德國“國寶”: 唯一一位女性諾貝爾科學(xué)獎得主
?ChristianeNüsslein Volhard(1942年10月20日出生)
撰文 | 劉海坤
責(zé)編 | 李 娟
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緣 起
2018年2月1日,我收到一封來自歐洲分子生物學(xué)組織(EMBO)現(xiàn)任主席Maria Leptin 的邀請信,邀請海德堡獲得歐洲研究理事會(歐洲十年前建立的重要基金組織)研究基金的人出席晚宴,歡迎歐洲研究理事會主席率團3月1日訪問海德堡。信里特別注明的一行信息引起了我的注意: “我們很榮幸的宣布,Christiane(Janni) Nüsslein-Volhard(克里斯蒂亞娜?紐斯林-福哈德)教授已經(jīng)同意做晚宴報告?!?br/>
平常閱讀文獻和科學(xué)史料,我對紐斯林-福哈德的研究領(lǐng)域非常有興趣,她本人是諾貝爾獎獲得者,我個人認為她的研究影響遠大于大多數(shù)諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者。我之前有機會聽過她的幾次報告,但于大多數(shù)科學(xué)家而言,能在晚宴上聽她做報告有著巨大的吸引力。
晚宴舉辦地是卡爾王子宮酒店(Prinz-Carl-Palais),是曾經(jīng)來海德堡訪問的歷史名流(歌德,馬克?吐溫,俾斯麥,茜茜公主等)的聚餐地。當晚,最亮眼的明星無疑是年近76歲的紐斯林-福哈德,她將近一小時漂亮而深刻的科學(xué)報告幾乎讓人忘記享用美食??少F的是,她的報告思路清晰,工作原創(chuàng)性十足,她一直列席晚宴至深夜而不見疲態(tài)。在報告開場白中,她道明了為何接受邀請,因為去年有幸拿到了ERC研究基金的支持,得以繼續(xù)維持自己在馬普圖賓根發(fā)育生物學(xué)研究所的研究組,而這之前她本來已經(jīng)不得不退休。
?紐斯林-福哈德在做晚宴報告
報告開場,EMBO 主席Maria Leptin簡短回顧了被視為德國國寶的紐斯林-福哈德的研究生涯……
興趣驅(qū)動的科學(xué)啟蒙
紐斯林-福哈德1942年10月20日出生于二戰(zhàn)中的德國,在父母五個孩子里排行老二。父親是建筑師,母親擅長藝術(shù),祖父是法蘭克福醫(yī)學(xué)教授。紐斯林-福哈德在法蘭克福南部長大,家里有一個大花園,附近就是森林。
戰(zhàn)后的德國物質(zhì)匱乏,紐斯林-福哈德的父母十分能干,他們給孩子們手工制作了很多玩具和書籍,也教會孩子自己縫制衣服。她的父母對于孩子們的事情時常表現(xiàn)出很大的興趣。她還記得和父親討論歌德的學(xué)術(shù)論文,對她的發(fā)展有著積極影響。父母都擅長音樂和繪畫,這也影響了她的兄弟姐妹,他們后來的工作很多都和音樂藝術(shù)相關(guān)。而紐斯林-福哈德對居住于海德堡的外婆(Lies Haas-M?llmann)印象尤其深刻,因為外婆是一位非常有天分的畫家,對紐斯林-福哈德也有很大影響。不過親近大自然的她從小喜歡生物學(xué),自稱12 歲就決定成為生物學(xué)家。之后她也是家里唯一的科學(xué)家。
