内森斯：揭示视觉奥秘 “看见”多彩世界（科教人物坊）

本文转自：人民日报海外版

2024世界顶尖科学家协会奖“生命科学或医学奖”得主

内森斯：揭示视觉奥秘 “看见”多彩世界（科教人物坊）

《 人民日报海外版 》（ 2024年11月11日 第 09 版）

　　内森斯在他的实验室里。
　　资料图

　　近日，内森斯（右一）在上海参加“世界顶尖科学家校园行”活动。
　　资料图

　　他克隆出牛和人类的视蛋白基因，绘制视蛋白的氨基酸序列图谱；他揭示人类颜色视觉的分子基础，阐明了视网膜发育的机制及其与遗传性眼病的关系；他探索基因治疗在视觉系统疾病中的潜力，并为视觉科学的研究和成果的临床应用开辟了新方向。

　　他就是2024世界顶尖科学家协会奖“生命科学或医学奖”得主、约翰斯·霍普金斯大学分子生物学与遗传学教授杰瑞米·内森斯（Jeremy Nathans）。10月下旬正值晚秋时节，内森斯莅临中国上海，走上“复旦·浦江科学大师讲坛”，讲述他探究视觉科学奥秘的历程、发现和感悟，表达与中国同行进一步加强交流与合作的愿望与期待，寄语中国高校学子充分利用在校时光和科研机遇，勇攀科学高峰。

　　取得丰硕成果

　　深灰色西装、白色条纹衬衫、红色领带，内森斯走上主席台向现场听众微笑颔首致意，随即打开准备好的幻灯片，开始了演讲。他特意选取了两幅风格迥异的图片：一张是彩色，绚丽异常；另一张为黑白，简约朴素。结合两幅图，他解释了人类视觉形成的内在机制，即我们如何“看见”这个五彩斑斓的世界，同时个体对此的感知为何既有诸多相似之处，又各有差异。他进而引出了自己多年来致力于研究的眼科学、神经科学、分子生物学领域并娓娓道来。

　　作为国际著名生物学家，内森斯对现代生物学特别是人类眼科学发展作出了重大贡献。300多年前，现代物理学奠基人之一、英国科学家牛顿发现阳光经三棱镜折射后，产生了多种色光组成的光谱，且每个折射角对应不同波长的色光。人类究竟是如何通过光“看见”多彩世界的呢？为了揭示这个问题的答案，很多研究者孜孜以求。其中，英国医生托马斯·杨提出一个假设——人眼具有至少能够识别红、绿、蓝三原色的不同感受器。直到20世纪60年代，人眼颜色感受器才被定位到视网膜的锥状细胞上。从上世纪80年代开始，内森斯在前人研究的基础上，不断向前推进并取得一系列成果。他发现了三色视觉（人类所有感知到的颜色都由三原色混合产生。三色视觉是指一般意义上颜色辨别能力正常的颜色视觉）的分子基础，并绘制出视蛋白的氨基酸序列图谱。值得称道的是，他独自克隆出牛和人类的视蛋白基因，阐明了染色体上串联排布的红、绿感光色素基因异常重组导致基因缺失是色盲的分子基础。

　　内森斯通过研究发现，女性在抵抗色盲遗传上有生物学优势。男性有一条X染色体和一条Y染色体，而女性拥有的两条染色体均为X，因此，一旦女性的一条X染色体发生基因突变，其另一条X染色体会“接替上岗”，弥补了突变基因的负面影响。X染色体的多变性让女性的基因表达更加多样，进而降低了女性色盲的概率。内森斯据此进一步指出，发现雌性动物X染色体失活机制，将为基因缺陷疾病诊疗开辟道路：理论上，人们可以通过让失活的基因重新表达，使突变的基因沉默，从而取得预期的诊疗效果。此外，内森斯在一项研究中发现了一种调控视网膜和大脑中血管生长和通透性的信号系统，对由血管功能受损造成的视觉或神经系统疾病的诊疗带来新思路；内森斯与合作者确定了斯塔加特病的致病基因，该成果有利于早发遗传性黄斑变性疾病的诊疗。

