蘇瓊山

自從1900年諾貝爾獎(jiǎng)設(shè)立以來，人們一直將這一獎(jiǎng)項(xiàng)視為科學(xué)研究領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。對(duì)于任何一位科學(xué)家來說，能夠獲得一次諾貝爾獎(jiǎng)就已經(jīng)難能可貴了，如果獲得兩次，那更是難以想象的偉大成就。

迄今為止，全世界只有4個(gè)人曾經(jīng)兩次獲得過諾貝爾獎(jiǎng)，英國人弗雷德里克·桑格就是其中之一，而且他也是唯一一位兩次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。

1958年，因成功測(cè)定了蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和氨基酸序列，桑格獲得了自己的首個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1980年，桑格又因?yàn)榘l(fā)明了快速測(cè)定DNA序列的“雙脫氧鏈終止法”，第二次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。蛋白質(zhì)和DNA，一個(gè)是生命活動(dòng)的組織者和參與者，一個(gè)是生命活動(dòng)的施工藍(lán)圖，桑格通過科學(xué)研究，一個(gè)人就揭開了這兩個(gè)最重要的生命分子的面紗，這樣的成就在生命科學(xué)的發(fā)展史上十分鮮見。所以，科學(xué)界將桑格稱為“生命天書的解密者”，這個(gè)稱號(hào)對(duì)他來說也是當(dāng)之無愧的。

自費(fèi)科研的富二代

1918年，桑格出生于英國格洛斯特郡一個(gè)富裕的家庭，他的父親是一位收入不菲的醫(yī)生，母親是富有的棉花制造商的女兒。桑格受父親的影響，很小的時(shí)候就對(duì)生物產(chǎn)生了濃厚的興趣。桑格的父母比較有錢，于是就雇傭了一位家庭女教師，陪桑格采集動(dòng)植物標(biāo)本，并教他閱讀生物學(xué)方面的科普書籍。

桑格14歲的時(shí)候，被送入了當(dāng)?shù)氐馁F族學(xué)校。不過，這位日后享譽(yù)世界的科學(xué)家并不是什么神童天才，而只是一個(gè)表現(xiàn)平庸的學(xué)生。桑格的考試分?jǐn)?shù)通常只是中等，而且他性格內(nèi)向，在學(xué)校里并不引人注意。中學(xué)時(shí)代過后，桑格來到劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院學(xué)習(xí)。在大學(xué)里，桑格依然沒有顯示出什么過人之處，他雖然是理科學(xué)生，但數(shù)學(xué)和物理都讓他感到吃力，只有化學(xué)課的成績(jī)還不錯(cuò)。不過，在圣約翰學(xué)院，桑格偶然接觸到一門新興的學(xué)科——生物化學(xué)，想到可以將自己的愛好（生物）和強(qiáng)項(xiàng)（化學(xué)）結(jié)合在一起，桑格就很有興致。所以，大學(xué)畢業(yè)后，桑格選擇繼續(xù)在劍橋攻讀生物化學(xué)專業(yè)的博士學(xué)位。

1943年，25歲的桑格完成了博士論文《賴氨酸的代謝》，順利拿到了學(xué)位。博士畢業(yè)后，桑格走到了人生的岔路口，他要決定將來做什么了。桑格仔細(xì)打量了下自己——熱愛科學(xué)（尤其是生物化學(xué)方面），智力屬于中等偏上，不怎么擅長(zhǎng)科學(xué)理論分析，做實(shí)驗(yàn)或許還有點(diǎn)前途。于是，桑格寫信給一些高校，看看能否爭(zhēng)取到實(shí)驗(yàn)員之類的工作。不過，桑格覺得自己的履歷太過普通，擔(dān)心無法打動(dòng)各個(gè)大學(xué)的教授。所以，桑格動(dòng)了動(dòng)腦子，在求職信后面加了一句“我不缺錢，可以不拿工資……”。不出意外，教授們很歡迎這種送上門來的免費(fèi)勞動(dòng)力，紛紛給他遞去橄欖枝。最后，桑格還是選擇了劍橋大學(xué)生物化學(xué)系的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，從此開始了自己的科學(xué)研究生涯。

