对话诺奖评委邹晓冬：化学奖为何三次盯上“手性”？
师小涵 李珊珊约 10 分钟诺奖评委邹晓冬。图源：瑞典皇家工程科学院（IVA）
导读：
为什么在众多足以竞争诺贝尔奖的化学研究中，评委会最终选择了这项工作？从2001年的“不对称催化”，到2021年的“不对称有机催化”，再到2026年的非线性效应与不对称自催化，手性与不对称合成相关研究为何一再受到诺贝尔化学奖青睐？
早在2001年，卡根就是那届不对称催化诺奖的热门人选，却最终与奖项失之交臂。25年后，95岁的他终于走上诺奖舞台。这一次获奖，是对当年遗憾的一种“补偿”吗？还是表彰了另一项完全不同的科学贡献？
在诺贝尔奖发布会现场，《知识分子》《赛先生》特约编辑师小涵对话斯德哥尔摩大学教授、瑞典皇家科学院院士邹晓冬（这篇文章的最后是访谈视频）。邹晓冬自2020年起担任诺贝尔化学委员会委员。
她为我们解释了今年获奖工作的真正意义：一个原本极其微小的手性偏差，为什么能够在化学反应中被不断放大，最终形成近乎单一的手性？这一机制又为什么与困惑化学家们多年的一个巨大谜题——生命世界“只选择一只手”有关？
她也谈到，为什么有些基础研究需要科学家用数年甚至数十年，只追问一个看起来没有直接用途的问题——以及这种由好奇心驱动的研究，最终能够把科学带到哪里。
邹晓冬还说，中国现在已经有一些诺奖级的工作，她相信这样的工作会越来越多。而中国科学家需要更加静下心来，找到非常重要的问题，长期做下去，最后把问题解决。此外，除了自己静心工作，国际交流也很重要。
《知识分子》：我们注意到，刚才发布会上有评委把这次诺奖中的实验称为“化学史上最酷的实验之一”。这个评价非常高，是不是可以理解为评委会对这项工作的评价非常一致？您能不能先简单介绍一下这项成果，以及大家为什么如此看重它？
邹晓冬：今年的诺贝尔化学奖给了亨利·卡根和硤合宪三。他们分别发现了不对称有机合成中的非线性效应和自催化效应。
我觉得这项工作的一个非常重要的意义是：它触及了化学家一百多年来一直在追问的一个问题：为什么生命体系中的分子几乎都是单一手性的？
关于“手性”。图源：诺奖官网
就像我们的左手和右手一样，它们互为镜像，但不能完全重合。对于普通化学反应来说，两个手性分子的结构几乎是一样的，所以，如果没有额外的因素，理论上合成出来的左手性和右手性分子应该差不多是等量的。
可为什么在生命体系中，只选择其中一种？另外一种到哪里去了？这是大家长期非常关心的一个问题。
今年获奖的工作证明，从一个很小的手性偏好出发，可以通过化学过程把这种偏好一步一步放大，最后放大到几乎只剩下一种手性。
我觉得这是这两位化学家最重要的贡献之一。
《知识分子》：不对称合成、手性这个领域的研究其实在2001年和2021年都获得过诺贝尔化学奖，为什么这个领域如此重要？
邹晓冬：因为它对人体非常重要。生命本身就是高度手性的。我们的蛋白质，以及组成蛋白质的氨基酸，都具有特定的手性。许多进入人体并和人体作用的分子，实际上也会“感觉”到这种手性。这就像手套一样，左手套和右手套看起来很像，但你不能随便互换。不同手性的分子，对人体的作用可能完全不同。
关于“手性”。图源：诺奖官网
这一点，在制药方面尤其重要，因为不同手性的分子，对人体产生的药理作用也可能很不一样，所以，特别是在制药领域，如果要合成一个药物分子，往往希望把它做得非常纯，只得到所需要的那一种手性，要做到这一点，就需要不对称催化。
2001年和2021年的诺贝尔化学奖，关注的主要是如何设计催化剂，实现高选择性的非对称性催化，从而得到单一手性的分子。