紐斯林-福哈德的中學(xué)成績一般,對學(xué)業(yè)不甚上心,經(jīng)常不完成家庭作業(yè),其自我評價為懶惰。她的高中老師在畢業(yè)評語中寫道:“紐斯林-福哈德的天賦不錯,但她的表現(xiàn)完全取決于興趣。對不感興趣的學(xué)科,她表現(xiàn)出經(jīng)年累月的懶惰;對感興趣的學(xué)科,她的表現(xiàn)遠遠超出了學(xué)校的要求標準。總的來說,她的天賦高于平均,有強的批判性思考和判斷能力,并且有獨立從事科學(xué)工作的才華。”這種評價對她來說可以接受,而且事后看來竟非常準確。(另外一個有名的中學(xué)老師評價諾貝爾獎得主學(xué)生的例子是2012年諾貝爾獎獲得者約翰?戈登,曾被中學(xué)生物學(xué)老師認為其不可能成為科學(xué)家)??傮w表現(xiàn)一般的她,一直對生物學(xué)有著極大興趣,閱讀了大量關(guān)于動物發(fā)育和行為的書籍,中學(xué)畢業(yè)報告的題目是《動物的語言》。
中學(xué)畢業(yè)后,紐斯林-福哈德進入法蘭克福大學(xué)修生物系、化學(xué)系和物理系的課,但她馬上發(fā)現(xiàn)自己并不喜歡大學(xué)的課程。1964年夏天,圖賓根大學(xué)開設(shè)了當時德國唯一的生物化學(xué)講座系列,紐斯林-福哈德赴圖賓根參加了這項課程,接受了全面的生物化學(xué)訓(xùn)練。那是德國最早涉及分子生物學(xué)的課程。
自1953年沃森和克里克發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以后,分子生物學(xué)進入快速發(fā)展期,1960-70年代,正是中心法則被不斷完善和廣泛接受的時代。以Heinz Schaller(1932-2010)為首的科學(xué)家,在德國較早開設(shè)了分子生物學(xué)課程。紐斯林-福哈德感受到分子生物學(xué)的魅力,決定跟隨Heinz Schaller做博士研究。
師從Heinz Schaller
Heinz Schaller是分子生物學(xué)和病毒學(xué)(特別是乙肝病毒)研究領(lǐng)域的權(quán)威,曾獲得病毒學(xué)領(lǐng)域最高獎項羅伯特·科赫獎(Robert KochPrize)。他發(fā)現(xiàn)了乙肝病毒復(fù)制機理,參與測定乙肝病毒序列,是乙肝疫苗研發(fā)得以實現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)家。他最早在圖賓根教授分子生物學(xué),之后和Herman Bujard (Tet On/Off 系統(tǒng)發(fā)明人)在海德堡大學(xué)建立了德國第一個分子生物學(xué)中心(ZMBH)。之后歐洲分子生物學(xué)實驗室(EMBL)選址海德堡也與此有關(guān)。
Heinz Schaller育人有方,培養(yǎng)的學(xué)生里有像紐斯林-福哈德一樣的諾貝爾獎獲得者,也有羅伯特·科赫獎和拉斯克獎(Lasker Prize) 獲得者、海德堡大學(xué)和德國癌癥研究中心教授、治愈丙肝病毒感染的Ralf Bartenschlager, 還有克隆了生長激素基因和很多神經(jīng)遞質(zhì)及受體基因的神經(jīng)科學(xué)家、海德堡馬普分子醫(yī)學(xué)所長Peter Seeburg(1944-2017)。另外,Heinz Schaller注重臨床轉(zhuǎn)化研究,是著名醫(yī)藥公司Biogen的共同創(chuàng)始人。他身家頗豐,但與夫人、神經(jīng)科學(xué)家Chica Schaller決定,將錢悉數(shù)捐出,成立了以他們名字命名的基金會,專注于支持青年科學(xué)家的發(fā)展。筆者有幸獲得該基金會的2014年青年科學(xué)家獎。
