綠色的是線粒體(ti) ，紫色的是溶酶體(ti) ，黃色的是微管。

　　線粒體(ti) 順著線狀的微管輕快地移動，仿佛滑行在自己專(zhuan) 屬的輕軌上。倘若不是熒光標記鮮明地染出了每一種結構，你很容易忽略連接著它們(men) 的小小的溶酶體(ti) 。這些不起眼的小家夥(huo) ，才是招募微管為(wei) 己所用的“大佬”，而大個(ge) 頭的線粒體(ti) ，不過是搭了個(ge) 便車而已。

　　這是一個(ge) 哺乳動物細胞裏的一幕。這個(ge) 細胞貼在透明的小匣子壁上，被放置在掠入射結構光照明顯微鏡（GI-SIM）下。

　　中科院生物物理研究所研究員李棟坐在漆黑的實驗室裏，通過電腦屏幕，看著這個(ge) 微小世界裏熙熙攘攘的場景。他知道，這一場景前所未見。

　　看，生命！

　　多年來，李棟帶領團隊開發出多模態結構光超分辨顯微鏡、深度學習(xi) 超分辨成像算法以及三維高時空分辨生物力顯微鏡等技術方法，通過與(yu) 其他生物學家合作，不斷地展示著生命隱秘角落裏的奇觀異景。

　　李棟本科就讀於(yu) 浙江大學光學工程專(zhuan) 業(ye) ，入學第一課，就是欣賞本係前輩們(men) 用自己研製的高速攝像機拍下的中國第一顆原子彈爆炸場麵。

　　光學研究是一門“看見”的學問，它致力於(yu) 拓展人類視野的極限：看見曾經看不見的，看清過去看不清的，留住轉瞬即逝的影像，為(wei) 沒有生命的機器裝上眼睛……

　　對光學研究者來說，一個(ge) 影響一生的重要抉擇就是：我要幫助這個(ge) 世界看見什麽(me) ？

　　李棟在香港科技大學攻讀博士時，接觸到了“生物光子學”這個(ge) 交叉學科。博士畢業(ye) 後，他遠赴美國，在生命科學界赫赫有名的霍華德·休斯醫學研究所做博士後，導師是後來憑借超分辨率熒光顯微鏡摘得諾貝爾化學獎的Eric Betzig。

　　在Betzig實驗室，李棟取得了第一個(ge) 重磅科研突破：成功開發高數值孔徑非線性結構光照明顯微鏡，把活細胞高速成像的光學分辨率提高到了60納米。這一成果登上了2015年《科學》雜誌封麵。

　　這項技術讓科學家們(men) 有機會(hui) 在活著的細胞中，清晰地看到生命活動的精細動態。《自然—方法學》評論道：“這是最終實現分子水平分辨率下觀測生命過程的重要一步！”

　　在香港科技大學畢業(ye) 的校友中，李棟的選擇顯得很小眾(zhong) ：“我的朋友們(men) 有不少去做無人機了，很多人甚至沒有聽說過霍華德·休斯醫學研究所。”但他對這個(ge) 選擇很篤定：“我逐漸意識到，生命科學是各個(ge) 學科的一個(ge) 交匯點，是一個(ge) 蘊含著無限可能的大舞台。”

　　與(yu) “限製”共舞

　　剛開始做生物光學成像研究時，李棟常常困惑於(yu) 一個(ge) 問題：觀測到的東(dong) 西，並不是生物學家最需要的東(dong) 西。很多時候，並不是越清晰，就越有價(jia) 值。

　　細胞結構是三維的，但要觀測生命體(ti) 的動態變化，還需要拓展到“五維”——在x、y、z（空間維度）之外，增加時間維度和顏色維度。如果沒有顏色維度，線粒體(ti) 、溶酶體(ti) 、微管等細胞器就無法鮮明地區分開來；如果沒有時間維度，就無法捕捉到它們(men) 瞬息萬(wan) 變的活動。

　　“但這五個(ge) 維度之間的關(guan) 係是‘相生相克’的。”李棟說，“不可能每個(ge) 維度的指標性能都高，在保障時間分辨率和顏色分辨率的同時，勢必要犧牲一部分空間分辨率。”

