1998年，他成為改革開(kāi)放后哈佛大學(xué)聘任的第一位來(lái)自中國(guó)大陸的終身教授;2009年，還是他，作為來(lái)自中國(guó)大陸的學(xué)者，成為改革開(kāi)放后第一位哈佛冠名講席教授;他是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國(guó)物理化學(xué)和生物物理界最高獎(jiǎng)獲得者、是獲得美國(guó)生命醫(yī)學(xué)大獎(jiǎng)——阿爾伯尼生物醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的第一位華人，他就是北大生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心主任、北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心主任——謝曉亮。

　　2018年7月1日起，謝曉亮正式全職回到母校北大任教，擔(dān)任北京大學(xué)李兆基講席教授。今天新聞中心特推出謝曉亮教授為北大120周年校慶撰寫(xiě)的紀(jì)念文章：《夢(mèng)想的啟航與歸程——我和北大的故事》。讓我們通過(guò)這篇文章，走近這位北大人。

夢(mèng)想的啟航與歸程——我和北大的故事

謝曉亮

　　光陰似箭，歲月如梭，歷經(jīng)百廿滄桑，母校北京大學(xué)即將迎來(lái)120周年華誕。

　　我生于北大，長(zhǎng)于北大，熟悉這里的一草一木，一山一水。從北大幼兒園、北大附小、北大附中到北京大學(xué)，我在北大度過(guò)了大部分的學(xué)生時(shí)光，與北大一起經(jīng)歷了中國(guó)的歷史變遷，建立了無(wú)法割舍的聯(lián)系。每次回到燕園，我總會(huì)感覺(jué)到一種溫暖的氣息，使我變得沉著和平靜。對(duì)我而言，北大不僅僅是一個(gè)學(xué)校，更是一個(gè)家園;她不僅是學(xué)術(shù)的殿堂，更是我心靈的歸屬地。如今在美國(guó)留學(xué)工作三十余載后，我選擇回到北大，與燕園再續(xù)前緣——這里既是我的人生啟蒙之地，也是我的科研回歸之地。

　　百?gòu)U待興，科學(xué)理想

1975年與父母和弟弟在新建北大圖書(shū)館前

　　1962年，我出生在風(fēng)景秀麗的北大朗潤(rùn)園，父親謝有暢和母親楊駿英都是北京大學(xué)化學(xué)系教師。我幼年時(shí)期家里書(shū)香滿(mǎn)屋，生活寧?kù)o幸福。燕園堪稱(chēng)世界上最美的校園，原是美英教會(huì)學(xué)校燕京大學(xué)的校址，也曾是明清皇家園林的一部分。

北京大學(xué)朗潤(rùn)園

　　燕園是我兒時(shí)的樂(lè)園。春天，繁花似錦，春意滿(mǎn)園。夏季，園子里郁郁蔥蔥，生機(jī)盎然，我總喜歡到未名湖畔捕捉蜻蜓，然后再將它們放歸自然，觀察湛藍(lán)的天空中它們舞動(dòng)的翅膀。

童年時(shí)在未名湖邊留影

　　秋天是燕園最美的季節(jié)，銀杏樹(shù)葉慢慢被染黃，在紅墻綠瓦前隨風(fēng)飛舞，絢美如畫(huà)。冬天，未名湖則成為冰上樂(lè)園，孩子們可以盡情享受冰上飛馳的快樂(lè)。

北大未名湖冰場(chǎng)

　　然而，這樣歡快的生活卻在1966年戛然而止。那一年，“文化大革命”開(kāi)始，學(xué)校教學(xué)活動(dòng)全部停頓。作為大學(xué)老師的我父母被接二連三地卷入政治運(yùn)動(dòng)。我不能忘記，寧?kù)o的深夜里，朗潤(rùn)園鄰居家的教授們被紅衛(wèi)兵抄家、辱罵、帶走，年幼的我被恐懼逼到墻角。彼時(shí)的我尚在懵懂，只是隱隱約約感到一切都變了。后來(lái)我父親被下放到江西五七干校參加“勞動(dòng)鍛煉”，完全脫離教學(xué)和科研。而母親、弟弟和我則留在北京，不得不和父親分離。

　　雖然“文化大革命”在如火如荼地進(jìn)行，孩子們的世界卻是單純的。記得1969年，我剛上小學(xué)那年，父親回到北京，在江西學(xué)得一手泥瓦木匠手藝的他，親手為我做了一個(gè)陀螺。這個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)且做工精致的陀螺引發(fā)了我的好奇心。

　　我用父親的工具箱完成的第一個(gè)木工作品是杠秤——它是我人生中設(shè)計(jì)的第一個(gè)精準(zhǔn)測(cè)量工具!此后便一發(fā)而不可收，我相繼動(dòng)手做出了飛機(jī)和輪船模型，甚至還做出一個(gè)音箱。就這樣，我的動(dòng)手能力不斷提高。隨著制作的項(xiàng)目越來(lái)越復(fù)雜，我對(duì)于科學(xué)技術(shù)的好奇心也越來(lái)越強(qiáng)烈。

