“也許是看多了科幻小說，我一直都希望能做出一些東西，看似異想天開，結果拯救了世界。其他人都覺得是比較不現實的領域，正是我喜歡做的?！?p>

 埃里克·白茨格(Eric Betzig)

 3月14日，應用物理學家、諾貝爾獎得主埃里克·白茨格(Eric Betzig)站在北京大學英杰交流中心大講堂，對臺下座無虛席的年輕學子們這樣說起鼓勵自己走上科研之路的原動力。2014年，因為在超高分辨率熒光顯微鏡術(Super-resolution Fluorescence Microscopy)方面的貢獻，諾獎委員會將當年的諾貝爾化學獎授予白茨格與另外兩位研究者Stefan Hell 和William E. Moerner，以表彰他們將光學顯微鏡由微米( #181m，10-6米，百萬分之一米)帶入納米(nm，10-9米，十億分之一米)級尺度的貢獻。

他在兩個多小時的演講中，用自己多年來的親身體驗和科研成果，描述了自己不走尋常路，追隨內心激情的人生歷程，并介紹了自己對科學研究的深刻感悟。

“化學認識我，我不認識化學”，白茨格說，雖然諾貝爾化學獎委員會給他頒獎，但他實際不懂化學。他承認化學在大一過后都還給老師了。他是這樣自我定義的：“我不是物理學家，不是化學家，也不是生物學家。我是工程師，光學工程師，為生物學家開發(fā)工具，幫助他們看到活體內的分子”。

白茨格身上的諾獎光環(huán)吸引了北大莘莘學子前來聽他演講。然而，白茨格卻坦言“追求獎勵本身對于科研是有害的”。他說，“盡管科研成就是客觀的，但是評獎是主觀的，只代表某一個評獎委員會的觀點，即便諾獎也是如此。如果你把得獎當成工作的動力，那么你的驅動力就是錯誤的。你就應該去找點別的事情做?！? 他的這番表述與國內科研界目前經常聽到的所謂“諾獎級工作”和為名譽地位而工作的浮躁風氣形成鮮明的對照。

他還有些激動地說，“當我和赫斯(編者注：Harald Hess，他一生中最好的朋友和同事)第一次通過顯微鏡看到單分子時，說，‘哇，我們做到了’。這才是最激動人心的一刻。我的經歷告訴我，最好忘掉諾獎，專心于自己感興趣的工作?！?p> 從物理學家到機械配件廠工程師

今年56歲的白茨格出生于美國密歇根州的安娜堡。他于1983年獲得加州理工學院的物理學學士，并在1988年獲得了康奈爾大學的工程物理學博士學位。

他在念研究生時便立志：要以“電子顯微鏡”的分辨率(即超高分辨率)觀察生物活體成像，這在當時是天方夜譚，但他為此目標矢志不渝，奮斗至今。

在獲得博士學位后，白茨格就職于貝爾實驗室半導體物理研究部門，繼續(xù)他博士論文所開辟的研究方向，研制第一臺超分辨率光學顯微鏡，叫做近場光學顯微鏡(Near-field Scanning Optical Microscope)。這種顯微鏡不僅大大提高了傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率，而且首次實現在室溫條件下觀察并對單細胞分子進行成像，定位精度為12nm。一系列Science論文的發(fā)表為他奠定了近場光學顯微技術(NSOM)領頭人的地位。

在貝爾實驗室，白茨格還與好友，從事低溫顯微鏡技術的科學家哈拉爾德?赫斯(Harald Hess)共同進行著另一項開創(chuàng)性研究，嘗試利用光譜照射進行細胞分子成像的研究。

盡管兩個人是好朋友，但他和赫斯在一起共事的時候也常常彼此“較勁”，甚至是有些瘋狂地工作著。在北大的講臺上，白茨格回憶，他每天早上4:30就會到實驗室開始工作，如果發(fā)現赫斯的車先到停車場，“我會走過去，摸摸他的車看他的引擎蓋有多熱，這樣就知道他比我早多少分鐘到實驗室。而他也會做同樣的事情”。兩人一起從早上4:30工作到7:00，然后一起打網球，再一起工作到下午6點，然后晚上在同一家中餐館吃飯，再繼續(xù)工作至晚上10點。他說，“一個禮拜七天，天天如此。這樣的生活我過了五年?！?p> 然而，隨著科研的進展，白茨格卻發(fā)現近場光學顯微技術存在技術瓶頸，另一方面隨著自己論文的發(fā)表，這項技術得以普及，更多的科學家加入進來，讓這一領域變得不再“曲高和寡”，這也讓熱衷于從事開創(chuàng)性工作的他感到倦怠。

白茨格打了一個比方，做科研就好比養(yǎng)育孩子，孩子一出生的時候，你希望他能當總統(tǒng)，但隨著年歲的增長，你對他的期望值越來越低，也許最后就是“只要不進監(jiān)獄就好”。

