,已有来自德国、美国、英国、比利时、瑞士等国的9位科学家,获此殊荣。

2025顶科协奖“智能科学或数学奖”,颁给了斯坦福大学人文与科学学院名誉讲席教授孙理察(Richard·SCHOEN),表彰他在几何分析与微分几何领域作出的开创性工作,包括在共形偏微分方程、极小曲面、广义相对论、调和映射及山边问题等方面取得的奠基性成果。

康奈尔大学分子生物学与遗传学系细胞与分子生物学名誉教授斯科特· D·埃默尔(ScottD.EMR)和犹他大学生物化学系特聘教授兼系主任韦斯·I·桑德奎斯特(Wesley I.SUNDQUIST),因为在受体膜蛋白转运与降解细胞机制研究中的突破性发现,该机制与病毒出芽、感染进程及人类免疫缺陷病毒药物干预密切相关,共同获得2025顶科协奖“生命科学或医学奖”。

在顶科协奖公布现场,大江东记者连线三位获奖人和相关学科领域的专家学者,第一时间解读大奖得主的科学贡献,及其背后的科研故事。

2025顶科协奖公布现场。黄晓慧摄

三位美国科学家获2025顶科协奖。顶科协供图

师从丘成桐,用微分几何证明爱因斯坦的猜想,他有个中文名“孙理察”

孙理察和中国有着多重渊源,他的导师是华裔数学家、清华大学求真书院院长丘成桐,“孙理察”这个中文名正是丘成桐取的。

丘成桐通过视频连线的方式“出现”在上海临港中心。

丘成桐回忆了他们亦师亦友,从1973年开始长达15年的合作。“当时我们不在乎报酬、帽子、奖项,只要觉得这个问题很有趣、研究方向很重要,就一起合作研究。”在一起游泳、散步的过程中,两位数学家愉快地探讨,合作完成了一系列开创性研究,解决了广义相对论中著名的“正质量猜想”。

“正质量猜想”是横跨物理与数学长达几十年的难题。这一问题的解决,不仅在广义相对论框架下深刻揭示了引力的本质结构,更产生了深远影响,尤其在能量与质量的准局域概念构建中发挥了关键作用。

1984年,孙理察完成了微分几何领域另一个源于广义相对论的重要问题“山边猜想”的证明。该猜想提出,存在一种常标量曲率的黎曼度量,其作为爱因斯坦泛函的极小化者而存在。早期研究试图用纯分析方法攻克这一难题,而孙理察开创了几何进路,通过应用正质量定理获得了黎曼曲率张量的关键渐近信息。孙理察的方法不仅彻底解决了山边问题,更为共形几何领域的兴起奠定了基础。

此外,孙理察还与丘成桐等学者合作,共同发展了源于物理学的另一数学分支——调和映射的变分理论。调和映射是满足狄利克雷能量相关欧拉-拉格朗日方程的解,可作为调和函数的自然推广。孙理察与合作者运用调和映射研究流形的拓扑与几何结构,并为能量极小化调和映射建立了影响深远的正则性理论。

2025顶科协奖“智能科学或数学奖”遴选委员会主席迈克尔·I·乔丹(Michael I.JORDAN)在讲述授奖理由时说,孙理察是几何分析领域的奠基人之一,该领域已成为现代数学中最活跃且成果最丰硕的方向之一。孙理察以几何分析领域的全新视角,攻克了横跨物理学、拓扑学、分析学与几何学领域的诸多长期悬而未决的难题。

微分几何是一门研究空间形状的古老学科,因为爱因斯坦的广义相对论和后期的理论物理受到人们的普遍重视。在50年的学术生涯中,孙理察培养了50多个博士,其中不乏中国的学者和学生,康奈尔大学数学系教授周鑫就是其一。

“我2008年赴美留学,对于我们这些刚刚从中国来到美国,语言不是特别过关的学生,孙理察每次都非常耐心、仔细地倾听我们讲话,鼓励我们做独立、自主的研究。”周鑫说,孙理察为人谦和幽默。

