文 sheep 荧光海滩，来源：sofunsd.com 六月，当你漫步于圣地亚哥La Jolla Cove海滩上，在月亮和星星的凝视下，你会看到柔和的蓝色光线如丝绸般沿着潮汐滑行，沙滩上充满了神秘的光彩。法国小说家Jules Verne在《海底两万里》中曾这样描述：＂整个夜空虽然被星光照亮，但却在闪闪发光的海水前黯然失色。＂ 这种蓝色发光的现象是由海中的浮游生物引起的，它们身体内部的荧光素发出柔和美丽的蓝光。 这些位于食物链的底部的生物看起来微不足道，却以数量优势在海洋中占据主导地位。自然界生物发光的现象神秘且迷人，李白曾作诗＂ 雨打灯难灭，风吹色更明。若飞天上去，定做月边星。 ＂来赞美萤火虫。那么，科学家们是如何探索这些令人着迷的生物发光现象呢？ 在过往的十几年，绿色荧光蛋白一直在生物学、药理学、化学及其他科学领域中扮演着灯塔的角色。它被发现的故事始于第二次世界大战结束的日本，下村修被名古屋大学的Yashimasa Hirata教授聘为助理，在获得博士学位后，又到美国普林斯顿大学的实验室继续研究。经历了横跨太平洋和美国大陆的漫长旅途，1961年的夏天，下村修在北美西海岸的福来德港湾收集水母时，发现了一种被称为 Aequorea victoria 的水母。经过提取分离后，下村修发现， 水母身体中的一种蛋白质，在被紫外线照射时，会散发出灿烂而丰富的绿色光芒 。下村修将其命名为 绿色荧光蛋白 （green fluorescent protein,以下简称为 GFP）。 (a) 名为Aequorea victoria的水母生长于北美西岸海边，(b) (c) 这种水母发光的组织在其＂伞＂缘 大部份能够发出萤光的蛋白质，通常需要其他分子的协助。例如萤火虫体内的萤光酵素必须催化萤光素与氧气结合，再由高能分子ATP提供能量，才会发出萤光。而绿色荧光蛋白(GFP)的特殊之处在于， 它既不需要能量分子，也不必与其他分子结合，只是受到紫外光照射就会发光。 自GFP被发现之后，就彻底改变了生物学。 1988年，在纽约哥伦比亚大学举办的学术演讲中，美国科学家马丁·查尔菲(Martin Chalfie)听说有一种会发光的蛋白质后非常高兴， 他萌生了个不错的主意。 人体由数十亿的细胞所组成，追踪细胞的运作绝非易事，研究细胞内的化学步骤也更加的困难。 细胞的化学运作通常是透过蛋白质来控制 ，研究者可以通过追踪并观察某个细胞中的蛋白质，以此观察细胞本身的活动。 查尔菲的主意是将这个绿色的 ＂信号灯＂ —— 无害的绿色荧光蛋白 (GFP)连接到生物细胞内选定的蛋白质上 ，这样，科学家们就可以 追踪一个单独细胞内的运作 ，看到之前不可见的细胞活动。 于是，GFP成为了科学家们一个强大的工具。 将其用于可视化活细胞及生物体结构组织和动态过程 的主意，成就了绿色荧光蛋白（GFP）在生物科学中革命性运用的基础。 在绿色荧光蛋白GFP革命中，第三位做出伟大贡献的华裔化学家钱永健登场了。他深入探索绿色荧光蛋白的发色作用原理， 着手改变GFP上的一些氨基酸，让改造后的GFP能够吸收不同波长的光，并能发出更强、更持久、不同颜色的光。 这些颜色中有青绿色、蓝色和黄色等，让研究者用来标示不同的细胞，扩展了GFP的实用价值。钱永建延伸了研究工作者的 ＂调色盘＂ ，提供了许多新的 ＂颜料＂ ，延长了GFP的 ＂表现时间＂ 并增强了它的 ＂创作能力＂ 。另外，钱永健还改造了从珊瑚中找到的红色萤光蛋白，使得萤光蛋白的家族成员更加丰富多彩。 也就是说，在下村修第一次发现那个会发光的蛋白质46年之后，科学界拥有了一个闪耀着像彩虹般、由GFP组成的 ＂调色盘＂ 。