做出應(yīng)獲諾貝爾獎工作的科學(xué)家，幾十年默默無聞；

　　被廣泛應(yīng)用的分子，很少人知其發(fā)現(xiàn)者；

　　原始論文鮮為人知，后繼論文倒很熱門；

　　曾失明的人，發(fā)現(xiàn)了美麗的發(fā)光蛋白；

　　低調(diào)的父親，出了高調(diào)的兒子。

　　這里簡介一項生物化學(xué)研究，講一個科學(xué)家的故事，還討論一個問題：是否活著的科學(xué)家中還有因好奇而做科學(xué)研究？

　　本文和我2002年一篇文章相同，不是預(yù)測諾貝爾獎，而是介紹值得獲獎的工作。名單上不包括可以獲獎、但其工作不值得獲獎?wù)�。相反，本文的主人公可能被埋沒得不到獎，但他的工作很值得介紹。

　　生物發(fā)光和熒光蛋白

　　現(xiàn)在研究生物的人，幾乎都知道綠色熒光蛋白（GFP），但常常不知或搞錯其發(fā)現(xiàn)者。毫無爭議的發(fā)現(xiàn)者是日裔美國科學(xué)家下村修（Osamu Shimomura，下村脩）和已故美國科學(xué)家約翰森（Frank H. Johnson）。他們1961到1974年發(fā)現(xiàn)兩種發(fā)光的蛋白質(zhì)：水母素（aequorin）和GFP。

　　生物發(fā)光現(xiàn)象，下村修和約翰森之前就有人研究。螢火蟲發(fā)熒光，是由熒光酶（luciferase）作為酶催化底物分子熒光素（luciferin），有化學(xué)反應(yīng)如氧化，以后產(chǎn)生熒光。而發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)本身發(fā)光，無需底物，起源于下村修和約翰森的研究。

　　下村修和約翰森用過幾種實驗動物，和本故事相關(guān)的是學(xué)名為Aequorea victoria的水母。1962年，下村修和約翰森等在《細胞和比較生理學(xué)雜志》上報道，他們分離純化了水母中發(fā)光蛋白水母素。據(jù)說下村修用水母提取發(fā)光蛋白時，有天下班要回家了，他把產(chǎn)物倒進水池里，臨出門前關(guān)燈后，回頭看一眼水池，結(jié)果見水池閃閃發(fā)光。因為養(yǎng)魚缸的水也流到同一水池，他懷疑是魚缸排出的成分影響水母素，不久他就確定鈣離子增強水母素發(fā)光。1963年，他們在《科學(xué)》雜志報道鈣和水母素發(fā)光的關(guān)系。1967年Ridgway和Ashley提出檢測鈣的新方法：用水母素。鈣離子是生物體內(nèi)的重要信號分子，水母素成為第一個有空間分辨能力的鈣檢測方法，是目前仍用的方法之一。

　　1955年Davenport和Nicol發(fā)現(xiàn)水母可以發(fā)綠光，但不知其因。1962年下村修和約翰森那篇純化水母素的文章中，有個注腳，說還發(fā)現(xiàn)了另一種蛋白，它在陽光下呈綠色、鎢絲下呈黃色、紫外光下發(fā)強烈綠色。其后他們仔細研究了其發(fā)光特性。1974年，他們得到了這個蛋白，當(dāng)時稱綠色蛋白、以后稱綠色熒光蛋白（GFP）。Morin和Hastings提出水母素和GFP之間可以發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。水母素在鈣刺激下發(fā)光，其能量可轉(zhuǎn)移到GFP，刺激GFP發(fā)光。這是物理化學(xué)中已知的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)在生物中的發(fā)現(xiàn)。

