化学奖：照亮了那些本不可见的世界

蔡如鹏

“我们需要支持一大批埋头于科学研究的科学工作者，不要急于让他们产生社会效果；当我们有很多这样的科学家得到实质支持后，自然会有一部分有重要发现。这一小部分人的回馈，将大大超过社会对科学的投入”

今年诺贝尔化学奖的主角是一种发绿色荧光的蛋白质——绿色荧光蛋白(GFP)，三位获奖科学家下村修、马丁·沙尔菲和钱永健的工作均与它有关。

天然绿色荧光蛋白存在于水母中，和另一种发光物质水母素一起，赋予了这种柔软的生物在海水中发光的能力。

下村修是第一个从水母中分离出绿色荧光蛋白的生物学家；马丁·沙尔菲则首次把绿色荧光蛋白引入其他生物体内，展示了它作为生物示踪分子的价值；而钱永健成功地对这种蛋白进行了改造，让它成为现代生物科学最重要的工具之一。

“绿色荧光蛋白的发现和改造可与显微镜的发明相提并论。在过去的10多年中，它已成为生物学家的引路明灯。”诺贝尔化学奖评选委员主席贡纳尔·冯·海伊内评价说，“借助这盏明灯，我们已经研究出监控脑神经细胞生长过程的方法，这在以前是不可想象的。”

目前，全球几乎所有的生物实验室都会用到绿色荧光蛋白。有评论说，三位获奖者是绿色荧光蛋白研究上的三座里程碑——正是他们的接力，才让这种已存在了1亿多年的神奇蛋白照亮了那些本不可见的世界。

科学界的“阿甘”

现年80岁的日裔下村修居住在美国波士顿郊外的小镇伍兹·霍尔。自从1980年到这的海洋生物学研究所工作以来，他就一直生活在这里。

伍兹·霍尔临近大海，每次的潮汐都会把一种巴掌大小水母成群地送上岸来。对于这些小家伙，下村修是再熟悉不过了，他和它们打了一辈子交道。他说：“我一生一共捞了85万只水母。”

下村修是从1960年开始研究水母的。那一年，他在日本名古屋大学获得有机化学博士学位后，漂洋过海到美国普林斯顿大学做博士后。在普林斯顿，下村修开始对水母产生了兴趣。当时，他的初衷非常简单，就是想弄清水母为什么会发光。

为了收集到足够的水母做研究，下村修经常去海边捞水母。有时，忙不过来，他就发动妻子和孩子一起去。在那段时间，他们一家人有时一整天都是拎着小桶在海边度过的。他曾在一篇文章写道：“五年过去了，当我的孩子长到八岁的时候，已经能捞得像成年人一样快了。”

到了1974年，下村修终于从水母中分离出了绿色荧光蛋白。

绿色荧光蛋白和水母中另一种发光蛋白水母素不同，它不需要借助其他物质，自身就可以发光。前者好比太阳，而后者像似月亮。北京大学生命科学学院院长饶毅介绍说，水母素是荧光酶的一种，这类发光现象之前就有人研究，而发现蛋白质本身发光，下村修是第一个。

尽管发现了绿色荧光蛋白，但下村修本人对它的应用前景不敏感，也未意识到应用的重要性。他的发现完全是出于好奇。

几年后，下村修转到海洋生物学研究所从事这项工作，直到2001年退休。回家后，他仍然放不下，把家里的地下室改造成实验室，继续研究。

几十年来，始终埋头工作的下村修一点也不懂得“推广”自己的研究成果。在很多人看来，他甚至有点“呆”。52岁离开普林斯顿时，仍然还是一名博士后。直到退休，也没获得过什么象样的奖励，在同行中更是默默无闻。甚至在绿色荧光蛋白被广泛应用多年后，很多生物学家都不知或搞错其发现者。

湖南大学刘全慧教授评价说，下村修有些像美国电影《阿甘正传》中一辈子执着于奔跑的男主角阿甘——对科学完全出于内心的好奇，不追求名利，自得其乐。

而对于这次问鼎诺贝尔奖，这位科学界的阿甘也只是把它当作“偶然的幸运”。

“死物学”变成“生物学”

最早意识到绿色荧光蛋白价值的可能是下村修海洋生物学研究所的同事普腊石。他想，如果想研究的其他蛋白也能发光，岂不是大大方便了观察？

在绿色荧光蛋白应用之前，如果要研究活体生物中的生命活动，往往是把荧光化合物结合到对应的蛋白上。但这种方法的缺点很多。第一是荧光化合物可能有毒，会影响正常生理活动；第二，蛋白注射需要特殊的设备和专业训练;第三，每研究一种蛋白，就必须先分离这种蛋白。这些都极大地限制了生物学家研究活体生物的能力。

