今天想和大家談談謝燦當選研發客年度新聞人物的理由。如果在2015年年初的時候隨意問一個醫藥研究領域的科學家：「您知道謝燦教授是誰嗎？」估計有很多人答不上來，但如果把這個時點換成2015年年末，謝燦的名字幾乎無人不曉。不少人對謝燦就像對演藝明星一樣充滿好奇，而見到謝燦本人之後，大家眾口一詞：他是一個真正的科學家。
說話輕聲細語，一句話不離他研究的地球磁場，即使外部輿論已經炒得沸沸揚揚，他依舊不慍不火，沒有發表過任何針鋒相對的言論，因為他沉浸在科學的世界裡無心顧及。
「當體外磁場的強度和方向發生改變時，磁細菌的運動方向也會發生改變，但細菌始終都沿著磁場的方向運動，但我不知道細菌為什麼要這樣做，磁場的方向與細菌所需要的營養之間並沒有明顯的關係。」
「澳大利亞的一種指南白蟻，它的巢穴永遠是精確的南北方向，而在地底下居住的鼴鼠，它的巢穴也始終朝著南北方向的，沒有人知道這是為什麼？」
「根據統計學上的研究，狗在拉臭臭時，體位也多呈南北方向排列，而通過谷歌地球對全世界牛羊吃草時的體位進行分析，發現大多數的牛羊在吃草時候的體位也是呈南北方向，也沒人知道這是為什麼？」
讀到這裡，估計很多人會發笑，這些事情居然都有人研究，有不少人可能已經想到了今年搞笑諾貝爾獎的獲獎項目：喬治亞理工學院生物物理學教授胡立德教授和他的團隊發現體重超過3kg的哺乳動物尿尿的時間都在21秒左右。
今天，《研發客》的2015年年度新聞人物也是一個對世界充滿好奇心的科學家——北京大學生命科學學院博士生導師謝燦教授。在南方長大的謝燦自小對動物的遷徙產生濃厚的興趣，這個興趣不斷引導他去探索為什麼動物能夠順利完成這個遷徙的過程，是什麼讓它們能對方向產生精準定位。按照謝燦的說法：「如果你真的對某個問題感興趣，那麼，遲早有一天，你會回到這個問題上來。你可以叫它destiny（命運），也可以叫它研究興趣。」生物對地球磁場的感應以及遷徙的分子機理，這一領域充滿著「沒有人知道這是為什麼」，這也是這個領域之所以吸引謝燦的地方。
無論是低等還是高等生物，似乎都能通過某種神秘的機制感知地球磁場的變化，從而影響動物的遷徙、巢穴的位置以及體位的排列，這是謝燦自始自終希望去探索的奧秘。
執迷於有趣的科學
謝燦小時候在南方長大，家裡的堂屋有個燕子窩，每年冬天同一對燕子都會回來，這種精準的遷徙和生物導航定位，一直讓謝燦覺得非常有意思。從大學到博士後的研究領域歷經了植物分子生物學、結構生物學，分子免疫學，但他一直沒有忘記兒時腦海裡的那個疑問：到底候鳥是怎麼完成遷徙的。所以，2009年回國後，他重新又開始研究這個問題。
回國之前發生了一個小插曲，謝燦臨走之前，他的老闆把他叫到實驗室，說了一段深深刺激到謝燦、後來也成為謝燦研究最大動力的話。
「我的老闆當時和我說，你看我有這麼大的實驗室，還有超過20名的專職研究員，而你回國以後的條件和這個是沒法比的。」 謝燦這樣告訴記者。而老闆的勸說最終也沒能留住他。
謝燦的想法一直保持到今天：科學是從有趣的現象開始的，好的科學應該是有趣的科學。他決心回到自己感興趣的領域進行研究，並把有趣的科學做成好的科學，而他相信一個好的基礎研究對於產業來說一定是有推動意義的。
蝴蝶是怎麼完成遷徙的
謝燦經常會回味美國《國家地理》拍攝的一段視頻，視頻講述了一種北美洲特有的蝴蝶，這種蝴蝶最開始棲息在墨西哥灣的山谷中，隨著氣候的變化，這種蝴蝶不斷由南向北遷徙至加拿大南部，在由向南遷徙回到墨西哥灣山谷。
帝王蝶的遷徙
但令人驚奇的是，這種蝴蝶從墨西哥灣出發的和最終回到墨西哥灣的並不是同一隻蝴蝶，期間總共繁衍了3代，也就是4代的蝴蝶共同完成了這個遷徙的過程。春天第一代蝴蝶從墨西哥灣的山谷出發，經歷5個月時間，總共3代的蝴蝶共同完成遷徙至加拿大南部的使命，每一代蝴蝶在產卵生殖以後就會死亡，而第4代蝴蝶的壽命比前3代的蝴蝶大概長10倍，最終他們會從加拿大南部飛回墨西哥灣山谷。
這真是一個非常壯觀宏大的場面，大家可能也會覺得這有點匪夷所思：是什麼在指導它們的行動，並且還能夠把這個「行動指南」進行隔代的傳遞。謝燦認為，這個神秘的影響因素就是地球磁場，他提出了自己完整的一套理論解釋這個現象。
有一種很直觀的現象或許能支持謝燦的理論，即候鳥的遷徙與地球的磁場有關。據許多新聞報導，人類的一些行為比如無線電設備以及手機的使用，已經對一些候鳥的遷徙產生了嚴重的影響，有些人類的幹擾已經導致大量物種死亡。
光磁偶聯機制