　　几十年来，内森斯持续用视觉科学帮助理解人类如何“看见”多彩世界，促进研究成果应用于人类健康事业。他参与发表了200篇国际论文、被引3万余次、影响后续论文约2万篇，对分子生物学、遗传学、神经科学等学科发展产生了深远影响，被诺贝尔生理学或医学奖得主兰迪·谢克曼称为“世界上最优秀的神经科学家之一”。

　　丰硕科研成果为内森斯赢得诸多荣誉。上世纪八九十年代，他获得美国科学促进会颁发的纽科姆·克利夫兰奖，美国国家科学院颁发的研究创新奖，神经科学学会颁发的青年研究员奖。1996年，时年38岁的内森斯当选美国国家科学院院士，是该科学院最年轻的院士之一。进入本世纪，他陆续获得海伦·凯勒视觉研究奖、本杰明·富兰克林奖章、梅希尔德·埃塞尔·内默斯医学科学奖等。2024年10月，凭借“在发现人类颜色视觉的基因、调控和可塑性，以及阐明导致失明的疾病机制方面作出的贡献”，内森斯摘得世界顶尖科学家协会奖“生命科学或医学奖”。

　　走出成功路径

　　谈到自己获得的丰硕科研成果和奖项，内森斯非常谦虚并引用了科学先贤牛顿晚年说过的一段话：“我不知道在世人眼中我会是什么样子，但在我自己看来，我似乎只是一个在海边玩耍的男孩，不时地寻找比平常更光滑的鹅卵石或更漂亮的贝壳来取乐，而真理的海洋在我面前，我却全然不曾发现。”

　　内森斯认为自己能够在海滩上撷取“更光滑的鹅卵石或更漂亮的贝壳”除了好运气之外，更多是得益于老师长辈等的大力帮助和支持。他说：“每个人的生命旅程都与他人相伴；没有人是独行的，科学家尤其如此——老师、同事和学生的参与塑造了我们。”

　　“高速摄影之父”、麻省理工学院电气工程教授哈罗德·埃杰顿（Harold Edgerton）无疑是对内森斯科研方向产生重大影响力的塑造者之一。他与内森斯邂逅的故事虽然非常简单，但堪称科学史上的一段佳话。彼时，还在上高中的内森斯有一天来到麻省理工学院，在校园漫步时，被走廊上展出的一些照片深深吸引了，于是驻足欣赏，沉醉其中。这时，一位老人来到他身边，发出热情的邀请：“年轻人，你想参观这个实验室吗？”。这位老人就是埃杰顿，这间实验室就是著名的麻省理工学院光电实验室。这次偶然相逢点燃了他对视觉科学的探索热情，成为他致力于视觉研究的起点。引导内森斯走上视觉科学研究的当然还有科学巨擘查尔斯·达尔文。在学习过程中，他对达尔文关于眼睛在人类进化过程中扮演的特殊角色的论述惊叹不已，立志破解更多人类视觉方面的未解之谜，特别是帮助视觉障碍者看到光明。

　　内森斯是“诺二代”，他的父亲丹尼尔·内森斯是1978年诺贝尔生理学或医学奖得主。父亲对他科研品格的塑造体现在诸多方面。在内森斯看来，其中对他影响最深刻的当属保持学术专注力。他介绍，父亲在从事科研过程中非常专注，把自己有限的精力聚焦于所在领域中他认为有趣的科学问题，很少为领域内的其他事情而分散时间和精力。“我深受父亲这一科研风格的影响，在很大程度上，我早已将此内化于心。”内森斯说。

　　梅花香自苦寒来。在科研中，内森斯不仅勤奋刻苦，而且事必躬亲。从学生时代开始，特别是进入斯坦福大学就读之后，他几乎每天都投入10多个小时到学习或者工作中。直到今天，内森斯在霍普金斯大学医学院总是最早到实验室的那批人之一：通常每天清晨8时前就进入实验室，忙上10多个小时做实验，直到深夜11时还在忙。值得一提的是，实验室里那些被视为打杂的基础工作，比如操作液氮罐、处理实验动物尸体等，内森斯也不让学生代劳，而是亲力亲为。对此，他解释说，自己必须亲身经历整个实验过程，亲手验证提出的科学假设，同时他喜欢做实验室里的各项工作。

