正当暑期，多少人正携家带口、顶着烈日奔向中国大西北，一览我国中国艺术史上的瑰宝——敦煌壁画。这一世界文化遗产得以保留，自然离不开当地特殊的气候环境，也得益于对敦煌壁画一代又一代人员的守护，而科技在其中发挥着关键作用。本文通过一位遗产科学家利用现代科学方法研究艺术品的介绍，一窥科学对艺术的解构，领略科技所蕴涵的精确之美。

画家在画布上留下的颜料，构成了传世的艺术品，同时也是留给遗产科学家的宝贵分析对象。

在艺术遗产的颜料层下，藏有许多分子特征，它们可用于阐明数百年前画家的艺术创作过程，揭示相关的历史社会因素，并显示时间对这些独特作品造成的损害。遗产科学家借助质谱等技术，研究物质文化遗产——从绘画和纺织品到木乃伊与历史建筑——中的蛋白质以及其他代谢产物，以求了解这些“老东西”的创建过程，以及它们在化学层面上是如何老化的。

这里举个例子，丹麦画家克里斯托弗·威廉·埃克斯伯格（Christoffer Wilhelm Eckersberg）创作的油布画《海峡中的84门炮丹麦战舰“玛丽女王号”》（The 84-Gun Danish Warship "Dronning Marie" in the Sound，如下图所示）是19世纪上半叶丹麦绘画黄金时代的重要作品之一。

《海峡中的84门炮丹麦战舰“玛丽女王号”》现藏于丹麦国立美术馆

来自斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的分析化学家法比亚娜·迪·吉安文森佐（Fabiana Di Gianvincenzo）与同事使用基于质谱的蛋白质组学和代谢组学方法，确定了这幅画创作时涉及到的过去不为人知的有趣材料。

吉安文森佐致力于遗产科学研究。她与全球多家博物馆和机构合作，探究构成各种文化遗产的有机材料。不久前，她在《科学家》（The scientist）杂志分享针对经典画作所做的蛋白质组学和代谢组学分析工作，以及当前正在进行的纺织品项目。

遗产科学到底是什么？

遗产科学是一个跨学科领域，将科学分析与文化遗产相交联，旨在从具有文化意义的材料中获得科学见解。

此类工作一般有两个主要目标。

一方面，是了解特定遗产中存有哪些材料。例如，过去我研究绘画，想的是确定艺术家创作时用了哪些材料。这很重要，因为不同材料对不同修复技术的反应会有所不同。工作人员如果要选某种溶剂来清洗一幅画，就需要了解画的成分——从而明确去除什么，留下什么。

另一个目标是了解遗产的材料曾遭受的损害，从而提供减缓或防止情况继续恶化的方案。我们不仅能通过研究博物馆的实物来了解，还可使用原始材料进行重建。通过人为地诱导老化，我们观察这些材料随时间的变化、怎样被侵蚀分解，以及何种条件能最小化损害，能最完善地保存它们。

您之前分析过一些画作，为什么选择他们的作品？

我选择了两位丹麦历史上最重要的画家。他们的画作来自黄金时代，即19世纪上半叶丹麦艺术蓬勃发展的时期。同时，丹麦国立美术馆收藏了他们的大量画作。

我们现阶段所做的分子分析具有侵入性和破坏性，因为需要从每幅画里收集非常微小的样本。而埃克斯伯格和科布克（Christen Schiellerup K?bke）的画作非常适合此类研究，因为它们很早就被取下了一小部分材料并完好保存。我们可以着眼这部分零碎。1960年代，丹麦国家美术馆使用一种叫作“衬层”（lining）的方法修复了许多画作。所谓衬层，就是通过在画作背面贴上一块新的画布来加固艺术品——这要求对原始画布做一点点修剪。博物馆将这些边角料保存起来以供后来者研究。