　　上中學(xué)時(shí)，我又開(kāi)始動(dòng)手制作各種電子儀器，先后做出了超外差收音機(jī)、遙控模型輪船，并完成了一套音響。我對(duì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的興趣正是從這一個(gè)個(gè)電子儀器開(kāi)始的。從那時(shí)起，我逐漸樹(shù)立了自己的人生理想——做一名科學(xué)家。

　　在我的高中時(shí)期，國(guó)家恢復(fù)了高考，回歸正常的北大附中充滿(mǎn)了濃厚而愉悅的學(xué)習(xí)氛圍，除了學(xué)習(xí)課本上的知識(shí)和準(zhǔn)備高考，我們還擁有豐富多彩的課外活動(dòng)。我擔(dān)任班長(zhǎng)，是班上排球隊(duì)的主攻手。我的同學(xué)許多是北大子弟，大家多才多藝，愛(ài)好廣泛。記得當(dāng)時(shí)我的同窗好友余廉，以其精湛的文筆，編寫(xiě)了一個(gè)展望未來(lái)的廣播劇，頗受同學(xué)們的歡迎。那時(shí)的我也開(kāi)始對(duì)西方古典音樂(lè)產(chǎn)生興趣，不僅沉醉于藝術(shù)帶給我的聽(tīng)覺(jué)享受，更癡迷于制造出更棒的音響。

　　高中時(shí)我曾寫(xiě)過(guò)一篇題為《圓明園》的作文。我以當(dāng)時(shí)圓明園中的景色比喻在經(jīng)歷文化大革命浩劫之后祖國(guó)百?gòu)U待興的狀況，憧憬改革開(kāi)放為我們的國(guó)家、為我們年輕一代帶來(lái)的美好未來(lái)?；谄滟N切的寓意和愛(ài)國(guó)情懷，這篇作文被語(yǔ)文老師選為范文在班上傳閱。

1978年與北大附中同學(xué)們?cè)趫A明園

　　從學(xué)生時(shí)代開(kāi)始，不管是寫(xiě)作，還是動(dòng)手制作儀器，我都喜歡自己找課題和選項(xiàng)目。課題和項(xiàng)目的意義越大，難度越大，完成后就越能給我?guī)?lái)喜悅感。還記得那時(shí)，北大計(jì)算機(jī)所王選教授正在領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算機(jī)漢字激光照排項(xiàng)目的研創(chuàng)，彼時(shí)就讀北大附小的我與其他小朋友還曾一起幫助該項(xiàng)目一個(gè)一個(gè)字地人工輸入數(shù)字化的字型。多年后當(dāng)人們體驗(yàn)到世界首創(chuàng)激光漢字照排技術(shù)取代鉛字排版的偉大時(shí)，曾作為其中一名小小參與者而產(chǎn)生的自豪感使我更加肯定：要做就要做這樣的大事!做有意義的課題成為貫穿我之后科研生涯的習(xí)慣。

　　在我的中學(xué)時(shí)代，我的父母終于重新回到他們心愛(ài)的教學(xué)科研崗位。記憶中父親潛心完成了他的《結(jié)構(gòu)化學(xué)》教科書(shū)，并時(shí)常沉醉于科研突破的喜悅中，而母親則一心撲在教學(xué)上，深受學(xué)生們的愛(ài)戴。我耳濡目染，也對(duì)教學(xué)和科研產(chǎn)生了濃厚的興趣。高中畢業(yè)時(shí)，我考上了北京大學(xué)，被第一志愿的化學(xué)系錄取。

　　治學(xué)之地，創(chuàng)新萌芽

　　1980年，我?guī)е鴥簳r(shí)的夢(mèng)想、美好的憧憬和對(duì)知識(shí)的渴望，開(kāi)啟了北大本科的學(xué)習(xí)和生活。

　　北京大學(xué)從五四運(yùn)動(dòng)起一直秉承民主、科學(xué)的理念，弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)精神。八十年代初的北大學(xué)子憂(yōu)國(guó)憂(yōu)民，追求民主與進(jìn)步，各種思想流派在校園里百花齊放，“三角地”成為那個(gè)年代北大學(xué)子心目中永恒的記憶。

　　北大更是治學(xué)之地，學(xué)術(shù)具有至高無(wú)上的地位。北大學(xué)子大都懷揣“科學(xué)救國(guó)”的理想。我中學(xué)時(shí)代就立志成為一名科學(xué)家，進(jìn)入北大這樣一片學(xué)術(shù)自由的沃土后，便開(kāi)始如饑似渴地吸收專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

