實驗室、學科、國家：智力型領袖的社會作用 http://news.gscas.ac.cn 時間：2008-7-21 15:59:58 來源：科學文化評論 作者：饒毅 【字體：大 中 小】 遺傳學的歷史很有趣。 1865年以前，世界上，對遺傳的理解很樸素。1965年，全部遺傳密碼破譯。這短短的一百年，人類對遺傳學的理解從現象到本質有了根本的突破。 孟德爾在1865年宣讀、1866年發表他的豌豆實驗結果，開啟了現代遺傳學。一個人單槍匹馬，開創了一個學科，直到1900年世界才重新發現他。孟德爾這樣天才的孤獨發現，對世界貢獻巨大，但是並沒有直接推動他所在國家的發展。與此相似，印度數學家拉瑪努柬(Srinivasa Ramanujan)憑個人的天才，留下可歌可泣的事跡，但是難以總結經驗、難以複製，也沒有使印度成為數學強國。 20世紀初，美國在科學上尚未全面崛起。物理學領域,雖然美國開始出了幾個諾貝爾獎的工作，如1907年麥克爾遜（Albert Michelson）成為第一個美國諾貝爾獎獲主, 他和莫雷（Edward Morley）做的實驗，對愛因斯坦提出相對論起了非常重要的作用，但是麥克爾遜和莫雷並沒有提出理論解釋自己的結果；密立肯（Robert A. Millikan）於1923年成為美國第二個諾貝爾物理獎得主，用油滴實驗測量電子的電荷量，也缺理論建樹。二十世紀前期的物理學革命過程中，美國有零星而且偏技術的研究，在理論上貢獻不大，當時物理學的中心在歐洲。美國的數學也不如歐洲。在生命科學一些領域，如神經生理，二十世紀前五十年，研究的中心也不是美國而是英國和德國。 在美國尚未大規模支持科學、美國在其他學科還不是世界中心的時代，突然美國出了一個實驗室，給世界帶來一個驚喜：奠定一個新學科的主要理論基礎。一個空間很小、人少、經費不多的實驗室，卻做出了很大的發現。這就是摩爾根（Thomas Morgan）實驗室。在1910年至1915年摩爾根和他的學生們發表的一系列工作，對現代遺傳學的奠定和發展，起了關鍵和中心性的作用。他們的工作和學術後代，以後遍及全國，影響了世界。幾十年後，其貢獻從基礎研究擴展到醫藥、農業應用，催生了生物技術產業。近年公眾較熟悉的人類基因組，僅是遺傳學發展的一個步驟。 智力型領袖 常有人誤以為領袖就是有行政權力，可以發號施令、掌握資源和分配利益的人。有人甚至認為科學家、學者都是為行政長官服務、聽令於行政長官。其實，中外歷史上，從來不乏學者是真正領袖的例子，在科學、技術、人文、社會都有。有時可以說，相當多的行政長官不過是前輩思想家的追隨者、或當代學者思想的實踐者。 智力型領袖是人類發展的根本領袖。 科學界的智力型領袖可以是靠一個思想、一個實驗、或者一套工作。摩爾根實驗室以一個關鍵實驗結果開始、做了一系列工作。摩爾根領導了世界的遺傳學。雖然他後期做過加州理工學院生物系主任，但是他對科學界的領導並不是行政上的領導，不是通過權力和利益領導科學界，這樣的影響反而更大，遠遠不限於一、兩個學校。摩爾根實驗室聚集了幾個熱愛科學、扎紮實實做科學、迷戀研究的人。他以科學思想和實踐領導着世界。他自己密切參與實驗室的研究。他實驗室的大學生、研究生，着迷於科學，為了研究可以逃課。他和他的學生們以自己的科學思想、科學方法、研究結果、科學理論，帶動全世界的遺傳學家和其他生物學家。一百年來許多人心甘情願在他們智力領導下工作，在他們智力開創的道路上前進。 摩爾根本來以研究胚胎發育出名。但他在發育生物學沒有根本的發現。細胞生物學家威爾森（Edmund B. Wilson）將他從Bryn Mawr女子學院爭取到紐約的哥侖比亞大學。1909年，摩爾根給大學生講動物學的引言，吸引了兩位本科生布里基斯（Calvin B. Bridges ）和斯德文特（Alfred H. Sturtevant），他們到摩爾根實驗室做研究，加上慕勒（Hermann J. Muller）等，實驗室主力不過幾人。