師從Heinz Schaller是紐斯林-福哈德職業(yè)生涯重要的一步。她是Heinz Schaller的第一位博士生。她回憶說,Heinz Schaller更像化學(xué)家,非常注重實驗中定量及完成反應(yīng)。她的博士論文是現(xiàn)在實驗室常用的分子生物學(xué)實驗:純化RNA聚合酶并確定其在DNA上的結(jié)合位點,繼而研究基因啟動子的結(jié)構(gòu)。這項工作在《自然》雜志發(fā)表。
不過,這篇論文中,紐斯林-福哈德是第二作者。多年后接受《紐約時報》記者采訪時,她說這與當時學(xué)術(shù)界女性地位相對較低有關(guān),雖然論文的大部分工作由她完成,但導(dǎo)師勸說的理由是另外一位男同事因職業(yè)發(fā)展更需要文章。盡管之前歐洲出現(xiàn)過瑪麗·居里、Emmy Noether等卓越的女性科學(xué)家, 但在1970-80年代,女性的科學(xué)地位依然很低,被認為不適合從事科學(xué)研究。當時西德大學(xué)教授席位里女性的比例低于5%,大學(xué)生女性數(shù)量約30%,低于東德。
轉(zhuǎn)向發(fā)育生物學(xué)
那時候,重組DNA技術(shù)剛剛興起,但紐斯林-福哈德和很多同事對該領(lǐng)域的發(fā)展有所疑慮。Heinz Schaller的另一個學(xué)生Peter Seeburg則非??春迷擃I(lǐng)域并投身其中,以其獨特風(fēng)格成為基因泰克公司和神經(jīng)科學(xué)界的風(fēng)云人物。紐斯林-福哈德的興趣還是在生物學(xué)本身,而非方法上偏重化學(xué)反應(yīng)的分子生物學(xué)。
當時,圖賓根剛剛建立了FML研究所(Friedrich-Miescher-Laboratory),其中Alfred Gierer的實驗室以再生能力極強的水螅為模型研究發(fā)育,并提出了非常有趣的“發(fā)育因子梯度調(diào)控發(fā)育”的理論。紐斯林-福哈德覺得這非常有意思,開始大量閱讀發(fā)育生物學(xué)的相關(guān)文獻和書籍。
發(fā)育生物學(xué)源遠流長,是生物學(xué)的基本柱石學(xué)科。生物是如何由一個單細胞嚴格有序地發(fā)育出互相協(xié)調(diào)的器官、并組成具有復(fù)雜行為的個體是生物學(xué)研究的終極問題。發(fā)育異常也是人類疾病的成因之一。該學(xué)科的發(fā)展歷史波瀾壯闊,并衍生出了后來熱門的信號傳導(dǎo)、表觀遺傳學(xué)和干細胞生物學(xué)。(具體相關(guān)中文擴展閱讀可以參看饒毅寫的《胚胎誘導(dǎo)》和拙文《饒朱之辯背后的終極科學(xué)問題》)
發(fā)育生物學(xué)史上的一次高峰,是Hans Spemann為首的德國科學(xué)家的胚胎誘導(dǎo)實驗提出的“組織者效應(yīng)”。德國有著雄厚的研究發(fā)育生物學(xué)的學(xué)術(shù)傳統(tǒng),當時分子生物學(xué)的研究工具開始逐漸健全,二者交叉是必然趨勢。紐斯林-福哈德在閱讀發(fā)育生物學(xué)文獻的時候,被同在FML的Friederich Bonhoeffer的一項工作吸引:以大腸桿菌為模型,通過大規(guī)模的遺傳篩選,尋找調(diào)控基因復(fù)制的重要因子。紐斯林-福哈德意識到了遺傳篩選的巨大潛力,開始尋找可以研究發(fā)育遺傳的動物模型。很快,她找到了果蠅。
果蠅做為遺傳模型被托馬斯·摩爾根(1866-1945,1933年諾貝爾獎得主)及其子弟發(fā)揚光大,但摩爾根學(xué)派以分析成年果蠅為主。歐洲當時用果蠅來做發(fā)育的權(quán)威當屬瑞士巴塞爾的Walter Gehring(1939-2014),他的重要貢獻是克隆和命名重要體節(jié)調(diào)控基因同源框基因(Homobox),被紐斯林-福哈德和Eric Wieschaus稱為過去40年里最有影響力的發(fā)育生物學(xué)家之一。