《知识分子》：卡根在2001年那次诺奖中没有获奖，当时也引起过一些讨论。这一次把奖授予他，评委会有没有“补偿”当年遗憾的考虑？
邹晓冬：我觉得不能这样理解，这几次诺奖关注的角度是不一样的。
刚才我说过，长期以来令化学家们非常困惑的一个大谜题就是：为什么生命体系里最终会出现单一手性？在生命起源之初，如果自然界一开始并没有明确的左手或右手偏好，那么最后怎么会变成几乎只选择一种手性？
早在20世纪50年代，有一位物理学家（注：英国理论物理学家Charles Frank）从理论上提出过一种设想：有没有可能从原本没有明显手性偏好的体系出发，通过某种化学反应，最后得到高度单一手性的分子？
要实现这种过程，需要有三个条件。第一个条件就是这个化学反应本身能否自我催化，也就是说，反应生成的产物本身又能够成为催化剂，继续促进同样的反应。
另外，这个反应需要有手性分子，而且这个分子刚好是手性催化剂，这样一来，某一种手性一旦稍微占据优势，它就可能进一步自我放大，促进自己的生成，使得优势越来越大。比如，左手性分子越来越多，它又能进一步促进左手性产物的形成，同时让右手性的比例越来越低。
亨利·卡根 图源：法兰西科学院
最后，这个放大的过程是一个非线性过程，这是一种非线性放大，卡根的贡献就在这里。他的研究发现，起初非常小的手性偏差，最终可以产生远远大于这个初始差异的结果。（注：卡根团队1986年首次发现，催化剂的对映体过量值与产物的对映体过量值并不总是成正比，这一现象后来被称为不对称合成中的“非线性效应”。）
2001年和2021年的诺贝尔化学奖，主要解决的是怎样通过催化反应合成单一手性的分子。而今年这两位获奖者的工作，回答的是另外两个非常关键的问题：一个是非线性放大，一个是自催化。
《知识分子》：那是不是可以理解为，他们是在2001年和2021年这些工作之后，又进一步突破了？
邹晓冬：倒也没有，这些工作其实都做得很早。
卡根关于非线性效应的工作是1986年做出来的；硤合宪三的工作则主要是在1995年到2003年这一段时间完成的。硤合宪三花了很长时间，一步一步去证明：能不能从一个最开始左右手性都存在的体系出发，通过他设计的化学反应，最后得到高度单一手性的分子。
所以，这些并不是最近才完成的工作。只是随着后来研究的发展，它们的重要性越来越清楚了。
《知识分子》：刚才发布会上有记者问硤合宪三，基于这些成果，他最喜欢哪一种被合成出来的分子或药物。这个问题似乎没有得到一个很直接的回答。那您怎么看？这些发现对制药或者人类健康，有没有带来非常具体的影响？
邹晓冬：我觉得这里不一定要对应到某一种具体药物。
实际上，非线性效应这些概念，现在已经成为很多化学家，在做有机合成时候都会考虑的一个新的工具，刚才有一位有机化学专家说得很好，他说这些工作已经变成了有机合成化学家的“DNA”。
硤合宪三。图源：东京理科大学
也就是说，当一个化学家要合成单一手性的分子时，他会自然地去考虑这些问题：反应里有没有非线性效应？催化剂和产物之间是什么关系？为什么最后会得到这种手性选择性？
所以它的重要性更多体现在，它已经成为理解和设计不对称合成的一种基本工具和思想框架。利用这些理论，我们可以更好地理解反应机理，也可以更好地设计怎样得到单一手性的分子。
《知识分子》：去年诺奖现场我们也采访过您。当时您谈到，中国的研究离诺奖越来越近了。过去一年，您有没有特别关注的中国科研成果？怎么看现在中国基础科学的发展？
