来源：深究科学
作者：深究科学
导读
5月21日，2024年度邵逸夫奖获奖名单，4位科学家分获天文学、生命科学与医学、数学科学3个奖项，每项奖金120万美元。
邵逸夫奖理事会主席、评审会副主席杨纲凯在当日举行的新闻发布会上介绍，邵逸夫奖为国际性奖项，以表彰在学术及科学研究或应用上取得突破性成果，并对人类生活产生深远影响的科学家。
2024年度邵逸夫天文学奖颁予美国加州理工学院天文学及行星科学讲座教授史里尼瓦斯·库尔卡尼，表彰他对伽马射线暴及超新星等开创性发现。
生命科学与医学奖平均颁予美国国家卫生研究院资深研究员及主管邓瑞丽，以及美国哈佛大学医学院讲座教授斯图尔特·奥金，表彰他们发现从胎儿到成人血红蛋白转换的基因和分子机制，有助于镰状红血球贫血症及乙型地中海贫血症的治疗。
数学科学奖颁予美国普林斯顿大学数学讲座教授彼得·萨纳克，表彰他将数论、动力学及几何学等理论结合，发展出算术理论和仿射筛法。
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2024年邵逸夫天文学奖


2024年度邵逸夫天文学奖颁予史里尼瓦斯・库尔卡尼 (Shrinivas R Kulkarni)，以表彰他对毫秒脉衝星、伽马射线暴、超新星，以及其他可变或瞬变天体的开创性发现。他对时域天文学的贡献甚多，并在帕洛马瞬变工厂及其后继者史维基瞬变探测器的构思、建造和领导上成就卓越，这些设施彻底改变了我们对时变光学天空的理解。库尔卡尼是美国加州理工学院物理、数学和天文学系天文学及行星科学乔治・埃勒里・黑尔讲座教授。 
虽然大多数恒星都能稳定地发光数十亿年，但其中一些恒星会在若干年、週甚至几分之一秒的时间尺度上产生变化、脉动、闪熠或爆炸。这些急速的变化为我们提供了独特的见解，让我们能够了解恒星的死亡、物质在极高温度和密度下的行为、宇宙的大小和年龄，以及基础物理学的各方面知识，例如核状态方程和爱因斯坦广义相对论。
发现和分析瞬变事件，也就是时域天文学的主题，是一项具有挑战性的任务，需要在庞大的数据库中进行筛选，辨识罕见的异常现象，剔除来自地面事件和其他来源的误报，并尽量在几分钟内通知天文学界，使他们能够运用其他望远镜开展后续研究。
在库尔卡尼的整个职业生涯中，他在时域光学和射电天文学领域持续取得了一系列的基础发现。在他还是一名研究生时，他和他的合作伙伴发现了第一颗毫秒脉冲星，这是一颗快速旋转的中子星，每秒发射出精确间隔的脉冲达600次以上。目前已知的毫秒脉卫星有数百颗。它们是宇宙中最准确的天文时钟，被用于测试爱因斯坦的广义相对论，及寻找来自超大质量黑洞相互合并时产生的引力波。
天空中短暂而强烈的伽马射线暴于20世纪60年代首次被发现，但几十年来它们的起源一直是个谜。库尔卡尼和他的合作伙伴于1997年确定一个伽马射线暴的距离，从而取得关键性突破。他们证明这个爆发起源于遥远的宇宙，远远超出我们的银河系，因此肯定是一个具备极高能量的天文事件。现在我们知道，大多数伽马射线暴都来自类似的距离。
快速电波爆发 (FRBs) 是一种强烈的射电爆发，持续时间短至千分之一秒。一种被称为磁星的中子星，具有极强的磁场，长期以来一直被认为是快速电波爆发的可能来源之一 (邵逸夫天文学奖于2021年表彰对磁星的研究，于2023年表彰快速电波爆发的发现)。库尔卡尼和他的合作伙伴快速且以低成本建造了名为瞬态天文射电发射测量2号 (STARE2)，这套无线电探测器包含三个部分，分佈在美国西南部，旨在探测附近的快速电波爆发。在2020年，两架望远镜探测到来自我们银河系中一颗磁星的快速电波爆发，STARE2正是其中之一，首次显示了磁星可以产生快速电波爆发的事实。
