蔡如鵬

“我們需要支持一大批埋頭于科學(xué)研究的科學(xué)工作者，不要急于讓他們產(chǎn)生社會(huì)效果；當(dāng)我們有很多這樣的科學(xué)家得到實(shí)質(zhì)支持后，自然會(huì)有一部分有重要發(fā)現(xiàn)。這一小部分人的回饋，將大大超過社會(huì)對(duì)科學(xué)的投入”

今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的主角是一種發(fā)綠色熒光的蛋白質(zhì)——綠色熒光蛋白(GFP)，三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家下村修、馬丁·沙爾菲和錢永健的工作均與它有關(guān)。

天然綠色熒光蛋白存在于水母中，和另一種發(fā)光物質(zhì)水母素一起，賦予了這種柔軟的生物在海水中發(fā)光的能力。

下村修是第一個(gè)從水母中分離出綠色熒光蛋白的生物學(xué)家；馬丁·沙爾菲則首次把綠色熒光蛋白引入其他生物體內(nèi)，展示了它作為生物示蹤分子的價(jià)值；而錢永健成功地對(duì)這種蛋白進(jìn)行了改造，讓它成為現(xiàn)代生物科學(xué)最重要的工具之一。

“綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和改造可與顯微鏡的發(fā)明相提并論。在過去的10多年中，它已成為生物學(xué)家的引路明燈。”諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員主席貢納爾·馮·海伊內(nèi)評(píng)價(jià)說，“借助這盞明燈，我們已經(jīng)研究出監(jiān)控腦神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)過程的方法，這在以前是不可想象的?！?/p>

目前，全球幾乎所有的生物實(shí)驗(yàn)室都會(huì)用到綠色熒光蛋白。有評(píng)論說，三位獲獎(jiǎng)?wù)呤蔷G色熒光蛋白研究上的三座里程碑——正是他們的接力，才讓這種已存在了1億多年的神奇蛋白照亮了那些本不可見的世界。

科學(xué)界的“阿甘”

現(xiàn)年80歲的日裔下村修居住在美國(guó)波士頓郊外的小鎮(zhèn)伍茲·霍爾。自從1980年到這的海洋生物學(xué)研究所工作以來，他就一直生活在這里。

伍茲·霍爾臨近大海，每次的潮汐都會(huì)把一種巴掌大小水母成群地送上岸來。對(duì)于這些小家伙，下村修是再熟悉不過了，他和它們打了一輩子交道。他說：“我一生一共撈了85萬只水母?！?/p>

下村修是從1960年開始研究水母的。那一年，他在日本名古屋大學(xué)獲得有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位后，漂洋過海到美國(guó)普林斯頓大學(xué)做博士后。在普林斯頓，下村修開始對(duì)水母產(chǎn)生了興趣。當(dāng)時(shí)，他的初衷非常簡(jiǎn)單，就是想弄清水母為什么會(huì)發(fā)光。

為了收集到足夠的水母做研究，下村修經(jīng)常去海邊撈水母。有時(shí)，忙不過來，他就發(fā)動(dòng)妻子和孩子一起去。在那段時(shí)間，他們一家人有時(shí)一整天都是拎著小桶在海邊度過的。他曾在一篇文章寫道：“五年過去了，當(dāng)我的孩子長(zhǎng)到八歲的時(shí)候，已經(jīng)能撈得像成年人一樣快了。”

到了1974年，下村修終于從水母中分離出了綠色熒光蛋白。

綠色熒光蛋白和水母中另一種發(fā)光蛋白水母素不同，它不需要借助其他物質(zhì)，自身就可以發(fā)光。前者好比太陽(yáng)，而后者像似月亮。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)饒毅介紹說，水母素是熒光酶的一種，這類發(fā)光現(xiàn)象之前就有人研究，而發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)本身發(fā)光，下村修是第一個(gè)。

盡管發(fā)現(xiàn)了綠色熒光蛋白，但下村修本人對(duì)它的應(yīng)用前景不敏感，也未意識(shí)到應(yīng)用的重要性。他的發(fā)現(xiàn)完全是出于好奇。

幾年后，下村修轉(zhuǎn)到海洋生物學(xué)研究所從事這項(xiàng)工作，直到2001年退休?；丶液?，他仍然放不下，把家里的地下室改造成實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)研究。

