因为电子显微镜的电子束会杀死活体,中国探测引力波大致分三个领域

以当年的眼光来看,同样的建设资金放到大型望远镜上才是正途,投在LIGO上等同冒险。这个项目可以依靠的,只有“爱因斯坦的名声”以及数位科学家们的坚持。

诺贝尔物理学奖评选委员会成员安德斯·伊勒贝克对新华社记者说,近半个世纪以来,科学界逐渐认可了引力波的存在,但直到2015年,人类才第一次真实地探测到引力波,这是此次获奖者所作贡献的价值所在。他说,引力波为人类探索宇宙提供了全新的观察方法,未来可能会有更多新的发现。

张新民介绍说,去年,国家科技部成立了引力波研究专家委员会,对引力波的科研做了重要的布局。中科院和基金委等部门均大力支持。中国探测引力波大致分三个领域:一是利用卫星在外太空探测引力波,包括之前提出的“天琴”和“太极”计划;二是在西藏阿里探测原初引力波的“阿里”计划;三是利用“天眼”FAST探测脉冲星。中国正争取在这些方向上先出成果。

张新民介绍说,去年,国家科技部成立了引力波研究专家委员会,对引力波的科研做了重要的布局。中科院和基金委等部门均大力支持。中国探测引力波大致分三个领域:一是利用卫星在外太空探测引力波,包括之前提出的“天琴”和“太极”计划;二是在西藏阿里探测原初引力波的“阿里”计划;三是利用“天眼”FAST探测脉冲星。中国正争取在这些方向上先出成果。

要想不让活体脱水死去,可以对它们进行“冷淡保鲜”。上世纪80年代,Dubochet想到了快速冷却的办法。他将水引入电子显微镜中,并成功实现了水的快速冷冻玻璃化。

探究生物钟的奥秘,是前者;而利用生物节律的分子机制改善人类健康,则是后者。

瑞士、美国和英国科学家分享2017年诺贝尔化学奖

X射线晶体学技术带来的重要发现曾多次获诺奖,冷冻电子显微镜技术也有此可能。“这次诺奖是奖励冷冻电子显微镜方法学上的创新,将来利用这个技术解析出重要分子结构,破解重要生物学问题,完全有可能再得诺奖,中国在这方面也大有希望。”王宏伟说。

中国在冷冻电子显微镜领域并不落后。王宏伟介绍,国内最早做冷冻电镜是从上世纪90年代中期开始。当时清华大学隋森芳院士、中山大学张景强教授、中科院生物物理所徐伟研究员等都在做这方面研究。

“现在冷冻电镜仍然是在溶液中看生物大分子的结构,下一步,我们正在探索怎样才能直接观察分子在生物体原位的精细结构,也就是在生物组织中直接观察生物大分子的结构动态。”孙飞说。

对生物钟基因密码的求索,最终为促进人类健康做出了巨大贡献。这一份价值,不管有没有诺贝尔奖,它都在那里。

这些科学家以果蝇为研究对象,分离出一个能够控制生物节律的基因,它可以编码一种在夜间积聚、在白天分解的蛋白质,这种蛋白质在细胞中的数量变化就引起了细胞生物节律的昼夜变化。后来他们又发现了在这一过程中发挥作用的其他几种蛋白质,从而在分子层面较好地揭示了细胞内生物钟的工作机制。

目前,中国在解析大生物分子结构领域的研究非常出色,冷冻电子显微镜技术应用方面在国际上也很有影响力。但在王宏伟看来,国内在该技术方法学开发方面还需加大力气,冷冻电镜就是方法学上的原创性成果。

LIGO后,中国撒网追捕引力波

除了样本制备外,看得清楚当然也很关键。为了让图像更清晰,1975年到1986年之间,同样从事生物学研究的Frank开发出一种图像处理技术,这种技术能够分析电子显微镜生成的模糊2D图像,并将其合并,最终生成清晰的3D结构。这一突破,让未来冷冻电镜的广泛应用成为可能。

捕捉宇宙时空里捉摸不定的涟漪,这个项目在最初被嘲讽为“妄想”。但科学家们的信念一步步把我们引向检验它的边缘,更见证它成为事实。

评奖委员会说,人们过去知道包括人类在内的许多生物都有内在的生物钟,但是对生物钟的工作原理长期不清楚,这一直是科学家探索的课题。今年获奖者的研究成果解释了许多动植物和人类是如何让生物节律适应随地球自转而来的昼夜变换的。

每年十一假期,诺贝尔奖项都会陆续公布。一个个陌生的科学家名字,在中国同行听来都是大名鼎鼎。此次,物理奖和化学奖都被认为“早该得了”,而且中国相关的科研已经位于世界高端。

每年十一假期,诺贝尔奖项都会陆续公布。一个个陌生的科学家名字,在中国同行听来都是大名鼎鼎。此次,物理奖和化学奖都被认为“早该得了”,而且中国相关的科研已经位于世界高端。

“2013年冷冻电镜实现突破以后,立刻吸引了大量科学家的眼球,很多人开始转行从事这方面研究。除了一大批生命科学家开始利用这项技术研究结构分子生物学问题之外,数学、计算机领域的科学家开始研究冷冻电镜的图像处理问题、自动化问题,材料学家、物理学家开始研究更深层次的高分辨成像方法问题,化学领域的科学家开始研究新的样品制备方法等方面的问题。”孙飞说,“总之,这个领域现在非常热。”

三项成果,无不成就于数十年的努力,而今诺奖的垂青,是对艰难科学道路上砥砺前行、信念坚定之人的最佳鼓励。

在新闻发布会上,评选委员会拨通了约阿希姆·弗兰克的电话。弗兰克显得很兴奋地说:“永远不会介意被得诺奖的消息吵醒。”