邹晓冬：中国这些年的发展，确实越来越让人刮目相看。
今年诺奖表彰的工作，卡根的是1986年的，那一年我硕士毕业；硤合宪三的重要工作是1995年开始做的，那时候我刚拿博士学位。在那个年代，中国的科学技术整体上还是比较落后的。当然，当时的学生也都非常努力，对科学的追求非常强烈。
今天，这么多年过去以后，中国现在在学术界和科技界已经完全是另外一个位置了。西方现在讨论的是“怎么跟中国竞争”“怎么和中国比”，以前其实是反过来的。我能够看到，中国现在已经有一些诺奖级的工作，我也相信，这样的工作将来也会越来越多。
但我觉得，中国做科技更厉害一些，但科技和科学还是有一点不一样。做真正的基础科学，需要一个人能够静下心来，专心去追一个真正重要的问题。
我想，大多数最后获得诺贝尔奖的人，在刚开始做这些工作的时候，并不是想着“我以后要拿诺奖”。他们往往是对一个问题非常执着。这次获奖的日本科学家硤合宪三就是一个很典型的例子。
硤合宪三想证明：能不能从一个没有明显手性偏向的体系里，最后形成单一手性的体系。当时，这个问题在理论上已经有人提出过。他要做的，是在真正的化学反应里把它实现出来。他花了8年的时间，反复做类似的实验，一个一个条件去试，一步一步去证明。这非常不容易。
硤合宪三实际上是在追问一个非常根本的问题：从一个没有手性选择的体系开始，怎样最后形成高度单一手性的体系？这也可能给我们理解生命起源提供一些启示。所以我觉得，这就是他的伟大之处。
如果中国的科学家也能够真正静下心来，找到一个非常重要的问题，然后长期把它做下去，最后把问题解决，这是非常重要的。当然，除了自己静心工作，国际交流也很重要。
《知识分子》：国际交流，正是我们的下一个问题。
邹晓冬：我觉得和国际科学界的交流非常重要。
科学不像技术，科学特别需要交流，需要思想之间互相激发，需要开阔眼界。不同国家、不同文化背景的人，看一个问题时，思考方式可能不一样，解决问题的方法也可能不一样。如果大家能够合作、交流，对科学发展的推动会非常重要。很多诺贝尔奖背后，其实都有国际合作和长期交流的过程。
所以我真希望，中国的科学家、中国的学生应该更多地走出去，到国外看看，多交流，互相学习。
《知识分子》：现在AI是一个非常热门的话题。AI对化学研究的影响已经大到什么程度？
邹晓冬：AI现在在很多化学研究领域都已经发挥非常重要的作用。
比如AlphaFold，也就是前年的诺贝尔化学奖就和AI有关。它利用AI来预测蛋白质结构，这是一个非常典型的例子。现在AI在化学的很多方向里都已经是非常重要的工具。
《知识分子》：最后一个问题，如果把时间拉长到过去十年，化学研究发生了哪些明显变化？从基因编辑、锂电池，到AI预测蛋白质结构，化学诺奖涉及的领域越来越广。您怎么看过去十年化学研究的趋势？
邹晓冬：现在人类面临很多巨大的挑战，比如气候变化、资源、能源问题，还有药物、生命和健康。
化学的很多研究方向，都在思考怎样通过化学创新和技术去解决这些真正影响全人类的问题。化学在这里面会起非常重要的作用。
但另一方面，还有一类研究完全来自好奇心驱动，比如今年的诺贝尔化学奖，就是因为大家都想知道：为什么生命体系里的分子都是单一手性的？在一个没有明显手性偏好的化学世界里，怎样可能最终形成单一手性的分子？
这种问题一开始未必知道有什么直接应用。它就是科学家因为好奇，想把一个自然界最根本的问题弄明白。我觉得这也是科学非常重要的一部分。
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