中國(guó)科學(xué)家或揭開生物第六感之謎

MagR示意圖

 

謝燦和他的學(xué)生

 

1.5億年前就出現(xiàn)在這個(gè)淡藍(lán)色星球上的蜜蜂，天生就是建筑師。不過(guò)當(dāng)有人試著把磁鐵放在旁邊干擾時(shí)，它們搭建的蜂巢立馬變成東倒西歪的“豆腐渣”。

 

形態(tài)丑陋的裸鼴鼠終年生活在黑暗的地下，沒(méi)有發(fā)育出視力，卻依然逃脫不了地球磁場(chǎng)的掌控，它們打造的地下通道總是南北朝向。

 

就連結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的細(xì)菌，有的也會(huì)在磁場(chǎng)作用下來(lái)回移動(dòng)。

 

最近，歐洲科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)厍虼艌?chǎng)穩(wěn)定時(shí)，狗總是趴在南北朝向上排便，甚至還會(huì)極力避免頭尾指向東西。

可惜，此前所有試圖一探究竟的人，都在磁場(chǎng)大網(wǎng)里變成了“路癡”。

 

最近終于有人找到了方向。

 

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的年輕教授謝燦宣布，找到一種被命名為MagR的全新磁受體蛋白，研究成果發(fā)表于《自然-材料》。

 

有人評(píng)論，這是一個(gè)“諾獎(jiǎng)級(jí)別的發(fā)現(xiàn)”，這種蛋白“或?qū)⒔议_被稱為生物‘第六感’的磁覺(jué)之謎”。

 

一個(gè)多月前，大名鼎鼎的《自然》雜志還為此發(fā)文祝賀。

 

對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，詩(shī)是不夠的

 

在放大了5萬(wàn)倍的顯微鏡下，黑色或淡黃色的MagR呈小棒槌形。在玻璃器皿下放一塊磁鐵，它會(huì)像上滿勁的陀螺，滴溜溜地轉(zhuǎn)圈。

 

在磁場(chǎng)這個(gè)看不見摸不著的研究領(lǐng)域，這個(gè)長(zhǎng)著棒槌模樣的蛋白就是謝燦扎下的第一個(gè)坐標(biāo)。根據(jù)他的推斷，這種蛋白是生物基因中的指南針，會(huì)根據(jù)地球磁場(chǎng)的變化為生物體指明方向。

 

看起來(lái)簡(jiǎn)陋，但在很多時(shí)候，這種“蛋白指南針”信號(hào)的精準(zhǔn)度令人難以想象。

 

每年春天“第一縷陽(yáng)光照射下來(lái)”時(shí)，墨西哥灣山谷的帝王蝶開始往北飛。第一代蝴蝶飛到美國(guó)南部，產(chǎn)卵、生子、死亡。孵化出的第二代繼承前輩的遺志繼續(xù)北飛，到達(dá)美國(guó)中部，產(chǎn)卵、生子、死亡。如此復(fù)制，一直到第四代，直接向南飛回墨西哥灣的同一個(gè)山谷，甚至回到祖先待過(guò)的同一棵樹。

 

“這個(gè)過(guò)程都可以寫成詩(shī)了，但對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，詩(shī)是不夠的。” 在北大一間10多平方米的辦公室里，謝燦抿了一口咖啡說(shuō)，“要打破美感，搞清楚科學(xué)原理。”鮮艷的帝王蝶標(biāo)本擺放在一堆白茫茫的打印材料中，那是他鐘意的一件裝飾。

 

謝燦老家在洞庭湖畔，家里屋檐下有個(gè)燕巢，每年燕子歸來(lái)，“從不迷路”。他經(jīng)常仰起腦袋看，還寫成作文。

 

他想不明白，人類看起來(lái)高明，為何往往在方向感上灰溜溜地?cái)〗o動(dòng)物。到北大任教的頭3年，謝燦在校園里經(jīng)常不辨東南西北，抓住學(xué)生就問(wèn)，生科院大樓在哪兒。

 

探索看不見摸不著的磁場(chǎng)，迷路更是常有的事兒。

 

18世紀(jì)，奧地利精神病學(xué)家弗朗茲·麥斯麥提出，“生物體內(nèi)擁有磁性液體”，一直被視為荒誕言論。后來(lái)，從魚的鼻子到鳥的喙，科學(xué)家在強(qiáng)大設(shè)備的幫助下探索了一個(gè)又一個(gè)動(dòng)物器官，最終一無(wú)所獲。還曾有人用巨大的LCD屏幕替代星空，觀察鳥類會(huì)不會(huì)認(rèn)準(zhǔn)星星辨別方向。

 