在北大求學(xué)時(shí)的謝曉亮

　　北大使我可以在知識(shí)的海洋里盡情遨游。我主動(dòng)旁聽(tīng)了許多其他院系開(kāi)設(shè)的我感興趣的課程，如物理系的四大力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)以及無(wú)線(xiàn)電系的電子學(xué)課，數(shù)學(xué)系的概率統(tǒng)計(jì)課等等。這些知識(shí)的積累使我受益匪淺。

　　我的高中同窗好友余廉和我一同考入北大化學(xué)系。我們經(jīng)常在課余時(shí)間進(jìn)行學(xué)術(shù)討論，探索科學(xué)問(wèn)題，彼此相互鼓勵(lì)。他現(xiàn)在是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校藥學(xué)院的教授。

1984年本科畢業(yè)照與余廉(右)在一起

　　大學(xué)的第一個(gè)暑假，自學(xué)計(jì)算機(jī)編程的我在北閣上機(jī)。經(jīng)過(guò)苦思冥想，我發(fā)現(xiàn)了離子晶體的能量是一個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)，需要大的計(jì)算量，于是試著寫(xiě)Fortran程序來(lái)計(jì)算晶體結(jié)構(gòu)的能量。這個(gè)課題在現(xiàn)在看來(lái)也許微不足道，但對(duì)于當(dāng)時(shí)學(xué)化學(xué)的我來(lái)說(shuō)，第一次能用計(jì)算機(jī)解決這樣一個(gè)“跨學(xué)科”問(wèn)題，我喜不自勝，無(wú)比滿(mǎn)足。

北京大學(xué)南北閣

　　潛心專(zhuān)業(yè)之余，打排球是我喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng)之一。作為一個(gè)排球迷，我喜歡的中國(guó)男排在我大二那年逆轉(zhuǎn)制勝，進(jìn)軍世界杯預(yù)選賽。深受鼓舞的北大學(xué)子喊出了“團(tuán)結(jié)起來(lái)，振興中華”的口號(hào)。之后幾年中國(guó)女排蟬聯(lián)世界杯、世界錦標(biāo)賽和奧運(yùn)會(huì)“五連冠”，更加激勵(lì)了北大學(xué)子奮發(fā)圖強(qiáng)的愛(ài)國(guó)之情。這些在北大就讀時(shí)的珍貴記憶一直都被我銘記在內(nèi)心深處。

位于北大校內(nèi)的振興中華石碑

　　大四的時(shí)候，我有幸跟隨化學(xué)系蔡生民教授在化學(xué)南樓做畢業(yè)論文。蔡生民教授是一個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)精湛的電化學(xué)家，他興趣廣泛，思維活躍，精力充沛，講一口流利的英文，幽默感極強(qiáng)。他的為人和對(duì)我的學(xué)術(shù)指導(dǎo)對(duì)我以后的工作有很深的影響。蔡老師善于用生動(dòng)而形象的語(yǔ)言解釋復(fù)雜而抽象的概念，我當(dāng)時(shí)的論文題目是用計(jì)算機(jī)來(lái)控制光電化學(xué)反應(yīng)，其中用到鎖相放大器，他對(duì)鎖相放大器原理的解釋?zhuān)胰杂洃洩q新。在做畢業(yè)論文的過(guò)程中我開(kāi)始意識(shí)到，在儀器設(shè)備上的創(chuàng)新往往可以帶來(lái)科學(xué)研究的突破，而我獨(dú)立工作以后的科研經(jīng)歷也證明了這一點(diǎn)。

赴美留學(xué)時(shí)的謝曉亮與北大導(dǎo)師蔡生民(左)團(tuán)聚

　　大學(xué)本科是積累專(zhuān)業(yè)知識(shí)的階段，而科研不是積累知識(shí)而是創(chuàng)造新知識(shí)，難就難在創(chuàng)新?？蒲泄ぷ髡咦畲蟮奶魬?zhàn)就是如何發(fā)展和保持創(chuàng)新能力。我在北大的童年、少年和青年時(shí)期的經(jīng)歷，為我以后的科研生涯孕育了創(chuàng)新的萌芽，使得科研成為我畢生追求的目標(biāo)。

　　本科畢業(yè)后我在北大做了一年碩士研究生。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的科研水平與世界先進(jìn)水平畢竟有很大差距，我打算出國(guó)深造。

　　我們比父輩們幸運(yùn)得多，改革開(kāi)放使我和許多同學(xué)得以出國(guó)留學(xué)。畢業(yè)那年，北大學(xué)子在國(guó)慶35周年天安門(mén)游行時(shí)打出了“小平您好”的橫幅，那是我們發(fā)自?xún)?nèi)心的呼喊。

