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遗传学家的遗传秘密

已有 17441 次阅读 2010-9-22 11:43 |个人分类:社会|系统分类:人物纪事

  
出生于缺少书籍的家庭,他成了科学家;
 
姐姐哥哥在15岁失学,他自己最终成为皇家学会会长;
 
成绩不好考试不及格而吃过大学闭门羹,他却获得了诺贝尔奖;
 
深入到基因水平的世界一流遗传学家,他并不能破解个体水平的自身遗传之谜。
 
 
“穷孩子学术不宜”论
 
理论上,我感到急剧变化中的中国社会,可能与一百多年前马克·吐温时代的美国相似,包括拜金主义。而现实中,不久前收到一位学生的来信时,我还是有点惊讶,没有想到社会对物质的崇拜到了压抑青年人志向的程度。他问:听说,做科学研究是富裕家庭后代的事情,不适合我们穷人出身的孩子,是吗?
 
后来多了解了一些,才知道还不是孤立的问题,而是已经在部分青年学生中蔓延的问题,来源也许是社会。我这一代在中国长大的人,至少在青少年阶段,不太受到有关家庭贫富的教育,如果有,也是说有钱人(“地主资产阶级”)坏,穷人好、穷人有志气。这种教育有不切实际的成分,但是,对于家庭经济状况较困难的青少年在心理上也许可以起好的作用,而对于家庭状况好些的青少年,也许使他们不敢过多依赖家庭。至少,这是我自己看到的比较窄的社会范围内的情况。
 
在贫富分明的今天,如果要用中国极左时代的事例讲给学生听,可能不起正面效果,而有负面影响。
 
英国科学家Paul M. Nurse的故事,也许可以给那位写信的同学以及有类似困惑的学生提供参考资料。不是说家庭困难对后代一定有利,但本文也多提供一个克服困难、力图做自己感兴趣事情的例子。
 
穷人的孩子爱科学
 
出生于1949年的Nurse于2001年获诺贝尔生理或医学奖。
 
他获奖后不久写的自传介绍:我父母以前在农村,母亲是厨娘,父亲做手工、也给人开车。1930年代后,他们搬到伦敦西北,父亲在食品加工厂做机修工,母亲除了带四个孩子以外,有时也做清洁工。我是家里最小的,比其他孩子都小很多,有时好像独子似的。
 
他的自我介绍,包含很大的错误,只是他那时不知情。
 
Nurse出身于英国不富裕的工人家庭。但他没有为环境所限,坚持自己的兴趣和爱好,在科学上做出重要发现,并参与推动科学在社会中的作用。
 
Nurse的科学兴趣点燃于小学。苏联卫星上天,远在英国的孩子Nurse受到鼓舞,他8岁时,从报纸上读到卫星2号要飞过伦敦,生日时得到的礼物望远镜让他可以在后 院观看天上飞过的苏联卫星2号,也是他一生天文爱好的起源。
 
他上的公立中学很重视教育,条件很好,但也强调考试。其他孩子一般来自比他富有、或者更有读书传统的家庭。Nurse曾感到自己好像是“离水之鱼”。考试不行,记忆不好,没时间做自己喜欢的东西。但是,有个生物老师Keith Neal,鼓励学生学自然史、做实验。Nurse照着《科学 美国人》介绍的实验步骤用果蝇研究色素差别、看鸟、收集甲壳虫,不亦乐乎。他由此对自然史、生态产生了兴趣,中学时还在课外活动中学了登 山和滑翔,以后一生喜爱飞行。
 
他小时候信教,中学时觉 得《圣经》讲的生命起源和进化论不符,放弃了宗教,成为无神论者。
 
中学毕业时,Nurse希望上大学。但当时大学 入学必需考法文,他考不及格,而被大学拒之门外。
 
Nurse到一间啤酒厂附属的微生物实验室做技术员。实验室主任很快让他每周两天做完常规工作,鼓励他其他时间做实 验。
 
但是,他上大学必需的法 文还是过不了关。
 
天无绝人之路。伯明翰大 学的一位遗传学教授给他长时间面试后,帮Nurse绕过法文,使他得以在1967年上了大学。大学期间,他的生态学兴趣变成了在实验室里研究生物的兴趣。1970年大学毕业后,到东Anglia大学,从发育生物学角度 对细胞周期感兴趣。他的研究生起步并不顺利,觉得重复做实验挺郁闷,也曾想过转行。但最终还是坚持下来,于1973年获分子生物学博士。
 