謝燦記得，曾經(jīng)有一群科學(xué)家發(fā)表了幾篇重磅論文，眼看就要證實(shí)鳥喙是感磁器官，卻在幾個(gè)月后被更有力的證據(jù)駁斥，發(fā)現(xiàn)只是一個(gè)誤會(huì)。

 

“每當(dāng)生物體身上發(fā)現(xiàn)一個(gè)功能未明的組織，人們就會(huì)往磁場(chǎng)方面猜。”謝燦說(shuō)，“磁場(chǎng)感應(yīng)大家都感興趣，同時(shí)又最難，生物科學(xué)發(fā)展至今，在這一領(lǐng)域，人們基本還一無(wú)所知。”

 

研究生涯開始時(shí)，謝燦也不敢貿(mào)然涉足這座迷宮。美國(guó)的導(dǎo)師點(diǎn)醒他，為什么不換點(diǎn)東西做。他干脆找了這個(gè)自己感興趣的領(lǐng)域重新開始，“況且，我路癡這么多年，也想知道，自己到底缺了哪根筋。”

 

沒(méi)有人，沒(méi)有錢，沒(méi)有參考文獻(xiàn)，這項(xiàng)研究帶著“九死一生”的意味

 

謝燦本就逼仄的辦公室，堆滿層層疊疊的材料?；貒?guó)6年，他大部分時(shí)間都這里度過(guò)，磁受體蛋白的草圖也在這里完成。

 

屋內(nèi)最顯眼的擺設(shè)是墻角的咖啡杯，碼了足足6層。謝燦曾拍下杯子照片發(fā)到朋友圈：“一篇文章從投稿到接受需要消耗的咖啡。”

 

這位身材瘦小的科學(xué)家記得，自己剛開始在生物體尋找傳說(shuō)中的磁受體蛋白時(shí)，有人覺(jué)得他瘋了。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)的生物學(xué)界，尚沒(méi)有任何證據(jù)表明，存在一種可以直接感應(yīng)磁場(chǎng)的蛋白。

 

關(guān)于動(dòng)物為何能夠感應(yīng)磁場(chǎng)，學(xué)術(shù)界有兩種說(shuō)法，一種認(rèn)為動(dòng)物體內(nèi)存在名為隱花色素的蛋白，可以感應(yīng)光的變化，形成活躍的自由基。這些自由基能感受磁場(chǎng)的變化，迅速改變隊(duì)形為生物導(dǎo)航。另一種理論干脆認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)存在磁鐵礦顆粒。

 

在謝燦看來(lái)，它們都有不合理的地方。蛋白能僅僅通過(guò)光的照射就和磁場(chǎng)發(fā)生神秘的聯(lián)系？細(xì)胞中無(wú)機(jī)的磁鐵礦顆粒如何對(duì)有機(jī)的生物發(fā)出導(dǎo)航信號(hào)？

 

他想不明白，于是決定踩出一條新路。

 

“如果我是上帝，為了賦予動(dòng)物感磁的能力，我會(huì)怎么設(shè)計(jì)這種蛋白質(zhì)構(gòu)成的機(jī)器？”謝燦一邊說(shuō)，一邊在筆記本上刷刷地畫出實(shí)驗(yàn)開始前設(shè)計(jì)的草圖。

 

一個(gè)空心圓柱體出現(xiàn)在他筆下，在他最初的設(shè)想中，這個(gè)可能存在的蛋白應(yīng)該是一個(gè)棍狀結(jié)構(gòu)，并且具有磁性，才能感應(yīng)磁場(chǎng)變化。既然前人已經(jīng)證實(shí)隱花色素與磁場(chǎng)感應(yīng)有關(guān)，這種蛋白也肯定能和隱花色素結(jié)合或者發(fā)生作用。

 

“在2012年以前，一切都只是想象。這個(gè)事情九死一生，很有可能什么都做不出來(lái)。”謝燦停頓了一下說(shuō)，“但有句話我印象挺深，想象力比正確性更重要。”

 

項(xiàng)目從2010年已經(jīng)開始，但在第一年里，幾乎只有謝燦在讀文獻(xiàn)、思考、原地打轉(zhuǎn)。除了啟動(dòng)時(shí)向時(shí)任生命科學(xué)院院長(zhǎng)的饒毅“拼命磨嘴皮子”要到一筆資金，這項(xiàng)研究沒(méi)得到什么資助。直到2011年第一個(gè)草圖畫出來(lái)，才有第一個(gè)博士生加入。

 

按圖索驥的地毯式搜索開始了。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)果蠅DNA的篩查，14種長(zhǎng)相可疑的基因從12536種基因中浮現(xiàn)出來(lái)。接著要用已知蛋白結(jié)構(gòu)的隱花色素來(lái)“指認(rèn)”，找出最終的“候選人”。

 