中国在冷冻电子显微镜领域并不落后。王宏伟介绍,国内最早做冷冻电镜是从上世纪90年代中期开始。当时清华大学隋森芳院士、中山大学张景强教授、中科院生物物理所徐伟研究员等都在做这方面研究。

目前,中国在解析大生物分子结构领域的研究非常出色,冷冻电子显微镜技术应用方面在国际上也很有影响力。但在王宏伟看来,国内在该技术方法学开发方面还需加大力气,冷冻电镜就是方法学上的原创性成果。

长久以来,人们认为电子显微镜只能用于观察死去的物质,因为电子显微镜的电子束会杀死活体,电子显微镜的真空管也会让活体脱水而死。

2日晚,作为第一个被公布的获奖项目,卡罗琳斯卡医学院将生理学或医学奖授予了三名美国科学家杰弗里•霍尔、迈克尔•罗斯巴什和迈克尔•扬,以表彰他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就;3日晚,美国科学家雷纳•韦斯、巴里•巴里什和基普•索恩获得物理学奖,其成就是在“激光干涉引力波天文台”项目和发现引力波方面的贡献;4日晚公布的化学奖,由瑞士科学家雅克•杜博歇、美国科学家约阿希姆•弗兰克以及英国科学家理查德•亨德森获得,他们研发出能对生命分子进行三维成像的冷冻电子显微镜技术。

评选委员会成员奥尔加·伯特纳说,宇宙中曾有两个黑洞发生碰撞,所产生的引力波跨越漫长时空,历时13亿年抵达地球,在2015年9月14日被位于美国的LIGO探测器探测到,这是人类历史上首次发现引力波。

到二十一世纪初,冷冻电子显微镜技术逐渐成熟,中国一些科研单位开始布局。王宏伟告诉科技日报记者,2008年清华大学施一公教授购置了亚洲第一台高端冷冻电子显微镜,北京大学医学院、中科院生物物理所也开始采购该设备。此外,国内还从国际上招聘年轻科学家开始这方面研究。

孙飞告诉科技日报记者,施一公教授关于剪切复合体的大量研究都是利用这一技术,中国科学院生物物理所关于植物捕光复合体的高分辨率结构也是利用该技术来完成。“所以这项技术会促成一大批突出研究成果出现。”孙飞说。

对于生物物理领域的科研人员来说,这项技术获奖早在意料之中。“自从2013年这项技术出现重大突破后,每次国际会议上我们都会讨论,不是讨论它是否能获诺贝尔奖,而是讨论奖会颁给谁。”中国科学院生物物理所研究员、蛋白质科学研究平台生物成像中心首席科学家孙飞在接受《中国科学报》采访时笑言。

生物钟这个词汇,人们其实相当熟悉。这部体内的时钟,可以在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,有助于为日常的生理机能做好准备,但是,它的运作机制却一直成谜。

用物理学家的才思推动生物化学革命——记2017年诺贝尔化学奖获得者

科学家点评2017诺奖:中国相关研究已居世界高端

(原载于《科技日报》 2017-10-09 01版)

“尽管Henderson近些年的论文发表完全算不上‘耀眼’,但每一次冷冻电镜领域有重大突破或具有巨大争议性的研究结果,第一个被邀请‘出山’的便是Henderson教授。”剑桥MRC分子生物学实验室科研人员张凯评论。

相关专题:2017年诺贝尔奖

瑞典皇家科学院10月3日宣布,将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩,以表彰他们为“激光干涉引力波天文台”项目和发现引力波所作的贡献。

“从2007年到2009年,国内开始在此领域有较大投入并加强人才队伍建设。国内大部分从事该领域研究的年轻人与此次三位获奖者有一定的师承关系。”王宏伟认为,中国那时候开始布局冷冻电子显微镜技术正当其时,因为2013年软硬件的成熟使该技术开始显现出优势。

北京时间10月3日下午,诺贝尔物理学奖颁给LIGO(激光干涉引力波天文台)的三位科学家。“这是我们意料之中的事情。”引力波探测科学家、中科院高能物理所研究员张新民说。LIGO获奖消息一出,物理学界大多表示不出意外。

2008年前后,中科院生物物理所和清华大学分别购置了一台最新一代的冷冻电镜。

引力波:一场寰宇有声电影

2013年以来,低温冷冻电子显微镜日渐成熟并获得广泛应用。如今研究者可以在生物分子的生命周期内对其进行冷冻和成像,将以往不为人知的分子生命状态呈现出来,所带来的新发现对于人类理解生命机理和开发新药具有重大意义。布热津斯基在新闻发布会上展示了2013年前后的分子结构显像效果的鲜明对比。

LIGO后,中国撒网追捕引力波

到二十一世纪初,冷冻电子显微镜技术逐渐成熟,中国一些科研单位开始布局。王宏伟告诉科技日报记者,2008年清华大学施一公教授购置了亚洲第一台高端冷冻电子显微镜,北京大学医学院、中科院生物物理所也开始采购该设备。此外,国内还从国际上招聘年轻科学家开始这方面研究。

2011年,利用这台电镜,生物物理所研究员朱平等分析了昆虫多角体病毒的近原子分辨率三维结构,这是我国首次利用冷冻电镜技术解析的生物大分子原子结构模型。2016年,生物物理所研究员章新政等人利用最新的冷冻电镜技术解析了植物捕光超级复合体的原子分辨率三维结构,入选当年我国十大科技进展。

相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注