謝燦研究組在2015年11月16日將蝴蝶遷徙現象在線發表於Nature Materials。題為A Magnetic Protein Biocompass的文章中有詳細描述，而這篇文章也是他對6年前提出的一個假設的回應。謝燦認為，動物感受地球磁場應該是一個光磁偶聯的機制，動物體內存在一個磁感應受體MagR，這個受體是一個含鐵或者鐵硫簇的蛋白，能夠和感光蛋白Cry形成一個複合物一起發揮作用，在體內形成一個生物指南針，幫助動物感受地球磁場並判斷方向，生物遷徙就是通過這個蛋白實現的。
謝燦在講解磁蛋白作用時，多次提到位於視網膜上的感光蛋白Cry，強調光線對於動物感應磁場方向的重要性。而2008年的時候確有人做過一個實驗，即把果蠅的Cry蛋白去除掉以後，果蠅就會失去感磁的能力。其後很長的一段時間裡，人們認為是Cry蛋白在感磁。然而，謝燦認為，Cry只負責感光，感磁則另有其他的蛋白MagR，是光感應蛋白和磁感應蛋白的偶聯的完整複合物幫助動物實現對地球磁場的感知。
謝燦最早的研究也是從基因組開始，在果蠅的12562個基因中尋找到了最有可能表達磁感應蛋白的那個基因，然後對這個基因所表達的蛋白進行了細緻的探索。
謝燦開始即推測，因為這樣的蛋白能夠感應磁場磁傾角的變化，所以應該是線性棍狀結構。
為了驗證這個猜想是不是正確，謝燦團隊首先將提純到的磁蛋白放到5萬倍的電鏡下去觀察形態，發現確實是呈棍狀雙螺旋結構的，而感光蛋白也是呈雙螺旋結構環繞在它的周圍，形成一個花瓣狀的結構，每一個蛋白有一個鐵硫中心，20個蛋白形成了一個24納米長的棍狀結構。
隨後謝燦團隊又開始觀察這樣的蛋白的排列方式會不會受到磁場的影響，但在電鏡下粗略一看的結果令他非常失望，後來通過統計學的方法才找到了一點規律。由於北京的地球磁場只有很弱的0.4高斯，後來把磁場加強以後這個排列規律更加明顯。也正是利用這種蛋白有磁性的原理，謝燦利用磁場成功純化了的MagR蛋白以及MagR和Cry蛋白的複合物。同時也觀察到了MagR形成的蛋白質晶體在外界變化的磁場中也能呈現磁細菌那樣的運動規律。
而這樣的磁蛋白是怎麼定義地球不同地方坐標，謝燦又提出了自己的光磁偶聯受體分子陀螺儀假說，即每四個鐵硫中心形成一個環狀結構，中間存在環形電流，由電流產生磁場，這四個鐵硫蛋白之間互相形成5個磁場，而Cry蛋白圍繞磁感應蛋白運動，就構成了分子陀螺儀的模型。這個模型能夠定義地球上的任何一個地點，而通過基因對蛋白質的編碼，就能控制物種遷徙的起點和終點，而基因信息是能夠遺傳的，這也就能解釋了為什麼北美的這種蝴蝶能夠實現隔代信息的傳遞，可以精準地回到祖輩曾經停留過的地方，因為信息已經寫在了編碼蛋白的基因中，但是因為這個理論目前還沒有充分的證據，謝燦團隊還在繼續設計實驗來證明這個假說。
但是，生物遷徙的起點和終點是由遺傳信息控制這個理論已經找到了一些證據，有人做過一個實驗，把英國和德國兩種遷徙的候鳥進行雜交，最終它們遷徙的終點也改在了原來兩種不同的鳥遷徙終點連線的中間。
更驚奇的發現是，這個磁感應蛋白在所有的動物中基本都有，控制蛋白表達的基因具有很高的同源性，只是在需要利用磁場進行導航的動物中，這個蛋白和Cry蛋白的聯繫更加緊密，蛋白的表達數量也會有所增加。不過，謝燦在和他夫人的實驗室合作的課題中揭示，磁場感應能力的進化軌跡和達爾文進化論中從低等到高等從簡單到複雜的進化體系可能是不盡相同的，這種進化更多是與特定物種的生存環境有關，例如需要遷徙的物種，這個基因的表達在進化中就不斷增強。
至於這些科學發現的應用，謝燦想了很多，包括通過磁場操縱生物大分子的行為，通過磁場來改變細胞的活性以及動物的行為，也包括生物標記物、設計磁性的納米機器人、新材料等各種方面，而對於疾病治療上的作用，謝燦也說了MagR作為藥物的磁性載體的可能性等等。
謝燦也相信，動物對磁場的感知應該是無處不在的。一天深夜，他發現家裡水族箱裡的魚晚上睡覺體位都是南北方向的，後來他又把水族箱的方向改變了一下，但過了半小時水族箱裡的魚再度呈南北方向排列，所以謝燦當晚即決定把家裡的床的方向也調成了南北方向，他笑著說：「不知道這樣的好處是什麼，但是應該不會有壞處吧。」
更有意思的是，奧地利維也納的分子病理研究所神經生物學家戴維•凱伊斯（David Keays）在和謝燦打賭，他說「If MagR is the real magneto-receptor, I』ll eat my hat」（如果MagR真的是磁感應受體，那我就把我的帽子吃了）。從這個角度看也果然是一個有趣的科學。
文字編輯：姚嘉
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