　　學(xué)術(shù)追求，濟(jì)世理想

　　1985 年，23歲的我第一次離開(kāi)北大，飛抵美國(guó)，開(kāi)始了我人生的另一段旅程。我來(lái)到了加州大學(xué)圣地亞哥分校攻讀博士學(xué)位，師從約翰·西蒙(John Simon)教授，學(xué)習(xí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)，用超短的皮秒(10-12 秒)激光脈沖研究超快化學(xué)反應(yīng)。在西蒙的大力支持下，我成功地實(shí)現(xiàn)了用快速圓二色性光譜檢測(cè)生物大分子結(jié)構(gòu)變化的設(shè)想[1]，并以之作為我的博士論文。發(fā)明這項(xiàng)技術(shù)時(shí)我就用到了蔡生民教授之前講解的鎖相放大器。

1990年與父親在加州大學(xué)圣地亞哥分校博士畢業(yè)典禮

　　隨后我在芝加哥大學(xué)著名物理化學(xué)教授格雷厄姆·弗萊明(Graham Fleming)的實(shí)驗(yàn)室做了短暫的博士后。在那里，我初步明確了自己獨(dú)立工作后的一個(gè)全新的研究方向——室溫下單分子的熒光檢測(cè)和成像。

　　1992年，我作為第一位來(lái)自中國(guó)大陸的科學(xué)家加入美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)，并組建了自己的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)小組，很快就實(shí)現(xiàn)了室溫下單分子的熒光成像。PNNL所在的華盛頓州在冷戰(zhàn)期間受到原子彈核廢料和化學(xué)試劑的嚴(yán)重污染，美國(guó)能源部擬在PNNL興建一個(gè)耗資2.5億美元的“環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，希望從基礎(chǔ)研究入手解決環(huán)境問(wèn)題。

在太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室留影

　　1998年，借助PNNL的良好條件和我實(shí)驗(yàn)室在熒光顯微技術(shù)上的積累，我的博士后路洪(北大化學(xué)系本科畢業(yè))與我在《科學(xué)》雜志上首次報(bào)道了用熒光顯微鏡實(shí)時(shí)觀測(cè)到單個(gè)酶分子(生物催化劑)不斷循環(huán)生化反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程[2]。這是一個(gè)具有突破性的工作——單分子的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生是隨機(jī)的，即化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所需的等待時(shí)間是隨機(jī)分布的，而不像傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中大量分子的反應(yīng)那樣可被推測(cè)。而細(xì)胞中許多生物大分子，比如DNA，都以單分子的形式存在，因此實(shí)時(shí)觀察到單分子化學(xué)反應(yīng)為生物學(xué)研究提供了全新的重要方法。

1998年在PNNL獲得的膽固醇氧化酶(左上)的單分子們的熒光成像(右上)和其中某個(gè)酶分子的隨機(jī)酶循環(huán)反應(yīng)的實(shí)時(shí)觀測(cè)

　　同時(shí)我實(shí)驗(yàn)室還發(fā)明了一個(gè)無(wú)需熒光標(biāo)記的拉曼光譜生物成像技術(shù)[3]。1928年印度科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的分子非彈性光散射現(xiàn)象，因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。拉曼光譜可以測(cè)量分子的振動(dòng)頻率，然而拉曼散射信號(hào)極弱，需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。后來(lái)激光和非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展使得拉曼信號(hào)大幅增強(qiáng)，但技術(shù)上的困難限制了拉曼光譜在生物影像上的應(yīng)用。我們的新方法使快速非線(xiàn)性拉曼生物成像成為現(xiàn)實(shí)。

　　細(xì)胞的拉曼光譜顯示其中不同分子(水，脂肪，蛋白質(zhì)，DNA)各自特征的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率。但傳統(tǒng)拉曼光譜弱信號(hào)，需要長(zhǎng)時(shí)間收集(>0.1秒每個(gè)點(diǎn)，600x600 點(diǎn)成像需要 >10小時(shí))。謝曉亮的發(fā)明最終實(shí)現(xiàn)了拉曼視頻成像。

　　這兩項(xiàng)工作成為我實(shí)驗(yàn)室迄今為止被引用次數(shù)最多的論文。一步步拾級(jí)而上，1998年，我被哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物系聘為終身教授。

　　哈佛大學(xué)的韋德納圖書(shū)館旁邊有一個(gè)來(lái)自中國(guó)的精美石雕赑屃，一個(gè)背著石碑的石獸。它是1936年哈佛三百年校慶時(shí)，由時(shí)任北大文學(xué)院院長(zhǎng)的胡適與其他哈佛的中國(guó)校友捐贈(zèng)而來(lái)[4]。碑文寫(xiě)到：“我國(guó)為東方文化古國(guó)，近30年來(lái)，就學(xué)于哈佛，學(xué)成歸國(guó)服務(wù)國(guó)家社會(huì)者，先后達(dá)幾千人，可云極盛。”

