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邹承鲁:科学“播火者”


 

“努力追求科学真理,避免追求新闻价值,跟踪最新发展前沿,不断提高水平,勤奋工作,永不自满。”——邹承鲁

天极阴沉,寒风四起。中国科学院生物物理所3313办公室,门紧闭着。这里是邹承鲁事业的第四个驿站。他事业的开端,要追溯到半个多世纪前的西南联大。

 摇篮——自由孕育了无限的创造力

1941年,邹承鲁毕业于由天津迁到重庆的南开中学高中部,考入设在昆明的西南联合大学化学系。传奇般的西南联大,是邹承鲁科研人生的摇篮,宽松而自由的学习氛围为他日后从事生物化学科研工作打下了深厚基础。
      邹承鲁曾回忆说,西南联大有两个特点,一个特点是三校合并,名教授特别多。就像清华大学老校长梅贻琦所说,所谓大学者,非谓有大楼之谓也,有大师之谓也。另一个特点就是学术自由和学术民主的风气比较浓厚,思想自由,对各种学派的教授兼容并包,贯彻的是百家争鸣的办学方针。西南联大表面看上去学习氛围自由散漫,实际上学生的个人创造力就孕育在其中,所以才造就出那么多科学大家和人文大师。今年初,邹承鲁撰文《建议重建西南联大》,提出学术自由很重要,国家不要过多干扰学校的日常管理,给学校以较大的自由度。“对一个国家来讲,学术上要有所成就,就是要创新,要创新就要有一个自由的环境。只有鼓励自由思想、自由探索,才能有重大的创新并且不断创新。”

 剑桥—— 初生牛犊不怕虎

1946年,在招考英庚款公费出国留学生的考试中,邹承鲁以化学类第一名的优异成绩被录取。1948年2月,邹承鲁进入了当时生物化学领域的研究中心之一——剑桥大学,师从著名生物化学家Keilin教授。Keilin教授的实验室是世界呼吸链研究的中心,邹承鲁跟他从事呼吸链中的氧化还原酶研究。
      邹承鲁在国际上最早用蛋白水解酶部分水解方法研究蛋白质结构与功能的关系,发现细胞色素c纯化后与线粒体结合时在性质上发生变化,并证明细胞色素b与琥珀酸脱氢酶不是同一物质。1949年,他单独署名的论文在英国《自然》杂志发表。有关这些开创性工作的论文在半个多世纪后的今天仍不断被人引用。当时,邹承鲁才26岁。 “这个工作题目是Keilin教授给的,大概怎么做他都跟我说了。实验工作进行得比较顺利,所以没给他找什么麻烦。最后工作完成,写成论文并修改了好多次。我把最后的稿子给他,他拿起稿子一看,提起笔就把放在前面的他的名字划掉了,并说你自己发表吧。虽说是我单独署名发表,Nature杂志编辑部都知道从他的实验室出去的工作,他一定是看过的。完成第一项工作后,Keilin教授鼓励我自己提出设想,设计方案,进行研究。”在自述《我的科学之路》中,邹承鲁说,Keilin教授的这种指导学生和论文署名的做法使自己受益终身,进而使他自己对学生也是这样——假使光是给一个题目让学生做,没有参与多少直接的工作,一般也不署名,“我最反对有些实验室(负责人),现在学了美国人叫老板,他手下的人不管做什么工作,不管他有没有贡献,一律把他的名字写在论文上,有的时候还写在前头,只求多多益善。不出问题便津津乐道;如果文章有问题,就推脱责任,让学生承担。其实大家都知道,导师是对实验室和论文负责的人,学生只是学生”。
      九三学社中央副主席、中国科学院院士、邹承鲁的学生王志珍说,邹先生老强调不要“搭车”,这是典型的不劳而获的不道德行为。“论文署名首先是责任,其次才是荣誉。他把在自己并无贡献的论文上署名比喻成'搭车’,说如果发生车祸,搭车的人也难以幸免,所以不要做搭车的事。”
      当时正值二次大战之后,实验室的设备条件比较艰苦,Keilin教授强调,在简单的条件下也可以做出优秀的工作,最重要的是科学思想而不能依赖设备,要善于在工作中发现问题。邹承鲁在《我的科学之路》中写道,“当时,Keilin教授已经年过六旬,又患有气喘病,但他每天准时到实验室工作,除指导学生工作外,还经常亲自动手做实验。他的实验室固定人员很少,主要由研究生和博士后构成。他要求我们每隔一定时间给他交一份工作报告。工作报告和论文稿都在星期六上午给他,他看过后在星期一早晨还给我们,并提出详细意见。他的意见经常是详细、尖锐和中肯的,这些意见对我一生的科学研究起了极大的作用。研究论文完成后,哪怕只是一些细节让他不够满意,他也不同意发表。一篇研究论文无论他署名与否,都要先经过老学生(高年级学生——编者注)审阅,然后他自己再看,经过多次反复修改后才最终送出投稿。”
      王志珍说:“先生在剑桥最大的收获,就是明白了要想在科学上有所成就,就需要一个人贡献自己的全部生命。他一直告诫我们,仅靠每周40小时的工作,而没有废寝忘食、全身心投入的精神,是不可能成为一个好科学家的。”
      剑桥的3年中,邹承鲁一共发表了7篇文章,除其中一篇是和实验室一位博士后共同署名外,其余都是单独发表的,导师全都没署名。
      除此之外,邹承鲁还有一个重大收获——认识了后来与他相濡以沫半个世纪的终身伴侣,后来成为中国科学院院士、固体物理和材料科学家的李林。一次,在剑桥同学的聚会上,李林和邹承鲁同台演唱了一曲《我的家在东北松花江上》,优美的歌词、悲怆的曲调,激起了他们对祖国的共同思念。共同的理想使他们的友谊升华成爱情。李林的父亲、地质学家李四光很欣赏思维缜密、学业奋进的邹承鲁,1949年8月25日,在博恩毛斯海边,伴着海浪的鸣奏,他亲自主持了这对爱人的婚礼。
      1951年6月,邹承鲁完成毕业论文,顺利通过答辩,拿到博士学位。随即应九三学社社员王应睐教授之邀,回国去上海生理生化所工作,开始了新中国酶学研究的奠基工作。

