封面新闻记者谭羽清
科学发现往往建立在对肉眼看不见的微观世界进行成功显像的基础之上，但是在很长时间里，已有的显微技术无法充分展示分子生命周期全过程，在生物化学图谱上留下很多空白，而低温冷冻电子显微镜（Cryo-EM，以下简称“冷冻电镜”）将生物化学带入了一个新时代。
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2017年诺贝尔化学奖得主（图片源于网络）
2017年，诺贝尔化学奖授予了瑞士科学家雅克·杜博歇、美国科学家约阿希姆·弗兰克以及英国科学家理查德·亨德森，以表彰他们在冷冻电镜技术领域的贡献。
近期，封面新闻记者就冷冻电镜技术、人工智能、艺术与科学等话题专访美国哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学、生物科学教授阿希姆·弗兰克。谈话中，记者不仅感受到了弗兰克教授的深厚学识，也看到了他对科学与生活的独特见解。
冷冻电镜技术已为离子通道研究带来变革
冷冻电镜技术，是指应用冷冻固定术，在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术。利用该技术，科学家可以“冻结”运动中的生物分子，看到以前从未见过的生物进程。在科学史上，冷冻电镜技术带来了对许多关键生命分子的新认识，快速重塑着结构生物学领域。
当下，冷冻电镜技术除了在结构生物学领域扮演着重要角色，还应用到了细胞生物学、药物开发、材料科学等多个科学领域。那么，该技术是否会为某一科学领域带来重大改变？弗兰克表示，冷冻电镜技术已为分子医学领域贡献了庞大的知识库，并为离子通道领域研究带来了革命性的改变。
他解释，离子通道这类蛋白质分子都镶嵌在细胞膜中工作，当它们嵌在膜内发挥作用时，用传统X射线晶体学方法研究会遇到瓶颈，因为这些膜蛋白很难形成晶体。而有了冷冻电镜，这些分子可以被嵌入脂质层中进行研究，“在那里分子会感觉很自在，它仍然感觉像是在膜中，尽管这层膜算是一种人造膜。但这样一来，我们依然可以获得（离子通道的）原子结构。”
离子通道是一类特殊的蛋白质，通过细胞膜形成通道，允许特定的离子（如钠、钾、钙或氯）进出细胞。这些通道在细胞的各种生理功能中起着重要作用，包括神经信号传递、肌肉收缩、心脏节律调节和细胞的电位平衡等。了解离子通道的原子级结构，是理解生命活动、开发离子通道药物、攻克相关疾病的关键步骤。
人工智能或将人类文明带向未知方向
弗兰克对于冷冻电镜的重要贡献主要集中在他开发的一款计算机程序上。
具体而言，他完成了一种算法，利用计算机识别图像把相同蛋白质的不同影子收集起来，并且将轮廓相似的图像进行分类对比，通过分析不同的重复模式将图片拟合成更加清晰的二维图像。然后在此基础上，通过数学方法，在同一种蛋白质的不同二维图像之间建立联系，以此为基础拟合出三维结构图像。这一图形拟合程序，能将电子显微镜模糊的二维图像合成清晰的三维图像，被认为是冷冻电镜发展的基础。
但利用计算机技术推动冷冻电镜发展的弗兰克，对当下热门的人工智能技术却不抱好感，并直言人工智能对人类文明来说是非常危险的，“它从正常的话语中重新组合元素，然后生成新的文本。这些文本将成为下一个人工智能的‘养料’，如此循环往复。（在这个过程中）你会看到‘平均观点’的影响。它可以朝任何方向发展，而且很可能会朝着最糟糕的方向发展。”
采访中弗兰克还提醒，人工智能或许会将人类文明带向未知的方向，到达一种人类无法掌控自身命运的糟糕局面。在他看来，人工智能内在并不具备道德观念、传统观念等人类文明所珍视的东西，也没有内置的过滤机制来筛选和拒绝不合理或有害的内容，而是无差别地吸收并复制所有信息，这种特性可能导致人工智能逐渐走向最糟糕的结果。
艺术创作帮助科学家寻找解决问题的“隐喻”
除了科学，弗兰克对艺术同样充满兴趣。在科研间隙，他热衷于写作、摄影这样的艺术创作活动。
早年，弗兰克不仅加入过一个艺术家集体，为一本小型文学杂志提供编辑工作，还参加过小说写作课程，并加入了由学员们组成的“作家小组”，磨炼自己的写作技巧。近年，他的两本小说《在海边》《妹妹的守护者》分别于2019年、2024年出版发行，为他的“文学履历”又添上了浓墨重彩的两笔。
当下，在互联网上搜索弗兰克的名字，除了可以找到他的个人学术主页，也能发现他的“艺术主页”，上面展示着他的摄影、文学作品。通常他会在生活与工作中寻找灵感，因此阅读他的作品，也能窥见一些科学家生活的剪影。
在弗兰克眼中，科学与艺术之间有很多共同点，“它们都源于好奇心、巧思和创造力，这些都是非常相似的元素。”不过他同时也表示，相较于科学，艺术更加“自由”。
弗兰克指出，在科学研究中，有一套自四百年多前确立并被严格遵循的方法。这套方法旨在通过公认的规则来研究自然。相比之下，艺术虽然也有秩序，但其规则相对灵活，并随着时间的推移而演变，给予了创作者们更大的自由度。因此，他主张科学家也应该以某种方式涉足艺术，“这很有裨益，是一种‘解脱’。”
那么，写作、摄影这样的艺术创作如何影响着弗兰克的科研工作？他给出了一个颇具哲学意味的回答——它们有助于寻找解决科学领域问题的隐喻，“我认为许多（科学）见解是以隐喻的形式出现的，而这些隐喻往往源自其他领域的意象。”