他們1910年發現“白眼”基因並首先確定了特定基因和特定表型的關係，到1915年，已經可以用他們的研究結果書寫遺傳學的主要內容：他們首先提出基因線性排列，首先建立基因圖譜……。他們用的基本策略和方法，迄今仍然廣泛應用。 摩爾根和學生們用的實驗動物是果蠅，是一個偶然、但是重要的選擇。果蠅具有幾個特性使它有助於遺傳學研究。一百多年來有三個諾貝爾獎是用果蠅做研究。摩爾根自己1933獲獎，他的學生慕勒於1946獲獎，摩爾根學生斯特文特的學生路易斯（Edward Lewis）於1996獲獎。果蠅研究逾百年而不衰。今天，果蠅仍然是非常重要的動物模型，很多研究者是摩爾根的學術後代。用果蠅做的研究不僅奠定遺傳學，而且推動了發育生物、神經生物、細胞生物、免疫等多個學科。遺傳學是建立分子生物學的主要支柱之一。用果蠅做的研究結果，也影響了對人的理解和對於人類疾病機理的理解。還有許多研究者用果蠅來尋找治療人類疾病的分子和方法。 摩爾根實驗室用果蠅做研究，以後美國科學家建立其他多個重要動物模型，有些和摩爾根的學生有關。摩爾根和斯特文特的博士後彼德爾（George Beadle）先做果蠅，後來他和塔特姆（Edward Tatum）用麵包霉做研究，提出“一個基因、一個酶”的概念，獲1958年諾貝爾獎。斯德文特教過德裔美國科學家德爾布呂克（Max Delbruck），而德氏因用噬菌體做遺傳研究而獲1969年諾貝爾獎。 摩爾根實驗室面積小，沒有成為他們研究的阻礙，而是促進了科學討論。摩爾根包容個性不同的學生，其中布里基斯在個人生活上與眾不同，以致有人誤傳他死於梅毒性心臟病，實際是突發心臟病。慕勒左得可愛而且個性不易相處。他跑到蘇聯，碰到李森科主義橫行，只好回美國。他的政治背景不容於美國社會、到他快要得諾貝爾獎的時候，找工作還有困難。泱泱大國難容的獨特學生，摩爾根一個小小的實驗室不僅容納了，而且培養和發揮了他們的作用。 摩爾根實驗室儀器簡陋，用牛奶瓶養果蠅、用簡單的放大鏡看果蠅。九十年後用果蠅做實驗得諾貝爾獎的三位：摩爾根學術後裔路易斯、德國的努斯蘭－伍爾哈德（Christiane Nusslein-Volhard）和美國的維蕭斯（Eric Wieschaus），他們所用的技術和實驗條件，本質上和摩爾根時代沒有太大差別。無需昂貴高級儀器的實驗，在今天的遺傳學和生物學中，仍然有一席之地，有時還起主要作用。 科學與社會：實驗室推動學科與國家 社會和國家有需求時，可以提出科學問題、推動科學發展。在對經濟發展和應用有強烈要求的國度和時代，不可忽視的是：小規模的科學研究可以產出大規模、長期的效益。 遺傳學在美國的發展也反映了一個新興大國的科學發展歷程。 摩爾根時代，美國並不像二戰前後那樣能吸引大量歐洲人才。可以說，那時在歐洲人看來，老洛克菲勒等暴發戶橫行的美國，還處於一個很不公平、與野蠻離得不很遠的時代，科學上美國還在鄉巴佬時期。美國的環境對歐洲做學術的人並沒有很大吸引力，而且那時美國也不像50年代以後那樣有大量研究經費。所以，在美國既不能依賴國外來的科學家、也不能倚仗經濟優勢的時代，摩爾根實驗室的成就格外令人矚目。 摩爾根的研究不是由於美國國家層面有什麼計劃、也沒有國家需求。摩爾根用果蠅做研究的初衷是找證據反對孟德爾。結果不僅不能反孟德爾，而是大大發展了孟德爾遺傳學理論。摩爾根起初也不知道可以開創一個學科，更不知道可以導致新產業形成。是他們的成果告訴國家有什麼需要，告訴人類什麼重要，應該往什麼方向走，而不是國家預先知道有什麼需要而交給科學家任務。科學家的這種探索，是人類最令人興奮的智力追求之一，最終也推動國家發展、人類進步。沒有這種追求的國家，不可能成為長期領先世界的強國。 