　　感恩回报社会

　　作为杰出的科学家，内森斯对科研成果的认知有独特的维度。他在获颁世界顶尖科学家协会奖“生命科学或医学奖”的仪式上发表感言时表示，科研成果既包括有形的，也包括无形的，前者表现为各类发明创造应用于生产生活，促进人类福祉；后者则表现为科学思维、科学精神对社会的影响，包括激发人们“对真理的渴望、对肤浅解释的质疑、在数据不符时放弃原有假设的意愿、对新观察和新思想的开放态度以及对自然之美的深刻欣赏”。

　　内森斯认为，向社会和公众奉献优秀的科研成果是科学家义不容辞的责任，因为社会和公众的支持是科学事业的基础，是产生科研成果的动力来源。也正是基于这样的认知，内森斯和妻子决定将获得的世界顶尖科学家协会奖“生命科学或医学奖”奖金全部捐献出来，用于慈善事业。也正是基于这样的认知，内森斯于2017年拍卖了父亲的诺奖奖牌，并将所得款项捐赠给汉弥尔顿·史密斯奖，以此激励、助力青年科学家成长，为社会贡献更多、更大科技创新成果。当然，内森斯此举也是表达对史密斯的敬意和感谢。“当年汉弥尔顿不求回报，慷慨地向我父亲提供了研究所需的酶样品，这种纯粹、互助的学术氛围值得我们铭记。”内森斯说。

　　对社会的支持和别人的帮助，内森斯常怀感恩之心，自己也慷慨助人，不求回报。中国科学技术大学生命科学与医学部部长程临钊教授回忆说，在他任约翰斯·霍普金斯大学医学院助教时，有一份研究设计求助于内森斯并获得其慷慨襄助。在该项目完成后，程临钊请求内森斯在项目成果上署名，但被他婉言谢绝并表示帮助同行是他分内之事。在约翰斯·霍普金斯医学院，内森斯助人为乐有口皆碑，经常有同事、学生等到他的办公室、实验室请教或者求助，他都不遗余力，大力帮助。桃李不言而成蹊，内森斯的慷慨与大度带动了很多人特别是身边的学生，他们以内森斯的学术品格为榜样，勤勉治学、乐于助人。

　　激励青年学子

　　通过内森斯的演讲和回答听众的提问，人们能鲜明地感受到他言谈举止中透露着非常谦逊甚至谦卑的态度。对此，他解释说，我们常说眼睛是心灵的窗户，但是关于视觉科学，仍有太多未解之谜。“还有很多我们不了解的地方，比如关于直觉，比如关于单一细胞的应答。”内森斯说。他进一步指出，科学的进步是非常艰难曲折的，教科书里的知识往往是在无数次失败中才获得的，大多数科学实验不会成功，很多科研项目的结果达不到预期，所以谦虚甚至谦卑是科学家应该一直保持的态度。

　　在认识到困难的同时，内森斯也指出人类应该为已经取得科学成果感到自豪，就他所在研究领域而言，科学界对于视觉的理解已达到相当的高度，对重要细胞的运作机制已经比较熟悉，比如图片如何在视网膜上得到处理并最终把相关信息传递给大脑。他热情鼓励演讲现场的青年学子，告诉他们进入大学接受高等教育是幸运的，要认真对待大学里的每一步，积极投身科研，抓住宝贵的人生机会。“把你自己想象成牛顿，没有什么不可能！”内森斯激励大家树立远大理想，增强信心，争取在科技创新上成就一番事业。

　　内森斯常说孩子天生就是科学家，因为创新和发现在很大程度上源自求知欲和好奇心，而孩子对大自然有与生俱来的好奇心和探究的天性。“在日常生活中，父母、兄弟姐妹、朋友和老师如果能够积极呵护、鼓励孩子的好奇心，并进行引导和培养，相信一定能带来许多惊喜。”他说。内森斯自己就是这样做的，对身边的孩子特别和蔼可亲，循循善诱。他会把测视力的陀螺当玩具送给实验室成员的孩子，会给身边的孩子画可爱的小兔子，绘声绘色地讲解有趣的科学故事和知识。

　　（王崟欣、赵文博、孙宁浩、张研吟）