他回憶說，“對我來說，做科研最幸福的時候，就是你在嘗試，失敗，再嘗試的循環(huán)往復的過程，終于有所發(fā)現。一旦你發(fā)了論文，其他人了解到你的這項技術，人們會吹捧這項技術，把它捧上天，而實際上，作為發(fā)明者卻看到技術自身的局限性，這讓我感到沮喪。感覺過去12年我的工作純粹是浪費時間和納稅人的金錢”。

在意識到不可能將光學顯微技術的分辨能力推至納米極限后，1994年，白茨格意興闌珊，決定離開學術界，卻不知道下一步該怎么走。在當了一段時間的全職父親之后，他加入了父親擁有的安娜堡機械公司，參與研發(fā)工作。在這里，他開發(fā)了一種生產汽車配件所需的自適應液壓伺服技術(FAST)設備，但并沒有取得商業(yè)上的成功。

白茨格說，“我耗費四年發(fā)明這種設備，又花了三年嘗試把它賣出去，結果只賣出兩臺。”這讓他意識到，或許自己不很擅長做一個學術科學家，但可以確定的是他無緣做一個精明的商人?！霸诨ǖ粑腋赣H100萬美元和自己七年的時間之后，我不得不告訴父親，這個我做不了?！蹦鞘?003年，白茨格不僅沒有工作，還有兩個年幼的孩子要撫養(yǎng)， “那真是我人生中最慘淡的一段時光”，他說。

在大自然中找回初心

這時，他做了一個后來令自己萬分慶幸的事情，那就是給自己的老朋友赫斯打了個電話。

當時，赫斯正好被貝爾實驗室裁員了，面臨著是進入硅谷的初創(chuàng)公司，還是重回基礎科研領域的十字路口。

這對當年的好朋友、好搭檔似乎在同一個時刻遇到了中年危機。他們多次相約一起爬山遠足，在加州優(yōu)勝美地等國家公園里徜徉，大自然的美景和造物的宏大讓兩位科學家感嘆自己的渺小，也讓他們真正地放空，思考著人生意義和價值所在。

就是在這個過程中，他們重新發(fā)現了自己對“受好奇心驅動的科研工作”的熱情。白茨格說：“我想做小眾的事情，我想走一條并非大家都會選擇的道路”。

他也堅信自己的目標是更加清晰地觀察細胞里充滿生機的生理活動。就是這個初衷驅使他在經歷了人生的兜兜轉轉之后，最終回到了自己熱愛的科研領域。然而，他需要一個讓自己重啟科研之路的靈感。

為了拾起荒廢近10年的專業(yè)，“我甚至相當于重新自學了一遍物理學和光學”，白茨格說。

就在他潛心自學充電的過程中，一篇重要的論文引起了他的關注，也重新點燃了他對高分辨率顯微鏡技術的熱情。

這篇論文是關于一個改變了細胞生物學研究的神奇分子——綠色熒光蛋白(GFP)。下村修最早從水母中分離出這種可以在紫外光照射之下發(fā)出綠光的小巧蛋白，Martin Chalfie證明了GFP作為多種生物學現象的發(fā)光遺傳標記的價值。錢永健的主要貢獻在于讓人們理解了GFP發(fā)出熒光的機制。同時，他拓展出綠色之外的可用于標記的其他顏色的變種，從而使科學家能夠對各種蛋白和細胞添加不同的色彩。這一切，令在同一時間跟蹤多個不同的生物學過程成為現實。2008年，下村修、Martin Chalfie和錢永健三人因在GFP領域的發(fā)現而獲得諾貝爾化學獎。

白茨格開玩笑地說，“我可能是這個世界上最后一個知道GFP的人，但我馬上意識到，這個發(fā)現不僅改變了細胞生物學，也將改變生物顯微鏡技術，因為它開創(chuàng)了巨大的應用空間?！?p> “我為自己的朋友沒拿諾獎感到遺憾”

早在1995年，白茨格就提出了光激活定位顯微術(Photoactive Localization Microscopy，PALM)的思路，他的想法是控制熒光分子，每次只讓少量幾個熒光分子發(fā)光，用電荷耦合元件(CCD)記錄并擬合每個熒光分子像的中心位置，以時間來換空間，將多次觀察得到的位置信息整合起來得到完整的圖像。

他的這篇論文“Proposed Method for Molecular Optical Imaging”發(fā)表在1995年的《光學通訊雜志》 (Optics Letters) 。那個時候他剛離開貝爾實驗室，處于失業(yè)狀態(tài)，然而這篇論文卻奠定了他日后獲得諾獎的理論基礎。但是基于當時的技術條件，這個設想只能停留在理論階段。

隨著熒光蛋白“開關”效應的提出，以及美國國立衛(wèi)生院(NIH)生物學家Jennifer Lippincott-Schwartz等在2002年發(fā)明了光敏綠色熒光蛋白，白茨格意識到，他終于找到了可以把自己多年的夢想變成現實的“關鍵一環(huán)”。而這時已經是2005年，他離開科學領域已經有10年的光陰。