哈佛校園里來(lái)自北大的石碑[4]

　　有趣的是當(dāng)初招聘我到哈佛的化學(xué)與化學(xué)生物系主任吉姆·安德森(Jim Anderson)的父親保羅·A·安德森(Paul A. Anderson)曾于1925年被司徒雷登任命為燕京大學(xué)第一屆物理系主任，在燕園生活和工作了數(shù)年[5]。

　　哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物系人才濟(jì)濟(jì)，許多教授都是各自領(lǐng)域的頂級(jí)專(zhuān)家，更有四位諾貝爾獎(jiǎng)得主在此工作。著名華人科學(xué)家莊小威后來(lái)也加入哈佛化學(xué)與化學(xué)生物系，我們成了好朋友。2013年，吉姆、莊小威和我一起參加了北京大學(xué)物理學(xué)院百年慶?；顒?dòng)。

2013年與吉姆·安德森和莊小威參加北大物理學(xué)院百年慶祝活動(dòng)

　　初到哈佛，我預(yù)感到單分子技術(shù)將會(huì)在生物學(xué)中有重要應(yīng)用。雖然我在北大打下了很好的數(shù)理化基礎(chǔ)，那時(shí)卻還沒(méi)學(xué)過(guò)分子生物學(xué)，所以我決定從頭學(xué)習(xí)這門(mén)學(xué)科。于是，我與我實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生一起旁聽(tīng)生物系的分子生物學(xué)課程。瑞馳·羅思科(Rich Losick)教授用虛擬的動(dòng)畫(huà)片來(lái)講解RNA聚合酶以及核糖體等生物大分子的工作機(jī)理。在聆聽(tīng)教授生動(dòng)的講解時(shí)，我的腦海里已經(jīng)在思考，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接觀察到這些生物大分子進(jìn)行基因表達(dá)的過(guò)程?這就需要在一個(gè)活細(xì)胞里面觀察單個(gè)DNA分子的行為——一個(gè)細(xì)胞里基因的拷貝數(shù)是一或二。

DNA以單分子的形式存在于細(xì)胞中，基因表達(dá)按照分子生物學(xué)中心法則進(jìn)行

　　2006年，通過(guò)三年的努力，我的兩篇分子生物學(xué)方向的“處女作”在《科學(xué)》和《自然》雜志上同時(shí)發(fā)表。文章首次報(bào)道了活體細(xì)菌細(xì)胞中蛋白質(zhì)分子一個(gè)一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)觀察，數(shù)據(jù)與我們的理論相吻合，定量描述了分子生物學(xué)的中心法則[6,7]。文章產(chǎn)生了很大的學(xué)術(shù)影響，羅思科教授甚至開(kāi)始在課堂上用我們實(shí)驗(yàn)的錄像來(lái)講解基因表達(dá)。這一工作使我進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到學(xué)科交叉的重要性：新的物理和化學(xué)方法往往可以給生物學(xué)帶來(lái)新的視角和新的發(fā)現(xiàn)，而對(duì)生命過(guò)程本質(zhì)的了解非常需要定量實(shí)驗(yàn)和理論分析。

在不斷分裂的大腸桿菌細(xì)胞中實(shí)時(shí)觀測(cè)基因表達(dá)--每個(gè)黃色亮點(diǎn)標(biāo)志著單個(gè)熒光蛋白分子的生成[6]

　　兩篇文章發(fā)表后一周，蓋茨基金會(huì)打電話(huà)邀請(qǐng)我申請(qǐng)資金，希望用我們的新技術(shù)來(lái)研究一小部分肺結(jié)核的細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生抗藥性的原因–—那時(shí)肺結(jié)核每年可奪去數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的非洲兒童的生命。來(lái)年比爾·蓋茨(Bill Gates) 作為“最成功的輟學(xué)者” 被授予哈佛的榮譽(yù)博士學(xué)位， 他在畢業(yè)典禮上的致辭非常感人。后來(lái)他來(lái)我實(shí)驗(yàn)室交流，我感到他對(duì)相關(guān)分子生物學(xué)的理解頗深–—想必與我一樣也自學(xué)補(bǔ)過(guò)課，而令我沒(méi)想到的是他竟然也熟悉我們實(shí)驗(yàn)時(shí)用的超快激光。雖然我們至今還沒(méi)有解決那個(gè)抗藥性的科學(xué)問(wèn)題，但這個(gè)蓋茨基金會(huì)的項(xiàng)目卻為我?guī)?lái)了新的思考：能不能用我們基礎(chǔ)研究的成果來(lái)造福社會(huì)?

