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孟安明:置身进化中
作者:佚名 文章来源:宁德政协网 更新时间:2020-8-28 17:11:58

 

◆孟安明:

第十一、十二、十三届全国政协委员,九三学社中央委员会委员、北京市委会副主委。发育生物学家,中国科学院院士,清华大学教授。

“水熊虫在显微镜下才看得见,放它到开水里煮,煮不死;放到液氮里冻,冻不死,它的结构和生理特征很奇特。如果研究清楚它的结构成分和特性,我们的建筑、战士的防护服可能会有革命性的改变……”

“马达加斯加的变色龙里,有的能改变颜色,有的能改变形态。一条挺大的变色龙,当它落在枯叶或者树干上时,原本立体的手一下子扁扁薄薄的,不仔细看,难以分辨。要是把它研究清楚了,是不是也很有意义?”

身居清华大学医学科学楼一楼一间紧凑的办公室,在隔壁实验室装修叮叮咚咚的声律之中,孟安明快意地畅谈着他所认识的自然界的神奇和广阔——

“建房子都有个蓝图吧,需要很多工人对照图纸去建。你看生物就不需要。像我们研究的胚胎,当它们的神经系统、血液系统还没出现的时候,它自己就知道一步一步地该怎么走。”

无论是在文章中看到过的水熊虫,还是自己曾眼见的“伪装高手”变色龙,或是他时常研究的生物胚胎,都遵循着一套看不见的自然程序,自主组装出一个完整的生命体。

人类科技发展到今天,能够制造宇宙飞船、汽车,但却无法组装一个活的生命体,这足以证明生物的复杂性。而这,也让研究了大半生的发育生物学家孟安明,时常生出新的困惑:

“我们人类总在强调干净的环境、安全的食物。但你看苍蝇,生活的环境多肮脏,它是怎么保证不被那些病毒细菌传染的,它们是怎么进化的?改变了什么?我们跟它的哪个地方不一样?如果把这些机制搞清楚了,对我们防御抵抗病毒有很大的借鉴意义。”

当话题从遥远回归到当下,才开始逐渐明白眼前这位生物学家,在那些纳米级分子、厘米级个体的研究对象身上,怎样安放了自己头顶的星空,和脚下的麦田。

■信奉和选择,最终会造就自己

平头、圆脸,个头不高,四肢健壮,语速快且音量大。四川街头,这样体貌特征的50岁左右川籍男性,正满街行走。

离开四川大竹家乡已37年,此时孟安明再回四川,他可以凭借相似的体貌特征,毫不费力地融入其中。

但用不了多久,他又会被辨认出来。

在百度百科搜索大竹一词,孟安明的名字被列入当地“著名人物”一栏,与他齐名并居的十来位人物当中,有著名禅师、清代知府、抗日英雄、将军、画家、诗人,以及比他年轻得多的流行乐创作人、青年作家。

发育生物学家的工作实质,往往并不如头衔来得高雅。

孟安明的鱼房是一间百来平方米的大房间,里面规律排列着数千个水族缸和繁殖盒,当中游弋着处于不同生长阶段的3万多条斑马鱼。

这种全身布满多条深蓝色纵纹似斑马的热带鱼,性情温和,和人类基因有着87%的高度相似性,就是孟安明的实验模式生物。

选择斑马鱼作为模式生物,是因为这种3-5厘米长的脊椎动物,许多基因及发育机制与人相似,而且它们早期的胚胎透明,又在体外发育成长,方便观测。

目前,我国有250个以上的实验室利用斑马鱼开展相关科学研究。国内第一家以斑马鱼为模式动物的发育生物学实验室,就是孟安明在清华大学白手起家组建的。

孟安明的科研之路,一开始也并不是瞄着发育生物。他本科学的是农学,毕业后在中国水稻研究所搞水稻育种。后来去了英国读博,做的是鸟类分子遗传学。回国后博士后期间本来打算研究野生动物,但受限于现实条件,又转而研究家禽家畜。博士后出站孟安明在中国农大有个实验室,带着几个硕士生做自己感兴趣的科研,经费不是太多,但还凑合。

