美國(guó)的科學(xué)暑期班：海邊的生物圣地
?MBL校園一角。進(jìn)入開放式的校園，首先映入眼簾的實(shí)驗(yàn)樓Rowe Laboratory
撰文 | 王志榮（喬治城大學(xué)博士研究生）
責(zé)編 | 陳曉雪
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這個(gè)夏天有幸在位于美國(guó)麻省伍茲霍爾（Woods Hole）的海洋生物研究所（Marine Biological Laboratory, MBL）學(xué)習(xí)工作三周時(shí)間，參加了一個(gè)為期三周的暑期課程“內(nèi)耳生物學(xué)”（Biology of the Inner Ear），收獲頗豐。這充實(shí)緊湊的三周時(shí)間極大地影響了我對(duì)待科學(xué)的認(rèn)識(shí)，做實(shí)驗(yàn)的方法以及今后可能從事的研究方向。
海洋生物研究所聽起來(lái)可能和隔壁的伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）混淆，其實(shí)它們是兩個(gè)各自獨(dú)立的研究所。后者成立于1930年，是專注于海洋科學(xué)與工程的非盈利研究機(jī)構(gòu)，也是美國(guó)規(guī)模最大的獨(dú)立海洋學(xué)研究中心。這次介紹的前者，成立于1888年，也是非盈利的研究教育機(jī)構(gòu)（自2013年起隸屬于芝加哥大學(xué)），卻也是發(fā)育生物學(xué)家以及神經(jīng)生物學(xué)家心里的圣地之一。
MBL整體很小，整個(gè)校園很緊湊。舉個(gè)例子，我們學(xué)生居住的宿舍樓Ebert Hall位于校園中部，實(shí)驗(yàn)室所在的Loeb Laboratory就在旁邊，早上起晚了我們就直接沖下去，兩分鐘就到實(shí)驗(yàn)樓；校園內(nèi)唯一的食堂在Swope Center（集行政辦公、餐飲、教職員工住宿為一體的一棟樓），同樣下樓穿過(guò)另一側(cè)的馬路就到。這真是我經(jīng)歷過(guò)的三點(diǎn)一線直線距離最短的研究生活。
MBL的建筑名字也是各有來(lái)頭： Ebert Hall以器官移植的先驅(qū)、胚胎學(xué)家James D. Ebert命名；集中了實(shí)驗(yàn)室、教室和大型顯微鏡的Loeb Laboratory是以最早做出人為誘導(dǎo)孤雌生殖的Jacques Loeb命名；包含了激光共聚焦顯微鏡和電子顯微鏡、演講報(bào)告廳以及MBL圖書館的Lilie Laboratory是以在鉀濃度對(duì)細(xì)胞分化和性激素對(duì)兩性分化作用有重要貢獻(xiàn)的Frank Rattray Lillie命名的。他們都曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)過(guò)MBL或者長(zhǎng)期在MBL做實(shí)驗(yàn)。
?MBL整個(gè)校園很緊湊
說(shuō)起來(lái)MBL做實(shí)驗(yàn)的偉大生物學(xué)家，就要提到遺傳學(xué)的先驅(qū)摩爾根（Thomas Hunt Morgan），他和MBL有著很深的淵源。從博士畢業(yè)前的1890年，到1942年退休，摩爾根幾乎每個(gè)夏天都會(huì)來(lái)伍茲霍爾工作。除了大家熟知的果蠅，摩爾根在伍茲霍爾至少還研究過(guò)其他十五種生物，這也是他的研究風(fēng)格之一：多線并進(jìn)。1886年，即將去約翰霍普金斯大學(xué)念研究生的摩爾根到位于麻省Annisquam的一個(gè)海洋研究所學(xué)習(xí)，兩年后這個(gè)研究所搬到了伍茲霍爾，成為MBL的前身，摩爾根也親自見證了這個(gè)轉(zhuǎn)變。和常駐MBL的Jacques Loeb一起，摩爾根堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)主義，堅(jiān)持設(shè)計(jì)可以實(shí)際驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，極力扭轉(zhuǎn)當(dāng)時(shí)盛行的描述性的系統(tǒng)發(fā)生學(xué)研究。
在MBL時(shí)，摩爾根一直在研究根瘤蚜（一種寄生于葡萄根莖的害蟲）和蚜蟲，試圖搞清楚究竟是細(xì)胞質(zhì)還是染色體決定昆蟲后代的性別的問(wèn)題。起初摩根跟一度認(rèn)為是細(xì)胞質(zhì)，后來(lái)他在哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了果蠅的白眼是由性染色體而非細(xì)胞質(zhì)決定的，于是重新思考了他在MBL的實(shí)驗(yàn)，終于意識(shí)到了性染色體在決定后代性別中的關(guān)鍵作用。后人評(píng)價(jià)摩爾根說(shuō)：在那個(gè)年代，自然主義者（naturalist）和實(shí)驗(yàn)主義者（experimentalist）二元對(duì)立，前者主張描述性的宏觀推論，后者主張定量的還原主義；摩爾根成功地結(jié)合了兩者。
