饶毅:实验室、学科、国家:智力型领袖的社会作用

选择字号:   本文共阅读 2657 次 更新时间:2008-08-19 10:42

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饶毅  

遗传学的历史很有趣。

1865年以前,世界上,对遗传的理解很朴素。1965年,全部遗传密码破译。这短短的一百年,人类对遗传学的理解从现象到本质有了根本的突破。

孟德尔在1865年宣读、1866年发表他的豌豆实验结果,开启了现代遗传学。一个人单枪匹马,开创了一个学科,直到1900年世界才重新发现他。孟德尔这样天才的孤独发现,对世界贡献巨大,但是并没有直接推动他所在国家的发展。与此相似,印度数学家拉玛努柬(Srinivasa Ramanujan)凭个人的天才,留下可歌可泣的事迹,但是难以总结经验、难以复制,也没有使印度成为数学强国。

20世纪初,美国在科学上尚未全面崛起。物理学领域,虽然美国开始出了几个诺贝尔奖的工作,如1907年麦克尔逊(Albert Michelson)成为第一个美国诺贝尔奖获主, 他和莫雷(Edward Morley)做的实验,对爱因斯坦提出相对论起了非常重要的作用,但是麦克尔逊和莫雷并没有提出理论解释自己的结果;密立肯(Robert A. Millikan)于1923年成为美国第二个诺贝尔物理奖得主,用油滴实验测量电子的电荷量,也缺理论建树。二十世纪前期的物理学革命过程中,美国有零星而且偏技术的研究,在理论上贡献不大,当时物理学的中心在欧洲。美国的数学也不如欧洲。在生命科学一些领域,如神经生理,二十世纪前五十年,研究的中心也不是美国而是英国和德国。

在美国尚未大规模支持科学、美国在其他学科还不是世界中心的时代,突然美国出了一个实验室,给世界带来一个惊喜:奠定一个新学科的主要理论基础。一个空间很小、人少、经费不多的实验室,却做出了很大的发现。这就是摩尔根(Thomas Morgan)实验室。在1910年至1915年摩尔根和他的学生们发表的一系列工作,对现代遗传学的奠定和发展,起了关键和中心性的作用。他们的工作和学术后代,以后遍及全国,影响了世界。几十年后,其贡献从基础研究扩展到医药、农业应用,催生了生物技术产业。近年公众较熟悉的人类基因组,仅是遗传学发展的一个步骤。

智力型领袖

常有人误以为领袖就是有行政权力,可以发号施令、掌握资源和分配利益的人。有人甚至认为科学家、学者都是为行政长官服务、听令于行政长官。其实,中外历史上,从来不乏学者是真正领袖的例子,在科学、技术、人文、社会都有。有时可以说,相当多的行政长官不过是前辈思想家的追随者、或当代学者思想的实践者。

智力型领袖是人类发展的根本领袖。

科学界的智力型领袖可以是靠一个思想、一个实验、或者一套工作。摩尔根实验室以一个关键实验结果开始、做了一系列工作。摩尔根领导了世界的遗传学。虽然他后期做过加州理工学院生物系主任,但是他对科学界的领导并不是行政上的领导,不是通过权力和利益领导科学界,这样的影响反而更大,远远不限于一、两个学校。摩尔根实验室聚集了几个热爱科学、扎扎实实做科学、迷恋研究的人。他以科学思想和实践领导着世界。他自己密切参与实验室的研究。他实验室的大学生、研究生,着迷于科学,为了研究可以逃课。他和他的学生们以自己的科学思想、科学方法、研究结果、科学理论,带动全世界的遗传学家和其他生物学家。一百年来许多人心甘情愿在他们智力领导下工作,在他们智力开创的道路上前进。

摩尔根本来以研究胚胎发育出名。但他在发育生物学没有根本的发现。细胞生物学家威尔森(Edmund B. Wilson)将他从Bryn Mawr女子学院争取到纽约的哥仑比亚大学。1909年,摩尔根给大学生讲动物学的引言,吸引了两位本科生布里基斯(Calvin B. Bridges )和斯德文特(Alfred H. Sturtevant),他们到摩尔根实验室做研究,加上慕勒(Hermann J. Muller)等,实验室主力不过几人。他们1910年发现“白眼”基因并首先确定了特定基因和特定表型的关系,到1915年,已经可以用他们的研究结果书写遗传学的主要内容:他们首先提出基因线性排列,首先建立基因图谱……。他们用的基本策略和方法,迄今仍然广泛应用。