这种小富即安的日子,不料却被一封美国来信打破了。

1995年的一天,一个叫林硕的人从美国寄来了一封信,信上问他:“你是不是在中国水稻研究所工作过的孟安明?如果是,请把电话告诉我。”

这个林硕,以前是中国农科院茶叶研究所的研究生,孟安明在中国水稻研究所时,与在杭州的四川老乡一起玩时认识的。自此,林硕每天都会打电话给孟安明。原来,他正在美国一所大学创建实验室,准备用斑马鱼做相关的研究。从他的描述中,孟安明开始知道了什么是斑马鱼,什么是发育生物学以及用斑马鱼来研究多么有意思。他力邀孟安明能去帮他一下。

为难的孟安明问他:“要去多久?”

“至少三年吧。”

“三年不可能,我这边的实验室怎么办?三个月可以保证。”

“那你先来吧。”

就这样,孟安明去了美国。

当时在农大,孟安明做的研究是关于母鸡的产蛋性能的分子标记筛选。但机械化的养鸡场不容易进,好不容易进去了,不过就是走马观花地看一圈,数据都是别人收集提供的,如某只鸡产了多少枚蛋,每枚蛋的重量是多少。

“实际上我对这些数据是心里打鼓的,不知道是不是真的一个一个的蛋称出来的。”这样做了几年,也没有什么重要的发现。

研究斑马鱼之后,孟安明喜欢上了斑马鱼和发育生物学,就边做边学,开始了胚胎发育相关的分子机制研究,在美国一待就是两年半。回国后,他进入了清华大学生物系,继续以斑马鱼开展胚胎发育研究。

回顾几十年来兜兜转转的科研道路,当这些叫做机缘也好、巧合也罢,或是被动的现实摆在面前时,孟安明的选择,就好像生命本身的进化一样,适者得以生存、繁荣。

■生物博弈

“那么小一个细胞,里面有蛋白质、脂类、还有糖。我们想想都觉得太拥挤。它是怎么把这些东西有序地存放起来,然后按需利用并且高效利用?”

博弈论,作为数学的一个分支,起初用于分析结果为失败的一方把东西输给胜利一方的零和游戏,由喜欢玩扑克的数学家冯·诺依曼发明,主要用来量化不同选择的优劣。

等到50年后,这一理论开始进入生物学领域,应用于物种之间的生存竞争。

当人们开始意识到,动物和人一样,可以从多种不同的策略中进行选择时,也有科学家认识到,既然动物能够凭借先天行为进行博弈,那么博弈论也可以延伸到生物分子当中。

新冠这种病毒的肆虐,在孟安明的眼中,和生物一样遵循着自然规律:“生物都在博弈,病毒要想生存下去,它们也要进化,找到一个可生存的环境,看是不是能够一下子扩大规模,风光一把。”

并非没有应对的办法,“比如说蝙蝠身上携带冠状病毒,但不发病,说明蝙蝠有能够对付病毒的办法。我们借用这种办法成不成?”

人类的吃、住、行当中,也有许多跟仿生有关的技术应用例子,“你看天上的飞机,它借助了蜻蜓的翅痣使飞机的机翼更结实,隐形飞机仿照了飞蛾的形态;还有模仿了海豚升降沉浮原理的潜水艇……”

“当了解了其他生物是怎么生存并保护自己的,同样作为生物的人类,也可以借鉴使用这些智慧和知识。”

基因编辑这项革命性技术,是当今生命技术中一项重大技术进步。自2012年第三代基因编辑技术CRISPR-Cas9被发明以来,已在全球各地分子生物实验室里广泛地应用。

“这个技术出来之前,要精准、高效地改造任何一种生物的基因,大家都找不到途径,没有好的办法。CRISPR-Cas9技术一经出现,立即得到广泛应用。”