再回到我參加的暑期項(xiàng)目。內(nèi)耳生物學(xué)課程一共18個(gè)學(xué)生，教授加助教一共48位教職員工。這樣的陣容可以讓學(xué)生和指導(dǎo)老師有充分的接觸和交流。課程安排非常緊湊。為了最大限度地利用時(shí)間，周一到周六是上午兩個(gè)講座，午飯后開始實(shí)驗(yàn)教學(xué)和練習(xí)，晚飯后主要是學(xué)生自主練習(xí)，做自己的項(xiàng)目，或者做集體項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和集體項(xiàng)目的討論和進(jìn)展報(bào)告偶爾也會(huì)安排在晚上。學(xué)生們充滿了熱情，幾乎每天都是工作到午夜甚至凌晨一兩點(diǎn)。據(jù)說(shuō)以前的課程中出現(xiàn)過(guò)學(xué)生工作太勤奮情況（到凌晨四點(diǎn)），老師們不得不制定規(guī)則，晚上十點(diǎn)后就不再提供實(shí)驗(yàn)材料開始新的實(shí)驗(yàn)……課程規(guī)定星期天必須放假，實(shí)驗(yàn)室關(guān)門，學(xué)生必須休息一天。這也是基于以前課程的經(jīng)驗(yàn)，否則大家工作太拼，都沒(méi)有時(shí)間清洗一周的衣服。星期天大家可以坐船去附近的一個(gè)島Marthas Vineyard玩一圈，或者干脆在宿舍里補(bǔ)一天覺。
?實(shí)驗(yàn)室每晚供應(yīng)啤酒、飲料和各種零食，這一桌子大概只是一兩天的成果
今年課程的集體項(xiàng)目是研究烏賊內(nèi)耳（squid statocyst），在海洋動(dòng)物體內(nèi)的感受平衡運(yùn)動(dòng)的器官，近似于哺乳動(dòng)物內(nèi)耳里的前庭系統(tǒng)（vestibuar system）。一是因?yàn)閮?nèi)耳領(lǐng)域的主流模式動(dòng)物是嚙齒類哺乳動(dòng)物、鳥類里的雞、兩棲類的爪蟾和魚類里的斑馬魚，研究軟體動(dòng)物頭足綱的烏賊從比較解剖學(xué)和比較生理學(xué)的角度來(lái)看毛細(xì)胞的演化很有趣；二是因?yàn)榭梢猿浞掷肕BL以烏賊巨型軸突（squid giant axon）為代表的豐富的海洋動(dòng)物研究資源。
參加這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生背景不同，學(xué)習(xí)目標(biāo)也是有著不同的針對(duì)性。所以自由時(shí)間的個(gè)人項(xiàng)目會(huì)有所側(cè)重：有的同學(xué)帶來(lái)了自己實(shí)驗(yàn)室的抗體在不同的動(dòng)物內(nèi)耳組織上進(jìn)行免疫熒光染色；有的同學(xué)帶來(lái)了特異性的藥物做電生理實(shí)驗(yàn)研究，研究自己感興趣的受體或者離子通道；有的同學(xué)著重花更多時(shí)間練習(xí)不同類型的聽覺測(cè)試。集體項(xiàng)目也是如此，大家選擇自己感興趣的或者希望練習(xí)的研究方法來(lái)做烏賊內(nèi)耳：有些同學(xué)對(duì)電鏡感興趣，就在有專長(zhǎng)的老師輔導(dǎo)下準(zhǔn)備掃描電鏡或者透射電鏡的材料；有些著重于電生理實(shí)驗(yàn)，用臨時(shí)搭起來(lái)的電生理記錄臺(tái)記錄烏賊內(nèi)耳毛細(xì)胞的電生理活動(dòng)。我自己主要用免疫熒光染色來(lái)看毛細(xì)胞的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)神經(jīng)連接的構(gòu)造。由于對(duì)剛剛孵化的小烏賊的理解知之甚少，我們的很多工作都是在身體透明的小烏賊上進(jìn)行。
?內(nèi)耳生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室一角
課程中令人印象深刻的一點(diǎn)是老師們對(duì)于科學(xué)和培養(yǎng)新人的熱情。內(nèi)耳領(lǐng)域的基本功是各種解剖，不論是用什么樣的模式生物，首先要把內(nèi)耳取出來(lái)。許多解剖示范都是領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)很有威望的教授親自來(lái)做，即使是在學(xué)生練習(xí)階段，他們也是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一一解答學(xué)生的問(wèn)題，手把手指導(dǎo)。每天夜里，當(dāng)周留守的教授一直陪著學(xué)生到深夜，幫助解決問(wèn)題，提供材料。很多時(shí)候他們自己也展現(xiàn)出對(duì)bench work（一線實(shí)驗(yàn)）的熱情，比如對(duì)于知之甚少的集體項(xiàng)目烏賊內(nèi)耳，他們和學(xué)生一樣激動(dòng)，做解剖，免疫熒光，電生理記錄，直到深夜。尤其令我印象深刻的是，來(lái)自貝勒醫(yī)學(xué)院的Andy Groves，夜里持續(xù)解剖兩個(gè)小時(shí)，然后把材料給學(xué)生繼續(xù)往下做。另外，大家每天三餐的時(shí)間基本同步，幾乎每頓飯都是學(xué)生和老師圍坐一桌，聊實(shí)驗(yàn)中的收獲與思考，老師們的奇聞?shì)W事、歷史八卦……
