瑞典卡罗琳医学院于10月5日宣布,2026年诺贝尔生理学或医学奖颁给卡尔·戴塞洛斯、彼得·黑格曼和格奥尔格·纳格尔,以表彰他们在光门控离子通道及光遗传学领域的重要发现。这一成就使得科学家们能够在活体大脑中精确调控单个神经细胞的活动。诺奖官网的公报指出,三位获奖者的研究奠定了光遗传学的基础,诺贝尔奖委员会主席表示,这项研究为绘制大脑的详尽图谱提供了前所未有的可能性。在获奖消息发布时,委员会秘书透露三位科学家均以电话方式进行了联系。54岁的戴塞洛斯是美国人,担任霍华德·休斯医学研究所和斯坦福大学的职务;71岁的黑格曼来自于德国柏林的洪堡大学;而73岁的纳格尔则在德国维尔茨堡大学工作。会议现场,三位科学家的肖像同时出现在大屏幕上,标志着2026年诺贝尔周的开始。
整个故事的开端源于黑格曼在90年代初的一个疑问,他对单细胞藻类衣藻如何能如此迅速地对光作出反应感到好奇。相比人类眼睛需要约10毫秒才能触发光的反应,衣藻的反应速度竟快了20倍。基于此,黑格曼提出了一个猜想:衣藻中可能存在一种既能捕捉光并同时作为离子通道的蛋白质。起初,他的这一想法并未得到同行们的认可。后来的实验尝试将衣藻的蛋白质从其自然环境中分离出来,但多次努力均因蛋白质的稳定性问题而失败。直到千禧年左右,日本研究团队公布了衣藻的基因序列,黑格曼的团队才在数千个基因中找到两个与已知的光感蛋白基因高度相似的候选者。
随后,黑格曼将目光投向擅长研究蛙卵的纳格尔。纳格尔将衣藻的基因注入蛙卵,成功让蛙卵大量生产这种蛋白,发现当蓝光照射时,通道会迅速打开并产生电信号。纳格尔确认了黑格曼十年前的假设是正确的。在2003年,两位科学家共同发布了他们的发现,提出这种蛋白可作为通过光调控细胞电活动的工具。
2004年夏季,戴塞洛斯在斯坦福大学建立自己的实验室,并带入了后来的知名科学家张锋。张锋的任务是将这一来自绿藻的蛋白成功导入神经细胞中,并避免细胞受损。不过,尽管他们的实验设计十分精巧,论文仍遭到了顶尖期刊《科学》和《自然》的双重拒绝,理由是编辑们难以看到其实际应用的价值。最终,他们的研究成果于2005年8月发表在《自然-神经科学》期刊上,但当时科学界仍不确定这一技术是否能在活体动物上应用,或者是否仅仅是实验室中的成果。
面对质疑,戴塞洛斯更加奋发向前。他的博士后导师强调,戴塞洛斯有一种强烈的决心,要证明所有的怀疑是错误的。接下来的五年里,他几乎在凌晨四、五点便起床,常常熬夜工作,直至凌晨一、两点才睡,这种生活方式由他的妻子、神经科学家米歇尔·蒙热证实。尽管如此,实验过程中难免遭遇失败。2005年底,他们在小鼠身上进行初步实验,目标是与睡眠相关的下丘脑。最初,他们让小鼠入睡后给予蓝光刺激,期望唤醒它们,但结果却不尽如人意。小鼠们只是短暂的抽搐后又重新睡去,变化可谓微乎其微。
转机出现在2007年夏季,当时一位《纽约时报》的记者预约了采访。戴塞洛斯请张锋想个有趣的实验供记者观看,张锋提出可以刺激运动皮层看看小鼠的反应。实验成功了,小鼠在蓝光的刺激下表现出强烈的活动,甚至像一只追着自己尾巴的狗四处转圈。虽然当时《纽约时报》对此研究的描述仍带有“科幻版的玩笑”色彩,但这一时刻标志着他们的发现能够引发显著的行为变化。
经过长达两年的进一步研究与验证,戴塞洛斯及其团队终于证明光遗传学不仅仅是一种实验技巧,而是一项具有革命性潜力的科学技术。