上海生理生化所——中国生化界的“摇篮”

当时担任上海生理生化所所长的王应睐深知搞科研最重要的是学术带头人,于是从海外“挖”来了一批优秀人才。曹天钦和邹承鲁学成后也来到生化所,为这里带来了剑桥的优良作风和研究传统,他俩和王应睐被称为“剑桥三剑客”。王应睐提倡思想自由,爱护人才、平易近人。于是,年轻人很快成长起来,生化所变成人们向往的研究中心。王应睐先后组织了近10期高级生化训练班,学员达上千人,他们后来成为国内生化领域的骨干——包括刘新垣、龚岳亭、李载平、洪国藩、戚正武、张友尚、王恩多、许根俊等多位院士。邹承鲁说:“中国的生物化学能有今天的水平和规模,王先生功居首位。”英国学者李约瑟更是将王应睐称为中国生物化学的奠基人之一。
      在生化所,邹承鲁基本按照自己在英国的思路做与呼吸链相关的酶的研究,一是细胞色素,一是琥珀酸脱氢酶。他们发现辅基腺嘌呤二核苷酸与蛋白部分通过共价键结合,这是以往从没有发现过的。他们在呼吸链和其他酶系的系列工作奠定了我国酶学和呼吸链研究的基础。

胰岛素合成——写下中国科学史一段传奇

“1958年,在'大跃进’的声浪中,中国的科学家们也热切希望做出举世瞩目的科学成就。在当时的中国科学院上海生物化学研究所,各种各样的想法一个接一个地被提出来,经过激烈讨论,又一个接一个地被否决掉。当时争论极为热烈,经常是两三个人同时争着发言,所以现在很难想起确切的是谁首先提出了人工合成蛋白质的想法。不过,这个主张一提出,马上获得一致赞同。因为在那个时代谈蛋白质的人工合成还有相当的神秘感,因此人工合成蛋白质无疑是一个惊人的科学壮举。这个想法也赢得了领导支持,并且获得了充足经费。”关于胰岛素合成工作,邹承鲁在《我的科学之路》中这样叙述。
       蛋白质对生命极其重要,是所有生命活动的主要承担者。恩格斯曾说过,蛋白质是生命存在的基本方式。那时胰岛素是人类唯一知道的一级序列的蛋白质,如果我国科学家能够人工合成胰岛素,不仅有科学意义,而且有哲学意义。当时,英国Sanger已完成了牛胰岛素的一级序列测定,并因此得到了诺贝尔奖金——胰岛素的结构包括由21个氨基酸组成的A链和30个氨基酸组成的B链,两者由二硫键相连,可以降低血糖水平,使小白鼠产生惊厥反应。
       1958年,邹承鲁把自己对酶的兴趣暂且放在一边,参加了上海生物化学研究所人工全合成牛胰岛素的工作。邹承鲁曾撰文回忆了人工合成胰岛素的过程。 “胰岛素是由两个二硫键联结的两条肽链组成的。此外,还有一个A链上的链内二硫键。因此,初期曾有三种合成方案以供选择。其中最为现实、易行的方案是分别合成A链和B链,然后通过巯基的氧化使两条链正确组合。当时,我的任务是摸索胰岛素分子先经过还原、分离纯化之后的A链和B链是否能通过氧化重新组合形成天然的胰岛素分子。这一问题是胰岛素人工全合成成功的关键。 “国外许多人都曾尝试过把还原的胰岛素肽链重新组合,以期获得一定产率的天然胰岛素,而这些探索都无一例外地失败了。当时,除了像催产素这样的小肽以外,还没有一个含二硫键的蛋白能在还原后通过氧化而成功地再生。我们没有被洋人的失败吓倒,反而迎难而上,着手分离A链和B链。“我们所得到的粗产物经进一步纯化和结晶,终于得到和天然胰岛素具有相同活力和晶型的晶体,胰蛋白酶水解物双向纸层析和电泳的结果进一步证实氧化后所得的胰岛素与天然胰岛素完全相同。这些重要结果我们在1959年的秋天就得到了。