本文将生物化学家厄尔·W·萨瑟兰与视觉艺术家弗兰克·斯特拉并置，探讨了在不同领域中，“由简入繁”如何成为一种强有力的创新路径。两者皆从最简单的机制或原理出发，最终释放出深远而复杂的变革性能量，揭示了简单性中所蕴藏的创造性力量。
本文为庆祝拉斯克奖背后科学成就的特别系列文章之一，由加州大学河滨分校植物细胞生物学中心的娜塔莎·雷克尔编辑，于2025年5月22日收稿，2025年7月17日接受。
论文题目：From simplicity to complexity: A path to innovation in science and art
论文地址：https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2513128122
简单的还原论系统能够成为强大的催化剂，在科学与艺术领域释放复杂的创新。这一演变历程，可通过科学家厄尔·W·萨瑟兰（Earl W. Sutherland）与艺术家弗兰克·斯特拉（Frank Stella）的职业轨迹得以诠释：前者发现了环磷酸腺苷（cyclic AMP），开创了细胞信号传导领域；后者则在绘画与雕塑中率先运用几何图案与形状。他们的成就分别深刻影响了生物医学与现代艺术。
科学家与艺术家面临着相似的挑战：创造崭新思想。本文将探讨这两位分属截然不同领域的人物，如何以关注简单性为起点，最终使其研究或创作演进为复杂而突破性的贡献。
厄尔·萨瑟兰发现的生物学原理
生物系统本质上错综复杂，涉及分子、细胞和组织之间无数复杂的相互作用。近几十年来，科学研究日益依赖大数据及基因组学、蛋白质组学、代谢组学、成像学和人工智能等技术。如何从海量数据中提取有意义的洞见，已成为一项艰巨挑战。
应对该挑战的经典方法是从简单系统入手，剔除非必要元素。20世纪50年代，厄尔·萨瑟兰致力于探究肾上腺素与胰高血糖素如何诱导肝脏分解糖原以产生葡萄糖。他从肝脏切片开始研究，逐步过渡到细胞提取物，最终聚焦于纯化酶。他的方法促成了一项突破性发现：存在一种名为环磷酸腺苷（cAMP）的小分子。该分子作为中间的“第二信使”（second messenger），将细胞表面的激素信号传导至细胞内的靶向酶。
萨瑟兰提出了一个简洁优雅的三步机制：1）激素（肾上腺素或胰高血糖素）作为“第一信使”（first messenger），与细胞表面的假定受体结合； 2) 这会激活一种酶，即产生cAMP的腺苷酸环化酶；3） “第二信使”cAMP激活酶促反应，使糖原分解并产生葡萄糖。关键在于，萨瑟兰发现cAMP形成于细胞膜内，这表明激素本身从未进入细胞。图1展示了萨瑟兰第二信使概念的示意图。
译注：“第一信使”负责细胞间的信号传导，它不进入细胞内部，而是与靶细胞膜表面的受体结合。“第二信使”则负责将接收到的信号在细胞内的传导与放大。萨瑟兰发现的“环磷酸腺苷”（cAMP）是最早被发现的“第二信使”，其发现解释了细胞信号跨膜传导的核心机制。
图1. 环磷酸腺苷（cAMP）参与第一信使信号传导通路示意图，该通路由厄尔·萨瑟兰于1966年发现并首次发表，后于1972年诺贝尔奖演讲中重绘。图片来源：改编自参考文献，南希·L·赫德（德克萨斯大学西南医学中心，达拉斯）。
萨瑟兰工作的影响
萨瑟兰于1960年代中期提出的极简主义概念，开创了细胞信号传导研究领域。该理论为后续众多发现铺平了道路，包括cAMP依赖性蛋白激酶、G蛋白偶联受体（GPCRs）以及其他第二信使分子——如环磷酸鸟苷、肌醇三磷酸、钙离子和一氧化氮。
萨瑟兰的研究不仅重塑了科学界对细胞通讯的认知，更催生了长达60年的学术探索。数千名科学家在此基础上阐明了多达105条全新的传导通路——如Ras/MAPK/ERK通路、 WNT/β连环蛋白、刺猬、类固醇激素、JAK/STAT、TGF-β、NF-κB、mTOR复合体、SREBPs、cGAS/STING/γ干扰素等。这些通路几乎调控着生物体内的所有细胞功能与生理过程。细胞信号传导领域取得的非凡进展，很大程度上要归功于生物技术公司Cell Signaling Technology, Inc.，该公司销售超过16,000种产品用于探究这105条通路。图2展示了其中一条通路——“GPCR、钙离子、cAMP通路”的示意图，其复杂程度与图1中萨瑟兰最初提出的简洁通路相去甚远。