除了每?jī)赡暌淮蔚膬?nèi)耳生物學(xué)課程，MBL還有很多歷史悠久、名聲遠(yuǎn)揚(yáng)的暑期課程。起源于1893年的胚胎學(xué)課程（Embryology: Concepts & Techniques in Modern Developmental Biology）已經(jīng)超過(guò)一百年，從最初沒(méi)有學(xué)費(fèi)學(xué)生自帶設(shè)備，教授基礎(chǔ)的解剖觀察材料制備等內(nèi)容，逐漸演變成更加專業(yè)化，面向認(rèn)真考慮以研究為職業(yè)的研究生和博士后，而且教授更加高級(jí)的實(shí)驗(yàn)技能（包括分子生物學(xué)興起帶來(lái)的分子技術(shù)），見證了發(fā)育生物學(xué)的百年歷史。具有悠久歷史的還有生理學(xué)課程（Physiology: Modern Cell Biology Using Microscopic, Biochemical and Computational Approaches），兩門神經(jīng)科學(xué)的課程（Neurobiology和Neural Systems & Behavior）……這些只是MBL眾多暑期課程中具有代表性的幾個(gè)（其他請(qǐng)參考：http://www.mbl.edu/education/courses/）。
暑期課程是和領(lǐng)域內(nèi)頂尖科學(xué)家近距離接觸的絕好機(jī)會(huì)，除了可以在熱忱的研究氣氛中結(jié)識(shí)領(lǐng)域內(nèi)的其他同事，或許還會(huì)建立長(zhǎng)久的友誼和合作。舉個(gè)例子，算是我學(xué)術(shù)曾祖父的Jeff Cowrin（我的博士導(dǎo)師Tom Coate的博士后導(dǎo)師Matt Kelley是他的博士生）參加過(guò)1975年的Neurobiology course，1983年又來(lái)MBL做過(guò)Grass Fellow，后來(lái)還領(lǐng)導(dǎo)過(guò)Grass Fellowship這個(gè)項(xiàng)目。Cowrin說(shuō)，他當(dāng)時(shí)的很多同學(xué)后來(lái)都變得非常有名（當(dāng)然他自己也很有名了，他是內(nèi)耳領(lǐng)域毛細(xì)胞再生研究的鼻祖，也是2007年內(nèi)耳生物學(xué)課程最初的組織者）。
上面說(shuō)到的Grass Fellow，是伍茲霍爾一個(gè)珍貴的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，由Grass Foundation資助，面向高年級(jí)博士研究生、博士后以及剛拿到教職的早期獨(dú)立研究者的資助項(xiàng)目。申請(qǐng)人提交計(jì)劃書，制定資金用途，MBL提供設(shè)備、行政和生活上的支持。這個(gè)項(xiàng)目的期限為夏天的14個(gè)星期，每年支持10-12人，沒(méi)有必須是美國(guó)公民或者綠卡持有者的要求。內(nèi)耳生物學(xué)課程的一些教授曾經(jīng)做過(guò)Grass Fellow，課程中期還組織我們學(xué)生對(duì)Grass Fellow的實(shí)驗(yàn)室做了一次短暫的參觀。Grass Fellow每人有自己的十平米左右的空間，他們?cè)谶@充滿傳奇的MBL進(jìn)行著自己科學(xué)生涯早期的獨(dú)立研究。
?Albert Szent-Gy?rgyi：發(fā)現(xiàn)就是看到每個(gè)人已經(jīng)看到的，思考無(wú)人想到的。
最后和大家分享掛在海洋資源中心（Marine Resource Center）的一句話，來(lái)自1937年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主Albert Szent-Gy?rgyi：“發(fā)現(xiàn)就是看到每個(gè)人已經(jīng)看到的，思考無(wú)人想到的。”生物學(xué)的進(jìn)步重要的一部分是技術(shù)，而有了技術(shù)之后如何在復(fù)雜的系統(tǒng)中理清頭緒，如何在紛繁的領(lǐng)域里慧眼識(shí)珠，就要靠站在巨人肩膀上，接受好的導(dǎo)師言傳身教，磨練自己的洞察力，以及勤奮的工作了。
注：本文圖片均由作者提供。
參考文獻(xiàn)：
Kenney, D. E.; Borisy, G. G. (2009)."Thomas Hunt Morgan at the Marine Biological Laboratory: Naturalist and Experimentalist". Genetics. 181 (3): 841–846.
制版編輯： 斯嘉麗｜