周鑫记得,有一次他向孙理察汇报研究进展,孙理察的女儿走了进来。“他女儿当时在斯坦福读本科,他就一边说‘这是我的女儿’,一边指着我说‘这是我的儿子’。大概是他觉得,学术传承上我算是他的‘儿子’吧”。

孙理察喜欢打棒球、网球,但很少和学生们交流“打球心得”。“他更愿意和我们讨论学术问题。”周鑫说,孙理察总能把握科研的最前沿动向,对科研的原创性和及其价值有着非常深刻的认识,他的学术判断往往有着长期的价值。2012年,周鑫进入攻读博士学位的“后半程”,孙理察建议他关注一个课题。“当时还看不出来这个课题的前景和可行性,直至2019年,这个课题被完全解决了,并由此产生了一系列重要的学术论文。我有幸在这个重要课题上做出了一些关键性的贡献,得益于他当年的建议。”周鑫回忆。

孙理察教授视频连线接受媒体采访。黄晓慧摄

他们揭开艾滋病病毒感染谜题,为长效预防艾滋病药物奠定基础

2024年,一种长效预防艾滋病的针剂来那卡帕韦(Lenacapavir)面世,被国际学刊《科学》(Science)评为2024年度十大科学突破之首。这个药物的问世,让完全清除艾滋病成为了可能。而发现这一针剂的两位科学家,正是此次获得顶科协奖“生命科学或医学奖”的埃默尔和桑德奎斯特。

这两位细胞结构生物学家通过独立研究和协同合作,成功破解了细胞膜蛋白在细胞内被捕获和降解这一长期悬而未决的难题,并揭示了HIV病毒如何利用这一过程在感染的细胞中制作获取包膜。此外,针对参与感染过程的病毒蛋白与宿主细胞机制相互作用的抑制研究,揭示了一种罕见的弱点,使吉利德科学公司得以开发出一种几乎完全阻断HIV新发感染的药物。

在这场耗费很多科研人员毕生精力的科研马拉松中,埃默尔实验室率先利用酵母遗传学技术,揭示了控制蛋白质运输至酵母液泡的细胞基因。酵母液泡相当于哺乳动物的溶酶体,这是负责降解应该被分解的细胞蛋白质的细胞器。

在他的实验室发现的数十个基因中,一个子集被证实会影响细胞表面受体进入溶酶体并在酵母和人类细胞中降解的过程。在对这组基因编码的蛋白质进行精密解析后,埃默尔实验室将五组蛋白质定义为内体蛋白分选转运复合体(ESCRT),其功能是捕获被标记应在溶酶体中被降解的膜蛋白。

埃默尔实验室和后续多个实验室进一步阐明了这些蛋白质如何协同作用,将标记的膜蛋白包裹至小的膜性载体中,并最终转运至溶酶体。

其他实验室发现人类细胞中同样存在ESCRT蛋白编码基因。如今ESCRT介导的膜重塑机制被公认为所有细胞的通用机制,不仅参与溶酶体降解,还广泛应用于细胞膜损伤修复、细胞分裂终末过程以及大脑发育中神经元轴突修剪等关键生理过程。

与此同时,桑德奎斯特实验室独立发现,埃默尔团队发现的ESCRT蛋白可与艾滋病毒主要结构蛋白结合,并介导成熟艾滋病毒核心颗粒从感染细胞中释放。这表明,病毒已经进化到通过劫持宿主蛋白实现出芽过程。

病毒结构蛋白进而重排形成具有锥形衣壳外壳包裹病毒核糖核酸(RNA)的感染性颗粒,使病毒RNA能逆转录为脱氧核糖核酸(DNA)。DNA被运送穿过细胞质,最终将DNA输送至细胞核完成感染周期。