1972年,Walter Gehring在巴塞爾建立了歐洲第一個果蠅基因文庫。1973年,紐斯林-福哈德在弗賴堡的會議上遇到Walter Gehring,鼓足勇氣和他討論關(guān)于果蠅發(fā)育雙尾突變體(Bicaudal,胚胎表型為無頭,兩端互成鏡像的尾端結(jié)構(gòu))的問題,并詢問了去巴塞爾做博士后研究的可能性。1975年,紐斯林-福哈德拿到EMBO的長期博士后研究獎學(xué)金項目,來到了巴塞爾。
巴塞爾的博士后研究時光
巴塞爾那段時光對于紐斯林-福哈德來說非常令人難忘,她終于可以做自己夢想的研究,那是她第一次國際研究經(jīng)歷。Walter Gehring的實驗室聚集了很多慕名而來的國際學(xué)者,包括紐斯林-福哈德的長期合作伙伴、同獲諾貝爾獎的Eric Wieschaus(艾瑞克·魏肖斯)。
魏肖斯是土生土長的美國人,曾師從耶魯大學(xué)果蠅遺傳學(xué)者Donald Poulson。不同于摩爾根學(xué)派的成年果蠅表型分析,Donald Poulson另辟蹊徑地描述了果蠅胚胎的發(fā)育過程,并最早鑒定出胚胎表型異常的果蠅突變體(Notch)。魏肖斯在耶魯大學(xué)接受了頂尖的果蠅胚胎發(fā)育的基本訓(xùn)練。博士第二年時,他為了躲兵役而到達瑞士,跟隨Walter Gehring從耶魯?shù)桨腿麪?,強化了果蠅胚胎發(fā)育研究的訓(xùn)練。
紐斯林-福哈德到達巴塞爾時,魏肖斯還有兩個月畢業(yè)。勤學(xué)好問的紐斯林-福哈德如饑似渴地向魏肖斯及其他同事學(xué)習(xí)果蠅胚胎技術(shù),結(jié)下了深厚的友誼。魏肖斯離開巴塞爾之后在蘇黎世做博士后研究,繼續(xù)研究果蠅的發(fā)育,同時保持和Walter Gehring實驗室的合作。
紐斯林-福哈德的博士后研究生涯還算順利,她沒有過多介入實驗室的主流基因克隆工作,而是對經(jīng)典的果蠅雙尾突變體Bicaudal進行了深入分析。她勇敢嘗試了一次小規(guī)模的遺傳突變體篩選,試圖獲得類似Bicaudal突變表型的果蠅。該工作的工作量大,表型復(fù)雜,最后找到了產(chǎn)生類似雙尾突變體表型的一個新突變(Dorsal)。她后來表示,Bicaudal基因是她嘗試過的最難做的基因。主要是因為該突變體表型復(fù)雜,作為遺傳篩選的目標比較有挑戰(zhàn)。這項研究經(jīng)歷為她之后研究更容易分析的突變表型打下基礎(chǔ)。而且,她優(yōu)化了快速收集果蠅胚胎和胚胎透明化技術(shù),對于日后開展大規(guī)模的遺傳篩選是非常實用的。值得一提的是,Walter Gehring當時也被認為曾質(zhì)疑女性的科研能力,不知道是否對紐斯林-福哈德的職業(yè)發(fā)展有所影響。
在EMBL開始工作
同一時期,歐洲生物學(xué)界發(fā)生了一件大事。1971年,經(jīng)過雙螺旋之父詹姆斯·沃森與弗朗西斯·克里克、Sydney Brenner及John Kendrew等科學(xué)家長期不懈地努力,歐洲主要大國最終同意在海德堡建立歐洲分子生物學(xué)實驗室(EMBL),并由1962年諾貝爾化學(xué)獎得主John Kendrew出任第一屆主任。EMBL主要關(guān)注分子生物學(xué)新技術(shù)和新工具的研發(fā)及其在歐洲的普及,這個定位到現(xiàn)在對EMBL的發(fā)展仍有影響。