幾十年來，始終埋頭工作的下村修一點(diǎn)也不懂得“推廣”自己的研究成果。在很多人看來，他甚至有點(diǎn)“呆”。52歲離開普林斯頓時(shí)，仍然還是一名博士后。直到退休，也沒獲得過什么象樣的獎(jiǎng)勵(lì)，在同行中更是默默無聞。甚至在綠色熒光蛋白被廣泛應(yīng)用多年后，很多生物學(xué)家都不知或搞錯(cuò)其發(fā)現(xiàn)者。

湖南大學(xué)劉全慧教授評(píng)價(jià)說，下村修有些像美國(guó)電影《阿甘正傳》中一輩子執(zhí)著于奔跑的男主角阿甘——對(duì)科學(xué)完全出于內(nèi)心的好奇，不追求名利，自得其樂。

而對(duì)于這次問鼎諾貝爾獎(jiǎng)，這位科學(xué)界的阿甘也只是把它當(dāng)作“偶然的幸運(yùn)”。

“死物學(xué)”變成“生物學(xué)”

最早意識(shí)到綠色熒光蛋白價(jià)值的可能是下村修海洋生物學(xué)研究所的同事普臘石。他想，如果想研究的其他蛋白也能發(fā)光，豈不是大大方便了觀察？

在綠色熒光蛋白應(yīng)用之前，如果要研究活體生物中的生命活動(dòng)，往往是把熒光化合物結(jié)合到對(duì)應(yīng)的蛋白上。但這種方法的缺點(diǎn)很多。第一是熒光化合物可能有毒，會(huì)影響正常生理活動(dòng)；第二，蛋白注射需要特殊的設(shè)備和專業(yè)訓(xùn)練;第三，每研究一種蛋白，就必須先分離這種蛋白。這些都極大地限制了生物學(xué)家研究活體生物的能力。

饒毅說，當(dāng)時(shí)不少生物學(xué)研究都是在殺死細(xì)胞后進(jìn)行的，實(shí)際上是從“死物”上來推測(cè)生物的情況。

1992年，普臘石克隆出了綠色熒光蛋白。但當(dāng)他向美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)，想繼續(xù)研究時(shí)，評(píng)審者說沒有蛋白質(zhì)發(fā)光的先例，就是找到這種蛋白，也沒有意義。一氣之下，普臘石放棄了科研，轉(zhuǎn)向其他行業(yè)。這也使他錯(cuò)失了今年的諾貝爾獎(jiǎng)。

事實(shí)上，當(dāng)時(shí)普臘石只要再往前邁出一步——做一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)——就可讓綠色熒光蛋白在其他生物體內(nèi)發(fā)光。完成這一步的正是日后獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授馬丁·沙爾菲。1994年，他成功地讓綠色熒光蛋白出現(xiàn)在線蟲體內(nèi)。這個(gè)發(fā)綠光的線蟲立刻引起了生物學(xué)界的轟動(dòng)。

上世紀(jì)90年代初，生物學(xué)家已經(jīng)具備很強(qiáng)的操縱基因的能力，對(duì)基因進(jìn)行修飾已是實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)操作。馬丁·沙爾菲的成功讓大家意識(shí)到，只要把綠色熒光蛋白的基因接在需要研究的蛋白基因上，就等于給被研究的蛋白帶上了一個(gè)熒光標(biāo)簽，而不必用此前的蛋白分離、注射等技術(shù)。

這大大降低了進(jìn)行活體生物研究的門檻，“死物學(xué)”開始真正向“生物學(xué)”轉(zhuǎn)變。

如果把馬丁·沙爾菲的獲獎(jiǎng)全部歸功于幸運(yùn)，顯然并不準(zhǔn)確。1988年，他在一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上偶然聽說綠色熒光蛋白后，就對(duì)它情有獨(dú)鐘。不僅迅速調(diào)整研究方向，還大力宣傳綠色熒光蛋白的應(yīng)用前景。事實(shí)上，正是沙爾菲承前啟后的工作，才開啟了綠色熒光蛋白走進(jìn)生物學(xué)家實(shí)驗(yàn)室的大門。

