超時空分辨微型化雙光子熒光顯微鏡卡通示意圖。楊蕙寧繪

一名8歲小學生在向四川農業(yè)大學教授陳學偉提問，此次活動她獲得了最佳提問獎。王小寧攝/光明圖片

被蚊子叮了，為什么會感覺癢？細胞的“凋亡”和“焦亡”有什么區(qū)別？戴在小鼠頭上，能在其活動時觀察大腦神經活動狀態(tài)的精巧顯微成像系統(tǒng)是如何研制的……近日，10位獲得2017年“中國生命科學十大進展”的科學家及其團隊在江蘇南京與孩子們面對面，以有趣的報告形式，將我國2017年在生命科學領域取得的重大研究成果展現(xiàn)在中小學生面前，讓孩子們領略生命科學的無窮奧妙。

1.小白鼠帶著跑的顯微鏡

工欲善其事，必先利其器。高端科學儀器制造和創(chuàng)新能力是原始創(chuàng)新的關鍵手段，歷來被認為是我國的“弱項”。然而，北京大學程和平院士團隊卻在生命科學領域科研儀器上突破技術壁壘取得了重大創(chuàng)新成果——可以讓小白鼠帶著跑動的顯微鏡。這讓孩子們大嘆其精妙。

該團隊的陳良怡研究員向大家介紹，這個“超時空分辨微型化雙光子熒光顯微鏡”重僅2.2克，大約相當于3粒花生米的重量，小、輕、柔，可以戴在小鼠頭上而不影響其活動。此前科學家只能將小鼠頭部固定來進行研究，這個儀器讓我國科學家在世界上首次在小鼠自由活動狀態(tài)下獲取了清晰、穩(wěn)定的大腦神經元和神經突觸活動情況，研究結果發(fā)表在2017年7月的《自然·方法》期刊，并申請了6項國家發(fā)明專利和1項國際專利。目前，來自德國馬普神經生物學研究所、美國斯坦福大學等科研機構的科學家準備借助這個科研儀器開展研究。“國際上很多科學家已經與程和平溝通，希望可以使用這個儀器。”中國科協(xié)生命科學學會聯(lián)合體副秘書長王小寧說。

陳良怡告訴現(xiàn)場的中小學生們，他們“希望依靠這樣的原創(chuàng)技術，構建一個大規(guī)模、并行化的成像平臺，從生命科學的個體式研究發(fā)展成工廠化、流水線式的科研平臺，從而形成支撐我國面向國際的腦科學研究體系。”陳良怡說，另一方面，這個顯微鏡未來還可以作為臨床醫(yī)療檢查用的內鏡，例如可以幫助醫(yī)生更好地看到腫瘤的邊界，更準確地切除腫瘤等。

2.打開人類健康的希望之門

“細胞焦亡”，中國科學院院士邵峰報告的這個關鍵詞引起了孩子們的竊竊私語：“焦亡？會不會寫錯了，難道不應該是凋亡嗎？”但隨著報告的展開，大家明白“焦亡”與“凋亡”是兩種完全不同的細胞死亡過程，凋亡是正常的，而焦亡的細胞則會炸開，并釋放出促炎因子，讓人們出現(xiàn)發(fā)炎的病癥。那么，誰來決定細胞究竟是會焦亡還是凋亡？這是邵峰的研究內容，他不僅揭示了決定細胞死亡方式的全新機制，還以此為基礎發(fā)現(xiàn)了化療藥物引起副作用的重要原因，這項研究成果發(fā)表在2017年的《自然》雜志上。

正值夏季，被蚊蟲叮咬后瘙癢難耐的苦楚人人都曾體驗，中科院上海神經科學研究所孫衍剛研究員所帶來了“癢的奧秘”。這個報告，一下子引起了孩子們的興趣。“那么，癢覺信息又是如何通過脊髓傳遞到大腦的？”從“癢”入手，孫衍剛介紹了他的團隊發(fā)表在2017年《科學》期刊上的《癢覺信息傳遞的神經環(huán)路機制》這項神經科學領域的重要進展。“脊髓中的一種神經元將癢覺信息傳遞到脊髓投射神經元，再進一步傳遞到大腦中的臂旁核這個部位，這是我們找到的癢覺信息進入大腦的第一站。”孫衍剛說。

