光，是生命体最重要的外部环境因素，也是人们日常生活中不可或缺的照明介质和工具。对科学家而言，光更深层次的意义还在于对人类生命健康的深刻影响。

中国科学技术大学（以下简称“中国科大”）教授薛天研究团队在国际上开拓和推动了“光感受调控生命过程”的研究，取得了多项原创性成果。近5年来，4篇成果发表在《细胞》杂志上，多次荣获“中国科学十大进展”“中国生命科学十大进展”等奖项。

日前，薛天团队荣获2024中国科学院杰出科技成就奖——基础研究奖。薛天个人荣获2024年中国科学院年度创新人物称号。

“这是对我们团队脚踏实地做基础研究工作的认可，我感到非常荣幸。”薛天表示，只有在科学知识的引领下，合理、智慧地使用和利用光资源，才能让光真正成为人们健康生活的伴侣。

薛天（一中）研究团队部分成员合影。实验室供图

薛天与团队成员在做实验。实验室供图

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开拓光感受调控生命研究新领域

光是生命之源。生命体从十几亿年前诞生到整个进化过程，全都是在太阳辐照下进行的。在进化的单细胞阶段，生命体已经开始演化出了对光的感受能力。“比如，水藻随着太阳光上浮或下沉，选择最有利于它的生活环境。”薛天说，这其实就是光感受调控生命最简单的形式。

感受外部环境是生命体最根本的基础功能之一，人类80%以上的信息是靠光感受输入，光感受调控生命是十分重要的关乎生命本源的问题。

随着社会的飞速发展与现代化进程的加速，人造光源的出现改变了自然光照环境。大量的公共卫生学调查显示，夜间光污染与肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发病率上升密切相关，但缺乏因果性证据。

“从生命的进化、生命体的基本特征以及人类生命健康这三个角度来看，光感受如何调控生命都是很值得回答的重要科学问题。”薛天说，在很长一段时间里，绝大多数视觉领域的研究者都在关注光感受中的图像视觉问题，鲜有人深入研究光感受调控生命过程的机理。

薛天最早研究这一问题缘起于他在美国约翰斯·霍普金斯医学院求学和工作的经历。他所在的实验室发现了第三类感光细胞——自感光视网膜神经节细胞，简称ipRGC，改写了百余年来教科书上视网膜内只有视锥、视杆两类感光细胞的认识。

这个全新感光细胞的发现，引起了薛天的浓厚兴趣。2011年，他独立解析出了ipRGC的光信号转导分子机制，研究成果发表于《自然》。

“随着ipRGC的发现以及感光分子机制的明确，很自然地我们就会想知道这样一个古老的感光细胞，在生命体中执行什么样的生理功能。”也是在这年，薛天回到中国科大建立了“光与生命”实验室，开始着手回答这个问题。

10多年来，薛天带领团队首次阐述了光影响大脑发育、调控血糖代谢和诱发抑郁样情绪等的神经环路机制，揭示了前端视网膜的发育与衰老过程中的关键基因，首次实现哺乳动物裸眼近红外图像视觉能力，开发了用于黄斑变性治疗的药物已获批一类新药的临床试验，系列工作推动了光感受神经生物学的基础科学知识和转化应用前景。

穷尽一切手段趋近于真相

无论是人或是其他哺乳动物，眼睛只能感受到380至760纳米的可见光。能否突破自然界赋予视觉感知的物理极限？马玉乾作为薛天回国后带的第一个博士研究生，尝试利用一种可吸收红外光发出可见光的上转换纳米材料，导入小鼠视网膜中，首次实现了小鼠裸眼近红外图像视觉能力。

成果在2019年经《细胞》发表后，得到广泛关注。《科学》评论“如果同样技术在人类身上奏效，会为士兵提供夜视能力，无需佩戴夜视仪，并有可能对色盲等疾病产生治疗效果。”该研究获2019年“中国生命科学十大进展”。

“薛老师教导我们，做科研要把短中期目标和长期目标有机结合，短中期目标的不断达成，既积累了经验、培养了信心，也证实了实验室的持续创新能力，同时要保持初心，围绕原创性重大科学问题长期持续攻关。两者的结合才会产生脚踏实地又仰望星空的感觉。”已担任中国科大特任教授的马玉乾说，自己刚进实验室时做的一项基础研究课题，持续了13年，最近刚完成了机理解析，正开始总结成文。

