今天故事的主角是一个科学家,他记忆力超群,却总是记不住自己邮箱的密码;他不擅长写作,但一生写出了无数文章,还成为了一个专栏作家;他1963年的时候提出了一个设想,然后经过11年的研究,于1974年发表了一篇只有他一个人署名的文章,迄今为止引用超过了12965次;他的实验室走出了5个诺贝尔奖获得者。这个人是谁?在他的一生中,他都做出了怎样的选择?
Sydney Brenner,1927年出生于南非杰米斯顿(Germiston)。他去世于2019年4月5日(恰好是中国的清明节),享年92岁。Sydney Brenner的父母都是犹太裔移民,母亲来自拉脱维亚,父亲来自立陶宛,为躲避战乱而移民南非。父亲是一名鞋匠,不识字,但是语言天赋超高,会说英语,俄语,荷兰语,意第绪语和祖鲁语。Sydney Brenner小时候经常到街角的一个邻居家玩。
邻居也是穷人,拿报纸当桌布用,顺便教Sydney Brenner读桌布。父亲鞋店的一名老主顾看到4岁的Sydney Brenner能读报纸,甚是惊诧。恰巧这名老主顾是当地一家学前班的负责人,得知Sydney Brenner父亲无力支付儿子的学费,就破格免费录取了Sydney Brenner。于是,Sydney Brenner5岁那年顺利进入学前班学习,之后又连跳三级,用两年时间读完了小学。
虽然Sydney Brenner有超常的学习能力,但他在中学阶段并没有被视为最优秀的学生。这是因为Sydney Brenner自有主张,他很快意识到中学化学、物理等课程所教的东西仅仅为了应付考试。他拒绝这种死记硬背的教育方式,于是开启了自学之路。由于家庭条件有限,没有什么书可读,Sydney Brenner就经常光顾图书馆,博览群书。有两本书对幼年的Sydney Brenner影响深远。
一本是“The Young Chemist”,书中介绍了做化学实验的详细步骤,Sydney Brenner照方抓药,10岁那年就在自家的车库里做起了化学实验——提取花瓣和树叶中的色素,发现加酸加碱,花容变色。另外一本是“The Science of Life”,正是这本书将Sydney Brenner领进了生物学的世界。
由于成绩突出,Sydney Brenner得以跳过高中直接升入大学,于1942年进入约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学(University of the Witwatersrand in Johannesburg)攻读内科学士学位,那年他才14岁,比他的同班同学小3-4岁。
正是这一年的学习让Sydney Brenner意识到,他对细胞生理学更感兴趣,因此他决定再多花两年的时间继续学习细胞生理学,并最终获得一个硕士学位。这可以说是Sydney Brenner人生中第一个重要的选择,在医生和科学家之间,他毫不犹豫地选择了自己更感兴趣的科学研究。他的硕士毕业论文是研究象鼩的染色体,并于1949年发表在Nature杂志上,那年他才23岁。
1952年Sydney Brenner拿到一份奖学金并远赴英国牛津大学继续深造,师从Cyril Norman Hinshelwood爵士(1956年诺贝尔化学奖得主)研究细菌如何抵抗噬菌体。1953年4月,Sydney Brenner和朋友一起前往剑桥大学参观Francis Crick和Jim Watson破解的DNA双螺旋结构。
当Sydney Brenner第一眼看见DNA双螺旋的模型时,他非常兴奋,并敏锐地意识到其中必定蕴含着一种遗传密码可以用来编码蛋白质,也就是后来大家熟知的密码子。
1960年,Sydney Brenner和Francois Jacob(发现操纵子的法国生物学家)来到了Matthew Meselson(发现DNA半保守复制的美国生物学家,擅长同位素标记)在加州理工大学的实验室,设计了一个实验来验证他们对于mRNA的猜想,即蛋白质翻译的时候会有一种不稳定的RNA(称之为信使RNA,即Messenger RNA,简称mRNA)结合在核糖体上,指导蛋白质的合成。
他们用放射性同位素15N和13C来标记细菌的核糖体,同时用32P来标记噬菌体的mRNA,然后利用噬菌体侵染细菌。如果他们的猜想是正确的,那么噬菌体的mRNA就会结合在细菌的核糖体上,通过提取细菌核糖体并检测其中的32P的含量,即可判断出该核糖体中是否含有噬菌体的mRNA。
1961年是Sydney Brenner学术生涯的顶峰之一,这一年他做出了两个重量级的发现,一个是发现了mRNA,另外一个就是发现了遗传密码。当时的科学界普遍猜想密码子应该是由3个核苷酸组成,但为什么是3个,而不是1个或者2个,却一直没有实验数据来证明。
Sydney Brenner和Francis Crick就设计了一个实验,他们用化学试剂proflavine对噬菌体的基因组进行突变(添加或者删除核苷酸)。而后发现每当添加或删除3个核苷酸的时候,这个突变的基因就能够翻译出蛋白质;而如果是添加或删除1个或2个核苷酸的时候,则不能生成任何蛋白质。这个实验结果巧妙地证明了密码子是由3个核苷酸组成的。
Sydney Brenner认为生物学的问题归根结底是生物进化的问题,而进化其实是从改变基因开始的,所以遗传学是研究进化问题的最合适也最理想的手段。
Sydney Brenner的计划是将一种生物的神经系统中每个细胞之间的连接都清晰地绘制出来,而后在基因组上制造突变,再通过分析这些突变体神经系统中的细胞连接有什么异常,从而总结出某个基因在某个神经细胞中控制了神经系统的发育过程,终极目标是搞清楚大脑如何运转并控制行为。