库尔卡尼的贡献在帕洛马瞬变工厂 (简称为PTF，2009年) 及其后继者史维基瞬变探测器 (简称为ZTF，2017年) 的建设上成就卓越，这两项新颖的天文普查使用了位于南加州帕洛玛天文台的一台70年历史的望远镜。ZTF每两天扫描一次整个北半球天空，使用自动化软件分析数据，并透过一个警报系统通报发现的情况，在数分钟内向世界各地的天文学家传达瞬变事件的消息。来自PTF和ZTF的大量数据使我们能够发现各种天文瞬变和变化源。ZTF已发现数以千计的罕见天文事件，包括极亮的超新星、发光的红色新星、富含钙的间隙瞬变和黑洞对恒星的破坏。ZTF还发现了一颗吞噬其行星的恒星、历史上最近和最亮的超新星之一、新的小行星轨道类别、轨道周期短至七分钟的双星，它们是低频引力辐射的强大来源。此外，ZTF还发现许多其他奇异系统和罕见事件，它们的特性也是刚开始被理解。PTF和ZTF培育了新一代年轻的天文学家，如今他们引领着时域天文学领域的发展。
这个奖项亦同时表彰库尔卡尼在恒星天文学其他领域中的发现，尤其是他在发现首批“褐矮星”中所发挥的作用，这些恒星非常小，无法通过核聚变燃烧氢。褐矮星弥补了巨型行星 (如木星等) 与氢燃烧的恒星 (如太阳等) 之间的差距，这一发现揭示了褐矮星的存在，其大气特性与行星类似，为未来数十年对亚恒星天体大气的研究工作奠定了基础。
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2024年度邵逸夫生命科学与医学奖

2024年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予邓瑞丽 (Swee Lay Thein)和斯图尔特・奥金 (Stuart Orkin)，以表彰他们发现从胎儿到成人血红蛋白转换的基因和分子机制，为治疗两种影响着全世界数百万人及极其严重的血液疾病，镰状红血球贫血症和乙型地中海贫血症，开创了一种革命性且高效的基因组编辑疗法。邓瑞丽是美国国家卫生研究院国家心、肺及血液研究所镰状细胞部资深研究员及主管。斯图尔特・奥金是美国哈佛大学医学院大卫・内森杰出儿科讲座教授。
镰状红血球疾病和乙型地中海贫血是影响全球超过二千万人的血液疾病。世界上有5% 的人口携带着血红蛋白的异常遗传基因，每年有30万名婴儿出生时患有严重的血红蛋白异常疾病。大多数患有镰状红血球疾病的人都具有非洲血统或是自认为黑种人。镰状细胞的特征是可以预防疟疾，这便解释了镰状细胞基因普遍存在于世界特定地区人群中的原因。
第一个镰状细胞病例的记录可追溯到1846年，于1922年这种疾病被命名为镰状红血球贫血症。红血球变成镰刀形状是由血红蛋白异常导致的低氧水平引起的。血红蛋白是红血球中的蛋白质，负责将氧气输送到我们的身体各个组织。在出生后不久，体内会发生一种转变，血红蛋白会从胎儿形式转换为成人形式。
众所周知，尽管镰状红血球贫血症是由单一基因的改变而引起的疾病，但其病情的严重程度是有差异的。事实上，在20世纪70年代至90年代进行的研究表明，一些患有遗传性疾病的患者会持续产生胎儿血红蛋白，使镰状红血球疾病的病情减轻。这种情况被称为遗传性胎儿血红蛋白持续存在症。
在邓瑞丽和斯图尔特・奥金杰出的职业生涯中，他们各自对红血球疾病的分析作出了广泛而独立的贡献。当他们进行互补和强化的发现时，他们的工作便交汇在一起，并最终开发出治疗镰状红血球疾病和乙型地中海贫血症的疗法。
邓瑞丽对在镰状红血球疾病和乙型地中海贫血症特征上表现出极端差异的患者个体进行全基因组关联研究时，取得了变革性的发现。她的目标是找出与疾病严重性相关的基因。当她发现胎儿血红蛋白所产生的大多数遗传变异是由于血红蛋白以外的基因编码成分发生变化，她改变了对镰状细胞特征如何引起表型变化的理解。邓使用一种名为连锁分析的技术，确定了受镰状特征变异影响的遗传区域。她将这些变化定位到一个名为BCL11A的基因上，首次将BCL11A与红血球疾病联系起来。她报告说，BCL11A在2号染色体上编码了一种称为锌指DNA结合调节蛋白的物质。她的结论是，BCL11A是胎儿血红蛋白产生的主要调节因子。邓的发现为后来针对BCL11A进行干预的治疗方法开闢了道路，可以此对抗镰状红血球贫血症和乙型地中海贫血症。
