下村修（1928—2018）

編譯 胡德良

下村修（Osamu Shimomura）是長崎原子彈爆炸的幸存者，他說，轟炸機給人一定的美感，在藍色天空的映襯下閃耀著銀色的光芒，然后它會飛過去將爆炸性物品卸在日本長崎附近的工廠里。

當年，下村修被派到離城鎮(zhèn)大約14千米的一家戰(zhàn)斗機工廠干活，工廠旁邊有一座小山，從小山上他能夠觀察過往的飛機。1945年8月的一個星期四，下村修的目光正在跟隨著飛機移動，這時飛機突然沿著一個不同尋常的航線飛往市中心的上空。后來，回憶起那次把長崎毀掉了將近一半的原子彈爆炸，下村修仍然記憶猶新：“大約有30秒鐘，我們什么都看不見了！閃光之后大約有40秒，傳來一聲巨大的轟響，并隨之感受到了氣壓的突然變化。我們確定是發(fā)生了劇烈的爆炸，但不知道是哪里發(fā)生了爆炸?！?/p>

下村修當年只有16歲，對那次炸彈襲擊感到震驚，但是他的身體并未受傷。后來，下村修把沒有受傷一事歸功于祖母的庇佑——從工廠步行回家后，他全身都被骯臟的高輻射性“黑雨”浸透，祖母堅持要他洗個澡。

接下來，下村修創(chuàng)造了一種看似不大可能過上的新生活：他成為一名化學家，他所進行的實驗改變了科學家對生物發(fā)光的理解——生物有機體能夠產(chǎn)生和釋放光亮，有時在完全黑暗的環(huán)境中也能發(fā)光。20世紀50年代，下村修取得了第一個重大成就：一種物質(zhì)的結(jié)晶體能夠使一種小型甲殼類動物發(fā)光。他寫道：“自從戰(zhàn)爭結(jié)束后，我的生活一直是黑暗的。但是，這個發(fā)現(xiàn)給了我希望，讓我看到了未來的光明?！苯?0年之后，下村修在一種發(fā)出亮光的美麗水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種非同尋常的蛋白質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)為他贏得了諾貝爾化學獎1/3的獎金，該發(fā)現(xiàn)也為一種強大的科學工具打下了基礎(chǔ)，使生物學家能夠跟蹤觀察細胞和個體蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的錯綜復雜的運動。

坐落在馬薩諸塞州伍茲霍爾市的海洋生物實驗室宣布了下村修逝世的消息：2018年10月19日，下村修逝世于長崎，享年90歲。從1982年開始，下村博士作為一名資深科學家在這里工作，一直到2001年退休。同時，他也是波士頓大學醫(yī)學院的名譽教授。

夏季，下村博士會到野外開展實地工作。他研究百慕大群島的發(fā)光蠕蟲、新西蘭的洞穴蠕蟲和帽貝，以及很多發(fā)光細菌、發(fā)光飛蟲、發(fā)出霓虹色彩的魷魚和磷蝦等。他的主要發(fā)現(xiàn)是一種北美的水母——維多利亞多管發(fā)光水母，有時也被稱為水晶水母。

在普林斯頓大學工作時，下村修的一位同事——生物學家弗蘭克·約翰遜（Frank Johnson）——讓他注意研究維多利亞多管發(fā)光水母，并建議他到華盛頓州的星期五港去，這種水母似乎聚集于那里的普吉特海灣。1961年夏季，兩人帶上兩個研究助理，橫跨美國全境，經(jīng)過7天的行程，一起到達那里。在兩個研究助理中，有一位是下村博士的妻子——大久保明美（Akemi Okubo）。

在一篇記述獲得諾貝爾獎的自傳體文章中，下村博士寫道：“星期五港實驗室是華盛頓大學管理下的一個現(xiàn)場工作站，在這里，每天早晨和傍晚，都有水母不斷地順著潮流飄過來，從實驗室所在的碼頭旁邊經(jīng)過。”

利用一個簡易的抄網(wǎng)，下村修及其團隊開始逐個撈起水母，他們起初用一把剪刀，后來用一臺“水母切割機”，將不想要的身體部位去除。當?shù)鼐用褚苫蟛唤?，詢問下村博士打算如何吃水母，他們不相信這些水母是用來研究的。到夏季結(jié)束時，下村修團隊已經(jīng)從10 000個水母中獲取了標本。第二年年初，通過這些標本，下村修分離出一對發(fā)光蛋白質(zhì)。

第一種蛋白質(zhì)叫水母素，是最有前途的一種蛋白質(zhì)，后來被用作鈣指示劑。第二種蛋白質(zhì)叫綠色熒光蛋白（GFP），這種蛋白質(zhì)在紫外線下散發(fā)出綠色熒光。在此后20多年的時間里，人們一直對這種蛋白知之甚少。直到哥倫比亞大學生物科學教授馬丁·查爾菲 （Martin Chalfie）將這種蛋白質(zhì)用于研究透明蛔蟲，情況才有了轉(zhuǎn)機。

