最聪明头脑的实验室

他们的激情属于未知的新世界:人体、植物、虚拟空间、深海、宇宙。他们的实验室在德国:顶尖科研人员从这里突破已知的界限

dpa/Swen Pförtner - Stefan Hell

在120多年的时间里,这一界限犹如凿入石中:光学显微镜的分辨极限。1873年,物理学家Ernst Abbe(恩斯特·阿贝)提出,不可能精确勾勒出小于200纳米的同类型结构,所以不可能观察例如神经细胞等结构。如果偏要打破这一界限,也许可算是年少轻狂,或者是荒谬之极。然而:“我十分肯定地感觉到,那里还是有突破余地的”,Stefan Hell(斯特凡·赫尔)如今说到。具体说来,这位物理学家突破界限是使了个小花招:他在精心设计的激光实验中让钉在细胞上的荧光分子先后-- 而非同时-- 亮了起来。这一革命为他带来了2014年诺贝尔化学奖,登上了荣誉的巅峰。Hell没有忘记,这也要归功于他跨越了国界。他在幼年时从罗马尼亚来到德国,先是在芬兰从事受激发射损耗(STED)显微镜研究,但他还是在德国找到了学术归宿:在哥廷根马克斯-普朗克生物物理化学研究所,他自2002年起担任所长职务,并获得研发与投产新型显微镜的机会。一份来自哈佛的邀请也没能打动他,他与海德堡德国癌症研究中心保持了密切合作。

 

Henry Chapman(亨利·查普曼)教授用来测量蛋白质等生物体的显微镜长315米,规模巨大,叫做自由电子激光,隶属汉堡的德国同步电子加速器研究中心(DESY)。他是英国人,曾在澳大利亚留学,在美国从事过科研,在这里找到了最好的条件:自2007年起,他成立并担任自由电子激光学中心主任。生物分子是敏感组织,在高能激光束射击时会被迅速破坏。因此,Chapman研制出复杂的实验设计,这要求他准确理解激光束和蛋白质之间的相互作用。2015年,他因其前瞻性的工作而荣获德国莱布尼茨科研奖。自由电子激光的工作涉及许多其他科学领域。

 

跨越学科界限对于资深科研管理人Dietrich Wörner(约翰-迪特里希·韦尔纳)也是司空见惯。自2015年年中起,他将担任欧洲航天局(ESA)董事会主席这一欧洲“最高航天职务”。Wörner的专业是土木工程学,在达姆施塔特工业大学担任静力学教授和校长一段时间之后,他自2007年起执掌德国航空航天中心(DLR),这是亥姆霍兹联合会的会员单位,目前有8000多名科研人员从事航空航天、能源、交通和安全研究。“德国有各种绝无仅有的主题和科研机构”,Wörner相信。在巴黎执掌欧洲航天局这个新任务,吸引他的一点是可以跨越国界,促进欧洲精神,致力于加强欧洲航天事业。而他也实现了年少时的梦想,因为他从小就对宇宙十分着迷:他会毫不犹豫地登上驶向火星的飞船。

 

不单是在宇宙中,地球上也不断有新物种征服新的生存空间,尤其是大约20厘米长的黑口新虾虎鱼。这种鱼类不大引人注目,最初来自黑海,但目前也栖身北美的海洋,来自克罗地亚的Elizabeta Briski(伊丽莎贝塔·布里斯基)数年来在那里研究这种鱼类。“我现在要研究的问题将欧洲、亚洲和美洲联系在一起。因此,我决定回归欧洲”,她说。Briski正在用Sofja Kovalevskaja(索夫亚·克瓦雷夫斯卡亚)青年科学家奖的奖金在亥姆霍兹基尔海洋研究中心(GEOMAR)组建一个工作小组。因为至今几乎没有观察到反方向,即北美-亚洲的鱼类回游,她正在研究加勒比海和黑海的鱼类是否具有更好的基因条件,使它们可以征服陌生的生存空间。

 

海洋生物学家Nicole Dubilier(尼科尔·杜比勒)教授也是研究异常生存空间的专家,她是乘坐德国太阳号、Maria S. Merian号或者Meteor号科考船到达这些空间的。和宇宙类似的一点是,深海和富含硫化物的海岸沉积岩的条件也排斥生命。蠕虫等无脊椎动物如何能在资源匮乏的情况下获取能源和养料,在那里生存下去,这是这位美国科学家自2001年起在不来梅马克斯-普朗克海洋微生物研究所探讨的问题,她自2013年起担任所长。“我一直想要来这个研究所,因为这里提供了最佳的工作条件”,她说到。Dubilier获得了关于共生关系的引人入胜的新知识:通过与细菌的密切合作,像蠕虫这样的有机物宿主间接地摄取营养,细菌为其处理排斥性环境中的物质。这种“团队精神” 也是“蠕虫Nicole” - -Dubilier门牌上是这么写着的-- 在科研中尤为重视的。