1977年,紐斯林-福哈德結(jié)束博士后研究之后,曾試圖申請EMBL研究組長的工作,遭到拒絕,理由是不具備負責(zé)整個研究組運作的能力。陷于職業(yè)生涯困境的她不得不去弗萊堡繼續(xù)做了一年博士后研究,仍然是研究果蠅發(fā)育。
1978年,John Kendrew通知紐斯林-福哈德和魏肖斯,邀請他們到EMBL共同運作獨立研究組。兩位都很開心地接受了這個工作。但沒人透露過EMBL決定招募兩人到海德堡工作的決策過程和原因。興致滿滿地來到位于海德堡王座山上的EMBL,等待他們的是一間非常小的共用辦公室以及共有的技術(shù)員。于是,原本計劃獨立開展研究的二人決定開始同一個課題,即通過遺傳篩選尋找調(diào)控果蠅發(fā)育的關(guān)鍵基因。
發(fā)育生物學(xué)的困境
二十世紀初,在Hans Spemann學(xué)派的胚胎誘導(dǎo)工作的基礎(chǔ)上,發(fā)育生物學(xué)建立了胚胎發(fā)育的基本描述及可操作性。動物胚胎發(fā)育的共性表明整個發(fā)育過程是受嚴格調(diào)控的,但調(diào)控機制不明。Hans Spemann的老師Theodor Boveri 于1902年發(fā)現(xiàn),如果染色體丟失會導(dǎo)致細胞分化能力受損,揭示遺傳物質(zhì)參與調(diào)控發(fā)育。
而Spemann之后的發(fā)育生物學(xué)一方面純化“組織者”失敗,另一方面則陷入無共用模型的困境。學(xué)者們各自選擇五花八門的動物用于胚胎發(fā)育的描述性研究。曾有發(fā)育生物學(xué)家提出有意思的發(fā)育理論假說,比如Lewis Wolpert的法國旗模型(The French Flag Model),認為決定胚胎基本模式的可能因素,是胚胎發(fā)育過程中分泌性的形態(tài)建成因子的不同濃度梯度。此假說為弗朗西斯·克里克所推崇。但是,此種形態(tài)建成因子的本質(zhì)是什么?這與“組織者”一樣令人無從下手,發(fā)育生物學(xué)陷入了集體的困境。
1965年,以有遠見卓識著稱的詹姆斯·沃森提出,是否可以開始用分子生物學(xué)的手段解決胚胎發(fā)育的問題。但除了上文提出的零星的幾家實驗室,沒有人進行系統(tǒng)的嘗試。之后,Leland Hartwell(1970)和Paul Nurse(1975)的酵母突變體遺傳篩選研究取得了突破性進展,鑒定出了細胞周期的關(guān)鍵調(diào)控基因(獲2001年諾貝爾獎),初步顯示出遺傳篩選技術(shù)在揭示生物現(xiàn)象基因調(diào)控機理方面的極大潛力。問題在于,該方法可否用于鑒定發(fā)育相關(guān)的調(diào)控基因?該使用什么動物模型來做?線蟲還是果蠅?事實上,基因是否能夠系統(tǒng)地控制發(fā)育進程這一問題也沒有確定答案。而且,“模式生物”這個如今人人皆知的概念在當時是不受認可的。發(fā)育的表型復(fù)雜多變,開展這樣的實驗,超出了絕大多數(shù)人的理解能力,需要超出常人的勇氣和能力,紐斯林-福哈德和魏肖斯在EMBL的遭遇驗證了這一事實。
“海德堡篩選”傳奇
紐斯林-福哈德和魏肖斯頂著壓力,選擇果蠅胚胎作為模型,開展了大規(guī)模的遺傳篩選工作。經(jīng)過摩爾根之后半世紀的發(fā)展,果蠅作為遺傳模型有其獨特優(yōu)勢,只有四對主要染色體的果蠅基因定位非常簡單。果蠅的飼養(yǎng)和繁殖也相對容易(北京大學(xué)饒毅教授在美國讀書時曾經(jīng)帶著果蠅邊旅行邊做實驗)。此外,Edward Lewis在1968年建立的化學(xué)試劑EMS(甲基磺酸乙脂)誘導(dǎo)基因飽和突變方法已經(jīng)非常成熟。憑借之前的研究經(jīng)驗,二人設(shè)計了簡潔易辨的分析指標,用果蠅幼蟲進行突變表型的分析。