2010年，比爾·蓋茨(右)到訪謝曉亮哈佛實(shí)驗(yàn)室，

圖為兩人在討論科學(xué)問(wèn)題

　　科學(xué)研究需要好奇心和靈感，更需要不斷的積累。而科研項(xiàng)目的選擇至關(guān)重要 —— 科研難就難在選擇做什么和選擇不做什么。能在別人之前做出好的選擇不容易，特別是需要足夠的資金和優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)來(lái)完成時(shí)，往往很困難而且有風(fēng)險(xiǎn)。我認(rèn)為不管是基礎(chǔ)研究，還是技術(shù)開(kāi)發(fā)，一個(gè)科研領(lǐng)導(dǎo)者的最大挑戰(zhàn)就是選擇和組織完成真正意義重大的科研項(xiàng)目。然而很多人往往不是在最初選題時(shí)下功夫，卻大力吹噓一些實(shí)際意義并不大的研究結(jié)果。

　　我們的第一個(gè)科研成果轉(zhuǎn)化是把我們發(fā)明的無(wú)熒光標(biāo)記非線(xiàn)性拉曼成像技術(shù)[3，8]應(yīng)用在腦外科腫瘤切除手術(shù)中區(qū)分腫瘤邊緣[9]。核磁成像可以看到大腦何處有腫瘤，但空間分辨率不足以看到細(xì)胞。腦外科醫(yī)生手術(shù)中需要利用更高分辨率的光學(xué)顯微鏡，傳統(tǒng)的技術(shù)是冷凍、切片，用兩種染料H&E染色后光學(xué)成像， 過(guò)程繁瑣。而我們的快速拉曼光學(xué)成像技術(shù)看細(xì)胞無(wú)需標(biāo)記，可以大幅度加快手術(shù)中腫瘤邊緣的鑒別，現(xiàn)在已經(jīng)被產(chǎn)品化并試用于腦外科醫(yī)生們的手術(shù)中。

　　核磁成像(左)能看到大腦中的腫瘤，但空間分辨率不足以區(qū)分腫瘤邊界。傳統(tǒng)光學(xué)成像需要復(fù)雜的染色，否則不能看到單個(gè)細(xì)胞(右)：而利用無(wú)標(biāo)記拉曼成像(中)腦外科醫(yī)生可以區(qū)分腫瘤(藍(lán)，蛋白質(zhì)分子為主)和正常腦組織(綠，脂肪分子為主)

　　與此同時(shí)，正在發(fā)生的新一代測(cè)序儀的革命使得DNA測(cè)序的費(fèi)用大幅下降，預(yù)示著個(gè)體化醫(yī)療的來(lái)臨。我意識(shí)到做這樣的工作才真正有意義，又恰好能用到我們的長(zhǎng)處。于是我的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始轉(zhuǎn)型，從事單細(xì)胞基因組的研究，并于2011年研制出一種新型DNA測(cè)序儀[10]。

　　談到轉(zhuǎn)型，任何一個(gè)新的研究領(lǐng)域興旺之后會(huì)飽和甚至過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)型往往是一個(gè)科研領(lǐng)導(dǎo)者科研生涯中必需的。實(shí)驗(yàn)物理化學(xué)家所需要的儀器上的投資很大，我曾擔(dān)心轉(zhuǎn)型難。我很幸運(yùn)能兩次得到美國(guó)NIH先鋒獎(jiǎng)的資助，該獎(jiǎng)大力支持高風(fēng)險(xiǎn)高回報(bào)的課題，使我渡過(guò)轉(zhuǎn)型期相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的逆境。

　　2012年，我們發(fā)明了一種叫MALBAC的單細(xì)胞DNA擴(kuò)增技術(shù)，能為單個(gè)人體細(xì)胞進(jìn)行DNA測(cè)序[11]。

　　在一個(gè)人體細(xì)胞的細(xì)胞核里有 46條染色體，46條DNA分子，其中23條來(lái)自于父親，23條來(lái)自于母親。DNA有四種堿基 A、T、C、G， A與T配對(duì)，C與G配對(duì)。一個(gè)人體細(xì)胞共有60億個(gè)堿基對(duì)。這些堿基ATCG排列的序列決定了遺傳信息，也就是基因組，人與人相比絕大部分堿基序列都是相同的，只有千分之一的堿基對(duì)是不同的。堿基序列的突變會(huì)導(dǎo)致遺傳疾病或癌癥。 2001年人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成是人類(lèi)歷史上的一個(gè)里程碑。當(dāng)時(shí)測(cè)的基因組是幾個(gè)人的綜合，而不是一個(gè)人的。

單細(xì)胞DNA擴(kuò)增后測(cè)序，可以得到人的46條染色體的DNA序列

　　不但每個(gè)人的基因組不一樣，每個(gè)細(xì)胞的基因組也都不一樣，因?yàn)榛蚪M會(huì)隨時(shí)間發(fā)生突變。但以前的技術(shù)不夠靈敏和精準(zhǔn)，無(wú)法讓我們看到單細(xì)胞間的區(qū)別。MALBAC技術(shù)可以均勻地放大單個(gè)人體細(xì)胞的全基因組—— 60億個(gè)堿基對(duì)中即使有一個(gè)突變都能被檢測(cè)到。因?yàn)楹芏嗲闆r下，比如受精卵和血液中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，只有很少幾個(gè)細(xì)胞存在，因此MALBAC技術(shù)在基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學(xué)中均有重要的應(yīng)用。

