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给分子拍“高清电影” 科学家靠它解锁生命小秘密 都市晨报 | 2026-03-09 

最近,科学家们解锁了一项超厉害的技能——给tiny(微小的)分子拍“高清电影”。英国和中国的科学家团队都传来了好消息:英国科学家把一种叫“冷冻电镜”的工具升级了,能看得比以前清楚3倍;中国科学技术大学的叔叔阿姨更厉害,用它拍下了神经传递信号的全过程,解决了科学家们争论了半个世纪的难题。

我们都知道,细胞里藏着好多看不见的“小零件”,比如蛋白质、分子,它们是生命活动的小帮手。可是以前,想看清它们太难了:普通显微镜看不清这么小的东西,传统电子显微镜又会“伤害”这些脆弱的小分子,让它们失去本来的样子。

直到1974年,“冷冻电镜”出现了,它就像一个神奇的“微观摄影师”,操作起来特别巧妙:先把含有分子的溶液做成薄薄的水膜,再在一瞬间把它放进零下180摄氏度的液态乙烷里,让它快速冻成“玻璃态冰”——既不结冰膨胀,也不蒸发,就像按下了暂停键,把分子的样子牢牢定格住。

接下来就是“拍照”了。冷冻电镜用高能电子束照射样本,电子的波长特别短,比可见光还要短几千倍,所以能拍得特别清楚,甚至能看清原子级别的细节。再配合灵敏的“电子探测器”,就能捕捉到清晰的画面,生成好多二维照片。

最后一步是“拼图”:科学家用计算机把这些二维照片整合起来,就能做出分子的三维模型,就像把零散的拼图拼成完整的图案一样。最厉害的是,这种方法不用给分子“染色”,也不用强迫它们“摆姿势”,能让分子以最自然的样子“上镜”。

不过,以前的冷冻电镜只能拍“静态照片”,就像我们拍的快照,只能看到分子某一瞬间的样子。但想了解生命的秘密,不仅要知道“它长什么样”,还要知道“它怎么动”。于是,科学家们又发明了“时间分辨冷冻电镜”,能在分子反应的不同时间点快速冷冻,拍下一系列“时间切片”,把分子的动态变化做成“电影”。

中国科学技术大学的叔叔阿姨,就用自主研发的毫秒级时间分辨冷冻电镜,拍下了神经突触囊泡的“完整表演”:激光触发神经信号后,他们在4毫秒到300毫秒内,快速冷冻样本,清晰拍到囊泡“亲吻”细胞膜、释放信号分子,再“悄悄离开”的全过程,就像一部分子尺度的“高清小电影”。这个发现,还解决了科学家们争论了半个世纪的难题。

未来,冷冻电镜还会变得更厉害:拍得更快,能捕捉到更快的分子反应;看得更清,能看清单个原子的运动;还会变得更小、更便宜,说不定以后普通实验室、学校里,我们也能用上它,一起去探索神奇的微观世界,揭开更多生命的小秘密。据 人民日报

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