桑德奎斯特团队进一步解析了病毒衣壳的三维结构,证实该结构对病毒增殖等多环节至关重要,由此指明其作为药物靶点的潜力。吉利德科学公司基于该突破研发了来那卡帕韦。

“可为高危人群提供近乎完全的艾滋病毒感染防护,有望改变全球艾滋病流行态势。埃默尔和桑德奎斯特的成就,完美诠释了基础科学研究如何通过揭示生命机制,最终转化为具有全球健康影响力的实际应用,堪称科学造福人类的典范。”2025顶科协奖“生命科学或医学奖”遴选委员会主席兰迪·谢克曼(Randy SCHEKMAN)评价。

桑德奎斯特教授视频连线接受媒体采访。黄晓慧摄

埃默尔教授视频连线接受媒体采访。黄晓慧摄

奖励造福人类的世界级科研成果,寻找顶尖科学家遗珠

丘成桐以“远程出席”的方式,首次参加了今年的顶科协奖的活动。他在接受大江东记者连线采访时说,很高兴看到来自全球的数学家获得顶科协奖这一全球科学大奖的奖励。

“数学研究成果的影响,往往持续几十年甚至上千年,有时候对遥远的未来能发挥重要作用。”丘成桐表示,有些数学研究成果的影响在当时可能看不出,要过几十年才能看出重要性;有些甚至过了两千年才看到重要性,比如“2000多年前,欧几里得就研究了求最大公约数的算法。到了20世纪,密码学的兴起,才发现会运用到欧几里得算法”。

寻找科学家遗珠,奖励惠及全人类的世界级科学成果,正是顶科协奖设立的初心与使命。

乔丹认为,以孙理察为例,他通过革命性的定理解决了看似不可攻克的问题,创造了重新定义几何分析框架的数学工具,并以其教学洞见与开创性方法激励了几代几何学家。少有数学家能在如此漫长的职业生涯中,以如此持续的深度与创新性塑造多个学术领域。“他的学术成果完美体现了顶科协奖表彰‘变革性科学贡献’的使命”。

华裔数学家丘成桐通过视频解读2025顶科协奖“智能科学或数学奖”。顶科协供图

“可以想见,未来几十年,几何分析会影响人工智能、影响工业界,孙理察等数学家是主要的学术领导者。菲尔兹奖只颁发给40岁以下的数学家,而顶科协奖授奖给重要的数学家,让全世界都重视几何分析等数学领域的研究,很有意义。”丘成桐说,期待着中国学者能拿到这样的顶尖科学大奖。

同济大学工程智能研究院执行院长华先胜说,在上海创设、颁发的顶科协奖,为中国科学家参与国际科研合作开拓了渠道。“现在全世界都在推动人工智能技术研发和应用落地规模化,使其成为先进生产力,奖项能带来全球学者和中国学者合作交流,中国的学者大有可为”。

据悉,2025顶科协奖颁奖典礼将于10月24日与2025世界顶尖科学家论坛开幕式同时举行,三位获奖者将来沪出席典礼,并参加获奖者系列交流活动。

孙理察曾四次到访上海,对于即将到上海出席顶科协奖颁奖典礼和顶科论坛,他充满期待。“第一次是在1980年12月,最近一次是在2018年春天。我的首次来访是由我1979年在纽约结识的中国数学家谷超豪先生及夫人胡和生女士安排的。上海的发展令人叹为观止。我期待看到这座城市自2018年以来的变化,也期待与一些数学界的同仁重逢。”透过屏幕,孙理察从大洋彼岸传递来真切的期盼。

“顶科协奖发现了科学成果的价值并加以表彰,对生命科学整个学科来说,意义重大。”桑德奎斯特在视频连线中接受大江东记者采访时说,很期待首次的中国之行、上海之行,中国在许多关键技术、学术机构方面都是卓越的,很高兴能在下个月结识新的科学家,并探索合作的可能性。

“我和每个去过上海的朋友交谈过,包括昨晚和我聊的犹他大学高级副院长鲍勃·卡特,他说上海这座城市,最令人兴奋的是它的活力。外滩、东方明珠、南京路、豫园,复旦大学和其他著名的学术中心。我很期待亲自体验一下。”桑德奎斯特笑着说。

(来源:人民日报中央厨房-大江东工作室)

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