史逸铭是第二个进入薛天实验室的博士研究生。他与合作者以小鼠为模型，从分子到细胞层面上解析了光如何影响大脑神经元突触的早期发育。

史逸铭清晰记得，这项研究源于薛天参加了一场学术会议，其中一个学术报告谈及光影响早期脑发育，这和实验室此前观察到的ipRGC感光细胞在发育早期就开始感光密切相关。受此启发薛天走出会场，立即拨通了启动该研究项目的电话。

“研究刚开始时进展很顺利，但在后期实验中‘卡壳’了，光对脑突触发育的调节作用，究竟会对小鼠成年后产生怎样的生理行为影响？”史逸铭一段时间内都没有思路。

在一次偶然的数据分析中，史逸铭在其另一个项目的行为实验里发现了一个特殊现象：ipRGC感光蛋白被敲除的成年小鼠，其学习速度显著慢于正常小鼠。很快，他提出，小鼠幼年时期接受的环境光通过增强大脑皮层和海马的突触发育，强化了动物成年后的联想学习能力——而这一能力也恰恰正是皮层和海马的关键特征之一。这一想法也在随后的实验中被证实。该研究成果发表于《细胞》，获2022年“中国神经科学重大进展”。

史逸铭说，“做研究经常遇到各种问题，真正好的学者会将各种科学问题时时放在心头，同时善于在不同的科研工作中寻找可以偶联的线索。这正是薛天老师的那通电话带给我的宝贵思维。”

孟建军从复旦大学毕业后，进入薛天实验室进行博士后阶段研究。他同样也是经过多年攻关，发现经过短波长蓝光的照射刺激后，小鼠和人的血糖代谢能力都会显著降低。这为长久以来就发现的夜间光污染导致糖尿病、肥胖等代谢性疾病高发的现象，提供了神经生理学解释。该成果发表于《细胞》，获2023年“中国科学十大进展”。

“我们实验室的课题往往周期很长，体量和内容都很大。因为我认为实验科学是在当下的条件下，穷尽一切技术手段和办法趋近于真相的艺术，下苦功夫不抄近路，是一个真正的科学家最应该遵守的原则。”薛天说，逼近真理的科研过程，无论要历经多少时间、投入多少精力，都是必须且值得的。

仍有重大科学问题待解决

对于未来，薛天认为“光与生命”这个主题仍有重大科学问题有待解决。例如，光感受里还有一个非常重要的科学问题是，人视网膜中的黄斑和中央凹的形成机制。

“在哺乳类动物中，只有高等灵长类才具备黄斑和中央凹。而且它在眼睛中占比约1%，大约1平方毫米，却是人类形成精细视觉的关键。”薛天表示，黄斑和中央凹的发育形成机制是视觉领域的极为重要的“圣杯”问题，值得长期深入研究。

“而在‘眼-脑’连接调控生命过程方面，我们近期比较关注光与节律的关系，以及昼夜行动物行为的来源。为什么有的动物在夜间活动，例如小鼠；有的动物在白昼活动，例如人类。”薛天说，人们对这一系列科学问题背后的神经生理学机制知之甚少。

随着对光与生命健康关系研究的深入，薛天提示人们要特别关注人造光的光谱、光强以及光照时间。

具体来说，人们在白天应该接受充足的太阳光照射，办公室内可布置短波长的冷光源；夜晚时，不宜过多暴露在短波长的蓝光之下，客厅、卧室优先选用暖光源。

在转化应用领域，薛天团队已研发出了一种多色光源，可实现对人的视网膜中每一种感光细胞相对独立调控。这样既能在夜间保证视觉体验的同时，又不产生过多光污染问题，进而减少光污染对于情绪、节律、睡眠以及代谢等的影响。

“一个科学工作者的学术生涯是很短暂的，有机会能走在世界前沿，尝试解决重大科学问题是十分幸运的。”薛天表示，“同时科研工作又是一个持续积累的过程，需要科研人员静下心来，不能急功近利，一步一步按照科学逻辑抽丝剥茧，一个个问题去解决，才能在科学研究中不断进取，有所作为。”

薛天透露，实验室又有一项工作近期已被《细胞》接收，即将发表。“我们通过上转换材料隐形眼镜的方式，实现了人类红外视觉能力。”