斯图尔特・奥金在其出色的工作中确定了BCL11A蛋白是胎儿血红蛋白啟动子的抑制因子，而在遗传性胎儿血红蛋白持续存在症患者身上，正是这个启动子发生了突变。奥金证明了下调BCL11A的表达能够矫正基因改造小鼠的镰状细胞疾病，这一实验对于推动通过改变BCL11A的产生以治疗镰状细胞病和乙型地中海贫血症这一令人兴奋的理念至关重要。奥金接下来于BCL11A增强子成份中确定了一个特定位点，在血液干细胞中使用CRISPR基因组编辑技术删除该位点时，BCL11A的表达便会受抑制。这种基因组改变重新激活了胎儿血红蛋白的产生。奥金的小鼠研究为在镰状红血球疾病和乙型地中海贫血症患者中使用CRISPR基因组编辑技术进行临床试验奠定了基础。事实上，这些试验获得了变革性的成果：镰状红血球疾病患者摆脱了镰状细胞危象和贫血，而乙型地中海贫血患者则毋需再依赖输血。
美国食品药物管理局于2023年12月批准了两种镰状红血球疾病的干细胞疗法。其中一种名为CASGEVY，由美国福泰製药公司根据邓和奥金的发现而製造，这是首个获得批准使用CRISPR基因组编辑技术的疗法。
邓和奥金的工作典范地展示了基础研究、疾病研究和转化医学如何为开发拯救生命的变革性疗法奠定基础。
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2024年度邵逸夫数学科学奖

2024年度邵逸夫数学科学奖颁予彼得・萨纳克 (Peter Sarnak)，以表彰他将数论、分析学、组合学、动力学、几何学和谱理论结合起来，发展出薄群的算术理论和仿射筛法。彼得・萨纳克是美国普林斯顿高等研究院数学戈帕・普拉萨德讲座教授及美国普林斯顿大学数学尤金・希金斯讲座教授。

如果一个自然数大于1，并且不是两个较小的自然数的乘积，那么它就被称为素数 (又称质数)。例如，2是素数，但4 = 2 × 2不是素数。欧几里德定理 (约公元前300年) 断言，除了0和1之外的任何自然数都可表示为素数的乘积，而且素数有无限多个。研究素数的分布是数论中的核心课题。
自古希腊以来，寻找素数一直是数论的重要主题。数学家寻找一些多项式函数f(x)，使得对于无穷多个整数x，f(x) 的值均是素数。欧几里德定理表明，f(x)=x 便是符合条件的函数之一。若将问题的范围扩展，要求函数f(x) 的值是殆素数 (具有有限个素因子的自然数)，也就是说，对于无穷多个整数x而言，f(x) 的值是有限素数的乘积。例如，孪生素数猜想可以这样表述：对于无穷多个整数x，函数f(x) = x(x+2) 的值可表达为两个素数的乘积。中国数学家陈景润于1973年利用布伦的组合筛法证明了该函数对于无穷多个整数x有最多3个的素因数。数学家们也可以通过要求将x限定在整数的稀疏子集中来限制所考虑的x集合。对于任何具有整数系数的多元多项式，都可以提出类似的问题。
萨纳克率先开展在薄群轨道生成的稀疏子集中寻找多项式殆素数值的研究。薄群是算术群的一个子群，具有恰到好处的性质：它既不太大 (具有无穷指数)，也不太小 (与算术群具有相同的札里斯基闭包)。薄群在纯数学和应用数学中非常自然地出现。例如，整数阿波罗尼奥斯圆填充的对称群就是一个薄群。此外，还有大量的克莱因群，或是更为普遍的微分方程的单值群，它们都是薄群。
扩展图是一种高度连接的稀疏图，广泛应用于计算器科学领域。 萨纳克预见到一个薄群中的有限商群的扩展特性可用于产生殆素数，从而发展出仿射筛法。萨纳克联同布尔甘和甘布尔德从一些薄群中建构出扩展图。这个构造依赖于萨纳克和薛早期的基础工作，其中他们展示了有限线性群的最小维数与扩展图之间的关系。
萨纳克联同布尔甘和甘布尔德，对于在薄群轨道上的整数向量取得了一个精确计数和均匀分布的结果，该结果指出，当将给定的多项式函数应用于这些向量时，它们就会取得殆素数值。
在一些自然假设下，萨纳克与戈尔塞菲迪一起证明了一个整数多项式函数于薄群轨道的札里斯基稠密子集中会产生殆素数。
萨纳克将组合和遍历的理论方法引入到丢番图方程 (又称不定方程) 问题，产生了深远的影响。他独特而深邃的远见开启了广泛的研究项目，将数论、组合学、分析学、动力学、几何学和谱理论融为一体。
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