诺奖得主Joachim Frank：需要建立科学领域的合作应对各种灾难和挑战

    Joachim  Frank：谢谢主持人的介绍，也谢谢主办方对我的邀请，我很高兴来到这给大家分享我的观点，当然不管我这些观点是不是有价值。

    首先，我想给大家用幻灯片来介绍一下为什么我能站在这，为什么我能够赢得诺贝尔奖，然后我想和大家分享一下我们这个主题对话，主题"科学与文明"的一些看法。

    在幻灯片里面没有我的生平介绍，这边讲一下，我也是出生在德国，我出生的城市叫锡根，应该是和Thoms  C.Svdhof出生的地方在同一块区域。我这边的发现是用于生物分子测定的单离子冷冻电镜，我给大家介绍一下这个技术。

    为了研究生命的运转原理，为了让医学研究人士更有效的开发药物，我们首先必须要了解细胞里面的微分子的结构。我们知道人体是由很多微分子组成的，我们必须了解这些结构，这样知道分子是怎样样运作的。以前的技术是X射线在微分子的结构测定上面非常成功，所以现在在公开数据库，已经有14万个分子的架构和结构。这时候大家问为什么需要新的技术呢？X射线已经够了对吧？但是要用这个技术，这个分子必须是非常有规则的机体，它的尺寸和尺度必须达到一定的要求，而且很多重要的分子根本没办法结晶，就算是用X射线结晶学进行结晶了，这个结晶体组成的形式使得分子没办法保持原有的形式，它必须要改变自己的形式。所以因此我们对于这个分子的功能的了解就会不够全面和深入。

    早期是这样工作的，我们先看结晶的组装体他们是这样的，他们是规则的组装体，这是60年代的图象，比如噬菌体、两维的结晶体还有病毒的规则球体，这是早期电子显微镜看到的图像，但是没有到原子尺寸的程度。

    接下来我们讲单粒子重建的概念，这样的技术也使我赢得了诺贝奖，我们这边使用的是冷冻电镜，我们是在显微镜里面来看分子，这个分子单个就行，不需要对他进行规则的组装。

    大家看左边这张图，我们提出的解决方案分子被放到网格上，这个网格能够快速冷冻，主要是加液态的乙烷，它是和液氮的温度一样，然后我们能够获得不同的动态的图像，我们不需要调整分子的角度，因为这个分子是自由的，所以我们就可以获得我们想要多的图像，因为每个分子都有上百万的副本出来。

    我们要想让这个技术有实际应用的效果，给大家看一下分子的图像。这上面给大家看到的是直径两毫米的网格，而分子就放在这个网格上面，我们用的这个显微镜的网格就长这样，这是放大之后给大家看网格的样子。然后再放大，大家就能够看到具体的网格上面的每个洞，然后再放大让大家看到的是每个网格单个的洞，而在这个洞里面都有水中的分子，当时他们在经历形态的变化，然后我们就说有快速冷冻的过程，加液态的乙烷，分子就被冻住了。这上面给大家看的图像，它的电子剂量很低，因为这样可以不伤害分子。而这个图像给大家看的没有任何意义，看了之后不可能了解分子的架构，但是如果我们把它进行对称、平和就能够找到结构，所以你看到后面就是把这个图像转化成3D的结构，我们需要对图像进行对齐，然后需要找到每个分子的定像，这是我们不了解的，我们需要通过计算的方法进行分组平衡，最后是把图像转化为三维的密度图，我的贡献是把1975年计算方法的概念，转化成1986年曾经应用的一个案例。

    这上面大家可能看不到，这是第一个3D的重建图，也是采用的我的方法，这是1980年做出的3D的图像，这是比较初始的图像，你可以看到分子的表现形式是很多不同的圈圈，而圈圈之间的透明之间的距离是固定的，然后再放到框框里面，我获得诺贝尔奖的时候，我被要求给诺贝尔博物馆捐赠一个物品，能够展现我的发现，所以我就决定把这样的一个第一张3D建图作为礼物赠给博物馆，然后外面的这个木框框有11磅重，当时和我一同获奖的还有两位同事。

    Jacques是因为发明了低端霾（音）方法获得的这个奖是允许大脑对其进行处理的单位，神经细胞通过突触组成的神经回路，左边图就是小的回路，红色代表抑制的，蓝色的是这种兴奋性的，然后他们进行相互作用，兴奋的神经源是起到兴奋作用，抑制神经源是抑制作用，大概有上千个不同种类的神经回路。，第一个获得这个方法是在90年代中期，当时非常令人振奋，因为有史以来第一次看到非常复杂的分子，是以前都看不到的复杂程度，因为以前通过原来电镜方法没有办法看到如此的复杂程度。冷冻电镜的好处就是分子配体的结合状态是不一样的，但是可以同时的结合，也就是说你可以把不同构象不同的配体进行结合，然后通过同样的样本来抽取这些，这是其他的方法都没有办法做到的。