“幾乎沒(méi)有任何參考文獻(xiàn)，我們根本不知道會(huì)得到什么結(jié)果，即使有結(jié)果，也不知道意味著什么，不知道下一步怎么走。”謝燦回想道。

 

直到今天，這位科學(xué)家依然記得那一天，實(shí)驗(yàn)室的凝膠上清晰地顯示出兩條感光和感磁的條帶，而他假想的磁受體MagR和感光的隱花色素結(jié)合，終于在現(xiàn)實(shí)中得到了驗(yàn)證。

 

這粒微小的蛋白，引起了學(xué)界的劇烈震動(dòng)

 

為了撈出這粒微塵一樣的蛋白，41歲的謝燦覺(jué)得自己“老了20歲”。

 

“設(shè)備沒(méi)有現(xiàn)成的，很多是淘寶買來(lái)的原材料和配件。”要檢驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)的MagR蛋白的磁性，連石頭都沒(méi)得摸。同學(xué)用木頭架子搭了一個(gè)兩層的玻璃器皿，才讓蛋白在磁鐵的指揮下開始跳舞。

 

實(shí)驗(yàn)室隔壁，在文獻(xiàn)材料和書本淹沒(méi)的辦公室，謝燦見縫插針地塞進(jìn)各種裝飾品，有碧綠的球蘭、江南淘來(lái)的珍珠貝，還有一個(gè)內(nèi)壁貼著香檳木樹皮的玻璃箱，那是尚未完工的兩棲動(dòng)物養(yǎng)殖缸。

 

2012年以前，謝燦幾乎很少跟人提起這項(xiàng)研究，因?yàn)榭傆腥藛?wèn)：“你這個(gè)研究出口在哪，應(yīng)用在哪。”

 

“好像如果不能用，你做的東西就毫無(wú)意義。”謝燦語(yǔ)速極快地說(shuō)，“從學(xué)生到導(dǎo)師，已經(jīng)沒(méi)人把好奇心當(dāng)回事了。弄明白，就是最有用的事情。”

 

最終，人們眼看著謝燦發(fā)現(xiàn)的小不點(diǎn)蛋白，引起學(xué)界巨大震動(dòng)。“當(dāng)我看到這篇文章的時(shí)候，差點(diǎn)窒息，它的確是一項(xiàng)具有創(chuàng)造性的研究。”麻省大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教授史蒂文·瑞波特充滿贊賞地表示，“結(jié)論令人振奮，具有突破性”。

 

文章發(fā)表不到一小時(shí)，已經(jīng)引起超過(guò)20家國(guó)際媒體的報(bào)道。到目前為止，《自然》雜志、BBC、科學(xué)美國(guó)人、英國(guó)衛(wèi)報(bào)等200多家國(guó)外主流媒體以多種文字進(jìn)行報(bào)道和跟蹤。其中還包括專注于電子產(chǎn)品的科技網(wǎng)站。

 

“可能覺(jué)得這種生物指南針結(jié)構(gòu)，在電子領(lǐng)域也能帶來(lái)一些革新。”謝燦帶著自豪說(shuō)。

 

就在幾天前，他還在朋友圈轉(zhuǎn)發(fā)了一條磁鐵告急的新聞，并戲謔地表示實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備開店，緩解磁鐵不夠用的業(yè)界危機(jī)。“客官，您要多少克磁鐵，有固體的，液體的，還有多種口味供您選擇，蝴蝶味兒的您喜歡嗎？”

 

并非人人都看好謝燦踩出來(lái)的這條路。維也納分子病理學(xué)研究所神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)·基斯在接受《自然》雜志采訪時(shí)就說(shuō)：“它要么是一篇非常重要的論文，要么完全錯(cuò)誤。我強(qiáng)烈懷疑是后者。”

 

基斯不相信，只有超微量鐵的MagR會(huì)有磁性能。如果MagR真的是磁感應(yīng)受體，“我就把自己的帽子吃掉。”

 

“這挺正常，并不是科學(xué)家之間有矛盾。這種爭(zhēng)論時(shí)刻對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的推動(dòng)作用反而特別大。”謝燦一點(diǎn)兒也不介意。

 

按照計(jì)劃，2016年，謝燦將赴德參加由“激烈反對(duì)派”基斯做主席的會(huì)議，并作報(bào)告。2017年初，基斯則會(huì)來(lái)北大拜訪謝燦的實(shí)驗(yàn)室。

 

他們的賭約不變。像江湖高手對(duì)決一般，兩人約定10年為期。如果證明謝燦是對(duì)的，基斯就真的吃掉帽子。

 

“打個(gè)賭挺好。”謝燦微笑著說(shuō)，“至少人們不會(huì)認(rèn)為科學(xué)家都那么無(wú)趣了吧。”