果蠅的幼蟲期發(fā)育很快,從受精卵開始2-3小時一個合胞體內(nèi)經(jīng)過13輪高度同步化的核分裂出現(xiàn)6000個細胞核(與一種神奇的真菌類似),然后會進一步經(jīng)過一個細胞化(Cellularization)過程轉(zhuǎn)變成單個細胞并開始分化。本文提供的錄像是EMBL的科學(xué)家用現(xiàn)代顯微鏡技術(shù)記錄的果蠅細胞化完成后發(fā)育至幼蟲的過程,如此復(fù)雜而有序,著實令人驚嘆。果蠅幼蟲在發(fā)育24小時就出現(xiàn)了復(fù)雜的分段結(jié)構(gòu),這些分段結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)了胚胎發(fā)育的各個部分?!昂5卤ざ私M”決定用胚胎表層的角質(zhì)層顯示的分段作為主要分析指標,輔以腹背及前后極性等容易分辨的表型,來判斷一個基因突變是否影響發(fā)育。這些表型對于他們可謂得心應(yīng)手。
設(shè)計得好,實驗進展就比較順利,二人(加上一個技術(shù)員)很快就建立起了將近兩萬七千個果蠅突變體自交系。當回顧那段時光,他們稱最開心的就是坐在顯微鏡旁比賽誰先看到一個新的突變表型,據(jù)說二人有一個秘密的比賽結(jié)果的清單。讓他們驚訝和欣喜的是,經(jīng)過層層篩選,他們發(fā)現(xiàn)只有580個突變體出現(xiàn)了胚胎發(fā)育異常的狀況,而這580個突變體對應(yīng)了139個基因(因為飽和突變的策略)。整個篩選過程只有三年時間(中間又有博士后加入團隊),期間他們也驗證了已知造成發(fā)育異常的突變體,證明了篩選的有效性。通過進一步對突變體表型的聚類,可以把這些調(diào)控發(fā)育的基因分為幾個大類,從而進一步建立了基因調(diào)控發(fā)育的基本范疇。1980年,二人在《自然》雜志發(fā)表了第一部分篩選結(jié)果,之后的結(jié)果也被陸續(xù)整理發(fā)表。二人稱這次篩選為“海德堡篩選”,稱這139個基因為“海德堡基因”。
?1980年“海德堡篩選”第一篇論文發(fā)表在《自然》雜志,圖為同期雜志封面,中間為正常的果蠅胚胎,兩側(cè)為兩個突變體。
看起來復(fù)雜有序的神奇胚胎發(fā)育過程可以被追根溯源到只有139個基因,籠罩在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的濃霧轉(zhuǎn)眼散去,呈現(xiàn)出一個個閃閃發(fā)光的生物學(xué)金礦等待挖掘(比如這些現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)界閃亮的名字Notch, Wnt, BMP, EGF, Hedgehog……)。紐斯林-福哈德對生物學(xué)問題長期不懈的追問得到了巨大的智力回饋,調(diào)控發(fā)育過程的基因之謎因此被揭開。
但是,這項可以入選生物學(xué)史上最經(jīng)典實驗之一的工作,并沒有得到EMBL同事們的認可,讓兩人感覺到非常郁悶。二人在和沉迷于技術(shù)研發(fā)的同事交流時,往往感覺是在對牛彈琴。類似的情況在他們參加學(xué)術(shù)會議時也有發(fā)生,二人的墻報得到的大多是沉寂的反應(yīng)。后來,紐斯林-福哈德非常驕傲地表示:這個實驗在當時世界上只有他們兩個才能完成!這樣的成果在生命科學(xué)史上如果像突變那樣消失,生命科學(xué)的發(fā)展會滯后成什么樣子呢?