1972年美国遗传学家Lee Hartwell用芽孢酵母筛选细胞周期的突变体,开创了细胞周期研究的新时代。Nurse想加入这个新领域,但他 和妻子都不能去美国。于是他就到爱丁堡大学的J. Murdoch Mitchison教授的实验室,那是英国裂变酵母的权威。因为其实验室缺遗传学,Mitchison建议Nurse到瑞士一个做裂变酵母遗 传的实验室进修一段时间。在Mitchison实验室做博士后的六年中,Nurse开始了他的主要发现。Mitchison家庭和Nurse相反:是英国学术世家之一,目前仍然活跃在学术界。Mitchison非常支持Nurse。Nurse认为他是自己一生最有影 响的两个老师之一,给自己很大的学术自由。
 
Nurse的科学和社会活动
 
Nurse的主要科学贡献,在于研究细胞分裂的分子机理。
 
细胞分裂,是细胞繁殖、 分化的基本过程。如果细胞不分裂,一个人就只能是起初的一个细胞,不能变成个体。
 
对细胞周期的研究,1998年我曾在《科技日报》发表简介(http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=2924)。如当时所述,我认为细胞周期的研究中,Hartwell和Nurse的工作最重要,而第三重要的科学家有几位比较相近,最后得奖并不表明得奖的第三位工作重要性高于其他未获奖的那几位。这个领域的突破性工作是Hartwell决定用遗传筛选,寻找影 响酵母细胞周期的突变体。他找到了突变体,实际就发现了影响细胞周期的很多基因。七十年代初,人们并不知道能拿到并确定具体的基因,只是 以突变来间接了解基因。Hartwell找到了较多基因,命名为Cdc,后面接数字(Cdc1, Cdc2, Cdc3,…)。过些年后,技术的发展,特别是1973年重组DNA技术的建立,七十年代中 晚期克隆基因技术逐渐完善,可以拿到突变所在的基因,八、九十年代更可以对基因进行较多的操纵。Hartwell是开创遗传学研究细胞周 期的先锋。他的工作影响超出细胞分裂周期本身,因为通过继续研究其中部分基因参与的生物学过程,也帮助人们理解一些其他领域的问题。
 
Nurse是较早期加入这一领域的科学家,其研究途径相似于Hartwell。Nurse用另外一种酵母做同样的 遗传筛选,其起点并非很有创造性,但是,他在七十年代中期首先确定Cdc2的功能,特别是因为发现Cdc2功能加强的突变体能加快细胞周期,从而提出众多Cdc基因中Cdc2的突出作用。
 
到八十年代,多个研究发现Cdc2在从酵母到人的多种真核生物中都起关键作用。科学家们拿到多个决定细胞周期的基因,而且发现多种生物用同一套关键分子,组合成一个机器似的,非常漂 亮。到九十年代初,基本框架已经确定。现在一般教科书画一个圈,图示细胞周期的不同阶段,而围绕这个圈,可以画上不同的分子有何变化,它 们起什么作用。外行粗看貌似八卦图,其中却含有深刻而现实的意义。其中,最突出的是Cdc2。Cdc2编码的蛋白产物是蛋白激 酶,由在细胞周期不同阶段表达量不同的分子调节它的活性,而Cdc2通过调控其他蛋白质的磷酸化,而调节它们的活性,控制它们的功能。
 
细胞周期的研究,用酵母做遗传学,当时都认为是基础研究,不清楚应用意义。其实,细胞分裂异常,也是疾病的原因。比如,无限制的分裂会导致癌症。所以,细胞分裂 既是基础问题、也有应用意义。酵母的研究最后推动对人类癌症发生机理的理解,是多数人始料不及的。现在已经公认酵母是主要模式生物,而不是少数科学家的怪癖。
 
