瑞典皇家科學(xué)院4號(hào)宣布，將2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予瑞士科學(xué)家雅克·杜博歇、美國科學(xué)家約阿希姆·弗蘭克以及英國科學(xué)家理查德·亨德森，以表彰他們?cè)诶鋬鲲@微術(shù)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

用物理學(xué)家的才思推動(dòng)生物化學(xué)革命——記2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者

見人所未見的世界，一直是科學(xué)探索的一個(gè)目標(biāo)。但如何去見呢?理論在先，還是工具改進(jìn)在先?

比如量子理論，是典型的概念帶來實(shí)踐和認(rèn)知革命，而工具改進(jìn)是否也會(huì)帶來類似革命?2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)對(duì)這一問題做了一個(gè)交待。

英國科學(xué)家理查德·亨德森、美國科學(xué)家約阿希姆·弗蘭克以及瑞士科學(xué)家雅克·杜博歇因?yàn)樵诶鋬鲲@微術(shù)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)而獲諾獎(jiǎng)。

消息宣布后，不少科學(xué)界人士善意地調(diào)侃說，三個(gè)搞物理工作的“工匠”得了個(gè)化學(xué)獎(jiǎng)。科學(xué)界利用三人不斷改進(jìn)的技術(shù)，得以高分辨率測定溶液中的生物分子結(jié)構(gòu)，而又不破壞其形態(tài)，這一突破對(duì)生物化學(xué)產(chǎn)生了革命性影響。

正如化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)成員彼得·布熱津斯基所說，今年的化學(xué)獎(jiǎng)是跨學(xué)科研究的一個(gè)典型，技術(shù)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中正發(fā)揮越來越重要的作用。

“電鏡鼻祖”——亨德森

“我一直覺得如果你做一些有趣的事情并且把它做好了，那么在某個(gè)階段你就會(huì)因?yàn)樽瞿阆矚g的事情而獲得很好的回報(bào)。”英國劍橋大學(xué)的分子生物學(xué)家亨德森幾年前的預(yù)言今天應(yīng)驗(yàn)了。

亨德森生于1945年，作為電子顯微鏡領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一，他也是個(gè)生物物理學(xué)家，以一個(gè)物理學(xué)家的特有眼光看待生物化學(xué)領(lǐng)域，或許總能獲得別樣的思路。“我把從事的研究當(dāng)成了一項(xiàng)吸引人的愛好，因?yàn)閺膩聿粫?huì)重復(fù)，總有新東西。”

把研究當(dāng)愛好，就仿佛孩子愛玩并好奇周圍一切一樣，讓亨德森在上世紀(jì)90年代才思泉涌，改進(jìn)了傳統(tǒng)電子顯微鏡，取得了原子級(jí)分辨率的圖像。人們因此得以看到極其微觀層面的世界。

研究不是亨德森唯一的愛好，他日常喜歡遛狗、劃皮劃艇、喝點(diǎn)葡萄酒，與孫子一起踢足球，還一直是個(gè)電影迷。

“我很幸運(yùn)獲得了這么好的教育，同時(shí)又有時(shí)間去從事其他活動(dòng)。”亨德森說，他和幾個(gè)朋友經(jīng)常花很多時(shí)間在一起收集并維修一些老爺車，他們?cè)_著一輛1948年的老爺車游遍了蘇格蘭。

“跨界奇才”——弗蘭克

77歲的德裔美國科學(xué)家弗蘭克如今是哥倫比亞大學(xué)生命科學(xué)系教授。他的主要貢獻(xiàn)是在上世紀(jì)70、80年代開發(fā)了一種圖像合成算法，能將電子顯微鏡模糊的二維圖像合成清晰的三維圖像。

弗蘭克物理學(xué)背景深厚，說他是物理學(xué)家也不為過。在德國的大學(xué)里，他研究的是熔點(diǎn)下的金的電子衍射，讀博士時(shí)，接觸了X射線晶體學(xué)，并師從德國著名的電子顯微學(xué)家霍佩博士，并由此接觸到了電子顯微鏡。

1970年弗蘭克在德國慕尼黑理工大學(xué)獲得博士學(xué)位后，獲得了資助前往美國最好的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室游學(xué)兩年，其中包括美國航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。而在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工作期間，他選擇去學(xué)習(xí)圖像處理技術(shù)。當(dāng)時(shí)的他，怎么也不會(huì)想到他的這些功課日后會(huì)與化學(xué)有關(guān)聯(lián)。

此后，弗蘭克在英國劍橋大學(xué)從事電子光學(xué)研究。幾年后又定居美國，從事一些與電子顯微鏡相關(guān)的公共衛(wèi)生研究。豐富的“跨界”學(xué)術(shù)經(jīng)歷對(duì)他的成長很有幫助。

弗蘭克發(fā)展了一系列成像算法并編寫軟件，實(shí)現(xiàn)無需結(jié)晶的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析技術(shù)。尤其在核糖體三維重構(gòu)方面有一系列的重要開創(chuàng)性工作，可惜當(dāng)年解析核糖體結(jié)構(gòu)而獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家不包括他。現(xiàn)在他在冷凍顯微術(shù)領(lǐng)域獲諾貝爾獎(jiǎng)，實(shí)至名歸。

“科學(xué)哲人”——杜博歇

如果說，亨德森和弗蘭克在基本理論實(shí)踐和重構(gòu)算法方面有貢獻(xiàn)，75歲的瑞士洛桑大學(xué)榮譽(yù)教授雅克·杜博歇?jiǎng)t在樣本制作方面有開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

上世紀(jì)80年代，杜博歇發(fā)明了迅速將液體水冷凍成玻璃態(tài)以使生物分子保持自然形態(tài)的技術(shù)。通俗地說，生物細(xì)胞內(nèi)的水一旦冷凍就會(huì)結(jié)冰，而這些冰晶會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)的原有形態(tài)。讓這些水變成玻璃態(tài)，就能讓細(xì)胞內(nèi)的各種分子保持原樣，供電子顯微鏡觀察。

杜博歇做出開創(chuàng)新研究之后，隨著冷臺(tái)技術(shù)的開發(fā)，低溫冷凍電子顯微技術(shù)才正式推廣開來。2015年，這一成果已被同行認(rèn)為是“諾獎(jiǎng)級(jí)”。

杜博歇不僅是一位科學(xué)家，還堪稱“哲人”。退休后，他在博客上經(jīng)常寫一些富有哲思的短文。他還廣泛關(guān)注社會(huì)問題，提倡科學(xué)家要有社會(huì)責(zé)任感，成為“公民科學(xué)家”。他在一篇題為《教科學(xué)家成為公民》的文章中寫道：“成為一名好科學(xué)家很難，成為一個(gè)好公民更難”，“成為一名好的公民生物學(xué)家需要一點(diǎn)哲學(xué)和歷史，加上一些經(jīng)濟(jì)學(xué)和法律知識(shí)”。