凭借开创性贡献，萨瑟兰于1970年获拉斯克基础研究奖，并于1971年荣获诺贝尔生理学/医学奖。
图2. 当前版本的环磷酸腺苷（cAMP，黄色阴影部分）信号传导通路示意图，其复杂性远超萨瑟兰最初的模型。图片来源：经Cell Signaling Technology公司授权转载。
弗兰克·斯特拉从简单性到复杂性的演变
斯特拉的早期作品《黑色绘画》（the Black Paintings）创作于1958至1960年间，当时他年仅22岁。该系列的14幅作品中，每一幅都是由均匀的黑色条纹构成的不同几何图案，条纹间以未上色的画布细线分隔（图3A和B）。其极致的简单性摒弃了象征主义与深度，与杰克逊·波洛克、威廉·德·库宁等艺术家当时主导艺术界的复杂多色表现风格形成鲜明对比，并在艺术界掀起轩然大波。
译注：斯特拉的革新性在于在绘画中剔除了艺术家的情感和精神性，将画作本身当成一个纯粹的视觉物理对象，这反叛了1960年代注重个人情感表达的抽象表现主义。他探求的是绘画的本质。
图3. 弗兰克·斯特拉原始《黑色绘画》系列中的两件作品示例。图片版权：© 2025 弗兰克·斯特拉/纽约艺术家权利协会（ARS）。
尽管极简主义广受赞誉，但斯特拉并未局限于此。1960年代起，他开始在形状各异的画布上创作，并以绚丽色彩点缀。这一时期的代表作《贾斯珀的困境》（Jasper’s Dilemma，图4A）由两块完全相同的画板构成——一块色彩斑斓，另一块则呈现灰色调。该作品源于艺术家的同伴贾斯珀·琼斯的宣言：“我越是使用色彩作画，就越觉得万物皆呈黑色”。《贾斯珀的困境》后来成为斯特拉创作巨型雕塑的灵感源泉。1970年，34岁的斯特拉成为在纽约现代艺术博物馆举办完整回顾展的最年轻艺术家。
图4. 弗兰克·斯特拉艺术风格的演变：从其早期《黑色绘画》的极简主义，到后期以鲜艳色彩、异形画布以及从画布延伸出的结构组件为特征的绘画作品。图片来源：© 2025 弗兰克·斯特拉/艺术家权利协会（ARS），纽约。
斯特拉的创造力持续演化。在1970年代，他创作了有着复杂交织、相互重叠图案的大型绘画，其灵感源自量角器的曲线。他对荧光色的运用，为《量角器》（Protractor）系列（图4B）注入了新的活力层次。
打破边界的立体艺术
1970年代末至1980年代，斯特拉再次转变方向，摒弃平面画布，转向以结构组件延伸出画布的立体创作（图4C）。这些视觉震撼的作品融合了精巧的雕塑形式与绚丽的色彩。1987年，纽约现代艺术博物馆为斯特拉举办第二次回顾展——这对在世艺术家是史无前例的。
从1985年到1997年的12年间，斯特拉创作了标志性的《白鲸》（Moby Dick）系列，共266件作品，灵感源自赫尔曼·梅尔维尔的小说。其中一件作品《喷泉》（The Fountain）取材自《白鲸》第85章。该作品长逾23英尺（约7米），堪称史上最大的版画之一，融合了木刻、蚀刻、拼贴和67色油画等七种技法（图5）。斯特拉运用漩涡状的黑色形状与彩虹般的新月形状，再现了梅尔维尔笔下鲸鱼喷水的壮阔景象。
图5. 弗兰克·斯特拉，《喷泉》（1992年）。手工着色木刻版画等七种技法拼贴于手工纸上，尺寸7.6 × 23英尺。图片来源：© 2025 弗兰克·斯特拉/艺术家权利协会（ARS），纽约。
晚年时期，斯特拉将数字技术融入创作过程。他在2024年87岁时举办的告别展呈现了三件巨型雕塑，每件高约5米，由单根金属杆支撑于带轮底座上，表面饰有呈爆炸状的绚烂色彩（图6）。这些雕塑由斯特拉通过计算机程序设计，采用玻璃纤维和铝制材料，表面喷涂汽车漆。这些迷幻的雕塑堪称斯特拉最具创新性与极致抽象的作品，与《黑色绘画》的简单风格相去甚远。
