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2017年06月28日 星期三
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小的世界更大

程盟超  来源:中国青年报  ( 2017年06月28日   11 版)

    加州大学戴维斯分校的史蒂芬教授拿到生物化学博士学位已经整整41年了。有一天,他把DNA的染色切片放入最先进的光学显微镜下,180秒后,他愣住了。他不敢相信自己的眼睛。

    银白色的双螺旋DNA开始复制。它们先分裂成两条独立的单链,领头的前链好心停下,想等等慢悠悠的后链。后者却像突然绷开的弹簧,以之前几十倍的速度冲到了“终点”前。

    史蒂芬有点蒙。几十年来,几乎全世界中学的生物课本上都写着,DNA的复制规律有序,它们通过某种“不确定”的机制,确保二者的复制距离不至于太远。结果,一切都是错的?

    在史蒂芬之前,人类压根儿没真正看见过DNA复制的过程。它太小,我们的眼神又不够好。

    300多年前,“显微镜之父”列文虎克举着两只叠加在一起的厚厚镜片,对准雨水滴,看到了一些弯弯曲曲的小玩意儿。他还不知道它们是微生物,以为发现了新物种,举着双手欢呼,给它们起名“小动物”。

    光学显微镜让视力的极限延伸了上千倍。人们看到皮肤组织中,血液在真皮细胞的呵护下安静地流淌,也发现了咄咄逼人的细菌。

    200多年后,人们依旧延续使用这种最古老的显微方法。只是荧光染料让微观世界更美丽直观。最强大的微分干涉差显微镜能一口气往标本上投射两束光,这提供了近乎三维的效果。它能看到细胞表面的褶皱,就像坑洼不平的月球表面。

    物理学和工程学会师,带来了20世纪的“科学之眼”——电子显微镜。高速运动的电子汇聚在一起,与微观物质产生信号,再把它们投射到屏幕上,放大倍数由千倍变成了十万倍、百万倍,轻松识别0.1纳米。

    病毒邪恶的、充满侵略性的小棘突被看得一清二楚。细胞也不得不坦诚相见,一个稍加训练的大学生就可以解剖这个人类生命最基本的单位,有经验的工程师可以拿着电子显微镜制造出神秘的纳米材料。

    显微镜不再单纯是镜子了。1983年,IBM公司发明的扫描隧道显微镜甚至彻底抛弃了镜头,它的工作盘上布满探针。

    工作时,带电压的针头与同样通电的检测物质间只隔着几纳米。因电压产生的电流从这道罅隙间奔腾而过。记录电流,就能得到检测物质的形状,哪怕是原子。

    你会发现石墨烯中的原子像蜂巢一样整齐排列,构成黄金的原子密不透风,绽放出璀璨的光芒。

    科学家甚至爱上了为原子编排团体操。借着扫描隧道显微镜,它们能拼出“IBM”字母或一朵紫荆花。

    光学显微镜重新绽放活力,则要到21世纪。人们借用电子显微镜看到了细胞内细致的结构,可活物在电子的影响下,死的死,伤的伤。一些科学家把目光重新投向传统。这一次,他们用激光代替可见光,轰向染了色的标本,得到的图像无比清晰而鲜活。

    这是一个活生生的微观世界。大脑神经的突触在有规律地颤动,蛋白质在细胞之间慢悠悠地传递。当然,活着的DNA也进入了人们的视野。在史蒂芬这儿,它们简直是顽劣不堪的孩子,毫无章法,彻底掀翻了人们之前假设的遗传规律。

    人们不知道的东西还有太多。北京大学研制的微型光子显微镜只有2.2克,可以植入小白鼠的脑部。它将实时记录数十个神经元、上千个神经突触的所有律动。吃饭、运动、睡觉,小动物的神经可能风平浪静,也可能波涛汹涌。一切都逃不过人类的眼睛了。

    普通人可以用一顿饭钱买来荧光染料,再把特制的显微镜头装在相机前端。镜头下,水蚤通体碧蓝,尾巴拖着一条长长的光晕,如同神秘的天外陨石。一颗植物的种子上布满了嫩绿的雏芽,它们在颤抖,那是生长的痕迹。

    这几年,科学家已然意识到,DNA复制不是那么靠谱。它们复制停顿的地方容易产生癌变,66%的癌症都要归咎于此。不久前,史蒂芬眼见为实。

    人类依旧叽叽喳喳,不愿接受现实。一如300多年前,农村匠人列文虎克把发现微生物的报告提交给英国皇家协会,戴着金丝眼镜、银色卷发的老爷们大惊失色。

    承认无知,我们有得是时间。

程盟超 来源:中国青年报

2017年06月28日 11 版

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