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孟安明:置身進化中

2020-08-11來源:人民政協報
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◆孟安明:

第十一、十二、十三屆全國政協委員,九三學社中央委員會委員、北京市委會副主委。發育生物學家,中國科學院院士,清華大學教授。

“水熊蟲在顯微鏡下才看得見,放它到開水里煮,煮不死;放到液氮里凍,凍不死,它的結構和生理特征很奇特。如果研究清楚它的結構成分和特性,我們的建筑、戰士的防護服可能會有革命性的改變……”

“馬達加斯加的變色龍里,有的能改變顏色,有的能改變形態。一條挺大的變色龍,當它落在枯葉或者樹干上時,原本立體的手一下子扁扁薄薄的,不仔細看,難以分辨。要是把它研究清楚了,是不是也很有意義?”

身居清華大學醫學科學樓一樓一間緊湊的辦公室,在隔壁實驗室裝修叮叮咚咚的聲律之中,孟安明快意地暢談著他所認識的自然界的神奇和廣闊——

“建房子都有個藍圖吧,需要很多工人對照圖紙去建。你看生物就不需要。像我們研究的胚胎,當它們的神經系統、血液系統還沒出現的時候,它自己就知道一步一步地該怎么走。”

無論是在文章中看到過的水熊蟲,還是自己曾眼見的“偽裝高手”變色龍,或是他時常研究的生物胚胎,都遵循著一套看不見的自然程序,自主組裝出一個完整的生命體。

人類科技發展到今天,能夠制造宇宙飛船、汽車,但卻無法組裝一個活的生命體,這足以證明生物的復雜性。而這,也讓研究了大半生的發育生物學家孟安明,時常生出新的困惑:

“我們人類總在強調干凈的環境、安全的食物。但你看蒼蠅,生活的環境多骯臟,它是怎么保證不被那些病毒細菌傳染的,它們是怎么進化的?改變了什么?我們跟它的哪個地方不一樣?如果把這些機制搞清楚了,對我們防御抵抗病毒有很大的借鑒意義。”

當話題從遙遠回歸到當下,才開始逐漸明白眼前這位生物學家,在那些納米級分子、厘米級個體的研究對象身上,怎樣安放了自己頭頂的星空,和腳下的麥田。

■信奉和選擇,最終會造就自己

平頭、圓臉,個頭不高,四肢健壯,語速快且音量大。四川街頭,這樣體貌特征的50歲左右川籍男性,正滿街行走。

離開四川大竹家鄉已37年,此時孟安明再回四川,他可以憑借相似的體貌特征,毫不費力地融入其中。

但用不了多久,他又會被辨認出來。

在百度百科搜索大竹一詞,孟安明的名字被列入當地“著名人物”一欄,與他齊名并居的十來位人物當中,有著名禪師、清代知府、抗日英雄、將軍、畫家、詩人,以及比他年輕得多的流行樂創作人、青年作家。

發育生物學家的工作實質,往往并不如頭銜來得高雅。

孟安明的魚房是一間百來平方米的大房間,里面規律排列著數千個水族缸和繁殖盒,當中游弋著處于不同生長階段的3萬多條斑馬魚。

這種全身布滿多條深藍色縱紋似斑馬的熱帶魚,性情溫和,和人類基因有著87%的高度相似性,就是孟安明的實驗模式生物。

選擇斑馬魚作為模式生物,是因為這種3-5厘米長的脊椎動物,許多基因及發育機制與人相似,而且它們早期的胚胎透明,又在體外發育成長,方便觀測。

目前,我國有250個以上的實驗室利用斑馬魚開展相關科學研究。國內第一家以斑馬魚為模式動物的發育生物學實驗室,就是孟安明在清華大學白手起家組建的。

孟安明的科研之路,一開始也并不是瞄著發育生物。他本科學的是農學,畢業后在中國水稻研究所搞水稻育種。后來去了英國讀博,做的是鳥類分子遺傳學?;貒蟛┦亢笃陂g本來打算研究野生動物,但受限于現實條件,又轉而研究家禽家畜。博士后出站孟安明在中國農大有個實驗室,帶著幾個碩士生做自己感興趣的科研,經費不是太多,但還湊合。