饶毅说，当时不少生物学研究都是在杀死细胞后进行的，实际上是从“死物”上来推测生物的情况。

1992年，普腊石克隆出了绿色荧光蛋白。但当他向美国国家科学基金申请经费，想继续研究时，评审者说没有蛋白质发光的先例，就是找到这种蛋白，也没有意义。一气之下，普腊石放弃了科研，转向其他行业。这也使他错失了今年的诺贝尔奖。

事实上，当时普腊石只要再往前迈出一步——做一个简单的转基因实验——就可让绿色荧光蛋白在其他生物体内发光。完成这一步的正是日后获得诺贝尔化学奖的美国哥伦比亚大学教授马丁·沙尔菲。1994年，他成功地让绿色荧光蛋白出现在线虫体内。这个发绿光的线虫立刻引起了生物学界的轰动。

上世纪90年代初，生物学家已经具备很强的操纵基因的能力，对基因进行修饰已是实验室的常规操作。马丁·沙尔菲的成功让大家意识到，只要把绿色荧光蛋白的基因接在需要研究的蛋白基因上，就等于给被研究的蛋白带上了一个荧光标签，而不必用此前的蛋白分离、注射等技术。

这大大降低了进行活体生物研究的门槛，“死物学”开始真正向“生物学”转变。

如果把马丁·沙尔菲的获奖全部归功于幸运，显然并不准确。1988年，他在一个学术会议上偶然听说绿色荧光蛋白后，就对它情有独钟。不仅迅速调整研究方向，还大力宣传绿色荧光蛋白的应用前景。事实上，正是沙尔菲承前启后的工作，才开启了绿色荧光蛋白走进生物学家实验室的大门。

天才钱永健

真正将绿色荧光蛋白成为一个有用工具的人是钱永健。

钱永健之所以要改造绿色荧光蛋白，是因为它发出的荧光常常不够亮，甚至需要用高能量的紫外线照射才能看见。

目前，生物学家使用的荧光蛋白大多是钱永健实验室改造后的变种。这些荧光蛋白不仅强度高，而且还可以发出不同的颜色，五彩斑斓，非常漂亮。不同颜色不是为了好看，而是为了可以同时在同一个细胞或组织内标记多种蛋白。

“我一直就喜欢颜色，”钱永健说，“颜色让工作更有趣，能让你做更长时间。尤其是在比较挫折的时候更有帮助。”

经他改造后的荧光蛋白有樱桃色、草莓色、橘子色、番茄色、橙子色、香蕉色和密瓜色。“就像一大盒彩笔，”在加利福尼亚大学圣迭戈分校与钱永健合作多年的马克·埃利斯曼说。

今年56岁的华裔钱永健出生在纽约，其父钱学榘与钱学森是堂兄弟。与这个家族很多人一样，他很小就显示出极高的科学天赋。

由于儿时患有哮喘，钱永健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，钱永健获得了西屋科学天才奖。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”。

中学毕业后，凭借美国国家优等生奖学金，钱永健进入哈佛大学学习。20岁获得化学物理学士学位后，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。

1981年，钱永健到加州大学伯克利分校并在那里工作了8年，成为大学教授。1989年，钱永健将他的实验室搬到加州大学圣迭戈分校，一直工作至今。

钱永健1995年当选美国医学研究院院士，1998年当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。他还是全美拥有专利最多的科学家之一。

事实上，从上世纪80年代起，钱永健的工作就开始为科学界瞩目。在这次诺贝尔化学奖揭晓之前，就有很多媒体报道他是获奖的热门人选。喜欢穿粗斜纹棉布衬衫的钱永健，研究领域横跨生物学和化学，被认为既有可能获得化学奖，也有可能获得生理学或医学奖。

与下村修相比，钱永健的科学道路可谓一帆风顺，很早就获得了同行的认可。一位和他共事多年的科学家说，“他得奖不是问题，只是时间早晚。我们关心的是他得几个奖。”

但与下村修一样，钱永健的科研动力也发自内心。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。”

天才的钱永健令人敬仰，阿甘式的下村修同样值得尊敬。

“我们需要支持一大批埋头于科学研究的科学工作者，不要急于让他们产生社会效果。”饶毅对《中国新闻周刊》说，“当我们有很多这样的科学家得到实质支持后，自然会有一部分有重要发现。这一小部分人的回馈，将大大超过社会对科学的投入。”