现如今，GFP已成为全世界上千研究工作者的必备工具，而下村修、马丁·查尔菲(Martin Chalfie)和钱永健也因为对GFP研究的贡献， 于2018年共同荣获诺贝尔化学奖 。 一提到与荧光蛋白相关的艺术品，我们最为熟悉的是巴西籍艺术家爱德华·卡茨（Eduardo Kac）在2000年推出了的＂GFP Bunny＂展览，向公众展示了基因作品《Abla》，就是后来众所周知的 ＂荧光兔＂ 。那是一只白毛、红眼睛的普通兔子。卡茨在法国实验室的协助下，将绿色荧光蛋白植入到兔子的基因中。 在特定蓝光照射下，Abla会发出明亮的绿光。 荧光兔Abla,来源：wikipedia.org 那时大多数人并不知道绿色荧光蛋白，而突然出现一只会发萤光的兔子，这看起来的确有些令人不安。而在2000年这一特殊年份诞生，恰逢人们对千禧年的到来充满着恐慌情绪，Abla的出现激起了轩然大波， 作品和艺术家都饱受争议 。Abla作为 世界上第一只以艺术为目的而创造出来的转基因哺乳动物 ，引发了公众关于 基因工程安全性和伦理性 的热烈讨论。而卡茨成为 Bio Art（生物艺术） 一词的创造者，生物艺术也由此开端。 当荧光蛋白推动科学和艺术的边界不断重叠时，科学家埃里克·罗德里格斯( Erik Rodriguez )分享了GFP的另一用途—— 艺术品的颜料 。 他的荧光蛋白乌龟画在领先的化学贸易期刊《化学与工程新闻》(C&EN) 上被转载。 荧光蛋白乌龟画，来源：columbian college of arts & sciences 在实验之间的休息时间，罗德里格斯 以表达荧光蛋白的细菌做颜料 ，在培养皿上绘制青色海龟和橘色独角兽的肖像（上图）。罗德里格斯说，他的艺术不仅是打破实验室单调乏味工作的有趣方式，更旨在激发人们对科学的兴趣。 《生命的光》在紫外线下（a），普通灯箱上（b），正常光线下（c） 在琼脂艺术中，荧光蛋白 也有大作用 。这幅名为《生命的光》的细菌艺术作品，由植入了绿色荧光蛋白的大肠埃希氏菌和玫瑰色考克氏菌画成，在紫外线下（a图）、普通灯箱上（b图）和正常光线下（c图）显现出不同的颜色。 《纽约市生物群落地》 来源：asm，org 纽约城市生物群落地图是由创意城市新博物馆、Genspace NYC、DNA 学习中心(DNALC)、冷泉港实验室 (CSHL)组织的公民科学家和艺术家之间的合作项目，旨在让无形的事物变得可见，并以有趣的方式提高公众对城市微生物群落的认识。实验室邀请超过 50 名参与者加入到这个项目中。 一个个小的方形培养皿 被拟作为纽约市的街道网格 ，参与者通过使用 无害的、植入彩色荧光蛋白的大肠杆菌作为颜料 ，在培养皿上涂成图案。经过短暂的孵化后，完成创作的培养皿被重新组合，拼出一幅 永恒的纽约微生物地图 。这幅作品获得了2015年ASM琼脂艺术的二等奖。 当目前的艺术表达语言已经不足以能够表达一些观点的时候，科学与艺术相结合的跨学科手段就提供了一些可能性。一只水母在科学界掀起 ＂轩然大波＂ 后，我们期待GFP在艺术界也能焕发无限光彩。 