摩尔根和学生们用的实验动物是果蝇,是一个偶然、但是重要的选择。果蝇具有几个特性使它有助于遗传学研究。一百多年来有三个诺贝尔奖是用果蝇做研究。摩尔根自己1933获奖,他的学生慕勒于1946获奖,摩尔根学生斯特文特的学生路易斯(Edward Lewis)于1996获奖。果蝇研究逾百年而不衰。今天,果蝇仍然是非常重要的动物模型,很多研究者是摩尔根的学术后代。用果蝇做的研究不仅奠定遗传学,而且推动了发育生物、神经生物、细胞生物、免疫等多个学科。遗传学是建立分子生物学的主要支柱之一。用果蝇做的研究结果,也影响了对人的理解和对于人类疾病机理的理解。还有许多研究者用果蝇来寻找治疗人类疾病的分子和方法。

摩尔根实验室用果蝇做研究,以后美国科学家建立其他多个重要动物模型,有些和摩尔根的学生有关。摩尔根和斯特文特的博士后彼德尔(George Beadle)先做果蝇,后来他和塔特姆(Edward Tatum)用面包霉做研究,提出“一个基因、一个酶”的概念,获1958年诺贝尔奖。斯德文特教过德裔美国科学家德尔布吕克(Max Delbruck),而德氏因用噬菌体做遗传研究而获1969年诺贝尔奖。

摩尔根实验室面积小,没有成为他们研究的阻碍,而是促进了科学讨论。摩尔根包容个性不同的学生,其中布里基斯在个人生活上与众不同,以致有人误传他死于梅毒性心脏病,实际是突发心脏病。慕勒左得可爱而且个性不易相处。他跑到苏联,碰到李森科主义横行,只好回美国。他的政治背景不容于美国社会、到他快要得诺贝尔奖的时候,找工作还有困难。泱泱大国难容的独特学生,摩尔根一个小小的实验室不仅容纳了,而且培养和发挥了他们的作用。

摩尔根实验室仪器简陋,用牛奶瓶养果蝇、用简单的放大镜看果蝇。九十年后用果蝇做实验得诺贝尔奖的三位:摩尔根学术后裔路易斯、德国的努斯兰-伍尔哈德(Christiane Nusslein-Volhard)和美国的维萧斯(Eric Wieschaus),他们所用的技术和实验条件,本质上和摩尔根时代没有太大差别。无需昂贵高级仪器的实验,在今天的遗传学和生物学中,仍然有一席之地,有时还起主要作用。

科学与社会:实验室推动学科与国家

社会和国家有需求时,可以提出科学问题、推动科学发展。在对经济发展和应用有强烈要求的国度和时代,不可忽视的是:小规模的科学研究可以产出大规模、长期的效益。

遗传学在美国的发展也反映了一个新兴大国的科学发展历程。

摩尔根时代,美国并不像二战前后那样能吸引大量欧洲人才。可以说,那时在欧洲人看来,老洛克菲勒等暴发户横行的美国,还处于一个很不公平、与野蛮离得不很远的时代,科学上美国还在乡巴佬时期。美国的环境对欧洲做学术的人并没有很大吸引力,而且那时美国也不像50年代以后那样有大量研究经费。所以,在美国既不能依赖国外来的科学家、也不能倚仗经济优势的时代,摩尔根实验室的成就格外令人瞩目。

摩尔根的研究不是由于美国国家层面有什么计划、也没有国家需求。摩尔根用果蝇做研究的初衷是找证据反对孟德尔。结果不仅不能反孟德尔,而是大大发展了孟德尔遗传学理论。摩尔根起初也不知道可以开创一个学科,更不知道可以导致新产业形成。是他们的成果告诉国家有什么需要,告诉人类什么重要,应该往什么方向走,而不是国家预先知道有什么需要而交给科学家任务。科学家的这种探索,是人类最令人兴奋的智力追求之一,最终也推动国家发展、人类进步。没有这种追求的国家,不可能成为长期领先世界的强国。

