“分子動畫”將電影引入生物領域展現細胞活動

　　1977年，美國大導演喬治·盧卡斯的史詩巨作《星球大戰》向世人展示了一個瑰麗奇幻的外太空世界；而現在，有很多人希望用同樣的方式向人類視覺化地呈現生命最深處的秘密——展示細胞內部的活動。哈佛大學的細胞生物學教授、生命科學教育系主任羅伯特·魯即是其中翹楚，他也是將科學和藝術完美結合的分子動畫片風潮的領軍人物之一。

　　新興行業催生分子動畫大師

　　據美國《紐約時報》11月16日報道，分子動畫意在將電影的強大魅力引入生物領域，是目前方興未艾、發展快速的行業之一。基于幾十年的研究和無數數據，從事分子動畫事業的科學家和動畫工作者正在詳細重構活動細胞復雜的內部機制。

　　這個領域催生出了一批科學動畫師，他們不僅深諳分子過程，而且也熟練掌握了電影工業使用的計算機輔助工具。細胞生物學家珍妮特·伊沃莎現在是哈佛醫學院的分子動畫師，她表示：“制作動畫真正讓生物學家有了從全新的角度思考問題的機會。”

　　2006年，在美國國家科學基金會的支持下，伊沃莎在世界頂級的CG（計算機圖形學）培訓學校日晷視覺特效學校學習了3個月。為了創作她的分子動畫作品，伊沃莎利用了大量可以公開獲取的資源，比如蛋白質數據銀行（PDB），這是一個包羅萬象的、不斷增長的數據庫，其中包含了一個蛋白質中所有原子的三維坐標。

　　哈佛醫學院細胞生物學的教授、伊沃莎的長期合作者托馬斯·柯基豪森表示：“所有我們以前擁有的技術：顯微鏡、X射線晶體學等都是給分子拍快照，呈現出來的都是分子瞬間的狀態。分子動畫將所有這些技術和其獲得的信息結合在了一起。”

　　現在，柯基豪森正在研究分子如何吞噬蛋白質和其他分子的過程。他表示，制作動畫讓他確切弄懂了一個特殊的三腿蛋白——成籠蛋白如何在細胞內部起作用。

　　如果在分子動畫界存在一個“斯皮爾伯格”，那他很可能就是德魯·貝瑞。細胞生物學家貝瑞為澳大利亞沃爾特·伊麗莎醫學研究所工作，在小小的分子動畫師圈子里，貝瑞的工作以崇尚藝術性和精確性的完美結合而廣受好評。他的分子動畫作品已經在多家博物館展出，包括紐約現代藝術博物館、巴黎的蓬皮杜文化中心等等。2008年，他的動畫作品成為紐約古根海姆博物館舉行的一場名為“基因和爵士”的音樂和科學晚會的背景。

　　今年10月份，貝瑞被授予了2010年麥克阿瑟獎學金，他表示，他將開始制作與人類意識相關的大腦活動模式的動畫片。

　　細胞活動精確展現

　　或許，分子動畫領域的關鍵時刻4年前就已經到來，那時，哈佛大學的教學CG視頻《細胞內的生命》橫空出世。該視頻由哈佛大學分子和細胞生物學系的科學可視化項目“生物視覺”和科學動畫公司Xvivo攜手創作，這段3分鐘的視頻描述了白血細胞如何攻擊體內感染的過程。在2006年的Siggraph（計算機圖形圖像專業組織）的年度大會上播出后艷驚四座。當有人將其貼于YouTube視頻網站上后，更是吸引了無數眼球。

　　“生物視覺”項目最近的動畫《線粒體：細胞的動力工廠》于今年11月份首次公布。該高清視頻深入探究了駐扎在我們細胞內部并且將食物轉化為能量的復雜的分子線粒體。

　　先進程序為分子動畫添磚加瓦

　　諸如Maya（美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件）等復雜的程序使動畫師能夠從頭開始制造出生動鮮活的分子世界。

　　另外，一家位于美國布魯克林名為Digizyme的公司已經開發出了一種方法，讓動畫師可以直接將數據從蛋白質數據銀行放入Maya軟件中，該數據庫中的6.3萬多個蛋白質因此能夠很容易被渲染并且被制作成動畫。

　　Digizyme公司的首席執行官賈爾·麥吉爾表示，能夠獲取這些數據對于科學的精確性來說非常關鍵。

　　可視化是科學的未來

　　盡管該領域的人士熱情高漲，認為顯示分子過程可能會幫助科學家作出一些有意義的推斷，但也有人質疑這些動畫對于實際科學研究到底有多大價值。

　　霍華德醫學研究所的調查員休斯皮特·沃爾特表示，許多分子動畫片更像好萊塢電影而不是有用的展示，可能很難區分什么是數據什么是幻想。

　　麥吉爾承認，為了強調細胞特定的功能或細胞中特定的部分，動畫有可能會歪曲顏色、空間以及其他品質，但他同時也強調說，在一個數據充斥的世界，這些可視化將變得越來越重要。

　　當然，分子動畫在教育領域也大有用武之地。哈佛生物學家愛德華·威爾遜正在領導一個名為“地球上的生物”的項目，旨在研發下一代數字生物學教科書，這些教科書將把復雜的可視化整合為該課程的核心部分，其中也將包括貝瑞和麥吉爾制作的動畫。麥吉爾相信，它將改變學生學習生物學的方式。

　　麥吉爾表示：“我認為，可視化將是未來的關鍵。”