Reference: http://julietteyuan.net/zh/archives/922 https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?id=3717 https://www.sbs.com.au/topics/science/nature/article/2016/03/17/painting-bacteria-art-meets-glow-dark-microbes https://en.wikipedia.org/wiki/Green_fluorescent_protein#Art https://en.wikipedia.org/wiki/Osamu_Shimomura https://columbian.gwu.edu/living-art-when-chemistry-lab-doubles-art-studio 转载内容仅代表作者观点 不代表中科院物理所立场 如需转载请联系原公众号
我科学家证实火山活动是主要诱因科技前沿三叠纪侏罗纪之交陆地生态系统为何骤变我科学家证实火山活动是主要诱因光明日报南京1月17日电（记者苏雁夏静通讯员姬尊雨）在地球已知的历史上，共发生过五次大规模集群灭绝事件。其太空建站探测火星发射次数502021中国航天这些大事值得铭记新华社北京12月30日电题太空建站探测火星发射次数502021中国航天这些大事值得铭记新华社记者胡喆天问祝融到访火星，嫦娥五号月球样品精彩亮相，天和神舟天舟组成中国自己的太空家园，水介入增强爆炸性汤加海底火山喷发或将持续连日来，南太平洋岛国汤加洪阿哈阿帕伊岛火山发生多次喷发，火山灰混着气体在太平洋上空升腾，火山喷发还触发了局地海啸。该火山前身是一座海底火山，2009年喷发后形成新岛屿。它此前也曾多两院院士投票！2021中国世界十大科技进展新闻揭晓祝融号火星车1月18日，由中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2021年中国十大科技进展新闻世界十大科技进展新闻在京揭晓。天问探火中国空间站二氧化碳到淀粉的从头合成等成果入选中一颗公里直径小行星19日飞越地球距地约198万公里无威胁中新社北京1月18日电（记者孙自法）中国科学院国家空间科学中心李明涛研究员18日发布一项小行星观测预报说，一颗公里直径代号为1994PC1的近地小行星，将于北京时间19日清晨5点5地球要凉？科学家地球内部冷却速度远超预期，最终化为一颗死星地球作为生命的摇篮，是人类永恒的家乡。即便我已经开始观察并踏足地外天体，却依旧没有发现能够替代地球的存在。可以说失去了地球，就失去了所有。而最近，一项新研究发现，地球内部正不断冷却我们或永远被困在地球？宇航员每秒钟有300万个红细胞被破坏随着社会的发展，我们人类的生活水平得到了极大的提高，但是在社会发展的过程中，也出现了一些需要引起我们重视的问题，有一些问题可能是本身就存在，有一些问题可能是与我们人类的发展有关，例宇宙中有多少颗行星？虽然我们现在相信我们了解了太阳和我们的太阳系是如何形成的，但这一早期的观点只是一个例证。当谈到我们今天所看到的，我们剩下的只有幸存者。早期的情况比今天的要丰富得多，这一事实很可能适研究十二颗恒星流图有助揭示银河系暗物质天文学家发现了十二条在银河系的外围绕行银河系的原始恒星流，并绘制出第一份原始恒星流的分布图。研究者称这有助于揭示银河系内暗物质的分布和特性。原始恒星流是银河系在数十亿年的发展过程中如果有了人造太阳，我们的生活会发生哪些变化？很多人都听说过人造太阳，这里说的人造太阳并不是说在天上造一个发热发光的太阳，指的是通过托卡马克装置利用轻核聚变释放能量的一种方式。之所有称呼这种装置为人造太阳，那是因为太阳发热发光2030年谁会把火星土壤带回来，中国当仁不让（1）上月，中国天问一号震惊全球，因为他所带的祝融号安全着陆火星表面，并稳定进行火星表面巡视，传来清晰照片，这是一个国家一次完成火星探测绕落巡的壮举。就目前来说，中国和美国在火星采样返回