五十歲生日時(shí)與當(dāng)時(shí)和以前的謝組組員及部分BIOPIC同事在哈佛團(tuán)聚

　　我在哈佛最大的享受是與學(xué)生和博士后們夜以繼日，同甘共苦的創(chuàng)新過(guò)程。他們中不少人比我幸運(yùn)——在研究生和博士后期間就能做出許多重要的科研工作。我很欣慰他們現(xiàn)在已在世界上四十多所大學(xué)任教，很多人已經(jīng)成為各自領(lǐng)域的專(zhuān)家或領(lǐng)軍人物，比如堪薩斯大學(xué)的Bob Dunn、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Lukas Novotny、康斯坦茨大學(xué)的Andreas Zumbusch、鮑林格林州立大學(xué)的路洪、加州大學(xué)爾灣分校的Eric Potma、臥龍崗大學(xué)的 Antoine van Oijen、普林斯頓大學(xué)的楊皓、波士頓大學(xué)的程繼新、康奈爾大學(xué)的陳鵬、加州理工學(xué)院的蔡龍、魏茲曼科學(xué)研究所的Nir Friedman、約翰霍普金斯大學(xué)的肖杰、康涅狄格大學(xué)的俞季、烏普薩拉大學(xué)的Johan Elf、中國(guó)科技大學(xué)的張國(guó)慶、哥倫比亞大學(xué)的閔瑋和 Peter Sims、哈佛醫(yī)學(xué)院的Conor Evans、斯坦福大學(xué)的Will Greenleaf、貝勒醫(yī)學(xué)院的鐘誠(chéng)航、麻省理工學(xué)院的 Paul Blainey 和李勁葦、奧勒岡健康科學(xué)大學(xué)的南小林、華盛頓大學(xué)的傅丹、復(fù)旦大學(xué)的季敏標(biāo)、清華大學(xué)的孔令杰、紐約州立大學(xué)的魯法珂等等。

　　同時(shí)也涌現(xiàn)出把我們實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)發(fā)明轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)的人才，比如MALBAC的發(fā)明人之一——陸思嘉獲得博士學(xué)位后回國(guó)創(chuàng)業(yè)，將MALBAC技術(shù)用于在試管嬰兒中避免遺傳疾病;非線(xiàn)性拉曼成像發(fā)明人之一 ——Chris Freudiger 畢業(yè)后將該技術(shù)產(chǎn)品化并促成了在腦外科手術(shù)中的應(yīng)用。

　　2009年，哈佛任命我為Mallinckrodt化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)講席教授。然而，回歸的種子早已在我心中萌芽。

　　懷北大情，圓中國(guó)夢(mèng)

　　今年是中國(guó)改革開(kāi)放四十周年。赴美后每次回國(guó)，我都為祖國(guó)翻天覆地的變化而震驚和感慨。感恩改革開(kāi)放和我們所處的時(shí)代，讓幸運(yùn)的我們得以邂逅中國(guó)近現(xiàn)代以來(lái)最快的發(fā)展時(shí)期。2008年回國(guó)看奧運(yùn)會(huì)，我為祖國(guó)健兒獲得最多金牌而振奮，但同時(shí)也感到奪取科學(xué)技術(shù)的金牌還任重道遠(yuǎn)。

　　2001年，我被北大化學(xué)學(xué)院聘為客座教授;2009年，時(shí)任北大生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)的饒毅教授也勸說(shuō)我回北大工作。同年，北京大學(xué)聘我為“長(zhǎng)江學(xué)者”講座教授。后來(lái)，我與海歸的蘇曉東和黃巖誼教授共同向母校提出了建設(shè)成立北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心(Biodynamic Optical Imaging Center, BIOPIC)的提案。這個(gè)提案得到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。2010年12月BIOPIC正式成立?！癇IOPIC”名字源于我之前在光學(xué)領(lǐng)域的單分子成像工作，旨在建立一個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)型的生物醫(yī)學(xué)研究中心——生命科學(xué)的發(fā)展特別需要研究手段的突破和多學(xué)科的交叉集成。我們最近將更名為“生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心”(Biomedical Pioneering Innovation Center)，仍稱(chēng)BIOPIC。

