诺贝尔生医奖得主的凌晨：一个不想接电话，一个以为遇到诈骗

2026年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓，授予卡尔·戴瑟罗斯（Karl Deisseroth）、彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel），以表彰他们在光控离子通道及光遗传学相关成果的发现。

一株不起眼的绿藻，怎么会和诺贝尔奖扯上关系？一场发生在凌晨的实验，又为什么成为改变神经科学的重要一步？从论文被拒，到最终站上诺贝尔奖的领奖台，这三位科学家的背后，还有哪些不为人知的故事？

卡尔·戴瑟罗斯（左）、彼得·黑格曼（中）、格奥尔格·纳格尔（右） 图片来源：诺贝尔奖官网

凌晨诺奖电话打来时

电话是在当地时间凌晨 0 点 27 分打来的。

卡尔·戴瑟罗斯（Karl Deisseroth）躺在床上，并不想去接它。就在不久前，他还在修改论文，好不容易告一段落，现在正是培养睡意的时候。深夜打来的电话首先就很可疑，即便不是诈骗，至少也不用立马去接。

图：卡尔

铃声响过几次后，电话重新归于沉寂。随即，铃声又响了起来，这一次是打给卡尔的妻子米歇尔的。米歇尔接起电话，那头礼貌地询问，能否请卡尔接电话。他们很快就意识到发生了什么：卡尔与彼得·黑格曼（Peter Hegemann），以及格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）因“光控离子通道和光遗传学领域的发现”，共享了 2026 年的诺贝尔生理学或医学奖。

图：彼得

图：格奥尔格

弃文从医的卡尔

卡尔出生在一个科学世家，父亲是肿瘤学教授，母亲是化学教授。然而在这样一个理科氛围浓厚的家庭，卡尔却一心想当个文科生。“写作是我的初恋”，卡尔说道。甚至在哈佛大学念书时，他还特地去选修了创意写作课，严肃考虑未来靠笔杆子吃饭的可能性。
但对科学的兴趣最终让他弃文从医。获得生物化学学士学位后，他前往斯坦福医学院读博，目标是成为一名神经外科医生。美国的博士学位一般都设置有 rotation 制度，也就是在不同的课题组轮转，找到自己最感兴趣的领域。卡尔先是一眼爱上了给大脑动手术，随即在精神学科的轮转中刷新了自己的三观。
在《纽约时报》2014 年的一篇采访中，卡尔是这么说的。他看到了双相情感障碍带来的影响——“那种旺盛的情绪、个人魅力、对生命的热爱，但与此同时，它又具有如此强烈的破坏性”；也感受到抑郁症的重量——“它具有压倒性的力量，根本无法靠讲道理来化解”；还看到进食障碍如何真真切切地夺走一个年轻、聪明的人的生命，“仿佛大脑里长了一种概念层面的癌症。”他看到一个又一个患者承受着巨大的痛苦，却看不到治愈的希望。
于是最终留在斯坦福大学任教的他，有了一个听起来很怪异的头衔：生物工程学和精神病学教授。他的课题组主要负责两个方向，一个是他受聘时提出的主要项目，风险相对较低，研究内容涉及干细胞，以及如何促进神经元的生长。第二个项目则是探索如何用光控制脑细胞。后者的灵感来源，来自他读到的一篇关于光遗传学的论文。

什么是光遗传学？

“光遗传学”是一个被生造出来的词，直到 2006 年才首次出现在学术论文里。但它的概念可以追溯到上世纪 70 年代——发现 DNA 双螺旋结构的弗朗西斯·克里克（Francis Crick）指出，大脑里头有很多不同的神经细胞。如果想要精准地控制某一类细胞，就必须开发更精准的工具。“光”这个东西，或许就是潜在的工具之一。
具体调控的方法，则要从神经细胞的工作原理说起。神经细胞的细胞膜上存在很多“离子通道”，它们可以控制诸如钠离子、钾离子的进出。在受到刺激时，大量钠离子会涌入神经细胞，产生局部的电位差，启动神经冲动的传导。具体细节不需要了解太多，只需要知道，这些离子通道就好像神经细胞的开关，就足够了。
但要实现这一点，则耗费了好几代科学家的时光。