時間在流逝，由于擔心其他人更早地付諸行動，他和老朋友赫斯這兩位失業(yè)的“前科學家”決定繼續(xù)一起合作，快馬加鞭把這項技術變成現實。他們來不及申請科研經費，甚至尋找風投資金，于是各自掏出25000美金，花了兩個月的時間，在赫斯家的客廳里，研制出了第一臺PALM顯微鏡，并迅速申請了專利。隨后，與光敏綠色熒光蛋白發(fā)現者Jennifer Lippincott-Schwartz，George Patterson等NIH科學家合作，利用PALM顯微鏡清楚地觀察到納米級活體細胞的若干生理現象，這篇以白茨格為第一作者的論文發(fā)表在2006年9月的Science雜志。從思路誕生到結果發(fā)表，他們只用了六個月時間。這篇論文也成為白茨格獲得諾獎的關鍵工作。

在白茨格重返科研之路八年之后，他獲得了諾貝爾獎，他用“震驚”形容自己得知諾獎消息時的心情，同時，他對和自己一起發(fā)明PALM的赫斯未能同獲諾獎感到深深的遺憾。畢竟，PALM顯微鏡來自于他們共同的靈感，是他們的共同發(fā)明。

他在演講中多次對赫斯對自己職業(yè)生涯中的幫助表示感謝，他說道，我畢生的工作都要感謝他。

中國科學院物理研究所李明在《超分辨顯微，至極至美：2014年的諾貝爾化學獎述評》一文中評價說，“白茨格、赫爾和莫納將已知的技術推至極限，最早探測到凝聚態(tài)體系中的單個熒光分子，利用熒光分子的開關效應，加上物理教科書上的受激輻射原理和數據分析中常用的擬合定位方法，繞開了這個似乎不能突破的極限。他們將光學顯微技術帶入到納米尺度，引發(fā)了常溫下活體生物學研究的又一場革命。他們對科學的追求堪稱至極至美?！?p> 回顧科研道路中的關鍵機遇和轉折時，白茨格對年輕科學家和學子提出了這樣的建議，“沒有什么比你的聲譽更重要，職業(yè)生涯中總有一些時刻你需要一些前同事和朋友的提攜和幫助。你必須要做好你的工作，同時你要誠實地工作，要公平地對待別人，否則真的會有報應。你的聲譽是你最重要的資產?！?p> 得益于這些幫助，他獲得了霍華德?休斯醫(yī)學研究所的珍利亞農場研究園區(qū)的邀請，領導該領域的研究。赫斯也隨后加入，繼續(xù)成為他的同事。

這一次，白茨格攜夫人吉娜一道回國講學。他們除了在北大的演講，還將訪問上海的中國科學院神經科學研究所和復旦大學。吉娜是安徽蚌埠人，畢業(yè)于中國科技大學，在加州伯克利大學獲得博士學位后加入白茨格實驗室做博士后研究。吉娜是一位物理學家和神經生物學家，現在從事雙光子顯微鏡技術開發(fā)和應用，成果卓著，兩人堪稱比翼雙飛。2014年，白茨格獲得諾獎的消息傳到中國之后，吉娜的母校蚌埠一中，甚至打出了慶祝標語，稱白茨格為“我校女婿”，一時受到中國網友的熱議。

在演講中，白茨格還特地感謝吉娜作為伴侶兼同事，給予自己的支持和幫助，并感激她對自己提出過的中肯的批評。物理學家出身的吉娜認為丈夫雖有物理學博士學位，但在物理方面也不能算天才。她在私下場合開玩笑說，“他認識物理，物理不認識他。”

白茨格在演講中坦言，自己的獲獎技術雖然有用，但已不足以讓他感到振奮。他于是繼承了2011年因腦癌去世的同事Mats Gustafsson于2000年發(fā)明的另外一項技術SIM(結構給光顯微技術)，并不斷加以改進，與其他技術結合，現在可用于活體成像，且實用性更好。他還介紹了自己尚未發(fā)表的最新技術——雙通道自適應光學柵格光片顯微鏡(Lattice Light Sheet Microscopy with Two Channel Adaptive Optics)的研究進展。

在他身后的投影屏幕上，演示著一系列用視頻呈現的最新研究成果。有一個畫面上可以看到細胞分裂的整個過程，細胞核內的DNA也在熒光蛋白的染色下清晰可見 #823 #823

當年引領他走上科學之路的，用高分辨率顯微鏡觀察活體細胞的夢想終于實現了。這才是比諾獎更讓他為之陶醉并欣慰的。

在回答現場一位北大同學的提問時，白茨格說出了自己對年輕科學家的忠告，“不要害怕冒險，不要因為追求安全而搭上別人的便車，要勇敢地開拓屬于自己的道路。”

[來源：生物谷] 諾貝爾獎化學