地下室走出的科學(xué)家

桑格博士確實(shí)不是科學(xué)界的重量級(jí)人物，劍橋大學(xué)起初分配給他的實(shí)驗(yàn)室，只是一間與他人合用的地下室。而且，桑格的工作臺(tái)緊挨著飼養(yǎng)小白鼠的籠子，氣味很不好。好在桑格并不計(jì)較這些，在逐步適應(yīng)了地下室的工作環(huán)境后，桑格也找到了自己的科研目標(biāo)——給蛋白質(zhì)測(cè)序。

20世紀(jì)40年代，科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用，也知道蛋白質(zhì)是由許多氨基酸的氨基和羧基連接起來的肽鏈所構(gòu)成的復(fù)雜生物大分子。但是，科學(xué)家對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)了解不多。桑格想到，已確定的天然氨基酸只有20多種，但由這些氨基酸構(gòu)成的蛋白質(zhì)的種類則是天文數(shù)字，顯然，這是因?yàn)榘被岵煌倪B接順序產(chǎn)生了不同的肽鏈。那么，肽鏈中氨基酸的排列順序肯定就是代表蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的最重要信息。于是，桑格開始嘗試測(cè)序一種特殊的蛋白質(zhì)——胰島素。

桑格之所以研究胰島素，是因?yàn)樗巧矬w內(nèi)常見的蛋白質(zhì)激素，具有極大的研究?jī)r(jià)值，而且，胰島素易于獲得，是當(dāng)時(shí)市面上少數(shù)幾種可以買到的純凈蛋白質(zhì)之一。為了給胰島素測(cè)序，桑格自己發(fā)明了一種“二硝基氟苯化學(xué)試劑”（后來這種試劑被命名為“桑格試劑”），可以把胰島素中的長(zhǎng)肽鏈分解成只含有兩到三個(gè)氨基酸的短肽鏈。隨后，在通過電泳（帶電顆粒在電場(chǎng)作用下，向著與其電性相反的電極移動(dòng)，稱為電泳）等方法確定每個(gè)短肽鏈的頭和尾的氨基酸次序。這還沒完，桑格還要將測(cè)序好后的短肽鏈重新拼湊回原來的長(zhǎng)鏈，以最終確定整個(gè)胰島素的氨基酸序列。這項(xiàng)工作聽起來簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作中卻有著巨大的工作量，相當(dāng)于把完整的拼圖拆碎，之后蒙著眼睛再把它們恢復(fù)原狀。長(zhǎng)達(dá)10多年的時(shí)間里，桑格就在劍橋大學(xué)的見不到陽光的地下室里，反復(fù)地拆解、測(cè)序、拼合胰島素，堅(jiān)持“玩”著這個(gè)枯燥無味的“拼圖游戲”。

1951年，埋頭苦干的桑格得到了第一份收獲，他證明了胰島素是由兩個(gè)長(zhǎng)肽鏈構(gòu)成的，一個(gè)是具有酸性的A鏈，一個(gè)是具有堿性的B鏈。一年后，桑格又搞清了A 鏈和 B 鏈上的所有氨基酸的排列順序。1955年，桑格終于完成了胰島素的測(cè)序研究，他將牛胰島素的詳細(xì)結(jié)構(gòu)公之于眾，指出了A 鏈中 21 個(gè)氨基酸的連接順序以及B 鏈中30 個(gè)氨基酸的連接順序。

從1943年著手研究胰島素，到1955年解析胰島素的精確結(jié)構(gòu)，桑格的實(shí)驗(yàn)前后跨越了12年，但桑格憑借不懈的努力與艱苦的奮斗，最終成功地完成了這一任務(wù)。1958年，桑格憑借這一研究獲得了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

