熒光海灘，來源：sofunsd.com

六月，當(dāng)你漫步于圣地亞哥La Jolla Cove海灘上，在月亮和星星的凝視下，你會(huì)看到柔和的藍(lán)色光線如絲綢般沿著潮汐滑行，沙灘上充滿了神秘的光彩。法國(guó)小說家Jules Verne在《海底兩萬里》中曾這樣描述：“整個(gè)夜空雖然被星光照亮，但卻在閃閃發(fā)光的海水前黯然失色?！?/span>

這種藍(lán)色發(fā)光的現(xiàn)象是由海中的浮游生物引起的，它們身體內(nèi)部的熒光素發(fā)出柔和美麗的藍(lán)光。這些位于食物鏈的底部的生物看起來微不足道，卻以數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)在海洋中占據(jù)主導(dǎo)地位。自然界生物發(fā)光的現(xiàn)象神秘且迷人，李白曾作詩“雨打燈難滅，風(fēng)吹色更明。若飛天上去，定做月邊星。”來贊美螢火蟲。那么，科學(xué)家們是如何探索這些令人著迷的生物發(fā)光現(xiàn)象呢？

在過往的十幾年，綠色熒光蛋白一直在生物學(xué)、藥理學(xué)、化學(xué)及其他科學(xué)領(lǐng)域中扮演著燈塔的角色。它被發(fā)現(xiàn)的故事始于第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的日本，下村修被名古屋大學(xué)的Yashimasa Hirata教授聘為助理，在獲得博士學(xué)位后，又到美國(guó)普林斯頓大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)研究。經(jīng)歷了橫跨太平洋和美國(guó)大陸的漫長(zhǎng)旅途，1961年的夏天，下村修在北美西海岸的福來德港灣收集水母時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種被稱為Aequorea victoria的水母。經(jīng)過提取分離后，下村修發(fā)現(xiàn)，水母身體中的一種蛋白質(zhì)，在被紫外線照射時(shí)，會(huì)散發(fā)出燦爛而豐富的綠色光芒。下村修將其命名為綠色熒光蛋白（green fluorescent protein,以下簡(jiǎn)稱為 GFP）。

(a) 名為Aequorea victoria的水母生長(zhǎng)于北美西岸海邊，(b) (c) 這種水母發(fā)光的組織在其”傘”緣

大部份能夠發(fā)出螢光的蛋白質(zhì)，通常需要其他分子的協(xié)助。例如螢火蟲體內(nèi)的螢光酵素必須催化螢光素與氧氣結(jié)合，再由高能分子ATP提供能量，才會(huì)發(fā)出螢光。而綠色熒光蛋白(GFP)的特殊之處在于，它既不需要能量分子，也不必與其他分子結(jié)合，只是受到紫外光照射就會(huì)發(fā)光。自GFP被發(fā)現(xiàn)之后，就徹底改變了生物學(xué)。

1988年，在紐約哥倫比亞大學(xué)舉辦的學(xué)術(shù)演講中，美國(guó)科學(xué)家馬丁·查爾菲(Martin Chalfie)聽說有一種會(huì)發(fā)光的蛋白質(zhì)后非常高興，他萌生了個(gè)不錯(cuò)的主意。

人體由數(shù)十億的細(xì)胞所組成，追蹤細(xì)胞的運(yùn)作絕非易事，研究細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)步驟也更加的困難。細(xì)胞的化學(xué)運(yùn)作通常是透過蛋白質(zhì)來控制，研究者可以通過追蹤并觀察某個(gè)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，以此觀察細(xì)胞本身的活動(dòng)。

查爾菲的主意是將這個(gè)綠色的“信號(hào)燈”——無害的綠色熒光蛋白 (GFP)連接到生物細(xì)胞內(nèi)選定的蛋白質(zhì)上，這樣，科學(xué)家們就可以追蹤一個(gè)單獨(dú)細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)作，看到之前不可見的細(xì)胞活動(dòng)。

于是，GFP成為了科學(xué)家們一個(gè)強(qiáng)大的工具。將其用于可視化活細(xì)胞及生物體結(jié)構(gòu)組織和動(dòng)態(tài)過程的主意，成就了綠色熒光蛋白（GFP）在生物科學(xué)中革命性運(yùn)用的基礎(chǔ)。

