美國科學(xué)家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學(xué)家斯特凡·黑爾因開發(fā)出超分辨率熒光顯微鏡而獲得2014年度諾貝爾化學(xué)獎。諾貝爾化學(xué)獎評審委員會8日在瑞典首都斯德哥爾摩宣布這一消息時認(rèn)定，3名科學(xué)家成功突破傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的極限分辨率，將顯微技術(shù)帶入“納米”領(lǐng)域，讓人類能以更精確的視角窺探微觀世界。

　　創(chuàng)新破“極限”

　　3名獲獎?wù)咧?，現(xiàn)年54歲的貝齊格來自美國霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所，現(xiàn)年61歲的莫納現(xiàn)任美國斯坦福大學(xué)教授，現(xiàn)年52歲的黑爾同時就職于馬克斯·普朗克生物物理化學(xué)研究所和德國癌癥研究中心。

　　長期以來，光學(xué)顯微鏡的成像效果被認(rèn)為受到光的波長限制，無法突破0.2微米即光波長二分之一的分辨率極限。這三位科學(xué)家則以創(chuàng)新手段“繞過”這一極限，通過激光束激活熒光分子，在熒光分子發(fā)光的時候通過特別手段消除或過濾掉多余熒光，從而獲得比“極限”更精確的成像。

　　諾貝爾化學(xué)獎評審委員會在當(dāng)天發(fā)表的聲明中說，通過熒光分子的幫助，這些科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了這一突破，使用這一革命性顯微技術(shù)在各自專業(yè)領(lǐng)域研究生命的最微小組成部分。

　　其中，黑爾通過研究神經(jīng)細(xì)胞了解大腦突觸現(xiàn)象，莫納研究與亨廷頓氏癥(一種神經(jīng)退化性紊亂疾病)相關(guān)的蛋白質(zhì)，貝齊格研究胚胎內(nèi)部的細(xì)胞分裂。

　　探索“無止境”

　　這一“納米顯微”技術(shù)問世前，人類憑借光學(xué)顯微鏡對細(xì)胞內(nèi)分子作用的觀察一直存在局限。

　　按照諾貝爾化學(xué)獎評審委員會的說法，3位科學(xué)家的成果將顯微技術(shù)帶入“納米”領(lǐng)域，讓人類能夠“實(shí)時”觀察活細(xì)胞內(nèi)的分子運(yùn)動規(guī)律，為疾病研究和藥物研發(fā)帶來革命性變化。

　　“在帕金森氏癥、阿爾茲海默氏癥(老年癡呆癥)或亨廷頓氏癥發(fā)作時，他們(科學(xué)家)可以跟蹤與之有關(guān)的蛋白質(zhì)(變化)；受精卵分裂并發(fā)育成胚胎的過程中，他們也可以觀察這些單個蛋白質(zhì)(變化)，”諾貝爾化學(xué)獎評審委員會說，3人的研究成果為微生物研究帶來了幾乎無限的可能，“理論上講，如今沒有什么物質(zhì)結(jié)構(gòu)小得無法研究?！?

　　如今，“納米顯微”技術(shù)在世界范圍內(nèi)被廣泛運(yùn)用，每天人類都能從其帶來的新知識中獲益。

　　獲獎“太意外”

　　獲得諾貝爾獎，對德國科學(xué)家黑爾似乎太過意外。他告訴諾貝爾獎基金會，接到電話時，他正在安靜地閱讀一篇科研論文，以為打來的是一個惡作劇電話。

　　“太令人意外了，我沒敢相信。我一開始覺得這可能是個惡作劇，”黑爾說，“幸運(yùn)的是，我記得(瑞典皇家科學(xué)院常任秘書)諾爾馬克教授的聲音，我意識到(他)旁邊還有其他人……才認(rèn)為這是真的?！?