遺傳學的建立也直接導致了分子生物學的誕生。遺傳學理論和實驗是分子生物學的基礎。分子生物學開創者中相當一批是遺傳學家，其中不乏摩爾根的學術後裔。摩爾根和斯特文特影響德爾布呂克、後者影響沃特森（James Watson），…形成學術界的前浪後浪，波瀾壯闊。 遺傳學和分子生物學不僅導致了人類遺傳學、基因組學、生物信息學等新學科，而且催生了現代生物技術，使醫藥現代化。德爾布呂克等用的噬菌體，在生物技術產業曾有直接應用。遺傳學家群體的成果不僅推動美國和世界的科學，而且有很多寶貴的應用。分子生物學家用遺傳工程生產的胰島素、干擾素、紅細胞生成素、肝炎疫苗，改善了人類健康，也帶來了經濟效益。過去二十年，一個個疾病基因被發現，從兒童疾病、成年常見病、傳染病到老年痴呆，遺傳學為理解、診斷人類疾病帶來了根本的推動，也提供了治療的方法或者基礎。 綠色革命帶來的農作物產量提高，遺傳學起主要作用。美國植物遺傳學家布洛格（Norman Borlaug）1940年代遺傳改良小麥使墨西哥從糧食進口國成為出口國，1960年代他將綠色革命帶到印度、巴基斯坦，使瀕臨饑荒的國家避免糧食危機。布洛格因此獲得1970年諾貝爾和平獎。1966年位於菲律賓的國際水稻研究所培育出IR8號等現代高產水稻。1960和70年代，中國的袁隆平等用遺傳培育雜交水稻，顯著提高水稻產量，為人類作出了貢獻。 起初很少一些人為科學而科學開始的學術研究、不懈地為好奇而做的探索，最終通過更多的人衍生出更多的科學和技術活動、產生廣泛和深刻的影響，是科學研究對人類貢獻的一個明證。 一個實驗室對世界的影響 摩爾根實驗室影響遍及世界，這不僅因為他們的思想成為人類文明的一部分，也通過培養學生，在世界很多國家傳承了他們的科學和文化。 摩爾根實驗室在美國的傳承很容易理解。摩爾根實驗室對歐洲也有影響。甚至，在蘇聯反對摩爾根遺傳學說的時代，摩爾根實驗室的人員和思想都擴散到了蘇聯。摩爾根的左派學生慕勒30年代曾在蘇聯工作，蘇聯遺傳學家瓦維若夫因為堅持遺傳學的學術真理，死在監獄中。 在中國，摩爾根有直接的學術傳承。他在Bryn Mawr女子學院培養的研究生博愛理（Alice M. Boring），後來幾十年在燕京大學生物系。1926年，他實驗室兩個中國博士畢業：通過布里基斯培養出的李汝祺、通過斯特文特培養的陳子英。李和陳先在燕京大學工作，李後來長期在北大，陳在廈門大學。1936年在摩爾根實驗室師從杜布贊斯基（Theodosius Dobzhansky）獲得博士的談家楨，回中國後在浙江大學和復旦大學工作。目前活躍於海外的許多華裔遺傳學家如斯坦福大學的駱利群、耶魯大學的許田，也是摩爾根學術後裔。 我自己是德爾布呂克傳承的摩爾根譜系受益者。德氏是我研究生導師詹裕農的導師。同時德氏還教過也是物理學家出身、在分子生物學領域做出重要貢獻的苯澤（Seymour Benzer）。苯澤用果蠅遺傳研究行為有許多重要發現，1970年代他對生物鐘的本質突破性的發現，是行為生物學的里程碑。苯澤培養出很多學生，包括傑出的科學家詹裕農、葉公杼。而詹/葉夫婦又培養出40多位教授。我在博士生期間跟他們學過果蠅後，離開了果蠅而用高等動物做了十幾年的研究，近年在北京重新拾起果蠅，體會到果蠅的用處遠未結束。我們用果蠅和哺乳類研究社會行為的分子和細胞機理，希望發現有普遍意義的原理。 一個摩爾根實驗室，不僅奠定了一個學科，而且影響了多個學科。他們的成果，及其衍生的學科和技術推動了美國生物醫學的發展，使美國在現代生物產業領先世界，在醫藥和農業上出現較大進步，對國家的發展起了作用。他們的學科和學術後裔，經歷百年後仍然興旺發達，影響着美國和世界。 （本文為平立岩著《遺傳學史略：從細菌、果蠅到人》一書的序言，2008年6月發表於《科學文化評論》第5卷第3期92至95頁）