这是美籍华裔科学家钱永健的资料照片。 新华社/路透
瑞典科学院8日宣布,美籍华裔科学家钱永健和美国生物学家马丁·沙尔菲、日本有机化学家兼海洋生物学家下村修分享2008年度诺贝尔化学奖。
帮助他们获奖的是能发出鲜艳绿光的绿色荧光蛋白。钱永健的贡献在于改造绿色荧光蛋白,使它成为当今生物学和医学研究中使用最广泛的工具之一。用他自己的话说:“我就是个造工具的人。”
家学渊源
钱永健1952年生在美国纽约,父亲是机械工程师,舅舅们则在麻省理工学院当工程学教授。钱永健说,他大半辈子在分子层面搞工程学。他开玩笑说:“我干这个纯粹是遗传,没办法。”
钱永健在新泽西州利文斯顿长大,由于儿时患有哮喘,他不得不尽量避免室外运动,因此经常花上数小时在地下实验室内做化学实验解闷,自制火药曾不小心烧坏自家的乒乓球台。
16岁那年,凭借对金属如何与硫氰酸盐结合的研究,钱永健获得西屋科学天才奖。这项比赛是美国历史最久、最具声望的科学竞赛之一,参赛者以高中生为主,又称“少年诺贝尔奖”。
少年科学天才从来不缺奖学金。凭借美国国家优等生奖学金,钱永健1972年获哈佛大学化学和物理学士学位,时年20岁。此后,他又拿着奖学金,前往英国剑桥大学深造。在那里,他为科学实验制造工具的天赋初露峥嵘,为追踪细胞内钙含量水平发明出一种更好的染料。
钙在多种生理反应中扮演关键角色,其中包括神经冲动调节、肌肉收缩、受精作用等。不过,计量细胞内钙水平的方法当时相当原始,需要穿透细胞壁注射钙结合蛋白,这种方法通常会毁坏作为研究对象的细胞。
钱永健利用化学技术发明出一种有机染料,与钙质结合时,荧光颜色会发生戏剧性变化,此外,钱永健还找到了为钙质“上妆”的方法,使染料无需注射即可穿透细胞壁。
兴趣多变
钱永健的科研哲学是快乐科研。他说:“你的科研方向应满足你的个性需求,为你内心提供快乐,这样才能安然度过在科研中难以避免的挫折期。”
他不光这么说,还真这么做。
就读剑桥期间,钱永健感到对化学失去了兴趣。他想做更富有戏剧性的工作。一开始 ,他尝试分子生物学,然后,他又转行研究海洋学。
“我以前老做那种在蓝色大海上航行的浪漫的梦,但最后我的研究却和浪漫一点都不相干。我老要去遭到石油污染的海滩上测量污染水平。最后,我终于明白我对沧海茫茫兴趣没那么大。”
最后,钱永健获得生理学博士学位,研究方向是大脑。
在钱永健1977年获得博士学位时,神经科学刚起步,大脑完全是个黑匣子一样的神秘存在,研究方法往往“简单粗暴”,结果也似是而非。譬如,当时要检测大脑神经元的活动,医生会在病人头骨上打洞,把线直接连到大脑中。钱永健形容,这与因纽特人在冰层上打洞钓鱼差不多。
看到这种状况,喜欢造工具、把复杂事情简单化的钱永健开始琢磨。他最终回到了自己的起点,即化学。
绿色荧光
在凭借绿色荧光蛋白分享本年度诺贝尔化学奖的3人中,钱永健走出的是“最后一步”。在这之前,另两位科学家的出色工作让他最后的神来之笔成为可能。
最初发现绿色荧光蛋白的是日本海洋生物学家下村修。当初学医的下村修从长崎医科大学毕业后想去名古屋大学深造,就前往名古屋大学“拜码头”,碰巧他想找的教授出差,结果偶遇科学家平田义正,最终进入后者的研究室。平田义正的研究室当时在研究海洋荧光动物海萤。1962年,下村修从生活在美国西海岸近海的一种水母体内分离出绿色荧光蛋白。
1992年,研究人员成功复制绿色荧光蛋白基因。美国生物学家沙尔菲据此指出,绿色荧光蛋白的发光特性在生物示踪方面有极高价值。
在这之前,生物学家在细胞层面做研究仍然脱不了“简单粗暴”四字。他们要么使用可能损害细胞本身的染料,要么把细胞碾碎分析其中成分。而沙尔菲说,有了复制成功的绿色荧光蛋白基因,就不用再以研究之名损坏细胞了,只需改造这些需要研究的细胞,将绿色荧光蛋白基因嵌入它们的遗传信息组,它们就能自行产生绿色荧光蛋白,自己就打起了“手电筒”,它们在干什么、与其他哪些细胞打交道、要往哪儿去,借助显微镜一望便知。
打个比方,绿色荧光蛋白仿佛是伊拉克战争中跟随美军从事“嵌入”式报道的记者,旁观生物学反应的研究人员像在电视旁追踪战争进程的观众一般,通过“现场直播”了解事件进展。
理论铺垫已经足够,该钱永健上场了。
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