　　這是一種平衡和妥協的藝術——要想觀測到色彩繽紛的動態畫麵，就不得不讓渡一些成像速度。怎樣以盡可能小的代價(jia) ，獲得最好的綜合效果，是李棟團隊始終追求的目標。

　　像這樣的客觀規律限製，在研究中簡直無處不在。

　　電子顯微鏡的局限，在於(yu) 無法觀測動態活體(ti) 的對象。而當李棟把目光轉向光學顯微鏡時，又遇到了難以突破的“阿貝極限”。

　　光學顯微鏡分辨率的極限，大約是可見光波長的一半。以可見光中波長最短的藍紫光來計算，就是波長400納米的一半——200納米。這個(ge) 分辨率，遠不足以看清動輒幾納米，幾十納米的生物大分子。

　　最終，李棟從(cong) 高中時候學過的公式中找到了靈感：兩(liang) 個(ge) 正弦函數相乘，波函數的頻率會(hui) 增加。放在實踐中，就是給出兩(liang) 個(ge) 不同顏色的光源，讓它們(men) 的波峰與(yu) 波峰互相疊加，從(cong) 而突破原有的極限，大大提高分辨率。

　　“阿貝極限依然存在，現有技術方法隻能繞開它。”李棟微笑道。麵對自然的規律和現實的缺陷，“繞”是一種不可或缺的智慧。在另一項研究中，李棟把在低信噪比拍攝條件下獲得的圖像，與(yu) 高信噪比的圖像進行了一一關(guan) 聯，通過讓機器學習(xi) 這種映射，就能從(cong) 不理想的圖像中轉化出相對理想的結果。

　　兩(liang) 點之間，有時曲線最短。

　　是極致也是開始

　　李棟說，他利用的這些原理都並不是很難想到。真正的難點，在於(yu) 如何完美地做到。

　　“11年了，我們(men) 開發、打磨的這套顯微鏡係統，能把這麽(me) 多的照明模塊集成在一起，每個(ge) 模塊都能達到最優(you) 指標，並且不損害其他模塊的成像性能，這在世界上可能是獨一份。”談吐一向克製的李棟，說到這裏，第一次流露出幾分自豪。

　　在李棟的實驗室裏，你會(hui) 看到完全不同於(yu) 想象的“顯微鏡”。不是裝配完整、光潔體(ti) 麵的成品，而是大量光學元件組成的環環相扣、千回百轉的複雜鏈路。就像攤開的“五髒六腑”，乍一看讓人眼暈。

　　每一個(ge) 元件的位置、角度、高低，都經過了精心的調試，牽一發而動全身。不能錯，一旦失之毫厘，就會(hui) 謬以千裏。

　　“每個(ge) 光學元件都不是完美的，它存在一定的所謂‘像差’。訣竅不在於(yu) 把每個(ge) 環節的精度都通過複雜設計做到最優(you) ，而在於(yu) 各個(ge) 環節之間的誤差能夠互相抵消、互相補償(chang) 。”李棟說。

　　十年磨一劍而打造出的無比繁複精巧的顯微成像係統，迎來各個(ge) 機構、不同專(zhuan) 業(ye) 背景的合作者和研究生，迎來一撥又一撥滿懷好奇、雄心勃勃的探索者。

　　但李棟很清醒，他知道這些成果隻是為(wei) 我國高端光學顯微成像設備領域的“短板”和“卡脖子”問題提供潛在的技術貯備和支撐。“我們(men) 的一切工作，都有待在生物學研究中檢驗，有待市場規律的驗證。我們(men) 真正的價(jia) 值，終究要體(ti) 現在助力生物學家取得前沿科學成果上。”

　　人類從(cong) 開始利用熒光，到第一次把熒光蛋白融合進生命體(ti) 的蛋白質中，再到把熒光廣泛應用在生命科學研究和顯微技術中，用去了八九十年的光陰。

　　科研創新的路，就是這樣漫漫而修遠。以攀登珠峰做比方，李棟認為(wei) 自己隻是剛剛出發，“可能還沒有到達大本營，也許連大本營在哪裏都有待探索”。

　　“但科研不同於(yu) 登珠峰的是，我們(men) 沒有已經形成的成熟線路，唯有通過自己摸索，去探明每一塊岩石、每一道溝澗，去追尋更為(wei) 理想的顯微成像工具，去發現更加驚人的生命秘境。”他說。

　　　　（記者 李晨陽）