這種小富即安的日子,不料卻被一封美國來信打破了。

1995年的一天,一個叫林碩的人從美國寄來了一封信,信上問他:“你是不是在中國水稻研究所工作過的孟安明?如果是,請把電話告訴我。”

這個林碩,以前是中國農科院茶葉研究所的研究生,孟安明在中國水稻研究所時,與在杭州的四川老鄉一起玩時認識的。自此,林碩每天都會打電話給孟安明。原來,他正在美國一所大學創建實驗室,準備用斑馬魚做相關的研究。從他的描述中,孟安明開始知道了什么是斑馬魚,什么是發育生物學以及用斑馬魚來研究多么有意思。他力邀孟安明能去幫他一下。

為難的孟安明問他:“要去多久?”

“至少三年吧。”

“三年不可能,我這邊的實驗室怎么辦?三個月可以保證。”

“那你先來吧。”

就這樣,孟安明去了美國。

當時在農大,孟安明做的研究是關于母雞的產蛋性能的分子標記篩選。但機械化的養雞場不容易進,好不容易進去了,不過就是走馬觀花地看一圈,數據都是別人收集提供的,如某只雞產了多少枚蛋,每枚蛋的重量是多少。

“實際上我對這些數據是心里打鼓的,不知道是不是真的一個一個的蛋稱出來的。”這樣做了幾年,也沒有什么重要的發現。

研究斑馬魚之后,孟安明喜歡上了斑馬魚和發育生物學,就邊做邊學,開始了胚胎發育相關的分子機制研究,在美國一待就是兩年半?;貒?,他進入了清華大學生物系,繼續以斑馬魚開展胚胎發育研究。

回顧幾十年來兜兜轉轉的科研道路,當這些叫做機緣也好、巧合也罷,或是被動的現實擺在面前時,孟安明的選擇,就好像生命本身的進化一樣,適者得以生存、繁榮。

■生物博弈

“那么小一個細胞,里面有蛋白質、脂類、還有糖。我們想想都覺得太擁擠。它是怎么把這些東西有序地存放起來,然后按需利用并且高效利用?”

博弈論,作為數學的一個分支,起初用于分析結果為失敗的一方把東西輸給勝利一方的零和游戲,由喜歡玩撲克的數學家馮·諾依曼發明,主要用來量化不同選擇的優劣。

等到50年后,這一理論開始進入生物學領域,應用于物種之間的生存競爭。

當人們開始意識到,動物和人一樣,可以從多種不同的策略中進行選擇時,也有科學家認識到,既然動物能夠憑借先天行為進行博弈,那么博弈論也可以延伸到生物分子當中。

新冠這種病毒的肆虐,在孟安明的眼中,和生物一樣遵循著自然規律:“生物都在博弈,病毒要想生存下去,它們也要進化,找到一個可生存的環境,看是不是能夠一下子擴大規模,風光一把。”

并非沒有應對的辦法,“比如說蝙蝠身上攜帶冠狀病毒,但不發病,說明蝙蝠有能夠對付病毒的辦法。我們借用這種辦法成不成?”

人類的吃、住、行當中,也有許多跟仿生有關的技術應用例子,“你看天上的飛機,它借助了蜻蜓的翅痣使飛機的機翼更結實,隱形飛機仿照了飛蛾的形態;還有模仿了海豚升降沉浮原理的潛水艇……”

“當了解了其他生物是怎么生存并保護自己的,同樣作為生物的人類,也可以借鑒使用這些智慧和知識。”

基因編輯這項革命性技術,是當今生命技術中一項重大技術進步。自2012年第三代基因編輯技術CRISPR-Cas9被發明以來,已在全球各地分子生物實驗室里廣泛地應用。

“這個技術出來之前,要精準、高效地改造任何一種生物的基因,大家都找不到途徑,沒有好的辦法。CRISPR-Cas9技術一經出現,立即得到廣泛應用。”