    这个实际上就是一个实质，比如说这个核糖体，核糖体是存在分子当中，是有很多的状态，我们可以提取不同状态的核糖体，然后看一下不同状态的核糖体是如何同时存在的。这都是很好的事情，但是在2012年之前，也就是几年前这种重构清晰度是不够的，所以说没有办法获得原子结构，之前是没有办法来获得非常可靠的建立原子模型的层级。后来有了非常敏感的摄像头，可以发现当电子的摄像头在之后的那些年有了单颗粒冷冻电镜的使用，所以突然之间这种技术就超越了原来那种电镜技术的应用。有些我就不讲了，刚才有几张幻灯片只是给大家展示一下结构。

    一个是克氏锥虫的核糖体，第三个是氨甲基磷酸受体，中间是钙的释放渠道。

    冷冻电镜针对两种类型的生物分子非常重要，第一种就是跨膜蛋白，尤其是对于生物医学方面非常重要的，比如说受体或者通道的跨膜蛋白非常重要，而有非常多的蛋白可以通过冷冻电镜进行分析。第二种就是超分子组装体，比如说像剪接体，它是负责基因转录的。

    我的研究就快要介绍结束了，最后我想跟大家说一句的，也就是我们今天这个主题对话的主题相关的一个思考。我之前介绍的时候也提到过一些在过去的几百年，其实科学它是一种以规则为基础的，推动了技术的进步，随着技术的进步，文明也一再得到重塑。科学本身是具有图片作用的，而科学的思维方式也发生了很多变化，有很多细微的变化，有很多的例子，这是一种周期性转变的机制，其中有一种例子，科学和技术彼此加强促进，并且对文化和文明产生重大的影响，包括电的发明和使用就是一个例子，也就说工作不是按照白昼来区分的，我们每一天任何时间都可以看书。还有一个例子就是计算机器的发明，这种科学发展的速度和进度对社会起到很多推动作用。从这个角度来讲，确实在过去首先是科学的进步，然后科学思维发生了变化，推动了科学的进步，以天使之翼的角度，我们需要有全天性的思维方式，去创造和抓住机会。但是我觉得现在可能已经不一样了，现在进入了新的时代，有些人称之为人类世，这个时代、这个阶段也就是文明的存在受到很多人为变化的威胁，这些变化有着自己的一些势头和规则，气候变化就是其中最令人可怕和紧迫的，但是我们也不要忘记在气候变化之前的一些事情，比如说对地球大肆的破坏，还有人为对森林和野生动物的破坏，科学不再引领我们的对话，反倒是科学也要应对一些我们没有办法控制的力量。同时这种启蒙运动使得决策者觉醒了，几百年来也是人类文明的灯塔，现在也受到民粹主义的影响，大家更多的考虑国家的利益而不是国际的合作。换句话说，现在不是一切正常的状态了，我们已经停止了向光明未来的前进。如果说我们想一想我们所释放的力量实际上是有理由令人担心的，现在的气候变化是很多时候没法控制的，还有造成的一些疾病、饥荒、社会不稳定，社会不稳定导致动荡，现在医学方面的进步非常少，少于挑战出现的速度，而且往往是一些富裕的人才可以享受的。

    我对于科学的贡献就是我发明了生物分子单颗粒的冷冻电镜，长期来讲对医学产生很大影响，分子的很多结构之前是我们没有办法来研究的，最近技术发明有很多的进步，现在氨基酸的测定已经可以清楚的看到，这意味着我们在将来可以针对很多的疾病，研发出非常有效的药，以前这些疾病没有办法治疗。那些原子的描述和有效的药物开发之间可能需要10年，所以像2013年出现的这种显示清晰度方面的眼镜在2023年才能感受到它带来的成果，现在发明的东西可能它的结果要在2028年看到。

    现在我们气候的变化是非常严峻的，考虑到这些就想到因为气候变化可能带来的人类的灾难，目前很少有药物能够应对这些的反应。所以人类的进步和演进有可能会终止，如果说20年或者10年前问我的话，我可能会继续这么说"除非我们集体努力来减少这种吸热气体的产生"，可是现在我说"除非"根本不存在，最糟糕的是我们现在只是口头上说，但是不去采取行动，最后导致全球变暖不可收拾，很多物种灭亡，他们的栖息地受到影响，这就让我们回答一个问题，科学本身的追求也许发生变化，以前可能务实为驱动力，不再是假设为驱动力，也许科学不那么有意思，但是我们要非常冷静的发明。像模型等等它对科学会产生非常重要的影响，我们需要建立这样的合作。另外还有像沿海的洪水等等问题，还有昆虫带来的疾病等等，这些都要应对，还有能源，太阳能、地热、潮汐能都要迅速的发展。我觉得未来科学和技术能够起到重要的作用，但是我们人类一定要保证科学继续的存在。

    谢谢。