本报杭州10月8日讯

　　记者 曾福泉

　　对许多人而言，今晚的主角可能是那轮圆圆的红月亮。观赏发生在太空中的月全食需要高倍望远镜，在另一个维度，观察肉眼难见的细胞则需要高分辨率的显微镜。今年的诺贝尔化学奖正是颁发给为显微技术带来巨大进步的科学家。

　　瑞典皇家科学院今天晚间宣布，美国科学家艾力克·贝齐格、W·E·莫尔纳尔和德国科学家斯特凡·W·赫尔共同获得2014年诺贝尔化学奖，他们使用荧光分子技术，将光学显微镜的观测能力提升到了纳米尺度。

　　这项成就为何能得到诺奖青睐？记者采访了中国科技大学化学系的梁高林教授作深入解读。值得一提的是，梁教授在美国斯坦福大学期间，曾与本次诺奖得主之一莫尔纳尔教授团队有过密切合作。

　　绕开大自然的限制

　　光学显微镜是人类最伟大的发明之一。17世纪，科学家第一次在显微镜片下看到了活生生的细菌，以及人体血液中的血红细胞，一个崭新的世界向人类打开了大门。一台前所未有的仪器问世，开创了一门全新的学问——微生物学。从那时起，光学显微镜就一直是生命科学研究中最重要的工具。

　　但是光学显微镜受到自然规律的限制，德国科学家恩斯特·阿贝在19世纪就指出，根据光的衍射原理，光学显微镜的分辨率存在上限，即0.2微米左右。“这意味着，对于蛋白质等生物大分子——大小往往在十几个纳米——传统的光学显微镜看上去就是一片模糊。”梁高林分析说。

　　当代的科学研究早已超越了光学显微镜发明之初的水平，人们对微观世界的探索在不断深入。看不清蛋白质分子相互之间的作用，就无法研究细胞的功能。正如只能看见一座城市林立的建筑，却无法细致观察在里面生活着的一个个居民的行踪——诺奖评委会的这一比喻形象地说明了科学家的苦恼。

　　人类没有在此止步。三位获奖者以天才的创见巧妙避开了大自然的限制，为人类观测微生物世界开辟出一条新路。他们都使用了荧光分子——其工作原理类似于日光灯中的荧光粉，用特定波长的光去激发它们，它们就会发射出相应的荧光。斯特凡·W·赫尔的办法是在用一束激光激发荧光分子发光后，再用另一束激光把绝大部分的荧光抵消掉，剩下一小块纳米尺度的极细小区域还亮着。就这样一小块一小块地扫描样本，最终就能得到一幅超高分辨率的图像。

　　艾力克·贝齐格和W·E·莫尔纳尔则采用另一种办法，他们是各自独立发明的。“关键在于实现独立打开或关闭分子的荧光，就像让荧光分子眨眼睛。”梁高林说。科学家每次只让零散的几个分子发光，只要每两个分子之间的距离大于0.2微米就可以了。通过对同一区域反复成像，最后用软件重现所有的闪光点，科学家就得到了纳米尺度的稠密、精确图像。

　　“这些会眨眼的荧光分子是在黑暗里合成出来的。”梁高林说。在与莫尔纳尔教授团队合作期间，梁的团队负责提供各种类型的荧光分子。“就像过去摄影师冲洗胶卷时使用的那种暗房，点着非常微弱的红色灯光，我们就在那里面工作。”

　　光学显微镜的魅力

　　为什么科学家钟情于光学显微镜？在现代实验室里，人们已经装备了电子显微镜，其分辨率可高达0.1纳米，连化学键都能看得清清楚楚。光学显微镜有什么不可代替之处呢？

　　“电子显微镜只能看到已死的样本，而光学显微镜可以观察活生生的生命体。”梁高林说。电子显微镜的样本在观察前需要经过一系列处理，并且只能观察非常薄的样本，观察时样本必需处在真空环境中——没有细胞能在经历这一切后还活着。并且，电子显微镜观察到的样本都是没有颜色的。

　　而透过光学显微镜，科学家可以实时追踪样本的生命周期，可以看到各种生物大分子的运动和变化，展现在观察者眼前的是一个极其丰富而充满动态的世界。一个最近的研究显示，科学家用显微镜直接观察到了散布在细胞核里的一种分子是如何透过精巧的调控过程，来修补双股断裂的DNA链状分子。就在十几年前，人们还不敢想象能够亲眼目睹这样的自然奇景，

　　“这正是这三位获奖者的贡献所在。”梁高林说。

　　科学探索造福人类

　　诺贝尔化学奖不“化学”？这是人们近年来屡屡发出的疑问。就在今天宣读颁奖词时，诺奖评委会委员还直截了当地指出：“生物正在转向化学，化学也在转向生物。”有人分析说，1901年来颁发的105次诺贝尔化学奖中，有24次颁给了生物学领域的成就，19次颁给了物理学领域。

　　但是，看到了这些科学成就都前所未有地造福人类、推动文明进步，是不是足够“化学”恐怕也就无所谓了。超高分辨率荧光显微技术自本世纪初投入实际应用，已经彰显了巨大力量。现在科学家能够看到脑部神经细胞间的突触是如何形成的，能够观察到与帕金森氏症、阿尔兹海默症和亨丁顿舞蹈症相关的蛋白聚集过程，还能在受精卵分裂形成胚胎时追踪不同的蛋白质。2008年，这一技术被英国《自然》杂志评为年度技术，被认为是里程碑式的发明；今天，又摘取了科学的最高桂冠。

　　由此我们再度体认：为造福人类的科技创新颁奖，正是诺贝尔奖存在的意义。