天才錢永健

真正將綠色熒光蛋白成為一個(gè)有用工具的人是錢永健。

錢永健之所以要改造綠色熒光蛋白，是因?yàn)樗l(fā)出的熒光常常不夠亮，甚至需要用高能量的紫外線照射才能看見。

目前，生物學(xué)家使用的熒光蛋白大多是錢永健實(shí)驗(yàn)室改造后的變種。這些熒光蛋白不僅強(qiáng)度高，而且還可以發(fā)出不同的顏色，五彩斑斕，非常漂亮。不同顏色不是為了好看，而是為了可以同時(shí)在同一個(gè)細(xì)胞或組織內(nèi)標(biāo)記多種蛋白。

“我一直就喜歡顏色，”錢永健說，“顏色讓工作更有趣，能讓你做更長(zhǎng)時(shí)間。尤其是在比較挫折的時(shí)候更有幫助?！?/p>

經(jīng)他改造后的熒光蛋白有櫻桃色、草莓色、橘子色、番茄色、橙子色、香蕉色和密瓜色?！熬拖褚淮蠛胁使P，”在加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校與錢永健合作多年的馬克·埃利斯曼說。

今年56歲的華裔錢永健出生在紐約，其父錢學(xué)榘與錢學(xué)森是堂兄弟。與這個(gè)家族很多人一樣，他很小就顯示出極高的科學(xué)天賦。

由于兒時(shí)患有哮喘，錢永健不得不盡量避免室外運(yùn)動(dòng)，因此經(jīng)?；ㄉ蠑?shù)小時(shí)在地下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做化學(xué)實(shí)驗(yàn)解悶，自制火藥曾不小心燒壞自家的乒乓球臺(tái)。

16歲那年，憑借對(duì)金屬如何與硫氰酸鹽結(jié)合的研究，錢永健獲得了西屋科學(xué)天才獎(jiǎng)。這項(xiàng)比賽是美國(guó)歷史最久、最具聲望的科學(xué)競(jìng)賽之一，參賽者以高中生為主，又稱“少年諾貝爾獎(jiǎng)”。

中學(xué)畢業(yè)后，憑借美國(guó)國(guó)家優(yōu)等生獎(jiǎng)學(xué)金，錢永健進(jìn)入哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)。20歲獲得化學(xué)物理學(xué)士學(xué)位后，他又拿著獎(jiǎng)學(xué)金，前往英國(guó)劍橋大學(xué)深造。在那里，他為科學(xué)實(shí)驗(yàn)制造工具的天賦初露崢嶸。

1981年，錢永健到加州大學(xué)伯克利分校并在那里工作了8年，成為大學(xué)教授。1989年，錢永健將他的實(shí)驗(yàn)室搬到加州大學(xué)圣迭戈分校，一直工作至今。

錢永健1995年當(dāng)選美國(guó)醫(yī)學(xué)研究院院士，1998年當(dāng)選美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士和美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士。他還是全美擁有專利最多的科學(xué)家之一。

事實(shí)上，從上世紀(jì)80年代起，錢永健的工作就開始為科學(xué)界矚目。在這次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉之前，就有很多媒體報(bào)道他是獲獎(jiǎng)的熱門人選。喜歡穿粗斜紋棉布襯衫的錢永健，研究領(lǐng)域橫跨生物學(xué)和化學(xué)，被認(rèn)為既有可能獲得化學(xué)獎(jiǎng)，也有可能獲得生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

與下村修相比，錢永健的科學(xué)道路可謂一帆風(fēng)順，很早就獲得了同行的認(rèn)可。一位和他共事多年的科學(xué)家說，“他得獎(jiǎng)不是問題，只是時(shí)間早晚。我們關(guān)心的是他得幾個(gè)獎(jiǎng)。”

但與下村修一樣，錢永健的科研動(dòng)力也發(fā)自內(nèi)心。他說：“你的科研方向應(yīng)滿足你的個(gè)性需求，為你內(nèi)心提供快樂，這樣才能安然度過在科研中難以避免的挫折期?！?/p>

天才的錢永健令人敬仰，阿甘式的下村修同樣值得尊敬。

“我們需要支持一大批埋頭于科學(xué)研究的科學(xué)工作者，不要急于讓他們產(chǎn)生社會(huì)效果。”饒毅對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說，“當(dāng)我們有很多這樣的科學(xué)家得到實(shí)質(zhì)支持后，自然會(huì)有一部分有重要發(fā)現(xiàn)。這一小部分人的回饋，將大大超過社會(huì)對(duì)科學(xué)的投入?！?/p>