下村修与他的发光水母

今年获得诺贝尔化学奖的居然不是化学研究者，而是三位生物学教授，而诺贝尔委员会对这次奖项的评价为“一门学科的发现在另一门学科中发扬光大的又一例证”。获奖的三人中，资历最老的日籍海洋生物学家下村修是绿色荧光蛋白的第一个发现者，但他谦逊地把这一成果归之于一系列“幸运”。他说：“我一生一共抓了85万只水母。从大量原材料中榨取一点点物质，这可是最传统的化学研究。”那到底这位“幸运”的生物学家与水母及化学研究有着怎样的故事呢?听我慢慢道来。

阴差阳错学化学

下村修1929年出生在日本古都京都。第二次世界大战后，下村修从长崎医科大学毕业，想进入名古屋大学深造，于是前往名古屋大学拜访一名教授。不巧的是，那位教授外出了。他偶遇科学家平田义正，平田的研究室当时正研究有“海中萤火虫”之称的海洋荧光动物海萤。下村修最终进入平田研究室继续学习。

回忆起那段往事时，下村修感慨，“那次的阴差阳错决定了我的命运”。

1955年，平田交给下村修一项任务，让他找出海萤被碾碎放在水里仍能发光的原因。当时有多个美国研究小组涉足这一课题，都无一拿出结果。然而，幸运再度光顾下村修。第二年，他就从海萤体内提取出一种蛋白质，发光亮度比海萤本身强3.7万倍。

因为这项发现，下村修不仅被名古屋大学破例授予博士学位，晋升助理教授，还引起美国普林斯顿大学学者弗兰克・约翰逊的强烈兴趣。1960年，在约翰逊的邀请下，下村修前往美国。

水母工厂

1960年，一位科学家将一小罐白色粉末交给初来美国的下村修，并告诉他这是从一些能发光的水母中取得的“精华干粉”。下村修立刻被这神秘的粉末吸引，第二年便和约翰逊来到了美国西北海岸，对当地的一种水母展开了研究。这种水母在感觉到有威胁时，伞盖边缘会发出一圈绿光。

下村修所在的实验室正好位于港湾。每天，柔软的小水母都乘着早晚的潮汐成群结对地漂过他实验室的两侧。其中一些会被下村修用小网兜截住，带回实验室。这些水母只有掌心大小，就像一把圆圆张开的小伞，在昏暗的水中发出幽幽绿光。发光的器官是一百多个小颗粒，就像点缀在小伞边缘的微型“灯泡”。下村修将小伞边缘剪下来，用棉布攥出水母“精华”。只是离开了原来的环境，它们似乎不太乐意发光。

没想到一次意外的操作居然出现了令人惊奇的结果。经过多次试验，下村修依然没办法让“精华”发光，又一次试验无果后，下村修有些沮丧地将“精华”倒进了洗手池，没想到的是，“精华”居然发光了，残留的海水竟让它们瞬间恢复了光芒――原来水母“精华”发光的一个重要秘密是需要海水中的钙离子来辅助。这个发现点燃了下村修继续工作的希望，因为他知道会发光的物质终于可以被毫发无伤地分离出来了。

将发光的蛋白从水母中分离出来并不是下村修的最终目的。他经过计算得知，如果想继续进行更深入的理化性质和分子结构研究，则需要在一个夏天抓2.5吨共50000个发光的小水母!下村修带着自己的妻子、儿女和几个帮手，整个夏天的早晚都拎着小桶在水边抓水母。他曾在一篇文章中写道：“五年过去了，当我的儿女长到八岁的时候，已经能抓得像成年人一样快了!”

下村修没有预料，发光水母他竟然持续抓了20年；他更没想到的是，30年后，照亮水母的绿色荧光蛋白也照亮了其他生物的细胞。

无心插柳的发现

一天，下村修把这种发光物质注入一个装有海水的水槽时，惊异地发现，水中出现明亮的蓝光，而不是预想中的绿光。

实际上，下村修从水母体内提取的是一种蓝色荧光蛋白。这就产生了一个疑问，水母如何产生绿色荧光?进一步研究显示，水母身上有一种绿色荧光蛋白，这种荧光蛋白的发光机制迥异于其他发光生物，能“夺取”蓝色荧光蛋白释放的能量，从而把蓝光变成绿光。

1962年，下村修从十万只小水母中纯化出5毫克发光蛋白。同时被分离出来的还有另一种“绿蛋白”，在紫外光的照耀下会发出绿色荧光。下村修和约翰逊，宣告发现绿色荧光蛋白，这种蛋白能在紫外线照射下发光，颠覆了当时认为蛋白必须有酵素等其他物质相助才能发光的“常识”。这个蛋白后来被称为“绿色荧光蛋白”――今日诺贝尔化学奖的主角终于在历史上登台亮相。

1979年，下村修阐明绿色荧光蛋白发光部分的化学构造。有趣的是，下村修当时认为这项发现没多大实际应用价值。他曾在接受日本共同社记者采访时说，作为化学家，他1979年认为对绿色荧光蛋白的研究已告一段落，觉得这种蛋白能不可思议地释放出美丽绿光，“没啥用处”。

直到20世纪90年代，美国哥伦比亚大学教授马丁・沙尔菲指出，绿色荧光蛋白的自身发光特性在生物示踪方面有极高价值，加利福尼亚大学学者钱永健通过进一步改造绿色荧光蛋白，使这种自体发光蛋白最终成为“当代生物科学研究中最重要的工具之一”。

之后的十几年中，绿色荧光蛋白又被用到了病毒、酵母、小鼠、植物甚至人类等各种生物身上――它们前所未有地在生活的状态下被涂上了颜色：癌细胞装载了绿色荧光，就与周围细胞区别开来，它们扩张领地的脚步一览无余；小得难以追踪的HIV病毒被镶了荧光，它们如何进入细胞、躲在细胞哪个角落、怎样从细胞中冒出去的种种过程就都被暴露在世人眼前……

诺贝尔委员会成员在评论绿色荧光蛋白的功绩时说，它“照亮了生物学研究的未来”，不仅如此，它也扩展了我们视野所及的范围。

淡泊名利只求真

现年80岁的下村修得知自己获得诺贝尔奖后说：“有传言说是生理学或医学奖，我原以为得化学奖的可能性为零。我获奖只是偶然的幸运。”

下村修说，每到一处新的地方，自己总能遇到名师，运气实在太好；此外，先研究海萤，再研究水母，也是非常幸运，如果二者研究顺序倒过来，可能现在一无所获。

问到成功的经验时，下村修说，作为一所地方大学的毕业生，在学校学到的东西并不多，只是一名业余研究爱好者，重要的是要自己学东西。

下村修少年时亲身经历长崎原子弹爆炸和二战结束前后的混乱时局。这一体验让他对生命有另一番感受。他在获奖后举行的新闻会上说，经历过苦难的人，不会轻易产生畏难情绪。他寄语后进说，年轻人遇到困难时容易产生畏难情绪，但是，一旦发现自己感兴趣的课题，应该排除万难，奋力攀登。

下村修现在是伍兹霍尔海洋生物实验所和波士顿大学名誉教授，与家人居住在马萨诸塞州。退休后，下村修把实验工具搬到家中，继续研究其他发光材料。