“生命科學研究的終極目標是提高人類生活質量，改善健康水平。”昆明理工大學教授陳永昌的報告開宗明義，向大家申明了生命科學研究的意義。他來自季維智院士團隊，該團隊從基因角度對自閉癥進行了研究，并于2017年在國際頂級生物學期刊《細胞》上發(fā)表了研究成果。

確如陳永昌所言，于2018年1月公布的2017年“中國生命科學十大進展”涉及在細胞學、遺傳學、基因學、病理學、植物安全、生殖健康等領域，既研究從遺傳基因角度如何防治水稻病害，也研究如何從細胞層面對抗癌藥物的副作用、肝癌的靶向治療等，主題幾乎都與人們的生活和健康息息相關。

“這些成果不僅代表中國生命科學領域在2017年取得的重大進展，也是世界生命科學領域的重要成果，不僅揭示了生命的新奧秘，同時也為生命科學技術的開發(fā)、醫(yī)學新突破和生物經濟的發(fā)展打開了新的希望之門。”中國科協(xié)生命科學學會聯(lián)合體主席團在發(fā)布這十大進展時如是說。

3.期待更多青少年加入創(chuàng)新隊伍

邁入2018年，我國生命科學成果持續(xù)涌現(xiàn)：克隆猴“中中”和“華華”；基因編輯疾病模型豬；在國際上首次完成將真核釀酒酵母天然的16條染色體人工創(chuàng)造為有功能的單條巨大染色體……

“生命科學是一門發(fā)展迅速、多學科交叉的科學，是當代最受關注的基礎自然科學之一。”中國科學院院士饒子和在報告會上說，“近年來，我國科學家在生命科學領域取得了幾十項具有國際影響力的成就。目前，生命科學是我國在國際上最具有影響的科學領域之一。”

盡管如此，我國生命科學領域也存在著實驗耗材和科研設備嚴重依賴進口的情況。據(jù)王小寧估算，這個比例少說也在70%以上。“近20年來，我國生命科學領域確實取得了非常大的成就，但由于以前的基礎比較薄弱，在實驗耗材和科研設備的自主研發(fā)上仍有所欠缺。”王小寧說，近幾年國家開始重視，著力補上短板，例如程和平院士團隊所研發(fā)的超時空分辨微型化雙光子熒光顯微鏡。

“我們需要更多的創(chuàng)新成果，未來的生命科學產業(yè)發(fā)展需要更多青年創(chuàng)新人才。”在王小寧看來，生命科學被視作新世紀發(fā)展最為活躍、迅速的學科之一，有望在未來科技及產業(yè)革命中，率先取得重要突破。他介紹，在中國科協(xié)指導下，我國生命科學領域成立了生命科學學會聯(lián)合體，這是一個囊括中國動物學會、中國細胞生物學學會、中國遺傳學會等22個生命科學領域全國學會的學術聯(lián)合體。這個新興的聯(lián)合體從2016年開始，開展中國生命科學十大進展的評選活動，每年也會邀請獲選的科學家及團隊面向青少年群體開展科普報告會。

在這次報告會中，一名8歲的小女孩在聆聽了四川農業(yè)大學教授陳學偉的《水稻“抗癌”新因子bsr-d1》報告后問道：“稻瘟病是不是細菌？如果是細菌，可不可以有其他細菌來抵抗它，然后一起消失呢？”陳學偉為這個小朋友的想象力而驚喜：“她提出的，基本就是生物農藥的概念。”

“我們希望讓更多青少年學子接觸生命科學研究的奧妙，加深他們對科技前沿研究的了解，在他們心中種下熱愛科學的種子，吸引更多人才加入科技創(chuàng)新的隊伍。這場報告把最佳提問者獎發(fā)給了兩個小學生，既是意外，也是驚喜！”王小寧說。