寻找磁受体蛋白:中国科学家或揭生物磁觉之谜(图)

Daphane

來源: 新浪科技

1.5亿年前就出现在这个淡蓝色星球上的蜜蜂，天生就是建筑师。不过当有人试着把磁铁放在旁边干扰时，它们搭建的蜂巢立马变成东倒西歪的“豆腐渣”。

　　形态丑陋的裸鼹鼠终年生活在黑暗的地下，没有发育出视力，却依然逃脱不了地球磁场的掌控，它们打造的地下通道总是南北朝向。就连结构简单的细菌，有的也会在磁场作用下来回移动。

　　最近，欧洲科学家还发现，当地球磁场稳定时，狗总是趴在南北朝向上排便，甚至还会极力避免头尾指向东西。

　　可惜，此前所有试图一探究竟的人，都在磁场大网里变成了“路痴”。最近终于有人找到了方向。

　　北京大学生命科学学院的年轻教授谢灿宣布，找到一种被命名为MagR的全新磁受体蛋白，研究成果发表于《自然-材料》。

　　有人评论，这是一个“诺奖级别的发现”，这种蛋白“或将揭开生物的磁觉之谜”。一个多月前，大名鼎鼎的《自然》杂志还为此发文祝贺。


MagR示意图   
   
   　　对科学家来说，诗是不够的   
   
　　在放大了5万倍的显微镜下，黑色或淡黄色的MagR呈小棒槌形。在玻璃器皿下放一块磁铁，它会像上满劲的陀螺，滴溜溜地转圈。   
   
　　在磁场这个看不见摸不着的研究领域，这个长着棒槌模样的蛋白就是谢灿扎下的第一个坐标。根据他的推断，这种蛋白是生物基因中的指南针，会根据地球磁场的变化为生物体指明方向。   
   
　　看起来简陋，但在很多时候，这种“蛋白指南针”信号的精准度令人难以想象。   
   
　　每年春天“第一缕阳光照射下来”时，墨西哥湾山谷的帝王蝶开始往北飞。第一代蝴蝶飞到美国南部，产卵、生子、死亡。孵化出的第二代继承前辈的遗志继续北飞，到达美国中部，产卵、生子、死亡。如此复制，一直到第四代，直接向南飞回墨西哥湾的同一个山谷，甚至回到祖先待过的同一棵树。   
   
　　“这个过程都可以写成诗了，但对科学家来说，诗是不够的。” 在北大一间10多平方米的办公室里，谢灿抿了一口咖啡说，“要打破美感，搞清楚科学原理。”鲜艳的帝王蝶标本摆放在一堆白茫茫的打印材料中，那是他钟意的一件装饰。   
   
　　谢灿老家在洞庭湖畔，家里屋檐下有个燕巢，每年燕子归来，“从不迷路”。他经常仰起脑袋看，还写成作文。   
   
　　他想不明白，人类看起来高明，为何往往在方向感上灰溜溜地败给动物。 到北大任教的头3年，谢灿在校园里经常不辨东南西北，抓住学生就问，生科院大楼在哪儿。   
   
　　探索看不见摸不着的磁场，迷路更是常有的事儿。   
   
　　18世纪，奥地利精神病学家弗朗兹·麦斯麦提出，“生物体内拥有磁性液体”，一直被视为荒诞言论。后来，从鱼的鼻子到鸟的喙，科学家在强大设备的帮助下探索了一个又一个动物器官，最终一无所获。还曾有人用巨大的LCD屏幕替代星空，观察鸟类会不会认准星星辨别方向。   
   
　　谢灿记得，曾经有一群科学家发表了几篇重磅论文，眼看就要证实鸟喙是感磁器官，却在几个月后被更有力的证据驳斥，发现只是一个误会。   
   
　　“每当生物体身上发现一个功能未明的组织，人们就会往磁场方面猜。”谢灿说，“磁场感应大家都感兴趣，同时又最难，生物科学发展至今，在这一领域，人们基本还一无所知。”   
   
　　研究生涯开始时，谢灿也不敢贸然涉足这座迷宫。美国的导师点醒他，为什么不换点东西做。他干脆找了这个自己感兴趣的领域重新开始，“况且，我路痴这么多年，也想知道，自己到底缺了哪根筋。”   
   
　　没有人，没有钱，没有参考文献，这项研究带着“九死一生”的意味   
   
　　谢灿本就逼仄的办公室，堆满层层叠叠的材料。回国6年，他大部分时间都这里度过，磁受体蛋白的草图也在这里完成。   
   
　　屋内最显眼的摆设是墙角的咖啡杯，码了足足6层。谢灿曾拍下杯子照片发到朋友圈：“一篇文章从投稿到接受需要消耗的咖啡。”   


谢灿和他的学生   
   
　　这位身材瘦小的科学家记得，自己刚开始在生物体寻找传说中的磁受体蛋白时，有人觉得他疯了。因为在当时的生物学界，尚没有任何证据表明，存在一种可以直接感应磁场的蛋白。   
   
　　关于动物为何能够感应磁场，学术界有两种说法，一种认为动物体内存在名为隐花色素的蛋白，可以感应光的变化，形成活跃的自由基。这些自由基能感受磁场的变化，迅速改变队形为生物导航。另一种理论干脆认为细胞内存在磁铁矿颗粒。   
   