为了找到这个比噬菌体更加复杂,但是同时又要足够简单,以便于研究的多细胞生物,他培养了各种稀奇古怪的物种,包括新月柄杆菌、伞藻、轮虫、粘菌等等。但是它们都不能令Sydney Brenner满意。之后Sydney Brenner受到了猪蛔虫研究的启发,开始探索线虫。为了挑选最完美的线虫,他让所有出差的同事都在回来路上去机场旁边挖点土带回实验室,然后从中分离线虫。
Sydney Brenner一共收集了60多种线虫,经过几轮严格的“体检”,最终秀丽隐杆线虫(C. elegans)脱颖而出。
找到了梦寐以求的生物之后,Sydney Brenner组织了一支特殊的队伍来开启线虫计划(C. elegans project)。这支队伍中,大家背景各异,并不全是生物学家。
John Sulston,有机化学家,研制出一种特定的溶液将线虫长期保存在零下80度,随时可以复苏。Robert Horvitz,数学家,和John Sulston一起探明了线虫完整的细胞谱系。他们俩和Sydney Brenner分享了2002年的诺贝尔生理和医学奖。这支队伍做出的多项里程碑式的研究成果,使线虫成为了为数不多的模式生物之一,Sydney Brenner也得到了一个外号“线虫之父”。
1974年,Sydney Brenner发表了一篇只有他一个署名作者的文章,报道了他利用线虫做的第一个遗传学筛选,这篇文章迄今为止已被引用12965次。也正是这篇文章开启了伟大的线虫时代,目前全世界有数以千计的科学家使用C. elegans作为模式生物研究各种各样的科学问题,包括寿命,免疫,发育等等。
1999年线虫的全基因组测序完成,线虫大约有2万个基因,其中1/3在人类中都能找到保守的同源基因,这为以后的研究提供了极大的便利。70年代中期,Sydney Brenner选择离开蓬勃发展的线虫领域,转而“去玩新的游戏(to play another game)”。纵观其科研生涯,他独爱“玩开局(play the opening game)”。
1977年Sydney Brenner做了一个他自称十分后悔的决定——担任MRC Laboratory of Molecular Biology的主任。他的首要任务就是解决科研经费的问题,而他也很快意识到这个行政工作比做科研要难多了。1986年他辞去了这个行政职务,转回科研岗位。那时候他是人类基因组计划的一个坚定支持者,但他发现相对于线虫而言,人类的基因组太大,太复杂。
当时的DNA测序都是手动完成的,一个训练有素的研究员一天最多也就只能完成几百个碱基的测序工作,可想而知以这种技术要完成对人类基因组的测序几乎是不可能的。所以他开动脑筋,找到了河豚,河豚的基因组更紧凑,更容易实现全基因组的测序。1992年他从MRC退休。很多人都会在退休之后准备一个清单,其中列举了要去旅游的地方,要读的书,要培养的爱好等。Sydney Brenner则说:“扔掉那个清单!
”因为所有的人都知道你退休了,所以会有更多的人来找你,邀请你加入某个协会,参与杂志的编辑工作,组织会议等等,以至于退休之后甚至会变得更忙。
1994年,Sydney Brenner开始给Current Biology杂志写一个名叫“Loose ends”的专栏,后来这个专栏从每期压轴的位置窜到开头,于是被Sydney Brenner改称“False start”。
专栏每个月一篇,直到2000年为止。在这个专栏里,Sydney Brenner针砭时弊,嬉笑怒骂,皆成文章。他原以为自己会因此收到很多读者的抱怨或者抗议,但出乎意料的是,大家都很喜欢看,尤其是他写给Willie的信。Willie是Sydney Brenner虚构出来的一个外甥。Sydney Brenner给他写了很多封信,提供了很多建议,伴随Willie从研究生一路成长到系主任。
信的落款是“Syd叔叔”,这也成了他除了“线虫之父”之外的一个新外号。
借用这个专栏,Sydney Brenner讲述了很多他的奇思妙想,这里给大家举个例子。Sydney解梦:有人问,鱼会睡觉吗?为了回答这个问题,Sydney Brenner构思了一套理论来解释“梦是什么”。他的理论是,做梦是一个“倒带”的过程。
做梦的时候,眼睛是闭上的,所以外界的信息来源被切断了,这样就可以不受干扰地来“倒带”白天学到的东西,这些东西会在大脑中迅速移动,无用的东西会被删掉,有用的东西则会被保留下来。这个理论可以很好地解释为什么有些学术报告是那么令人昏昏欲睡!同时它也可以用来回答鱼是否会睡觉的问题,Sydney Brenner的答案是鱼很大可能不需要睡觉,顶多也就是小憩一下就好,因为鱼不需要去听学术报告!
同时,Syd叔叔还总结出了他独特的丛林写作法。Sydney Brenner年幼的时候经常可以毫不费力地完成一篇作文。但当他开始写科研论文的时候,却发现写作对他来说变得异常困难,起初他觉得是科研论文的“八股文格式”限制了他的创造力。有一段时间,他甚至还刻意挑选了最喜欢的纸和笔,但这些都无济于事。
后来他才意识到,关键问题是他的脑子里装的想法越来越多,变得像个热带雨林一样错综复杂,要找到一条清晰的路径穿过丛林变得异常困难。于是他练习先在自己的脑子里把要写的东西理清楚,找到那条穿过丛林的路径,后面的文章就如同水银泻地一般容易,几乎可以一气呵成。这大概就是唐诗中“曲径通幽处,禅房花木深”所描绘的意境吧。