在綠色熒光蛋白GFP革命中，第三位做出偉大貢獻(xiàn)的華裔化學(xué)家錢永健登場(chǎng)了。他深入探索綠色熒光蛋白的發(fā)色作用原理，著手改變GFP上的一些氨基酸，讓改造后的GFP能夠吸收不同波長(zhǎng)的光，并能發(fā)出更強(qiáng)、更持久、不同顏色的光。

這些顏色中有青綠色、藍(lán)色和黃色等，讓研究者用來標(biāo)示不同的細(xì)胞，擴(kuò)展了GFP的實(shí)用價(jià)值。錢永建延伸了研究工作者的“調(diào)色盤”，提供了許多新的“顏料”，延長(zhǎng)了GFP的“表現(xiàn)時(shí)間”并增強(qiáng)了它的“創(chuàng)作能力”。另外，錢永健還改造了從珊瑚中找到的紅色螢光蛋白，使得螢光蛋白的家族成員更加豐富多彩。

也就是說，在下村修第一次發(fā)現(xiàn)那個(gè)會(huì)發(fā)光的蛋白質(zhì)46年之后，科學(xué)界擁有了一個(gè)閃耀著像彩虹般、由GFP組成的“調(diào)色盤”。現(xiàn)如今，GFP已成為全世界上千研究工作者的必備工具，而下村修、馬丁·查爾菲(Martin Chalfie)和錢永健也因?yàn)閷?duì)GFP研究的貢獻(xiàn)，于2018年共同榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

一提到與熒光蛋白相關(guān)的藝術(shù)品，我們最為熟悉的是巴西籍藝術(shù)家愛德華·卡茨（Eduardo Kac）在2000年推出了的“GFP Bunny”展覽，向公眾展示了基因作品《Abla》，就是后來眾所周知的“熒光兔”。那是一只白毛、紅眼睛的普通兔子?？ù脑诜▏?guó)實(shí)驗(yàn)室的協(xié)助下，將綠色熒光蛋白植入到兔子的基因中。在特定藍(lán)光照射下，Abla會(huì)發(fā)出明亮的綠光。

熒光兔Abla,來源：wikipedia.org

那時(shí)大多數(shù)人并不知道綠色熒光蛋白，而突然出現(xiàn)一只會(huì)發(fā)螢光的兔子，這看起來的確有些令人不安。而在2000年這一特殊年份誕生，恰逢人們對(duì)千禧年的到來充滿著恐慌情緒，Abla的出現(xiàn)激起了軒然大波，作品和藝術(shù)家都飽受爭(zhēng)議。Abla作為世界上第一只以藝術(shù)為目的而創(chuàng)造出來的轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物，引發(fā)了公眾關(guān)于基因工程安全性和倫理性的熱烈討論。而卡茨成為Bio Art（生物藝術(shù)）一詞的創(chuàng)造者，生物藝術(shù)也由此開端。

當(dāng)熒光蛋白推動(dòng)科學(xué)和藝術(shù)的邊界不斷重疊時(shí)，科學(xué)家埃里克·羅德里格斯( Erik Rodriguez )分享了GFP的另一用途——藝術(shù)品的顏料。

他的熒光蛋白烏龜畫在領(lǐng)先的化學(xué)貿(mào)易期刊《化學(xué)與工程新聞》(C&EN) 上被轉(zhuǎn)載。

熒光蛋白烏龜畫，來源：columbian college of arts & sciences

在實(shí)驗(yàn)之間的休息時(shí)間，羅德里格斯以表達(dá)熒光蛋白的細(xì)菌做顏料，在培養(yǎng)皿上繪制青色海龜和橘色獨(dú)角獸的肖像（上圖）。羅德里格斯說，他的藝術(shù)不僅是打破實(shí)驗(yàn)室單調(diào)乏味工作的有趣方式，更旨在激發(fā)人們對(duì)科學(xué)的興趣。

 《生命的光》在紫外線下（a），普通燈箱上（b），正常光線下（c）

在瓊脂藝術(shù)中，熒光蛋白也有大作用。這幅名為《生命的光》的細(xì)菌藝術(shù)作品，由植入了綠色熒光蛋白的大腸埃希氏菌和玫瑰色考克氏菌畫成，在紫外線下（a圖）、普通燈箱上（b圖）和正常光線下（c圖）顯現(xiàn)出不同的顏色。

《紐約市生物群落地》