　　下村修本人對GFP的應(yīng)用前景不敏感，也未意識到應(yīng)用的重要性。他離開普林斯頓到Woods Hole海洋研究所后，他的同事普瑞舍(Douglas Prasher)非常感興趣用熒光蛋白做生物示蹤分子。1985年普瑞舍和日裔科學(xué)家Satoshi Inouye分別根據(jù)蛋白質(zhì)序列拿到了水母素的基因（生物學(xué)上準(zhǔn)確地說是cDNA）。1992年，普瑞舍又拿到GFP的基因。有了cDNA，一般生物學(xué)研究者就很容易應(yīng)用，比用蛋白質(zhì)方便多了。

　　普瑞舍1992年發(fā)表GFP基因的文章后，離開科學(xué)界。原因是他申請美國國家科學(xué)基金時，評審者說沒有蛋白質(zhì)發(fā)光的先例，就是他找到了這種蛋白，也沒什么價值。一氣之下，他離開學(xué)術(shù)界去麻省空軍國民衛(wèi)隊基地，到農(nóng)業(yè)部動植物服務(wù)部工作。當(dāng)時他如果花幾美元，就可以做一個一般研究生都能做，但非常漂亮的工作：將來自水母的GFP基因放到其他生物體內(nèi)（如細菌），看到熒光，可以很強烈地提示GFP本身可以發(fā)光，無需其他底物、或者輔助分子，也表明可以廣泛用GFP。

　　將GFP表達到其他生物體這項工作，1994年由兩個實驗室獨立進行：美國哥倫比亞大學(xué)做線蟲的Marty Chalfie實驗室，和加州大學(xué)圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的兩位日裔科學(xué)家Inouye和Tsuji。

　　水母素和GFP都有重要的應(yīng)用。但水母素仍是熒光酶的一種，它需熒光素。而GFP是蛋白質(zhì)本身發(fā)光，原理上不同。

　　Chalfie的文章立即引起轟動，很多生物學(xué)研究者接著紛紛將GFP引入自己的系統(tǒng)。當(dāng)時好些《自然》、《科學(xué)》文章，證明那里表達GFP，那里就有綠光，這些后續(xù)文章不過是跟風(fēng)，上了《自然》也不證明有原創(chuàng)性。

　　1994年，華裔美國科學(xué)家錢永�。≧oger Y Tsien）開始改造GFP，有多項發(fā)現(xiàn)。世界上目前使用的熒光蛋白大多是錢永健實驗室改造后的變種，有的熒光更強，有的呈黃色、藍色，有的可激活、可變色。用一些不常用做研究樣本的生物找有顏色的蛋白成為一些人的愛好。不過真發(fā)現(xiàn)的有用東西并不很多。成功的例子有俄國科學(xué)院生物有機化學(xué)研究所Sergey A. Lukyanov實驗室從珊瑚里發(fā)現(xiàn)的其他熒光蛋白（FP），包括紅色熒光蛋白。

　　綜觀整個過程，從1961年到1974年，下村修和約翰森的研究遙遙領(lǐng)先，但很少人注意。單純從技術(shù)上，其他生化學(xué)家也可以得到水母素和GFP，但需要有想法或興趣。在1974年以后，特別是八十年代后，很多后續(xù)工作顯而易見，一般研究生可以做。其中例外是錢永健實驗室發(fā)現(xiàn)變種出現(xiàn)新顏色，這一發(fā)現(xiàn)出乎意料。

　　GFP之美麗和妙用

　　GFP及其衍生物（各種熒光蛋白），絢麗多彩，非常漂亮。

　　有些熒光蛋白當(dāng)濃度足夠高時，在日光下可以看到顏色。所以實驗室產(chǎn)生了人為可控制顏色的魚、老鼠。

　　熒光蛋白廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究。可以通過常規(guī)的基因操縱手段，將熒光蛋白用來標(biāo)記其他目標(biāo)蛋白，這樣可以觀察、跟蹤目標(biāo)蛋白的時間、空間變化。提供了以前不能達到的時間和空間分辨率，而且可以在活細胞、甚至活體動物中觀察到一些分子。熒光蛋白技術(shù)也使得人們可以研究某些分子的活性，而不僅僅是其存在與否。