2010 年 BIOPIC 成立儀式

　　BIOPIC吸引了一批優(yōu)秀的海外人才，湯富酬教授就是中心從劍橋大學(xué)聘請(qǐng)回來(lái)的第一個(gè)年輕海歸學(xué)者，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外引人注目的科研新秀。張澤民教授則是從美國(guó)加盟的癌癥專(zhuān)家，他是國(guó)家千人計(jì)劃學(xué)者。八年過(guò)去了，中心的學(xué)者們已經(jīng)發(fā)表了很多高質(zhì)量的科學(xué)論文，從事生命科學(xué)領(lǐng)域世界前沿的研究，實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際意義的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。過(guò)去幾年我一直往返于北大和哈佛之間，我在哈佛的團(tuán)隊(duì)和北大的團(tuán)隊(duì)緊密地合作。幾年來(lái)，BIOPIC逐漸在單細(xì)胞基因組學(xué)領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

BIOPIC的測(cè)序平臺(tái)

　　我的北大團(tuán)隊(duì)和北醫(yī)三院?jiǎn)探軋F(tuán)隊(duì)、北大湯富酬團(tuán)隊(duì)合作，利用MALBAC技術(shù)，幫助那些攜帶單基因遺傳疾病基因的父母通過(guò)試管嬰兒的手段成功地?fù)碛辛私】档暮蟠? [12]。沒(méi)想到這項(xiàng)工作竟然讓我在北大圓了單分子科學(xué)造福社會(huì)的夢(mèng)。

　　目前已知有六千多種單基因遺傳疾病。在患者的一個(gè)體細(xì)胞里，同一個(gè)基因有兩個(gè)拷貝，分別來(lái)自其父方和母方，而致病基因一般只是兩者之一。作為一個(gè)單分子的隨機(jī)事件，患者的致病基因有50%的幾率傳給下一代，這本來(lái)是“命”!而我們的工作以精準(zhǔn)戰(zhàn)勝隨機(jī)，利用MALBAC篩選和移植無(wú)致病基因的受精卵，避免了聽(tīng)天由“命”。

與喬杰(左二)和湯富酬(右一)看望第一位MALBAC嬰兒

　　我至今仍然記得自己在2014年9月19日那天抱著第一例“MALBAC嬰兒”時(shí)內(nèi)心的那份激動(dòng)。這項(xiàng)工作已經(jīng)成為“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的范例。截至目前，國(guó)內(nèi)MALBAC技術(shù)的應(yīng)用已使幾百例“MALBAC嬰兒”成功避免了父母的單基因遺傳疾病。我很自豪我們?cè)诒贝蟮墓ぷ骺梢哉嬲苿?dòng)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，能為人類(lèi)健康貢獻(xiàn)一份力量。

BIOPIC 2017年會(huì)合影

　　2016年，在北京市政府支持下，北京大學(xué)成立北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心(Beijing Advanced Innovation Center for Genomics，ICG)，希望繼續(xù)在基因組學(xué)相關(guān)領(lǐng)域做出更多世界領(lǐng)先的工作，造福百姓。

2018年謝曉亮北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)小組合影

　　2018年畢業(yè)季到來(lái)，這是我20年來(lái)最后一次作為哈佛教授就座畢業(yè)典禮的主席臺(tái)，很高興這也是我的長(zhǎng)子哈佛本科畢業(yè)的畢業(yè)典禮。我還參加了兩個(gè)女兒的高中畢業(yè)典禮，她們也都要上大學(xué)了。很欣慰孩子們已經(jīng)長(zhǎng)大成人，這樣我可以安心回北大繼續(xù)我的科學(xué)研究事業(yè)。

謝曉亮與長(zhǎng)子近影

　　動(dòng)筆撰文之際，正值今年未名湖冰場(chǎng)又開(kāi)放之時(shí)，讓我回想起在學(xué)生時(shí)代，寒冬之日，同學(xué)們爭(zhēng)先恐后在未名湖上滑冰的情景。而自己在未名湖冰面上縱情馳騁時(shí)的喜悅，至今難忘：從童年、大學(xué)、直到現(xiàn)在，滑冰和滑雪是我最喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng) —— 北大亦賦予了我相伴終生的愛(ài)好!如今，看著新一代的學(xué)子馳騁于冰場(chǎng)之上，我又不禁回想起那青春的八十年代——每個(gè)時(shí)代北大青年的樣子，亦是北大的樣子!

　　作者簡(jiǎn)介

　　謝曉亮：生物物理化學(xué)家，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院外籍院士。1962年生于北京，1984年本科畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)系，1990年在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校獲博士學(xué)位，在芝加哥大學(xué)完成博士后研究后到美國(guó)太平洋西北實(shí)驗(yàn)室工作。1998年被哈佛大學(xué)聘為化學(xué)和化學(xué)生物系終身教授，2009-2018年任哈佛Mallinckrodt講席教授。2010年起在北大任生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心主任，2016年起任北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心主任。2018年7月起任北京大學(xué)李兆基講席教授。

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