您是如何准备用于蛋白质组学分析的画布样本的？

我们从画布边角料中取出更微小的样本进行分析。样本来自底层，位于画布本身和绘画层之间；底层的材料能使绘画颜料更牢固黏附于画布，并形成相当光滑的表面。

第一步是蛋白质提取，我们将画布样品暴露于变性剂、还原剂和烷化剂的混合物。这种处理方法可溶解固体样品中的蛋白质并打开二硫键，使蛋白质尽可能多地溶于溶液。

然后，我们用酶催化提取到的蛋白质，使其分解成肽，再对其做纯化并用串联质谱法进行分析。根据分析数据，我们重建了蛋白质的氨基酸序列，并将其与蛋白质序列数据库进行比较。

吉安文森佐正对丹麦黄金时代的绘画进行蛋白质组学分析。她从画布的黏合边缘条带中收集每幅艺术品的一小部分样本，这些边缘条带在过往修复处理过程中被去除

在这个过程中，您遇到了哪些挑战？

从样本里提取蛋白质是最具挑战性的环节。因为那些蛋白质可能已受损，更难溶解。科学家提取现代蛋白质所需的常规条件未必适用于艺术品的样本。例如，我们通常必须在更高温度下提取。绘画也含多种材料的混合物；其中无机颜料一般为金属盐，会对蛋白质提取产生负面影响。

您的蛋白质组分析有没有揭示了一些令人惊奇的东西？

我们发现的最有意思的事，要属酵母和各种谷物的蛋白质了。

这些蛋白质表明画的底层已经发酵。在考虑这些蛋白质可能对应的所有材料后，我们得出结论：它们的源头是残留的酵母。酵母是啤酒酿造的副产品，此前从未在绘画中出现。啤酒是19世纪丹麦社会和经济的基本组成部分，基于这个背景， 我们的新发现就显得很有意思。

我们预测酵母与画作底层的其他成分混合时会发挥某种作用，于是又做了些探索：我们知道底层存在一种疏水的油和一点亲水的动物胶，便用这种混合物重建一块画布。结果显示，残留的酵母能起到乳化剂的作用，使两种成分结合，并在干燥后形成光滑表面。我们判断，这就是画家往作品里添加酵母的原因——让底层混合物更易于使用且更稳定。

除了蛋白质组成外，蛋白质组学还能揭示有关画作的哪些信息？

识别蛋白质降解，例如氨基酸的脱氨基作用，可以告诉我们一幅画所处的条件。我们曾以这种方式确定我们发现的蛋白质是否来自原画。

脱氨是一种随时间自发发生的反应。如果我们在数据中看到这种修饰的水平很高，那么有理由认为，这些高水平脱氨的蛋白质很可能是被我们测试的材料的一部分。当然，这并不总是可靠的，具体取决于画作保存条件和材料制备。

在分析丹麦黄金时代画作的过程中，我们观察了不同画作中酵母和谷物蛋白的损伤情况，结果发现谷物和酵母蛋白的脱氨基水平相当，这表明它们来自相同材料，并且在相同条件下暴露了相同时间。

您目前在遗产科学实验室的工作内容是什么？

我现在做着一个名为SAFESILK的项目，利用一系列技术，包括蛋白质组学，来分析丝绸纺织品。该项目旨在研究丝绸经过“加重”（weighting）过程后的降解情况。加重给丝绸添加了天然丝绸所没有的物质，例如金属离子，从而令纺织品更重，并赋予其别样的机械性能。目前还不清楚加重会否加速丝绸藏品损坏。我们正尝试不同的丝绸加重方法，以确定加重剂的存在与纺织品损坏之间的相关性。

您认为蛋白质组学方法会给遗产科学的未来带来什么？

蛋白质组学是一种很强带来很多信息的技术，几乎可应用于任何含生物残留物的材料。过去20年间，学界开始在文物科学中使用此技术。它发展得非常快，而我们能做的还有很多。随着技术进步，我们将能分析越来越小的样本。

我希望文化遗产分析中的破坏性和侵入性问题不再成为障碍，也期待蛋白质组学被应用于更多藏品。

资料来源：

Uncovering Secrets of Historic Paintings in the Modern Laboratory

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