2017年度诺贝尔物理学奖得主以应用”冷冻固定术在低温下使用透射电子显微镜观察样品“的技术,摘得本次诺奖的桂冠。
图:Titan Krios 电子显微镜
为什么一个显微镜就可以获奖?这就要从电子显微镜技术的缺陷说起,虽然电子显微镜技术面世已久,可是它会发射出破坏性的电子束,这种电子束扫射穿透样品后才能得到我们想看的图像,所以经过电子显微镜的样品一般都是“无生命”的样品,看不了活的东西。
而悲催的是,我们现在生物研究的核心问题就是观察细胞内部的生命细节,于是科学家研究出了冷冻电镜技术,研究者将生物分子冷冻起来,让它能经受住电子束扫射,这样我们就可以在电子显微镜下看到活的细胞了,那些我们之前都不能观测到的细胞内不可描述的过程就可以呈现在我们眼前。
而且这群诺奖得主,还提高了成像质量,对电子显微镜下模糊的2D图像进行分析和合并,从而显示出一个清晰的三维结构,就像一个三维的苹果,我们拿照相机,360°地拍很多张二维照片就能构造出苹果的三维模型,这就让科学家可以360°,全方位无死角的观察细胞内部
图:二维投影图
图:冷冻电镜三维结构
其跨时代的意义就像是,从仅仅能看简单的几张静态照片到能看3D电影。
眼见为实,成像技术是理解真相的关键,这种方法使生物化学进入了一个新的时代,2015年《自然》杂志旗下子刊就将冷冻电镜技术评为“年度最受关注的技术”
图:冷冻电镜技术发展历程
在冷冻电镜的这场技术革命中,华人科学家功不可没,在某些方面甚至独领风骚,做出了诸多重大成果,华人科学家程亦凡教授在2013年底首次利用冷冻电镜技术解析近原子分辨率膜蛋白结构,这项成果在业界引起了巨大轰动。