不過,之后學(xué)術(shù)界還是做出了正確的反應(yīng),成百上千家從事基因克隆的實驗室開始克隆“海德堡基因”,而對于研究哺乳動物的人來說,最有效的方式就是克隆“海德堡基因”在小鼠里的同源基因?;蚝桶l(fā)育的水乳交融讓發(fā)育生物學(xué)進入前所未有的迅速發(fā)展期。之前的“組織者”及“形態(tài)建成因子”等神秘因子從基因水平上得到解密。后來,技術(shù)上更先進的遺傳篩選并沒有顯著增加新的調(diào)控發(fā)育基因的數(shù)量,可以說“海德堡篩選”把調(diào)控發(fā)育的重要基因幾乎一網(wǎng)打盡。
進一步研究發(fā)現(xiàn),很多“海德堡基因”也是細胞信號傳導(dǎo)通路的主要介導(dǎo)者(如前文列出的Notch, Wnt, BMP, EGF, Hedgehog),信號傳導(dǎo)很快成為熱門領(lǐng)域。讓“海德堡二人組”驚訝地是,很多基因后來被證明是參與癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、遺傳病等人類疾病發(fā)生的重要基因,有一些已經(jīng)成為藥物的重要靶點。此項研究的影響滲透力之強在生物史上鳳毛麟角。
通過這項實驗,學(xué)術(shù)界深深體會到了“模式生物”的巨大威力,果蠅作為遺傳學(xué)的百年“模式生物”地位從此屹立不倒,這也導(dǎo)致了小鼠、線蟲、擬南芥、斑馬魚等新的“模式生物”的出現(xiàn)。大規(guī)模遺傳突變篩選成為了探索基因調(diào)控現(xiàn)象的強有力方法。這些后續(xù)的巨大影響遠遠超出了二人實驗之初的預(yù)期。
不過,遺憾的是,有了大規(guī)模RNAi和CRISPR工具后,基因組水平大規(guī)模篩選的論文絕大部分變成無人問津的數(shù)據(jù)論文,對推進科學(xué)發(fā)展的作用幾乎可以忽略,科學(xué)問題選擇的重要性可見一斑。另外,包括“海德堡二人組”在內(nèi)的學(xué)術(shù)界黃金搭檔(沃森和克里克,居里夫婦,Joseph Goldstein和Michael Brown,楊振寧和李政道)的例子,似乎也提示著有位可以促膝而談的學(xué)術(shù)搭檔是多么重要又幸運的事情。
?1979年, 紐斯林-福哈德和魏肖斯在EMBL(圖片來自Ann rev cell dev bio, 2016 32:1-46)
無尾(Tailless)的“尾聲”1
因為EMBL的環(huán)境不是非常理想,魏肖斯在論文發(fā)表之前,就在普林斯頓大學(xué)找到了教職并任職至今。雖然EMBL同意再給紐斯林-福哈德三年的工作合同,她并沒有接受,而是去了博士研究時的城市圖賓根,在馬普從青年教授做至發(fā)育生物學(xué)研究所所長直到現(xiàn)在。
紐斯林-福哈德在職業(yè)生涯早期曾短暫結(jié)婚后離婚,沒有孩子,紐斯林是前夫姓,福哈德是本姓。離婚后因已經(jīng)用此名發(fā)表論文就保留至今。福哈德家族很大,她有30多個表親,大多生活在法蘭克福和海德堡附近。魏肖斯到普林斯頓后與在蘇黎世遇到的果蠅發(fā)育學(xué)者Trudi Schüpbach結(jié)婚,育有三女。
1995年,紐斯林-福哈德、魏肖斯和Edward Lewis被授予諾貝爾獎。Edward Lewis研究的是果蠅雙胸突變復(fù)合體,于1978年在《自然》發(fā)表的論文里提出了相關(guān)發(fā)育模型。有趣的是,1991年,有諾貝爾獎風(fēng)向標之稱的Lasker獎只頒給了紐斯林-福哈德和Edward Lewis。
在科學(xué)巨星云集的諾貝爾獎大國德國的歷史上,紐斯林-福哈德是至今唯一的女性諾貝爾科學(xué)獎獲獎?wù)摺K墓ぷ鞯闹匾獌r值再加上杰出女性科學(xué)家的稀缺,讓沒有很強諾貝爾獎情結(jié)的德國民眾視其為德國的國寶。