 

在某种意义上,资源匮乏也是大众集团科研主管Jürgen Leohold(于尔根·里奥霍尔德)的动力所在:这位电气工程师的日程上都是电气移动性、轻型结构和自动驾驶等主题。“有各种科研需求,我们必须在很多地方致力于此”,他说到。身为科研主管,他协调着9300名高素质员工的工作。大众的研发开支在全球名列前茅,在沃尔夫斯堡拥有全世界规模最大的汽车业研发基地之一。这家汽车制造商与高校以及弗劳恩霍夫协会有着多方面的合作。

 

科技界和经济界之间的高难度结合也是食品工艺学家、慕尼黑弗劳恩霍夫加工技术与包装研究所业务主管Stephanie Mittermaier(施特凡妮·米特迈耶)一直在实践着的,而且是在一个不可能更时髦的主题上:从羽扇豆中提取纯素食物质。“和大豆不同,这种植物蛋白含量也很高,而且它本土种植,没有特别要求,非转基因”,这位研究者说到。不过,羽扇豆吃起来像草,还有豆腥味。Mittermaier和同事Peter Eisner(彼得·艾斯纳)共同开发了一项工艺,可以提取干扰口感的成分,无味的蛋白质可以加工成牛奶、奶酪、糕点和香肠。2013年,在此基础上创业的第一座生产设备Prolupin投产。现在羽扇豆冰激凌已经是生态食品市场上受欢迎的产品。对于Mittermaier来说,这正是在德国从事科研的吸引人之处:“我在这里可以有很大的自由度,使用一流设备从事高水平研发,制造出最终能在超市购买到的创新产品。” 2014年,Mittermaier和同事们荣获德国未来奖,该奖项也充分肯定了羽扇豆可以做出贡献,以节约资源的方式为持续增长的世界人口提供粮食。

 

对于世界人口,美国人James Vaupel(詹姆斯·沃佩尔)教授有另一种视角 -- 统计学者和人口结构学者的视角。他很好地混合了人口结构研究:他观察到,老化过程开始得越晚,人类死亡时间就越晚。这一命题与寿命有上限的想法是矛盾的。1996年,Vaupel成立并执掌罗斯托克马克斯-普朗克人口结构研究所,如今,该所闻名全球。他相信,决定预期寿命的因素只有通过生物学才能搞清楚。对于自己的年龄,年届七旬的他有清楚的设想:他打算继续从事科研、教学和学习,直到85岁。

 

为什么我们长大后的学习能力下降?我们如何处理视、听、感觉之间的相互关系?大脑在多大程度上可以适应聋哑状况?这种适应能力取决于年龄吗?这些问题都为Brigitte Röder(布里吉特·罗德)所从事的教育和康复研究提供了重要的推动力。她是生物心理学和神经心理学教授,在汉堡大学找到了理想的科研条件-- 作为汉堡神经科学中心的一分子。“只有在心理学、医学和信息学的跨学科联合中,我们的研究才有成效”,Röder说到。她曾多次在美国居留,最终决定选择德国,主要是因为这里对于科研的出色促进和优秀的科研后备力量。

 

Onur Güntürkün(奥努尔·京蒂尔金)也对大脑着迷,还有鸽子。“它们是我的科研家禽”,这位生物心理学教授说。他在波鸿鲁尔大学实验室中研究这种具有惊人学习和思考能力的鸟类。他发现,就像人脑那样,鸽子和其他动物的大脑也是不对称的,右边更多负责空间定位,而左边更多负责语言,由此极其适合用来探索两个半脑如何协调一致。“我们的思考在大脑中通过数十亿计神经细胞的活动形成。思考是如何形成的,这是我一生研究的核心问题”,Güntürkün 说到。在土耳其读中学的时候,他就为心理学所吸引,后来他到德国上大学,在法国和美国从事科研,最终在波鸿担任教授,此后一直将他对于思考的热爱传播给学生们。

 

大脑和鸽子完全可以成为Leif Kobbelt(雷夫·科贝尔特)所创造的世界里的核心内容:他是莱布尼茨奖得主,亚琛工大计算机图形学教授,研究制作复杂物体数字3D模型的方法。这位信息学家是全球几何处理领域的杰出代表人物,也是“基于点的计算机图形学” 这一全新理论的先驱者之一。他走的这一步可以尽可能精确地模拟复杂机器,完美地规划整座城市或者外科手术,忠于现实地设计电脑游戏的想象世界。这样,Kobbelt实际上也是突破界限的大师:现实与虚拟世界之间的界限。

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