图6. 弗兰克·斯特拉，《K.144大尺寸版》（2014年）。泡沫芯材外覆玻璃纤维。图片来源：© 2025 弗兰克·斯特拉/艺术家权利协会（ARS），纽约。
斯特拉的革新传承
除室内作品外，斯特拉还创作了许多大型户外作品，其中《星辰》（Star）系列以复杂的几何星形为特征，遍布全球。其中一座高达21英尺的雕塑《贾斯帕的裂星》（Jasper’s Split），由12个几何部件构成，其中六个为未涂装的铝制封闭斜面，另外六个为采用浅色调蓝色、紫色和灰色喷涂的镂空斜面（图7）。该作品于2021年安装在曼哈顿下城世界贸易中心7号楼前的公共广场。雕塑的两面分体结构——一面着色一面素面——呼应了斯特拉1962年的绘画作品《贾斯珀的困境》。
图7. 弗兰克·斯特拉，《贾斯珀的裂星》（2017年）。2021年安装于世界贸易中心7号楼前。图片来源：© 2025 弗兰克·斯特拉/艺术家权利协会（ARS），纽约。
在长达66年的艺术生涯中，斯特拉精通自我革新之道，其创作从极简主义演进至极繁主义。他那句著名的“所见即所见”（What you see is what you see.），强调了视觉体验的纯粹本质。斯特拉的作品被全球各大博物馆广泛收藏。
译注：斯特拉的艺术生涯作品形式虽然差异巨大，但都是从“所见即所见”这句“公理”推导出来的，即将作品视为一个纯粹的物理视觉对象。从最简单的视觉元素（黑色几何形）开始，在此基础上不断叠加元素，形成更加复杂的体系。
共同的旅程：简单性的力量
萨瑟兰与斯特拉在各自领域都始于还原论方法。萨瑟兰将细胞对激素的特定反应分离出来。他发现的环磷酸腺苷（cAMP）催生出全新的研究领域，数千名科学家由此揭示了上百条维系生命的关键信号通路。同样，斯特拉将绘画还原至最基本元素后，逐步拓展出越发繁复且充满动态的作品，这些作品以三维的形式将绘画与雕塑相结合。
萨瑟兰与斯特拉的作品体现了莱昂纳多·达·芬奇那句名言的精髓“至繁归于至简”。他们通过开创性的贡献分别在科学与艺术领域留下不朽的遗产，激励后世探索简单性的变革力量——这正是通向创新的阶梯。
2025年拉斯克奖：通向创新与发现的多重路径
简单的还原论方法可逐步演变为更复杂的动态成果，最终催生变革性理念与发现。今年拉斯克奖得主的发现，展现了从简单到复杂的创新的多元路径。
阿尔伯特·拉斯克基础医学研究奖。本届获奖者为迪尔克·戈尔利希（Dirk Görlich）与史蒂文·L·麦克奈特（Steven L. McKnight）。获奖者因揭示蛋白质序列中低复杂性结构域（LCDs）的构造与功能而获奖，该发现揭示了细胞内运输与细胞组织的新原理。
拉斯克-德贝基临床医学研究奖。该奖项授予迈克尔·J·威尔士（Michael J. Welsh）、赫苏斯（蒂托）·冈萨雷斯（Jesús (Tito) González）以及保罗·A·内古列斯库（Paul A. Negulescu）。获奖者因在开发囊性纤维化（CF）新型疗法中发挥关键作用而受到认可——该三联药物组合挽救了众多患者的生命。
拉斯克-科什兰医学科学特别成就奖。本年度获奖者露西·夏皮罗（Lucy Shapiro）因在生物医学领域长达55年的卓越成就而获此殊荣。
从cAMP信号通路的发现到极简主义艺术的演进，再到当代前沿的生物医学奖项，我们可以看到，专注于一个简单的起点，往往能开启一扇通往无限复杂与创新的大门。这种“由简入繁”的思维模式，不仅是细胞信号传导等科学探索的核心，也是艺术创作乃至跨学科创新的通用逻辑。在技术快速迭代的今天，回归基本问题、剖析简单模型，或许仍是孕育突破性思想最可靠的路径。对这类交叉思维话题感兴趣的读者，也可以在云栈社区找到更多相关的深度讨论与资源。
发表于 3 天前
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