孟安明在运动观上也奉行着进化论,他有长期运动的习惯,坚持每天步行两万步以上的运动量。“现在有个误区:心脏跳动的次数是固定的,因为运动多使得心脏跳动的次数太多,导致寿命变短了。事实上并不是那么回事。”

明知道相熟的科学家中也有不爱动的代表,对于他们所推崇的生命在于静止的观点,孟安明也毫不谦让地“怼”起来:

“人的各种组织器官是有自我损伤修复和细胞更新能力的,我们体内都有一些干细胞,它们会进入人体的许多组织。比如心脏每年要替换掉1%的心肌细胞,假如说经常锻炼的人可以替换2%,那么经常锻炼的人每年有2%的新生心肌细胞,而不锻炼的人只有1%。”

科学家的缜密,还体现在对细节问题的兼顾上。“比如说走路走多了,膝盖疼,不要紧,一开始先循序渐进,让膝关节周围的肌肉长出来,当肌肉分担了膝盖的压力,疼痛的问题是可缓解的。”

生命的复杂和奇妙,仅仅用博弈论难以解释殆尽,但探索生命奥秘的过程,本身就充满了人类对进化产生的哲思。就像孟安明反复强调的:人和其他动物的根本不同,还在于认知能力的强弱。

■处于某种链之中

光刻机,这个跟高科技产业关联紧密的网络热词,也同样被孟安明关注。

“我们现在要解决光刻技术,大量投入,最后做出来的还是光刻机,大概也就能赶上人家的水平。能不能换一种材料?将来做芯片的话不需要硅胶,现在不是有石墨烯吗?石墨烯难道就是最好的吗?也不一定,也可能有更好的材料。”

被炒得沸沸腾腾的“卡脖子”问题,在孟安明的一连串假设中,似乎也不再“卡”了。他从科学的眼光出发,提出了解决问题的另一种思路,也对当前可能蔓延的“实用主义”有所警惕。

“现在真正‘卡脖子’的,是我们的科研能力。”在论证能力建设的重要性时,孟安明又举了这一次举国抗击新冠病毒的例子:“要不是靠过去十几年对科技的大量投入,这一次抗击新冠病毒可能就要吃力得多。现在不止大公司可以做核酸检测,小公司也做得了,只是可能里面有不同的窍门。”

“再比如说抗体,可以用不同病毒上面的不同蛋白,甚至是用核酸来做抗体,也都有很多单位可以做。要是还停留在SARS那个时期的水平,没基础的实验室做起来就很困难。”

目前,科研主要强调满足国家需求。“问题在于,我们国家的需求是什么?是跟市场的需求一样吗?”孟安明一步一步地推理分析,现在一个新发现、一个新发明,马上就可能创造一种新需求。而这种新,来源于基础研究引发的重大突破。

“基础研究的突破往往是预想不到的。此时,我们可能并不知道它是什么,但不影响我们寻找它、发现它。”在全国政协履职的10余年间,他也不止一次阐述过这种观点。

正如生物进化受到周围环境的影响一样,孟安明也很关注新冠病毒对经济造成的影响,进而担忧科研方面的经费会不会受到影响,毕竟支持科研是既要顾眼前,也要管长远。

正如处在某种链之中,孟安明努力担当好承接的角色。对那些进入自己实验室的博士和博士后,“带他们进入科学研究的殿堂,比如拿到一个数据,应该怎么来处理?我们要展现一个结果,基本方式是什么?要引用别人的一些数据,应该注意些什么?”

一个优秀的加工者,应该想办法保障“终端产品”品质。“当学生从我的实验室出去后,得知道科学研究是个什么样的概念,具备发现问题、分析问题和解决问题的能力。有了这种能力,无论他们将来做什么,都会与没有受到过良好科研训练的人不一样。”

某种意义上说,这也是进化的一种。

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