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被诺贝尔奖遗忘的那个人——赫尔穆特・鲁斯卡如何让病毒第一次被“看见”

1986年的诺贝尔物理学奖颁给了恩斯特‧鲁斯卡（Ernst Ruska），以表彰他设计出第一台电子显微镜。虽然人们大多关注其理论和技术层面为显微技术带来长足的进步，但电子显微镜的应用层面，尤其是医学与生物学的影响，更是为电子显微镜实现功能性和商业价值发挥关键作用;恩斯特的弟弟赫尔穆特‧鲁斯卡（Helmut Ruska）在其中扮演着重要的角色——尽管他并未获得诺贝尔奖项。

赫尔穆特.鲁斯卡（Helmut Ruska，约 1969 年）由艾德曼.鲁斯卡（Erdman A Ruska）提供。图片来源：〈Helmut Ruska and the visualisation of viruses〉

人类对微观世界的探索，最早可以追溯到17世纪。当时，英国博物学家罗伯特‧虎克（Robert Hooke）利用自制显微镜观察软木塞，观察到了植物细胞壁，并称其为“细胞”（cell）。荷兰的雷文霍克（Antonie van Leeuwenhoek）以精湛的磨镜技术，进一步制造出放大倍率更高的显微镜，在清澈的水中发现了肉眼见不到的“生物”，成为第一个发现细菌、红血球和精子的人。

随后的两百年间，光学显微镜虽然不断进化成为微生物研究的利器，但始终跨不过绕射极限的门槛，受限于光波长的限制，解析度停留在200纳米。任何比这更小的物体，只能呈现出一个模煳的点。因此尽管人们透过过滤、疾病源头推论等方法，认为有比细菌更小的“病毒”（Virus）存在，却无法一睹其真面目。直到电子显微镜的出现。

兄弟登山“一起探索未知”

恩斯特和赫尔穆特出生于德国知识份子家庭，他们的父亲尤利乌斯.鲁斯卡（Julius Ruska）是一位学者，专长是东方语言与文化研究，曾在大学任教。恩斯特生于1906年12月25日，是在家中七个孩子里排行老五;赫尔穆特则于1908年6月7日出生在海德堡，排行第六。

从小两兄弟关系就特别亲密，也对光学仪器留下了深刻的印象。他们的天文学家马克斯.沃尔夫（Max Wolf）叔叔便曾多次带他们参观他管理的王座山（Königstuhl）天文台的望远镜。而他们家里书房里，则放着父亲的大型蔡司显微镜。虽然尤利乌斯有时会展示有趣的事物给孩子们看，但他担心孩子们笨拙地操作会损坏物镜或标本，因此严令他们禁止触摸。

随着恩斯特对于工程学的兴趣赴慕尼黑工业大学和柏林工业大学学习电子学;赫尔穆特则于1927年开始学习医学，先后在柏林、茵斯布鲁克（Innsbruck）及海德堡大学就读。在海德堡，赫尔穆特的学术重心集中在临床医学与生物化学，直到1932年完成医学学位、开始临床医学专业生涯。

对新技术的可能性深具信心

如果这些目标得以实现，那么疾病成因研究的进展对医生来说将具有直接的实际意义，这一点几乎无需赘述。它将深刻影响到日益重要的临床疾病实际问题，进一步对公共卫生产生重大影响。

理查.西贝克

1929年，恩斯特在研究论文中证明，使用短线圈可以获得电子束照射孔径的清晰放大影像，并在1931年4月获得确凿的证据，证明电子束可以像光学显微镜一样经由二次放大成像。尽管该装置的总放大倍率非常有限，但如今仍被公认为第一台电子显微镜。

但当时恩斯特提出的显微技术并没有被认真看待，大多数专家认为这只是痴人说梦。但已快完成医学学业的赫尔穆特坚信，一旦恩斯特提出的显微技术成功，临床医学、生物这些学科将有长足的进步。因此他鼓励哥哥继续克服困难，包括样品被电子束烧毁的问题。

他们仍然花了三年时间才透过赫尔穆特的前临床老师、柏林夏里特医院第一内科主任理查.西贝克（Richard Siebeck）教授的专业评估及推荐，成功获得资助。这些专业的建议让柏林的西门子和耶拿的卡尔.蔡司留下深刻的印象，他们都准备进一步发展工业电子显微镜。

由穆勒使用电子显微镜（U = 60 kV，Me1 = 2200）拍摄的家蝇翅膀表面。图片来源：恩斯特演讲全文

1938年在西门子实验室研发的电子显微镜。图片来源：〈Helmut Ruska and the visualisation of viruses〉

病毒，终于被看见

1937年西门子在柏林斯潘道（Spandau）成立了超微科学实验室，鲁斯卡兄弟与冯.博里斯共同开发原型仪器。赫尔穆特凭藉医学专长专注于电子显微镜的生物学应用，并在1938年完成了两台原型机，最大放大倍率为30000倍。1940年，西门子更设立了一个由赫尔穆特领导的客座实验室，配备了四台电子显微镜，供来访科学家使用;赫尔穆特同年也首次展示了噬菌体的影像。

1940年代初，赫尔穆特已发表了约20篇关于细菌、寄生虫和不同病毒超显微结构的报告，这些出版物标志着首次利用电子显微镜对病毒进行视觉化。包括1939年他与考舍（Gustav A. Kausche）和普凡库赫（Edgar Pfankuch）合着的《超显微镜下植物病毒的影像》，展示了烟草花叶病毒的桿状结构，首次揭示病毒的亚微观颗粒。

赫尔穆特使用电子显微镜拍摄的嗜菌体。图片来源：恩斯特演讲全文

赫尔穆特也研发了电子显微镜的样品制备技术，利用锇燻蒸法，将干燥样本暴露于锇蒸气中，选择性地使细胞染黑，且不会过度改变标本以增强对比度。1943年他发表论文〈病毒类型分类的尝试〉，基于电子显微镜的观察提出病毒形态分类，例如依形状（球形、桿状）及大小分类，影响后来的病毒分类系统。

被战争淹没的科学贡献

电子显微镜成为疾病判断和公卫防治的利器。图为1965年美国疾病管制与预防中心（CDC）的实验室人员坐在当时一台新型透射电子显微镜（TEM）前。图片来源：Public Health Image Library （PHIL）

赫尔穆特的研究并不局限于病毒，他还参与了糖原结构和血液凝固过程的研究，甚至昆虫肌肉的精细结构、蚯蚓的虹彩皮肤以及植物叶绿素也都是他曾经研究的主题。

二战后，赫尔穆特成为柏林大学（后更名为洪堡大学）的教授，并担任柏林-布赫德国科学院微观形态学部门的负责人。1952年至1958年，他至美国担任纽约州卫生部微观形态学部门负责人，之后出任德国杜赛道夫大学生物物理与电子显微镜研究所长。

可惜的是，尽管赫尔穆特在电子显微镜的生物应用领域具有开创性贡献，但他在科学史上的地位却被严重低估。由于赫尔穆特论文大多发表在德国期刊上，加上纳粹和二战时期德国处于孤立状态，他的研究成果并未广为人知。赫尔穆特1973年8月30日在杜赛道夫去世，也因此错失了与哥哥恩斯特·鲁斯卡共同分享诺贝尔奖的机会，后者在1986年才获得迟来的认可。

但赫尔穆特无疑是推动电子显微镜跨出实验室成为商用显微镜，并进入生物医学研究应用的关键人物。而他也培养无数后代研究人员，奠定了电子显微镜在生物医学研究中的重要角色。