谢灿说得最多的就是：不知道这是为什么｜年度新闻人物
今天想和大家谈谈谢灿当选研发客年度新闻人物的理由。如果在2015年年初的时候随意问一个医药研究领域的科学家：“您知道谢灿教授是谁吗？”估计有很多人答不上来，但如果把这个时点换成2015年年末，谢灿的名字几乎无人不晓。不少人对谢灿就像对演艺明星一样充满好奇，而见到谢灿本人之后，大家众口一词：他是一个真正的科学家。
说话轻声细语，一句话不离他研究的地球磁场，即使外部舆论已经炒得沸沸扬扬，他依旧不愠不火，没有发表过任何针锋相对的言论，因为他沉浸在科学的世界里无心顾及。
回想制药行业，一边是病人的生命安危，一边是金钱的滚滚诱惑，还有多少人甘心在实验室里默默奉献，还有多少人愿意为基础研究劳苦费心？这个时刻请随我们走进谢灿教授悉心编织的科学世界，或许可以让你重新想起自己当初为何出发。
“当体外磁场的强度和方向发生改变时，磁细菌的运动方向也会发生改变，但细菌始终都沿着磁场的方向运动，但我不知道细菌为什么要这样做，磁场的方向与细菌所需要的营养之间并没有明显的关系。”
“澳大利亚的一种指南白蚁，它的巢穴永远是精确的南北方向，而在地底下居住的鼹鼠，它的巢穴也始终朝着南北方向的，没有人知道这是为什么？”
“根据统计学上的研究，狗在拉臭臭时，体位也多呈南北方向排列，而通过谷歌地球对全世界牛羊吃草时的体位进行分析，发现大多数的牛羊在吃草时候的体位也是呈南北方向，也没人知道这是为什么？”
读到这里，估计很多人会发笑，这些事情居然都有人研究，有不少人可能已经想到了今年搞笑诺贝尔奖的获奖项目：佐治亚理工学院生物物理学教授胡立德教授和他的团队发现体重超过3kg的哺乳动物尿尿的时间都在21秒左右。
今天，《研发客》的2015年年度新闻人物也是一个对世界充满好奇心的科学家——北京大学生命科学学院博士生导师谢灿教授。在南方长大的谢灿自小对动物的迁徙产生浓厚的兴趣，这个兴趣不断引导他去探索为什么动物能够顺利完成这个迁徙的过程，是什么让它们能对方向产生精准定位。按照谢灿的说法：“如果你真的对某个问题感兴趣，那么，迟早有一天，你会回到这个问题上来。你可以叫它destiny（命运），也可以叫它研究兴趣。”生物对地球磁场的感应以及迁徙的分子机理，这一领域充满着“没有人知道这是为什么”，这也是这个领域之所以吸引谢灿的地方。
无论是低等还是高等生物，似乎都能通过某种神秘的机制感知地球磁场的变化，从而影响动物的迁徙、巢穴的位置以及体位的排列，这是谢灿自始自终希望去探索的奥秘。
执迷于有趣的科学
谢灿小时候在南方长大，家里的堂屋有个燕子窝，每年冬天同一对燕子都会回来，这种精准的迁徙和生物导航定位，一直让谢灿觉得非常有意思。从大学到博士后的研究领域历经了植物分子生物学、结构生物学，分子免疫学，但他一直没有忘记儿时脑海里的那个疑问：到底候鸟是怎么完成迁徙的。所以，2009年回国后，他重新又开始研究这个问题。
回国之前发生了一个小插曲，谢灿临走之前，他的老板把他叫到实验室，说了一段深深刺激到谢灿、后来也成为谢灿研究最大动力的话。
“我的老板当时和我说，你看我有这么大的实验室，还有超过20名的专职研究员，而你回国以后的条件和这个是没法比的。” 谢灿这样告诉记者。而老板的劝说最终也没能留住他。
谢灿的想法一直保持到今天：科学是从有趣的现象开始的，好的科学应该是有趣的科学。他决心回到自己感兴趣的领域进行研究，并把有趣的科学做成好的科学，而他相信一个好的基础研究对于产业来说一定是有推动意义的。
蝴蝶是怎么完成迁徙的
谢灿经常会回味美国《国家地理》拍摄的一段视频，视频讲述了一种北美洲特有的蝴蝶，这种蝴蝶最开始栖息在墨西哥湾的山谷中，随着气候的变化，这种蝴蝶不断由南向北迁徙至加拿大南部，在由向南迁徙回到墨西哥湾山谷。
帝王蝶的迁徙https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=g0153jzcn27&width=500&height=375&auto=0
但令人惊奇的是，这种蝴蝶从墨西哥湾出发的和最终回到墨西哥湾的并不是同一只蝴蝶，期间总共繁衍了3代，也就是4代的蝴蝶共同完成了这个迁徙的过程。春天第一代蝴蝶从墨西哥湾的山谷出发，经历5个月时间，总共3代的蝴蝶共同完成迁徙至加拿大南部的使命，每一代蝴蝶在产卵生殖以后就会死亡，而第4代蝴蝶的寿命比前3代的蝴蝶大概长10倍，最终他们会从加拿大南部飞回墨西哥湾山谷。
这真是一个非常壮观宏大的场面，大家可能也会觉得这有点匪夷所思：是什么在指导它们的行动，并且还能够把这个“行动指南”进行隔代的传递。谢灿认为，这个神秘的影响因素就是地球磁场，他提出了自己完整的一套理论解释这个现象。
