上帝之眼

作者：王炜 

在一美元的背面印着一颗被三角形及万丈光芒所环绕的眼睛，西方称之为上帝之眼的，也称谓全知之眼，其可看到最细微的东西，代表着上帝监视人类的法眼。上帝之眼真的存在吗？

   在自然科学中确实存在着“上帝之眼”，其可观察到最细微东西——原子。这些“上帝之眼”包含：电子显微镜（Electron Microscope，EM），核磁共振（Nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR），X射线衍射法（X-ray diffraction，XRD）。这三者之间共同点就是可以看到生物大分子的结构形态。但是每种方法又各自不同。

电子显微镜又有许多类型。在生物学领域中常用的电镜技术是冷冻电镜（cryoelectron microscopy）。电子显微镜成像技术出现于上个世纪50年代，而冷冻电子显微镜技术则在上世纪80年代趋于成熟。它使用电子束代替了传统显微镜的光线，用电磁场代替了光学透镜的凸透镜。它的研究对象非常广泛，可以从亚细胞器结构到大分子量蛋白质。最近发表的电镜研究，已经可以使生物大分子的分辨率达到3-4埃。X射线衍射分析技术从上个世纪50-60年代发展起来后，其利用了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，确定晶体中个原子的空间位置。对生物大分子的研究做出了重大贡献。目前仍然是结构生物学领域的主要技术。核磁共振技术也是于上个世纪50-60年代发展起来的技术，该技术的最大特点是，可以看到生物分子在液体环境中的自然形态。

上述三种技术在生物大分子结构研究领域中起到相辅相成的作用。也是人类的“上帝之眼”在观察微观领域的不同视野。X射线衍射分析技术可以观察到原子键的相互影响。在计算机辅助下、可以合理、理性设计干扰蛋白质结构的药物。同时也可以对自然界中的蛋白质进行人为改造，增强其自然生物活性。但是其也有应用的局限性。X射线衍射分析技术观察的是蛋白质晶体中的结构信息。而自然条件下，蛋白质是在液体环境中起生物活性作用的。其受到液体中的水分子与其他离子的影响，结构是在不断发生轻微变化。这种变化的观察则需要借助核磁共振技术。另一方面，当生物大分子的分子量较大，难以获得晶体时，冷冻电子显微镜技术则可以获得很好的形态结构数据。但其目前还无法获得生物大分子内部化学键的数据信息。

通过“上帝之眼”人类已经可以观察到各种事物的微观世界，加深了对物质世界的认识。对生物世界的认识过程，我们完成了是什么、为什么的过程。但是下一步的怎么样的过程还未实现。例如，基于我们对生物大分子的认识，设计出一种全新的、自然中不存在的、满足我们需求的蛋白质。这是一个观察后的动作，我们可以暂且称之为“上帝之手”。世间的各种生物大分子的产生都是由自然界的选择进化这个“上帝之手”所创造。那么，我们人类的“上帝之手”又会是什么技术呢？筛选实验或是数学模拟计算？