再奪諾貝爾獎(jiǎng)的神話

諾貝爾獎(jiǎng)給桑格帶來了很多的榮譽(yù)，一連串的頭銜和職務(wù)接踵而至，他成為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，成為劍橋大學(xué)國王學(xué)院的教授，同時(shí)，他的實(shí)驗(yàn)室也從“地下”搬到了劍橋大學(xué)另一棟嶄新大樓的頂層。不過，桑格不擅長(zhǎng)教學(xué)以及行政任務(wù)，他只想專心搞科學(xué)研究。

1962 年，桑格被邀請(qǐng)加入新成立的劍橋分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并擔(dān)任蛋白質(zhì)化學(xué)部門的主管。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室匯集了英國許多生物化學(xué)方面的科學(xué)精英，他們的研究大都與 DNA 有關(guān)。每當(dāng)舉行學(xué)術(shù)會(huì)議，大家興致勃勃地談?wù)摵怂?，桑格總是靜靜地坐在一邊，耐心地傾聽，最后他才談幾句蛋白質(zhì)研究。起初，桑格對(duì)大家熱烈談?wù)摰暮怂岵⒉桓信d趣。但在工作中，他在測(cè)序蛋白質(zhì)的時(shí)候有時(shí)也涉及到 DNA 測(cè)序的問題，他就開始尋找測(cè)序DNA的方法。久而久之，桑格對(duì)核酸的興趣越來越大，終于決定將 DNA 分子中核苷酸的排列順序作為自己的下一個(gè)研究目標(biāo)。

然而，這項(xiàng)任務(wù)要比蛋白質(zhì)測(cè)序難很多，因?yàn)橐粭lDNA上的核苷酸數(shù)量要比胰島素中氨基酸數(shù)量多好幾個(gè)量級(jí)，如果把DNA拆解、測(cè)序再重新拼合，這相當(dāng)于“玩”一個(gè)更大、更復(fù)雜的“拼圖游戲”。面對(duì)挑戰(zhàn)，桑格的應(yīng)對(duì)策略仍然是埋頭苦干，他辭去了幾乎所有的行政頭銜，一心一意泡在實(shí)驗(yàn)室里。但即使堅(jiān)韌如桑格，實(shí)驗(yàn)的難度仍然超乎想象。那個(gè)時(shí)期，桑格的實(shí)驗(yàn)記錄本上，出現(xiàn)最多的結(jié)論是“這個(gè)方案就是浪費(fèi)時(shí)間……得從頭再來”。

不過，桑格的努力又一次得到了回報(bào)。1977年，這位勤勉的科學(xué)家終于發(fā)明了高效的DNA測(cè)序方法，名為“加、減法”（該方法用到了雙脫氧核苷酸，所以也被稱為“雙脫氧鏈終止法”或“桑格法”）。1978年，桑格利用“加、減法”，先后完成了對(duì)含有5375個(gè)核苷酸的噬菌體DNA序列的測(cè)定以及對(duì)人類線粒體DNA的16338個(gè)核苷酸的序列分析。在此之前，科學(xué)家所能測(cè)序的核苷酸數(shù)量，最多只有80個(gè)。很快，桑格的方法推廣成為全世界通用的DNA測(cè)序手段，并為后來的“人類基因組計(jì)劃”奠定了基礎(chǔ)。

1980年，一通來自瑞典的電話，再次在桑格的案頭響起。因?yàn)椤按蜷_了分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和基因組學(xué)研究領(lǐng)域的大門”，桑格獲得了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第二個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)使桑格成為繼居里夫人（1903物理學(xué)獎(jiǎng)， 1911化學(xué)獎(jiǎng)）、萊納斯·卡爾·鮑林（1954化學(xué)獎(jiǎng)， 1962和平獎(jiǎng)）和約翰·巴丁（1956， 1972物理學(xué)獎(jiǎng)）之后的第四位兩度諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

1983年，65歲的桑格宣布退休，從此離開了實(shí)驗(yàn)室，離開了科學(xué)。桑格拒絕了英國女王的封爵邀請(qǐng)，搬到鄉(xiāng)下小屋，一心打理起了花園。2013年，桑格在睡夢(mèng)中離世，享年95歲。