2008年，查爾菲對《紐約時報》的記者說：“如果把這種熒光蛋白注入透明的蛔蟲中，我就能夠看到正在形成這種蛋白的細胞了?！?/p>

伍茲霍爾海洋研究所的道格拉斯·普拉舍（Douglas C. Prasher）發(fā)現(xiàn)了制造綠色熒光蛋白的基因之后，查爾菲將這種基因注入大腸桿菌之中，然后于1994年又將該基因注入幾條蛔蟲的細胞中，結(jié)果形成了一種所謂的“分子燈”，這種分子燈在紫外線下發(fā)出綠色的光。

現(xiàn)在，研究人員對某些過程進行跟蹤研究時（如大腦中神經(jīng)細胞的發(fā)育過程和癌癥在全身擴散的過程），下村博士的水母基因就用來“標記”細胞內(nèi)的不同蛋白以及生物體內(nèi)的不同細胞。由于在GFP領(lǐng)域所做的研究，下村博士、查爾菲和錢永健（Roger Y. Tsien）三位科學家分享了2008年的諾貝爾化學獎。（2016年逝世的錢永健豐富了熒光的色彩。他發(fā)現(xiàn)，改變GFP基因可以創(chuàng)造出不同的色彩，而且可以使發(fā)出的光更明亮。）

在一次電話采訪中，海洋生物實驗室主任尼潑姆·帕特爾（Nipam Patel）表示：“獲獎者的研究工作在顯微鏡成像和生物成像領(lǐng)域引起了一場重大變革。利用GFP可以確切地看到生物體內(nèi)正在發(fā)生的情況——可以看到神經(jīng)元在做什么，它們是如何連接在一起的；可以監(jiān)測單個蛋白質(zhì)在一個細胞內(nèi)正在起什么作用，也可以觀察單個細菌在一個種群之內(nèi)的活動情況。這就改變了科學家做實驗的方式，以前我們往往是利用死體做實驗，然后再努力猜測其活著的時候到底發(fā)生了什么；現(xiàn)在，你可以在情況發(fā)生的同時觀察這些過程?！?/p>

下修村從水母中發(fā)現(xiàn)了一種發(fā)光蛋白

下村修是一名陸軍上尉的兒子，1928年8月27日出生于京都的福知山市。他童年有一部分時光是在中國東北度過的，當時他父親在日本占領(lǐng)軍中服役。1944年，二戰(zhàn)的局勢開始對日本不利，下村修的父親敦促家人搬到鄉(xiāng)下去，躲避美國的轟炸襲擊。然而他們并沒有搬到鄉(xiāng)下，母親將他們帶到自己父母位于長崎附近的諫早市的家中。在那里，下村修和他的同學們被派到一家海軍飛機兵工廠勞動，后來這家兵工廠被美國的轟炸機摧毀，他的一些同學也在轟炸中喪生。

在高中階段，下村修并不是出類拔萃的學生。由于還要努力應付戰(zhàn)爭帶來的恐慌，他發(fā)現(xiàn)自己沒有時間進行學習。下村修試圖進入三所不同的大學學習，但是三次均被拒絕。最終，盡管他對當藥劑師沒什么興趣，但還是被長崎藥學院錄取了。1951年畢業(yè)之后，他在名古屋大學學習有機化學，師從平田義正（Yoshimasa Hirata），并利用日本的甲殼類動物進行了成功的實驗，結(jié)晶出一種名為“熒光素”的發(fā)光化合物。

1960年，下村修獲得有機化學博士學位。同年晚些時候，他加盟到普林斯頓大學，并一直供職于該大學。直到1982年，他到海洋生物實驗室工作。2008年，他獲得了日本明仁天皇頒發(fā)的文化勛章。

在為獲得諾貝爾獎撰寫的回憶錄中，下村博士回憶，他的有機化學生涯幾乎完全是出于偶然。在大學期間，他曾經(jīng)引起了一位教授的注意，這位教授主動把他介紹給名古屋大學的一位分子生物學家。但是，當他到名古屋大學就讀的時候，恰逢這位生物學家沒有在校，他遇到的是化學家平田義正。平田義正跟下村修聊了幾分鐘，然后告訴他：“來我的實驗室吧，你可以隨時開始研究。”下村博士寫道：“這是多么令人驚訝啊，因為我們才剛剛認識。我對分子生物學或有機化學都了解不多，因此將要學什么專業(yè)對我來說都不重要。我想，平田教授的話可能得到了上蒼的指示，于是我做出了決定，去了他的實驗室。這個決定似乎成就了我的未來，引導我走向生物發(fā)光、水母發(fā)光蛋白及綠色熒光蛋白的研究之路?！?/p>

資料來源 Washington Post