　　不過，黑爾沒有陷入驚喜中，而是掛完電話繼續(xù)閱讀論文。

　　“我讀完了那篇我希望讀到結(jié)尾的論文，然后再給我妻子打電話，還有幾個和我關(guān)系密切的人?！焙跔栒f，他沒有去理會如潮水般涌來的電話和采訪請求。

　　回憶起研究成果，黑爾說，他的研究最開始時遭到業(yè)內(nèi)人士的強(qiáng)烈抵制，“人們覺得這個‘極限’自1873年就存在，再去做一些研究……有點(diǎn)瘋狂，不太現(xiàn)實(shí)”。

　　“然而，我的觀點(diǎn)是，20世紀(jì)發(fā)生了那么多物理學(xué)(研究發(fā)現(xiàn))……我覺得一定有某種東西或現(xiàn)象能幫助你突破那個極限，”黑爾說，“我一直都樂于挑戰(zhàn)事物，挑戰(zhàn)公共智慧。”

　　本版據(jù)新華社京華時報記者郭瑩 張思佳

　　□解讀 顯微鏡下的更小世界

　　從光學(xué)顯微鏡到能探知納米世界的超分辨率顯微鏡，2014年諾貝爾化學(xué)獎所表彰的科學(xué)研究突破了以往物體觀測尺寸的界限，使人類得以研究更微小的世界。

　　北京大學(xué)生物動態(tài)光學(xué)成像中心研究員孫育杰介紹，超分辨率熒光顯微技術(shù)主要應(yīng)用于生物領(lǐng)域。孫育杰說，傳統(tǒng)光成像分辨率一般是波長的一半200納米。這個分辨率在細(xì)胞成像上有些大了。很多細(xì)胞結(jié)構(gòu)小于這個，很多生物分子排列很緊，這樣也看不到。因此，科學(xué)家們致力于超分辨率領(lǐng)域的研究。

　　孫育杰介紹，超分辨率領(lǐng)域的發(fā)展分為三個階段，在1994年，德國人斯特凡·黑爾最先從原理和技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了超分辨率，當(dāng)時稱為STED，但因?yàn)樯锛嫒菪院懿睿苋菀讓⑸飿悠窡龎?，因此一直沒能大范圍應(yīng)用。2006年，此次諾獎得主埃里克·貝齊格與華裔科學(xué)家莊小威幾乎在同一時間各自獨(dú)立發(fā)表論文，發(fā)明了新的超分辨率技術(shù)。二者在原理上非常像，且生物兼容性非常好，“這個技術(shù)一下子火起來”。

　　此后，最早推出超分辨率技術(shù)的黑爾教授也在技術(shù)上不斷改革，使得生物兼容性很好。因此，目前該領(lǐng)域主要廣泛使用這三種技術(shù)。“這3個技術(shù)都很成熟，也有公司投入生產(chǎn)。比如尼康、奧林巴斯等，已經(jīng)商用化了。北京還有10多家實(shí)驗(yàn)室在用這個技術(shù)。”

　　目前，這幾種技術(shù)把傳統(tǒng)成像分辨率提高了10到20倍，最好的能達(dá)到10納米，“這種提高是非常了不起的”。因此，超分辨率技術(shù)推出后，科學(xué)家們可以看到細(xì)胞內(nèi)的細(xì)節(jié)，包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分子間的相互作用，相互定位及動態(tài)過程等。“好比一個近視眼的人突然戴上了合適的眼鏡”。

　　化學(xué)獎屬于跨界出品

　　物理學(xué)的原理和技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域，最后卻獲得了諾貝爾化學(xué)獎，這令一些人感到困惑。對此，孫育杰說，這幾個技術(shù)都是跨界技術(shù)。實(shí)際上黑爾和莊小威都是物理專業(yè)畢業(yè)。他們都是一直從事物理研究，最后轉(zhuǎn)做生物，用物理理論解決了生物的技術(shù)需求。“這是一個典型的技術(shù)諾貝爾獎，也是跨界的結(jié)果”。

　　對于此技術(shù)獲得化學(xué)獎，他說這幾類技術(shù)實(shí)現(xiàn)超分辨率，都是利用熒光探針的性質(zhì)，包括化學(xué)有機(jī)染料、熒光蛋白等。在2008年也有科學(xué)家憑借熒光蛋白獲得過諾貝爾化學(xué)獎?！斑@其實(shí)是個生物領(lǐng)域”。他表示，這個技術(shù)就是利用了生物分子、化學(xué)分子的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了突破衍射極限的超高分辨率成像。