　　在谢灿看来，它们都有不合理的地方。蛋白能仅仅通过光的照射就和磁场发生神秘的联系？细胞中无机的磁铁矿颗粒如何对有机的生物发出导航信号？   
   
　　他想不明白，于是决定踩出一条新路。   
   
　　“如果我是上帝，为了赋予动物感磁的能力，我会怎么设计这种蛋白质构成的机器？”谢灿一边说，一边在笔记本上刷刷地画出实验开始前设计的草图。   
   
　　一个空心圆柱体出现在他笔下，在他最初的设想中，这个可能存在的蛋白应该是一个棍状结构，并且具有磁性，才能感应磁场变化 。既然前人已经证实隐花色素与磁场感应有关，这种蛋白也肯定能和隐花色素结合或者发生作用。   
   
　　“在2012年以前，一切都只是想象。这个事情九死一生，很有可能什么都做不出来。”谢灿停顿了一下说，“但有句话我印象挺深，想象力比正确性更重要。”   
   
　　项目从2010年已经开始，但在第一年里，几乎只有谢灿在读文献、思考、原地打转。除了启动时向时任生命科学院院长的饶毅“拼命磨嘴皮子”要到一笔资金，这项研究没得到什么资助。直到2011年第一个草图画出来，才有第一个博士生加入。   
   
　　按图索骥的地毯式搜索开始了。通过计算机对果蝇DNA的筛查，14种长相可疑的基因从12536种基因中浮现出来。接着要用已知蛋白结构的隐花色素来“指认”，找出最终的“候选人”。   
   
　　“几乎没有任何参考文献，我们根本不知道会得到什么结果，即使有结果，也不知道意味着什么，不知道下一步怎么走。”谢灿回想道。   
   
　　直到今天，这位科学家依然记得那一天，实验室的凝胶上清晰地显示出两条感光和感磁的条带，而他假想的磁受体MagR和感光的隐花色素结合，终于在现实中得到了验证。   
   
　　这粒微小的蛋白，引起了学界的剧烈震动   
   
　　为了捞出这粒微尘一样的蛋白，41岁的谢灿觉得自己“老了20岁”。   
   
　　“设备没有现成的，很多是淘宝买来的原材料和配件。”要检验首次发现的MagR蛋白的磁性，连石头都没得摸。同学用木头架子搭了一个两层的玻璃器皿，才让蛋白在磁铁的指挥下开始跳舞。   
   
　　实验室隔壁，在文献材料和书本淹没的办公室，谢灿见缝插针地塞进各种装饰品，有碧绿的球兰、江南淘来的珍珠贝，还有一个内壁贴着香槟木树皮的玻璃箱，那是尚未完工的两栖动物养殖缸。   
   
　　2012年以前，谢灿几乎很少跟人提起这项研究，因为总有人问：“你这个研究出口在哪，应用在哪。”   
   
　　“好像如果不能用，你做的东西就毫无意义。”谢灿语速极快地说，“从学生到导师，已经没人把好奇心当回事了。弄明白，就是最有用的事情。”   
   
　　最终，人们眼看着谢灿发现的小不点蛋白，引起学界巨大震动。 “当我看到这篇文章的时候，差点窒息，它的确是一项具有创造性的研究。”麻省大学神经生物学教授史蒂文·瑞波特充满赞赏地表示，“结论令人振奋，具有突破性”。   
   
　　文章发表不到一小时，已经引起超过20家国际媒体的报道。 到目前为止，《自然》杂志、BBC、科学美国人、英国卫报等200多家国外主流媒体以多种文字进行报道和跟踪。其中还包括专注于电子产品的科技网站。   
   
　　“可能觉得这种生物指南针结构，在电子领域也能带来一些革新。”谢灿带着自豪说。   
   
　　就在几天前，他还在朋友圈转发了一条磁铁告急的新闻，并戏谑地表示实验室准备开店，缓解磁铁不够用的业界危机。“客官，您要多少克磁铁，有固体的，液体的，还有多种口味供您选择，蝴蝶味儿的您喜欢吗？”   
   
　　并非人人都看好谢灿踩出来的这条路。维也纳分子病理学研究所神经科学家大卫·基斯在接受《自然》杂志采访时就说：“它要么是一篇非常重要的论文，要么完全错误。我强烈怀疑是后者。”   
   
　　基斯不相信，只有超微量铁的MagR会有磁性能。如果MagR真的是磁感应受体，“我就把自己的帽子吃掉。”   
   
　　“这挺正常，并不是科学家之间有矛盾。这种争论时刻对某个领域的推动作用反而特别大。 ”谢灿一点儿也不介意。   
   
　　按照计划，2016年，谢灿将赴德参加由“激烈反对派”基斯做主席的会议，并作报告。2017年初，基斯则会来北大拜访谢灿的实验室。   
   
　　他们的赌约不变。像江湖高手对决一般，两人约定10年为期。如果证明谢灿是对的，基斯就真的吃掉帽子。   
   
　　“打个赌挺好。”谢灿微笑着说，“至少人们不会认为科学家都那么无趣了吧。”