段艷芳

生命像是宇宙間的奇跡，其存在與光密不可分。

植物和藻類通過(guò)光合作用利用來(lái)自太陽(yáng)的能量使地球變得生機(jī)勃勃。蘑菇、水母等一些生物會(huì)發(fā)出熒光。蝴蝶翅膀、鳥(niǎo)類羽毛等以規(guī)則有序的結(jié)構(gòu)反射光線，從而呈現(xiàn)出絢麗的色彩。

更非同尋常的是，動(dòng)物發(fā)展出各種各樣的視覺(jué)系統(tǒng)觀察和感知周圍的世界。比如海星具有由少數(shù)光敏細(xì)胞組成的眼點(diǎn)，古老的鸚鵡螺具有小孔狀眼，脊椎動(dòng)物的眼睛則通過(guò)晶狀體成像至視網(wǎng)膜，并涉及復(fù)雜精密的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。

這背后既涉及光的各種物理特性，包括熒光共振能量轉(zhuǎn)移、光致異構(gòu)化、色覺(jué)機(jī)制、光的折射、光的衍射等，又體現(xiàn)出生物令人驚嘆的適應(yīng)機(jī)制。

從量子力學(xué)的角度來(lái)看，光由被稱為光子的小單元組成，能量是一份一份的，其能量與波長(zhǎng)呈正比，這是愛(ài)因斯坦以超凡的物理直覺(jué)對(duì)光電效應(yīng)的解釋。

生命也是自然的一部分，人眼視覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制對(duì)于光的量子特性有直接體現(xiàn)和利用。人的眼睛具有卓越的感光和成像能力，可以適應(yīng)從微弱星光到太陽(yáng)光等光強(qiáng)差異極大的環(huán)境，感光主要由視網(wǎng)膜上視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞兩種感光細(xì)胞來(lái)負(fù)責(zé)。

它們是一類特殊的神經(jīng)元，前者對(duì)微弱光線非常敏感，后者辨色能力強(qiáng)。視桿細(xì)胞呈現(xiàn)出非常狹長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，一端是能傳遞信號(hào)的突觸，另一端是類似于梳子的條狀膜盤結(jié)構(gòu)，富含能感光的視紫紅質(zhì)。每個(gè)視桿細(xì)胞上有多達(dá)上億個(gè)能夠感光的視紫紅質(zhì)復(fù)合物，后者由一種叫作視黃醛的吸光色團(tuán)嵌在一個(gè)蛋白質(zhì)大分子上形成。

光子本是一個(gè)比較抽象的概念，卻實(shí)實(shí)在在地引發(fā)了生物大分子和細(xì)胞狀態(tài)的改變，令人感受到光子的力量，也對(duì)視覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有了更深入的理解。就如同在生物學(xué)研究中，將“基因”這一原本抽象的概念與DNA分子這一物理實(shí)體聯(lián)系起來(lái)后，才真正認(rèn)識(shí)了基因。

太陽(yáng)的可見(jiàn)光在棱鏡下可以被分解為不同波段的連續(xù)光譜，然而光譜固定的三種基色光也能匹配出多種顏色，此為三色模型。在人的視網(wǎng)膜上剛好存在三種不同的色彩感受器——視錐細(xì)胞。它們的敏感峰值位于可見(jiàn)光三個(gè)不同的波長(zhǎng)處，在吸收光后經(jīng)過(guò)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程并最終在大腦中還原出多樣的色彩。

對(duì)于光合作用、結(jié)構(gòu)色，以及在生物學(xué)研究中相當(dāng)重要的多光子成像、光遺傳學(xué)技術(shù)等內(nèi)容，本書也都有詳細(xì)的介紹。

該書為美國(guó)物理學(xué)家菲利普·納爾遜所著。這是作者繼《生物物理學(xué)：能量、信息、生命》和《生命系統(tǒng)的物理建模》后出版的新著作，也是中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)鐘燦團(tuán)隊(duì)與納爾遜的又一次合作。

作為一本專著，本書注重用物理學(xué)思想來(lái)看待生物學(xué)問(wèn)題，并通過(guò)物理學(xué)建模匯集了很多新發(fā)現(xiàn)，學(xué)科跨度廣，信息量大，對(duì)于開(kāi)闊視野大有裨益。該書并不容易讀，但好在全書行文流暢，腳注處有很多前后章節(jié)相呼應(yīng)的注釋，方便讀者對(duì)照閱讀。一旦靜心閱讀，能體會(huì)到一種獲得新發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣。

不僅如此，該書也體現(xiàn)出作者對(duì)年輕人進(jìn)行科學(xué)探索的指導(dǎo)。開(kāi)篇是“致學(xué)生”，并且以一句名言“沒(méi)有好奇心的人，不過(guò)是戴著眼鏡的瞎子”開(kāi)始，體現(xiàn)出作者的用心。

書中每一章節(jié)前的導(dǎo)語(yǔ)也引人思考。我尤其喜歡其中引述諾貝爾獎(jiǎng)得主弗朗索瓦·雅各布的一段話：“我們對(duì)一般性問(wèn)題的思考所獲有限，反而是對(duì)具體問(wèn)題的研究卻能取得越來(lái)越普適的結(jié)論。這就是提問(wèn)方式不同所產(chǎn)生的驚人后果?！?/p>