几代科学家的努力

这个领域的第一个突破还要回到 2002 年，奥地利科学家格罗·米森伯克（Gero Miesenböck）与同事们将三个与果蝇光传导有关的基因搬到了哺乳动物的神经元里，构建了一个复杂的光调控体系。通过光刺激，以及信号的层层传导，他们可以控制一些动作的发生。这也从概念上证实了通过“光遗传学”来操纵神经细胞的可行性。一些报道将其视为“光遗传学”领域的开端。
然而米森伯克并没有获得本次的诺奖。诺奖的官方通稿指出了一个致命问题——他们的系统太慢了。依靠一层一层的传递，往往要在刺激的几秒后才能看到信号。相对正常神经细胞几毫秒的反应尺度，这个系统几乎没有任何应用价值。米森伯克本人也没有做出更多突破性的发现，遗憾与本次诺奖失之交臂。
所需的突破本身则来自科技树上的另一个分支。1971 年，加州大学旧金山分校的两位科学家在细菌中找到了一种和人类视紫红质很接近的蛋白质，本身就具有离子通道的特性。1977 年，两名日本科学家也找到了另一种源自微生物的离子通道。
本次诺奖得主之一彼得，就在加州大学旧金山分校其中一人的课题组拿到了博士学位。在博士后训练中，他专攻这个方向，并在一种叫做衣藻的微生物里找到了光敏感通道（channelrhodopsin）蛋白，它是控制这种微生物对光做出反应的开关。彼得说这不是什么容易的研究，最早发现这一现象的论文发表于 1866 年，由一位圣彼得堡的俄国科学家用德语发表于一个法国期刊上……直到 2001 年前后，包括彼得在内，才有三支独立的科研团队鉴定出了背后相关的基因。
那为什么偏偏是彼得拿了诺奖呢？一方面，他的团队找到了第一个基因。另一方面，他选对了合作伙伴——这次共享诺奖的格奥尔格，后者是一位精通电生理学的专家。用互联网大厂的话说，他懂执行和闭环。与彼得，以及自己的导师恩斯特·班伯格（Ernst Bamberg）一道，格奥尔格把彼得找到的基因转到了人类的肾细胞里，证实了可以通过光的刺激，在人类细胞中激发电位。更关键的是，这个过程所需要的时间和人类动作电位需要的时间相符。
卡尔很快读到了这篇 2003 年发表的论文。彼时他刚刚从钱永佑教授（Richard Tsien，2008 年诺贝尔化学奖得主钱永健教授之兄）的课题组博士毕业，并在做博士后的训练。他与一名博士生爱德华·博伊登（Edward Boyden）合作，向格奥尔格申请获得论文里提到的工具，后者欣然应允。
卡尔与爱德华没有辜负这番好意，并相继做出了突破。卡尔先是做了一系列优化，让这个来自衣藻的“开关”，成功在人类神经细胞上表达。而有工程学背景的爱德华则开发了一种光纤系统，可以精准地控制光。
卡尔大半夜不睡觉其实是有迹可循的。2004 年 8 月 4 日的凌晨 1 点，爱德华带着培养皿走进了显微镜房，朝表达有光控离子通道的神经元发射了几束蓝光。几毫秒后，这个神经元产生了稳定的动作电位。爱德华一下子意识到了这个结果的重要性。
在肾上腺素的刺激下，爱德华在接下来的几个小时不断做着实验，收集到了发表论文所需的所有关键信息。他给卡尔发去了数据，顺便说了一下自己的苦劳——“很累，但很兴奋”（Tired, but excited）。没想到卡尔居然秒回邮件，表示结果很棒，同时加了五个感叹号。
众人做完了后续的研究，补充完发论文需要的其他细节，自信满满地向《科学》杂志寄出了论文，并很快收到了拒信。编辑说，你这好像没做出什么科学发现啊？于是他们转投《自然-神经科学》杂志，论文成功在 2005 年 8 月发表。

但光遗传学真正用于临床疾病治疗，还有很长的路要走。这也是格奥尔格接到诺奖获奖的电话后，表示意外的重要原因。他在电话里说，过去的诺贝尔生理学或医学奖，有的颁发给了疟疾的治疗，有的颁发给了癌症免疫疗法，这些科学突破都实实在在造福了大量患者。虽然他本人也有幸见过一些患者因为光遗传学而受益，但相比其他获奖者，这项技术还远未到大规模造福人类的地步。
但获奖毕竟还是件值得高兴的事情。格奥尔格已经退休，接到电话时，正和那不勒斯出生的妻子在意大利南部山区度假。他说一切阳光明媚，到处都是橄榄树。相比之下，他之前任职的维尔茨堡大学就没有那么好的气候了。“那不勒斯气温要高 10 度，也没有那么多雾”。老爷子说道。
彼得收到诺奖通知的时候，还以为是什么钓鱼邮件。这也不怪他，哪个好人会用陌生的邮箱给他发信，不说具体是什么，只留下一句“给我打电话，我有个重要消息要告诉你”。幸好彼得凭借经验，意识到 0036 开头的电话来自瑞典，这才没有第一时间错过消息。
在诺奖采访的最后，彼得说还是要对自然保持好奇心。谁能想到不起眼的一种绿藻，就因为会对光做出反应，于是有人对背后的原理产生了好奇，居然能带来光遗传学这么一大个领域。

图：2005 年发表的论文

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作者丨顾拾 科普创作者

审核丨陶宁 副研究员 中国生物物理学会会员