令人絲毫不意外的是,對生物學(xué)有強烈興趣而又想法獨到的紐斯林-福哈德,并沒有停留在“正常的”研究生涯,比如像魏肖斯一樣繼續(xù)分析果蠅發(fā)育基因、解析發(fā)育機理。在一片懷疑和嘲諷中,她在職業(yè)生涯后期又來了一次華麗轉(zhuǎn)身:開始用斑馬魚做遺傳篩選,研究無人問津的動物皮膚的圖案。
在筆者參加的晚宴報告里,她提到自己的研究組從基本的細胞形態(tài)和分類做起,一步步做到了大規(guī)模遺傳篩選及單細胞在體譜系的高精度示蹤,最終提出了斑馬魚體表顏色圖案形成的分子調(diào)控模型。該研究的原創(chuàng)性再一次讓人嘆服。
更讓人驚嘆的是,主持人Maria Leptin還提到,紐斯林-福哈德還是廚藝大師,除了出版科普書,還出版了一本做菜的書。到海德堡的前一天,她還剛剛開了一場音樂會。據(jù)說她的畫也很不錯。她還建立了一個私人基金會,專門支持有孩子的青年女科學(xué)家……
傳奇還在繼續(xù)時,我們可以暫且回頭看看:紐斯林-福哈德的研究生涯由強烈好奇心驅(qū)動,在求知的征途上,她沒有被時髦的科學(xué)分散注意力(分子生物學(xué),基因克隆),也沒有被發(fā)育生物學(xué)所處的困境嚇倒,而是以古典英雄主義式的大規(guī)模篩選實驗拯救了整個發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域。
德國科學(xué)家在發(fā)育生物學(xué)史上的地位變得無比輝煌,無人爭鋒。紐斯林-福哈德的研究工作是在當時的學(xué)術(shù)界對女性科研能力普遍歧視的環(huán)境下完成的。我們無需近距離了解她的個人性格,也可以感受到她強烈的魅力。我們甚至無需聽她講解生物學(xué)之魅力,因為那種強大而外顯的探秘自然基本原理的驅(qū)動力,一直伴隨著她與眾不同的人生的每一個選擇。
在諾貝爾獎晚宴上,紐斯林-福哈德引用了德國文豪、大科學(xué)家歌德的詩句(出自詩歌Die Metamorphose der Tiere,動物的變態(tài)),請允許我試作翻譯,將其作為本文結(jié)尾:
Alle Glieder bilden sich aus nach ewgen Gestzen
und die seltenste Form bewahrt im Geheimen das Urbild
天生萬物兮,亙古一理
世有異型兮,留本存元
注:1. Tailless是紐斯林-福哈德和魏肖斯鑒定出的調(diào)控發(fā)育的139個基因之一,后來筆者實驗室發(fā)現(xiàn)小鼠和人的同源基因調(diào)控腦瘤發(fā)育。
注:2 .詩句大意指所有的動物的發(fā)育及構(gòu)成是遵循統(tǒng)一的內(nèi)在規(guī)律的,而最罕有的動物形體上可以揭示這些原始的規(guī)律。詩句驚人的契合了紐斯林-福哈德用果蠅突變體的表型揭示動物發(fā)育規(guī)律的工作。
致謝:感謝北京大學(xué)饒毅對本文的反饋意見
參考資料
1.Eric Wieschaus1 and Christiane Nüsslein-Volhard, The Heidelberg Screen for Pattern Mutants of Drosophila: A PersonalAccount. Ann rev cell dev bio, 2016 32:1-46
2.https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1995/nusslein-volhard-bio.html
3.http://www.nytimes.com/2006/07/04/science/04conv.html
4. Eric Wieschaus1 and Christiane Nüsslein-Volhard. Walter Gehring(1939-2014). Current Biology 24:632
5.紐斯林-福哈德發(fā)表文章鏈接http://www.eb.tuebingen.mpg.de/research/emeriti/research-group-colour-pattern-formation/publications.html