遗传学的建立也直接导致了分子生物学的诞生。遗传学理论和实验是分子生物学的基础。分子生物学开创者中相当一批是遗传学家,其中不乏摩尔根的学术后裔。摩尔根和斯特文特影响德尔布吕克、后者影响沃特森(James Watson),…形成学术界的前浪后浪,波澜壮阔。

遗传学和分子生物学不仅导致了人类遗传学、基因组学、生物信息学等新学科,而且催生了现代生物技术,使医药现代化。德尔布吕克等用的噬菌体,在生物技术产业曾有直接应用。遗传学家群体的成果不仅推动美国和世界的科学,而且有很多宝贵的应用。分子生物学家用遗传工程生产的胰岛素、干扰素、红细胞生成素、肝炎疫苗,改善了人类健康,也带来了经济效益。过去二十年,一个个疾病基因被发现,从儿童疾病、成年常见病、传染病到老年痴呆,遗传学为理解、诊断人类疾病带来了根本的推动,也提供了治疗的方法或者基础。

绿色革命带来的农作物产量提高,遗传学起主要作用。美国植物遗传学家布洛格(Norman Borlaug)1940年代遗传改良小麦使墨西哥从粮食进口国成为出口国,1960年代他将绿色革命带到印度、巴基斯坦,使濒临饥荒的国家避免粮食危机。布洛格因此获得1970年诺贝尔和平奖。1966年位于菲律宾的国际水稻研究所培育出IR8号等现代高产水稻。1960和70年代,中国的袁隆平等用遗传培育杂交水稻,显著提高水稻产量,为人类作出了贡献。

起初很少一些人为科学而科学开始的学术研究、不懈地为好奇而做的探索,最终通过更多的人衍生出更多的科学和技术活动、产生广泛和深刻的影响,是科学研究对人类贡献的一个明证。

一个实验室对世界的影响

摩尔根实验室影响遍及世界,这不仅因为他们的思想成为人类文明的一部分,也通过培养学生,在世界很多国家传承了他们的科学和文化。

摩尔根实验室在美国的传承很容易理解。摩尔根实验室对欧洲也有影响。甚至,在苏联反对摩尔根遗传学说的时代,摩尔根实验室的人员和思想都扩散到了苏联。摩尔根的左派学生慕勒30年代曾在苏联工作,苏联遗传学家瓦维若夫因为坚持遗传学的学术真理,死在监狱中。

在中国,摩尔根有直接的学术传承。他在Bryn Mawr女子学院培养的研究生博爱理(Alice M. Boring),后来几十年在燕京大学生物系。1926年,他实验室两个中国博士毕业:通过布里基斯培养出的李汝祺、通过斯特文特培养的陈子英。李和陈先在燕京大学工作,李后来长期在北大,陈在厦门大学。1936年在摩尔根实验室师从杜布赞斯基(Theodosius Dobzhansky)获得博士的谈家桢,回中国后在浙江大学和复旦大学工作。目前活跃于海外的许多华裔遗传学家如斯坦福大学的骆利群、耶鲁大学的许田,也是摩尔根学术后裔。

我自己是德尔布吕克传承的摩尔根谱系受益者。德氏是我研究生导师詹裕农的导师。同时德氏还教过也是物理学家出身、在分子生物学领域做出重要贡献的苯泽(Seymour Benzer)。苯泽用果蝇遗传研究行为有许多重要发现,1970年代他对生物钟的本质突破性的发现,是行为生物学的里程碑。苯泽培养出很多学生,包括杰出的科学家詹裕农、叶公杼。而詹/叶夫妇又培养出40多位教授。我在博士生期间跟他们学过果蝇后,离开了果蝇而用高等动物做了十几年的研究,近年在北京重新拾起果蝇,体会到果蝇的用处远未结束。我们用果蝇和哺乳类研究社会行为的分子和细胞机理,希望发现有普遍意义的原理。

一个摩尔根实验室,不仅奠定了一个学科,而且影响了多个学科。他们的成果,及其衍生的学科和技术推动了美国生物医学的发展,使美国在现代生物产业领先世界,在医药和农业上出现较大进步,对国家的发展起了作用。他们的学科和学术后裔,经历百年后仍然兴旺发达,影响着美国和世界。

本文为平立岩著《遗传学史略:从细菌、果蝇到人》一书的序言

2008年6月发表于《科学文化评论》第5卷第3期92至95页

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