孟安明在運動觀上也奉行著進化論,他有長期運動的習慣,堅持每天步行兩萬步以上的運動量。“現在有個誤區:心臟跳動的次數是固定的,因為運動多使得心臟跳動的次數太多,導致壽命變短了。事實上并不是那么回事。”

明知道相熟的科學家中也有不愛動的代表,對于他們所推崇的生命在于靜止的觀點,孟安明也毫不謙讓地“懟”起來:

“人的各種組織器官是有自我損傷修復和細胞更新能力的,我們體內都有一些干細胞,它們會進入人體的許多組織。比如心臟每年要替換掉1%的心肌細胞,假如說經常鍛煉的人可以替換2%,那么經常鍛煉的人每年有2%的新生心肌細胞,而不鍛煉的人只有1%。”

科學家的縝密,還體現在對細節問題的兼顧上。“比如說走路走多了,膝蓋疼,不要緊,一開始先循序漸進,讓膝關節周圍的肌肉長出來,當肌肉分擔了膝蓋的壓力,疼痛的問題是可緩解的。”

生命的復雜和奇妙,僅僅用博弈論難以解釋殆盡,但探索生命奧秘的過程,本身就充滿了人類對進化產生的哲思。就像孟安明反復強調的:人和其他動物的根本不同,還在于認知能力的強弱。

■處于某種鏈之中

光刻機,這個跟高科技產業關聯緊密的網絡熱詞,也同樣被孟安明關注。

“我們現在要解決光刻技術,大量投入,最后做出來的還是光刻機,大概也就能趕上人家的水平。能不能換一種材料?將來做芯片的話不需要硅膠,現在不是有石墨烯嗎?石墨烯難道就是最好的嗎?也不一定,也可能有更好的材料。”

被炒得沸沸騰騰的“卡脖子”問題,在孟安明的一連串假設中,似乎也不再“卡”了。他從科學的眼光出發,提出了解決問題的另一種思路,也對當前可能蔓延的“實用主義”有所警惕。

“現在真正‘卡脖子’的,是我們的科研能力。”在論證能力建設的重要性時,孟安明又舉了這一次舉國抗擊新冠病毒的例子:“要不是靠過去十幾年對科技的大量投入,這一次抗擊新冠病毒可能就要吃力得多?,F在不止大公司可以做核酸檢測,小公司也做得了,只是可能里面有不同的竅門。”

“再比如說抗體,可以用不同病毒上面的不同蛋白,甚至是用核酸來做抗體,也都有很多單位可以做。要是還停留在SARS那個時期的水平,沒基礎的實驗室做起來就很困難。”

目前,科研主要強調滿足國家需求。“問題在于,我們國家的需求是什么?是跟市場的需求一樣嗎?”孟安明一步一步地推理分析,現在一個新發現、一個新發明,馬上就可能創造一種新需求。而這種新,來源于基礎研究引發的重大突破。

“基礎研究的突破往往是預想不到的。此時,我們可能并不知道它是什么,但不影響我們尋找它、發現它。”在全國政協履職的10余年間,他也不止一次闡述過這種觀點。

正如生物進化受到周圍環境的影響一樣,孟安明也很關注新冠病毒對經濟造成的影響,進而擔憂科研方面的經費會不會受到影響,畢竟支持科研是既要顧眼前,也要管長遠。

正如處在某種鏈之中,孟安明努力擔當好承接的角色。對那些進入自己實驗室的博士和博士后,“帶他們進入科學研究的殿堂,比如拿到一個數據,應該怎么來處理?我們要展現一個結果,基本方式是什么?要引用別人的一些數據,應該注意些什么?”

一個優秀的加工者,應該想辦法保障“終端產品”品質。“當學生從我的實驗室出去后,得知道科學研究是個什么樣的概念,具備發現問題、分析問題和解決問題的能力。有了這種能力,無論他們將來做什么,都會與沒有受到過良好科研訓練的人不一樣。”

某種意義上說,這也是進化的一種。

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