　　□反應(yīng) 學(xué)界為華裔學(xué)者叫屈

　　昨天，諾貝爾化學(xué)獎公布后，很多學(xué)界專家都認(rèn)為華裔科學(xué)家莊小威更有資格獲得該獎。

　　原北大生命科學(xué)院院長饒毅在第一時間發(fā)表文章稱，“貝齊格的工作不僅與華裔教授莊小威的工作在物理原理上完全一樣，而且他們研究論文發(fā)表的時間也一樣，令人不解為何厚此薄彼”。

　　孫育杰認(rèn)為，在熒光顯微技術(shù)這一領(lǐng)域，莊小威也是極為重要的貢獻(xiàn)人。

　　有學(xué)者說，莫納雖然在成像領(lǐng)域里德高望重，備受尊敬，但是相比諾貝爾獎，還有一定差距。在質(zhì)量上遠(yuǎn)不如黑爾、貝齊格和莊小威。

　　據(jù)介紹，莊小威目前任哈佛大學(xué)化學(xué)系和物理系教授，兼北京大學(xué)生物動態(tài)成像中心研究員。莊小威畢業(yè)于中國科技大學(xué)少年班，美國加州大學(xué)物理學(xué)博士、斯坦福大學(xué)博士后，40歲當(dāng)選美國科學(xué)院院士。

　　■埃里克·貝齊格

　　1960年出生于美國密歇根州，1988年獲得美國康奈爾大學(xué)博士學(xué)位。美國神經(jīng)科學(xué)家、發(fā)明家、應(yīng)用物理學(xué)家，他從康奈爾大學(xué)畢業(yè)后在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作。其主要貢獻(xiàn)是研發(fā)了用于分子生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的光學(xué)成像工具?，F(xiàn)在美國弗吉尼亞州霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所工作。

　　2011年7月，貝齊格接受BBC的采訪介紹超分辨率顯微鏡技術(shù)時說，我們第一次掌握了這種技術(shù)，可以讓我們了解正在發(fā)生的復(fù)雜的三維動態(tài)。

　　2006年，超高分辨率顯微鏡研究行業(yè)翻開了新的篇章。貝齊格和其他三個科研小組幾乎同時發(fā)表了他們提高顯微鏡分辨率的科研成果。貝齊格和研究伙伴一起在2006年的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。

　　■斯特凡·黑爾

　　1962年生于羅馬尼亞阿拉德，于1981年進(jìn)入德國海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)，并于1990年獲得海德堡大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為德國籍，是馬克斯·普朗克生物物理化學(xué)研究所所長之一。

　　1991年至1993年，黑爾在位于德國海德堡的歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室從事研究工作。1993年至1996年在芬蘭圖爾庫大學(xué)的物理醫(yī)學(xué)系從事研究工作。1994年，黑爾發(fā)明了STED顯微鏡，是超分辨率顯微技術(shù)的一大突破。

　　1997年，黑爾遷往哥廷根，成為馬克斯·普朗克學(xué)會在哥廷根的生物物理化學(xué)研究所的研究員。2003年至今，黑爾也是位于海德堡的德國癌癥研究中心高分辨率光學(xué)顯微技術(shù)部門的主任。

　　2002年，黑爾獲德國雷賓赫激光技術(shù)獎。2008年，曾獲德國科學(xué)技術(shù)最高獎——萊布尼茨獎。

　　■威廉·莫納

　　1953年生于美國加利福尼亞州的普萊森頓，1982年獲得康奈爾大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為美國斯坦福大學(xué)哈利·S·莫什講座教授，是單分子光譜和熒光光譜領(lǐng)域的著名專家。

　　1981年至1995年，莫納在IBM位于加利福尼亞州圣荷西的研究中心擔(dān)任研究人員和管理人員。1993年至1994年，在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院擔(dān)任訪問客座教授。1995年至1998年，在加利福尼亞大學(xué)擔(dān)任杰出教授(物理化學(xué)領(lǐng)域)。1998年至今，在斯坦福大學(xué)擔(dān)任教授。

　　莫納曾獲得不少榮譽(yù)，1984年獲得羅杰·I·威爾金斯全美杰出年輕電氣工程師獎；2001年獲得美國物理學(xué)會厄爾勒·K·普利勒獎；2008年獲得以色列沃爾夫獎化學(xué)獎；2009年獲得歐文·朗繆爾化學(xué)物理學(xué)獎。