下村修與他的發光水母

曉　小

今年獲得諾貝爾化學獎的居然不是化學研究者，而是三位生物學教授，而諾貝爾委員會對這次獎項的評價為“一門學科的發現在另一門學科中發揚光大的又一例證”。獲獎的三人中，資歷最老的日籍海洋生物學家下村修是綠色熒光蛋白的第一個發現者，但他謙遜地把這一成果歸之于一系列“幸運”。他說：“我一生一共抓了85萬只水母。從大量原材料中榨取一點點物質，這可是最傳統的化學研究。”那到底這位“幸運”的生物學家與水母及化學研究有著怎樣的故事呢?聽我慢慢道來。

陰差陽錯學化學

下村修1929年出生在日本古都京都。第二次世界大戰后，下村修從長崎醫科大學畢業，想進入名古屋大學深造，于是前往名古屋大學拜訪一名教授。不巧的是，那位教授外出了。他偶遇科學家平田義正，平田的研究室當時正研究有“海中螢火蟲”之稱的海洋熒光動物海螢。下村修最終進入平田研究室繼續學習。

回憶起那段往事時，下村修感慨，“那次的陰差陽錯決定了我的命運”。

1955年，平田交給下村修一項任務，讓他找出海螢被碾碎放在水里仍能發光的原因。當時有多個美國研究小組涉足這一課題，都無一拿出結果。然而，幸運再度光顧下村修。第二年，他就從海螢體內提取出一種蛋白質，發光亮度比海螢本身強3.7萬倍。

因為這項發現，下村修不僅被名古屋大學破例授予博士學位，晉升助理教授，還引起美國普林斯頓大學學者弗蘭克·約翰遜的強烈興趣。1960年，在約翰遜的邀請下，下村修前往美國。

水母工廠

1960年，一位科學家將一小罐白色粉末交給初來美國的下村修，并告訴他這是從一些能發光的水母中取得的“精華干粉”。下村修立刻被這神秘的粉末吸引，第二年便和約翰遜來到了美國西北海岸，對當地的一種水母展開了研究。這種水母在感覺到有威脅時，傘蓋邊緣會發出一圈綠光。

下村修所在的實驗室正好位于港灣。每天，柔軟的小水母都乘著早晚的潮汐成群結對地漂過他實驗室的兩側。其中一些會被下村修用小網兜截住，帶回實驗室。這些水母只有掌心大小，就像一把圓圓張開的小傘，在昏暗的水中發出幽幽綠光。發光的器官是一百多個小顆粒，就像點綴在小傘邊緣的微型“燈泡”。下村修將小傘邊緣剪下來，用棉布攥出水母“精華”。只是離開了原來的環境，它們似乎不太樂意發光。

沒想到一次意外的操作居然出現了令人驚奇的結果。經過多次試驗，下村修依然沒辦法讓“精華”發光，又一次試驗無果后，下村修有些沮喪地將“精華”倒進了洗手池，沒想到的是，“精華”居然發光了，殘留的海水竟讓它們瞬間恢復了光芒——原來水母“精華”發光的一個重要秘密是需要海水中的鈣離子來輔助。這個發現點燃了下村修繼續工作的希望，因為他知道會發光的物質終于可以被毫發無傷地分離出來了。

將發光的蛋白從水母中分離出來并不是下村修的最終目的。他經過計算得知，如果想繼續進行更深入的理化性質和分子結構研究，則需要在一個夏天抓2.5噸共50000個發光的小水母!下村修帶著自己的妻子、兒女和幾個幫手，整個夏天的早晚都拎著小桶在水邊抓水母。他曾在一篇文章中寫道：“五年過去了，當我的兒女長到八歲的時候，已經能抓得像成年人一樣快了!”

下村修沒有預料，發光水母他竟然持續抓了20年；他更沒想到的是，30年后，照亮水母的綠色熒光蛋白也照亮了其他生物的細胞。

無心插柳的發現

一天，下村修把這種發光物質注入一個裝有海水的水槽時，驚異地發現，水中出現明亮的藍光，而不是預想中的綠光。

實際上，下村修從水母體內提取的是一種藍色熒光蛋白。這就產生了一個疑問，水母如何產生綠色熒光?進一步研究顯示，水母身上有一種綠色熒光蛋白，這種熒光蛋白的發光機制迥異于其他發光生物，能“奪取”藍色熒光蛋白釋放的能量，從而把藍光變成綠光。

1962年，下村修從十萬只小水母中純化出5毫克發光蛋白。同時被分離出來的還有另一種“綠蛋白”，在紫外光的照耀下會發出綠色熒光。下村修和約翰遜發表論文，宣告發現綠色熒光蛋白，這種蛋白能在紫外線照射下發光，顛覆了當時認為蛋白必須有酵素等其他物質相助才能發光的“常識”。這個蛋白后來被稱為“綠色熒光蛋白”——今日諾貝爾化學獎的主角終于在歷史上登臺亮相。

1979年，下村修闡明綠色熒光蛋白發光部分的化學構造。有趣的是，下村修當時認為這項發現沒多大實際應用價值。他曾在接受日本共同社記者采訪時說，作為化學家，他1979年認為對綠色熒光蛋白的研究已告一段落，覺得這種蛋白能不可思議地釋放出美麗綠光，“沒啥用處”。

直到20世紀90年代，美國哥倫比亞大學教授馬丁·沙爾菲指出，綠色熒光蛋白的自身發光特性在生物示蹤方面有極高價值，加利福尼亞大學學者錢永健通過進一步改造綠色熒光蛋白，使這種自體發光蛋白最終成為“當代生物科學研究中最重要的工具之一”。

之后的十幾年中，綠色熒光蛋白又被用到了病毒、酵母、小鼠、植物甚至人類等各種生物身上——它們前所未有地在生活的狀態下被涂上了顏色：癌細胞裝載了綠色熒光，就與周圍細胞區別開來，它們擴張領地的腳步一覽無余；小得難以追蹤的HIV病毒被鑲了熒光，它們如何進入細胞、躲在細胞哪個角落、怎樣從細胞中冒出去的種種過程就都被暴露在世人眼前……

諾貝爾委員會成員在評論綠色熒光蛋白的功績時說，它“照亮了生物學研究的未來”，不僅如此，它也擴展了我們視野所及的范圍。

淡泊名利只求真

現年80歲的下村修得知自己獲得諾貝爾獎后說：“有傳言說是生理學或醫學獎，我原以為得化學獎的可能性為零。我獲獎只是偶然的幸運。”

下村修說，每到一處新的地方，自己總能遇到名師，運氣實在太好；此外，先研究海螢，再研究水母，也是非常幸運，如果二者研究順序倒過來，可能現在一無所獲。

問到成功的經驗時，下村修說，作為一所地方大學的畢業生，在學校學到的東西并不多，只是一名業余研究愛好者，重要的是要自己學東西。

下村修少年時親身經歷長崎原子彈爆炸和二戰結束前后的混亂時局。這一體驗讓他對生命有另一番感受。他在獲獎后舉行的新聞發布會上說，經歷過苦難的人，不會輕易產生畏難情緒。他寄語后進說，年輕人遇到困難時容易產生畏難情緒，但是，一旦發現自己感興趣的課題，應該排除萬難，奮力攀登。

下村修現在是伍茲霍爾海洋生物實驗所和波士頓大學名譽教授，與家人居住在馬薩諸塞州。退休后，下村修把實驗工具搬到家中，繼續研究其他發光材料。

(責任編輯：陽曉婷)