1960年,Dixon和Wardlaw在Nature杂志上发表论文,报道还原的肽链经氧化得到了1%~2%的胰岛素之后,我们才决定在《中国科学》发表我们的结果,第一篇论文发表在1961年10月《中国科学》恢复出版后的第1期上。同时,我们一直在摸索进一步提高产率的条件。不久,我们把产率提高到了30%~50%! “这些研究为胰岛素的合成确定了路线,并为最终全合成扫清了道路。胰岛素的合成是由三个单位协作完成的。上海生物化学研究所由钮经义和龚岳亭领导的小组负责B链的合成;上海有机化学研究所由汪猷领导的小组以及北京大学由邢其毅领导的小组共同负责A链的合成,两条链通过传统的片段缩合法合成;我的小组负责两条肽链组合成天然胰岛素分子。”
      人工合成胰岛素的价值,在于它第一次打破了生命与非生命的界限。人工全合成牛胰岛素研究获得1981年国家自然科学一等奖和1997年求是杰出科技成就集体奖。
      1966年底,邹承鲁的处境已经恶化到不允许见任何外国客人。此时,瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会化学组主席ATiselius访问中国,人们猜测他可能是来物色合适的诺贝尔奖候选人,遗憾的是这项工作仍然无法和诺贝尔奖联在一起。后来,邹承鲁得知Tiselius对人工合成胰岛素的评价很高,“你们能从书上学到原子弹的知识,但学不到人工合成胰岛素”。

北京——继续创新开拓

1970年,邹承鲁从上海生化所调往北京的中国科学院生物物理所,开始了另一段科研征程。  “除了人工合成胰岛素,邹先生还有几个比较重要的工作:蛋白质必需基团的化学修饰和活性丧失的定量关系公式,以及确定必需基团数目的作图方法,分别被称为'邹氏公式’和'邹氏作图法’,被国际同行广泛采用并收入教科书和专著;酶活性不可逆抑制动力学研究,开创了酶催化动力学一个新的理论分支,并解决了传统方法不能解决的问题,对酶作用机制研究和药物设计都非常重要。有关综述应邀发表在国际酶学领域权威性的丛刊Advance in Enzymology上,这是迄今我国唯一在此丛刊发表综述论文的中国生物化学家。”王志珍仔细介绍了邹承鲁的主要科学成就,“另一个重要的工作是他和他的学生用自己创立的不可逆抑制动力学理论研究了各种不同类型的酶在变性过程中构象和活力变化的关系,得到活性丧失先于构象变化的结果,据此提出了酶活性部位柔性的假说。十余年间,实验数据的积累充分支持酶活性部位柔性的学说。世界各国有十几个实验室随后开展的研究进一步支持酶活性部位柔性学说。邹承鲁把蛋白质变性研究从单纯的结构研究推向与功能密切结合的新水平,是酶作用机制研究的重大进展,对此工作的总结在美国《科学》杂志发表。”“他还开创了新生肽链的折叠与分子伴侣等当前分子生物学领域中尚未解决的重大问题的研究。”王志珍补充说。

邹承鲁对世界生物化学的贡献已得到承认并载入史册,所撰写的自传在有影响的国际性丛书《综合生物化学》中生物化学史部分第三册(总第37卷)上发表,到目前为止,他是我国生物化学家在此丛书上发表自传的唯一科学家。
       二次获国家自然科学一等奖、四次获国家自然科学二等奖,一次获国家自然科学三等奖,还有第三世界科学院生物学奖,陈嘉庚生命科学奖,何梁何利科学与技术成就奖,何梁何利科学与技术进步奖等重要奖项……中国科学界这样的获奖频率,除邹承鲁外,恐怕难有几人。