Nurse本人在多个单位工作过,曾任牛津大学教授。2003年到美国生物学顶尖的洛克菲勒大学任校长。他在洛克菲勒时加强了对年轻教授的支持。
 
Nurse不避公众,推动社会对科学的支持。他也致力推动英国的科技体制改革。今年4月,伦敦《泰晤士报》发表的访谈中,Nurse主张英国学习美国休斯医 学研究所模式(HHMI),在全国 以新机制支持优秀科学家。成立于1660年英国皇家学会,今年11月30日将庆祝350周年。其后第一天,Nurse将就任皇家学会第六十任会长。2011年第一天,他将任英国医学研究和创新中心(UKCMRI)首任主任,在伦敦市中 心建立欧洲最大的生物医学研究机构:5年后将有一千五百人、约十亿美元的研究经费。
 
爵士原是私生子
 
Nurse虽然是优秀遗传学家,但对自己的遗传背景长期蒙在鼓里:在得奖不久后写自传的时候,他并不知道所介绍的“父母”不是他父母。他知道自己比兄姐小很多,却不知道个中 缘由。
 
1999年被女王封爵的Nurse,发现自己是私生子的过程也很偶然。
 
他于2003年到美国担任Rockefeller大学校长。其后,申请美 国绿卡时没有通过,Nurse挺恼火的。 国土安全部说他提交的出生证上没有父母名字,要求他提交更详细的出生材料。英国有两种出生证,一种短的、一种长的。Nurse交待秘书去问英国要长的出生证,自己旅行去了。回来后,秘书说你是否把父母名字搞错了。他看到自己的长出生证后,也不得其解:上面母亲是他姐姐的名字,父亲一项 无人。后来他在诺贝尔网站加的更正说自己过了几秒种才意识到(报社采访他的报道说是他妻子先意识到):可能原来以为的父母其实是外祖父母,而姐姐才是母亲。
 
可惜,这时他已经不能问父母和姐姐:他们早已过世。他的两个“哥哥”也毫不知情。
 
Nurse有两个女儿,现在分别从事电视节目制作和高能物理研究。她们小时候常听父亲讲科学和历史,觉得父亲对事情 很好奇。其中一位其实比父亲知道更多家史,她11岁时因为要写家谱,“奶奶”告诉她:父亲的“父母”各自都是私生子。Nurse从出生证上看到自己出生于姨婆家,电话表姨得知出生之谜:自己的“姐姐”原来是母亲。生母17岁怀孕、18岁去乡下生了Nurse,外祖父母将他以“儿 子”的名义带回伦敦,抚养成人。
 
Nurse快3岁时,生母结婚。婚礼上,小Nurse钻到桌子底下,把蛋糕给碰翻了。生母一手拉着Nurse的小手、一手搀着丈夫拍 了一张照片。生母出嫁后从此将Nurse完全交给了外祖父母。生母去世后,Nurse才知道,她的床边有四个孩子的照片:后来生的三个,和Nurse本人。
 
Nurse很懊悔没有机会和母亲长谈自己的身世。Nurse也试图找到父亲。听说有位 音乐家与母亲有联系,Nurse就检测音乐家亲戚的DNA,结果没有发现和自己的关联。只剩下一个美国兵的传说,也仍有疑问。比如,虽然Nurse有Paul这一平凡名字,其中间名Maxime却不像工农兵,更似某种 贵族,也不能排除俄国、法国贵族血统的可能。
 
Nurse并不讳言自己的出身,他觉得生母一生为此含羞,而自己公开谈论可以代偿一些:母亲半个世纪不肯说的事情, 我就说了,不是什么大不了的耻辱。“作为一个挺好的遗传学家,自己的遗传竟然是个长期的秘密,这个讽刺倒蛮吸引我”。
 
Nurse不仅克服出身带来的困难,也全然不为出身卑微而羞愧。
 
一般的中国学生,可能不会有Nurse双重的“家庭问题”,从中也许可以看到更多希望:客观判断自己的潜能, 通过努力建立自己的事业。
 
注:
 
1. 1998年在《科技日报》的简介 《细胞分裂的分子原理》,也见:http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=2924
 
2. 非科学故事部分资料来源:诺贝尔奖网站, Science和Nature的新闻报道部分,Scientific American的访谈,记者Roger Highfield报道(2010年4月19日)(http://www.telegraph.co.uk/science/7607690/Sir-Paul-Nurse-Geneticist-inherits-a-mystery.html)。
 
(写于2010年暑假,发表于2010年9月21日《文汇报》)
 


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