有一种很直观的现象或许能支持谢灿的理论，即候鸟的迁徙与地球的磁场有关。据许多新闻报道，人类的一些行为比如无线电设备以及手机的使用，已经对一些候鸟的迁徙产生了严重的影响，有些人类的干扰已经导致大量物种死亡。
光磁偶联机制
谢灿研究组在2015年11月16日将蝴蝶迁徙现象在线发表于Nature Materials。题为A Magnetic Protein Biocompass的文章中有详细描述，而这篇文章也是他对6年前提出的一个假设的回应。谢灿认为，动物感受地球磁场应该是一个光磁偶联的机制，动物体内存在一个磁感应受体MagR，这个受体是一个含铁或者铁硫簇的蛋白，能够和感光蛋白Cry形成一个复合物一起发挥作用，在体内形成一个生物指南针，帮助动物感受地球磁场并判断方向，生物迁徙就是通过这个蛋白实现的。
谢灿在讲解磁蛋白作用时，多次提到位于视网膜上的感光蛋白Cry，强调光线对于动物感应磁场方向的重要性。而2008年的时候确有人做过一个实验，即把果蝇的Cry蛋白去除掉以后，果蝇就会失去感磁的能力。其后很长的一段时间里，人们认为是Cry蛋白在感磁。然而，谢灿认为，Cry只负责感光，感磁则另有其他的蛋白MagR，是光感应蛋白和磁感应蛋白的偶联的完整复合物帮助动物实现对地球磁场的感知。
谢灿最早的研究也是从基因组开始，在果蝇的12562个基因中寻找到了最有可能表达磁感应蛋白的那个基因，然后对这个基因所表达的蛋白进行了细致的探索。
谢灿开始即推测，因为这样的蛋白能够感应磁场磁倾角的变化，所以应该是线性棍状结构。
为了验证这个猜想是不是正确，谢灿团队首先将提纯到的磁蛋白放到5万倍的电镜下去观察形态，发现确实是呈棍状双螺旋结构的，而感光蛋白也是呈双螺旋结构环绕在它的周围，形成一个花瓣状的结构，每一个蛋白有一个铁硫中心，20个蛋白形成了一个24纳米长的棍状结构。
随后谢灿团队又开始观察这样的蛋白的排列方式会不会受到磁场的影响，但在电镜下粗略一看的结果令他非常失望，后来通过统计学的方法才找到了一点规律。由于北京的地球磁场只有很弱的0.4高斯，后来把磁场加强以后这个排列规律更加明显。也正是利用这种蛋白有磁性的原理，谢灿利用磁场成功纯化了的MagR蛋白以及MagR和Cry蛋白的复合物。同时也观察到了MagR形成的蛋白质晶体在外界变化的磁场中也能呈现磁细菌那样的运动规律。
而这样的磁蛋白是怎么定义地球不同地方坐标，谢灿又提出了自己的光磁偶联受体分子陀螺仪假说，即每四个铁硫中心形成一个环状结构，中间存在环形电流，由电流产生磁场，这四个铁硫蛋白之间互相形成5个磁场，而Cry蛋白围绕磁感应蛋白运动，就构成了分子陀螺仪的模型。这个模型能够定义地球上的任何一个地点，而通过基因对蛋白质的编码，就能控制物种迁徙的起点和终点，而基因信息是能够遗传的，这也就能解释了为什么北美的这种蝴蝶能够实现隔代信息的传递，可以精准地回到祖辈曾经停留过的地方，因为信息已经写在了编码蛋白的基因中，但是因为这个理论目前还没有充分的证据，谢灿团队还在继续设计实验来证明这个假说。
但是，生物迁徙的起点和终点是由遗传信息控制这个理论已经找到了一些证据，有人做过一个实验，把英国和德国两种迁徙的候鸟进行杂交，最终它们迁徙的终点也改在了原来两种不同的鸟迁徙终点连线的中间。
更惊奇的发现是，这个磁感应蛋白在所有的动物中基本都有，控制蛋白表达的基因具有很高的同源性，只是在需要利用磁场进行导航的动物中，这个蛋白和Cry蛋白的联系更加紧密，蛋白的表达数量也会有所增加。不过，谢灿在和他夫人的实验室合作的课题中揭示，磁场感应能力的进化轨迹和达尔文进化论中从低等到高等从简单到复杂的进化体系可能是不尽相同的，这种进化更多是与特定物种的生存环境有关，例如需要迁徙的物种，这个基因的表达在进化中就不断增强。
至于这些科学发现的应用，谢灿想了很多，包括通过磁场操纵生物大分子的行为，通过磁场来改变细胞的活性以及动物的行为，也包括生物标记物、设计磁性的纳米机器人、新材料等各种方面，而对于疾病治疗上的作用，谢灿也说了MagR作为药物的磁性载体的可能性等等。
谢灿也相信，动物对磁场的感知应该是无处不在的。一天深夜，他发现家里水族箱里的鱼晚上睡觉体位都是南北方向的，后来他又把水族箱的方向改变了一下，但过了半小时水族箱里的鱼再度呈南北方向排列，所以谢灿当晚即决定把家里的床的方向也调成了南北方向，他笑着说：“不知道这样的好处是什么，但是应该不会有坏处吧。”
更有意思的是，奥地利维也纳的分子病理研究所神经生物学家戴维•凯伊斯（David Keays）在和谢灿打赌，他说“If MagR is the real magneto-receptor, I’ll eat my hat”（如果MagR真的是磁感应受体，那我就把我的帽子吃了）。从这个角度看也果然是一个有趣的科学。
文字编辑：姚嘉
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