　　對于有些研究來說，熒光蛋白的作用可以形容為“起死回生”：原來有些方法，需要把生物變成死物才能研究一些現(xiàn)象和過程，而熒光蛋白為主要支柱之一的現(xiàn)代成像技術(shù)，使科學(xué)家在活的細胞中觀察和研究這些過程，使一部分“死物學(xué)”變成“生物學(xué)”。

　　為了好奇

　　下村修1928年生于京都，長于長崎。1945年他16歲時，原子彈在他故鄉(xiāng)爆炸，他曾失明數(shù)周。1951年，他畢業(yè)于長崎醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)專門部，1960年獲名古屋大學(xué)有機化學(xué)博士。1960年他到美國普林斯頓大學(xué)約翰森實驗室做博士后，63年至65年回日本名古屋大學(xué)任副教授，65年回普林斯頓繼續(xù)在約翰森實驗室，直到1980年。估計是約翰森退休后下村修不能待在普林斯頓了，所以1980至2001年他到麻省Woods Hole海洋生物學(xué)研究所工作、并有波士頓大學(xué)兼職教授之軟差。

　　下村修1961年33歲做出重要發(fā)現(xiàn)（1962年發(fā)表），到1974年46歲時，全部關(guān)鍵實驗完成。但到80歲的今年，他幾乎是默默無聞。他多年沒有實驗室，在約翰森實驗室做了近20年博士后，不是為了功。他也沒有當(dāng)選美國科學(xué)院院士，不是為了名。GFP后來帶來了相當(dāng)?shù)氖找�，但下村修沒得，也不是為了利。

　　下村修加入生物發(fā)光研究是1955年在日本做研究生時，導(dǎo)師讓他到另外一個實驗室去開闊眼界，而那個實驗室的導(dǎo)師介紹他做熒光素。1959年導(dǎo)師逝于癌癥，1960年他到約翰森實驗室。約翰森給他看水母發(fā)光，要他做，可是第一次演示根本沒有發(fā)光。但下村修被約翰森感染了，決定做這個課題。1961年約翰森開了七天的車、每天12小時，帶下村修橫跨美國到西海岸華盛頓州的“星期五港”（Friday Harbor）實驗室，那里當(dāng)時盛產(chǎn)水母，有很多原料，他們在1961年夏做出主要發(fā)現(xiàn)。

　　下村修開始做研究時不知其重要性，只是對生物發(fā)光好奇。發(fā)光的生物學(xué)意義，至今尚不清楚；
而發(fā)光蛋白應(yīng)用的重要性，下村修不僅當(dāng)時不知道，而且以后相當(dāng)時間不清楚。水母素應(yīng)用于檢測鈣，是1967年由Ridgway和Ashley提出。最初下村修和約翰森只為提取水母素，而GFP是副產(chǎn)物�，F(xiàn)在，這個副產(chǎn)物的用途比原來的正產(chǎn)物還大。GFP作為示蹤蛋白是普瑞舍極力鼓吹。廣泛應(yīng)用在1994年以后。從1974年獲得GFP到1994年，下村修并未大力推動GFP的應(yīng)用。

　　下村修樂于做這項工作，只需很基本的條件。2001年退休后，他繼續(xù)做研究，把家里的地下室作為“光蛋白實驗室”，今年80歲的他，還用家庭地址發(fā)表文章。

　　科學(xué)界并不公平

　　下村修有非常重要的科學(xué)貢獻。但是科學(xué)界多半不知道他，只知道后續(xù)工作，社會的認可就更少。

　　在普林斯頓，他二十年沒有獨立實驗室，在別人領(lǐng)導(dǎo)下工作。到Woods Hole后，是很小的幾人小組。他80歲了，也沒有當(dāng)選哪里的院士。最近幾年開始獲些不知名的獎。非常熱衷于國民獲諾貝爾獎的日本，到近年才有少數(shù)專家知道下村修。

　　下村修和遺傳學(xué)家Barbara McClintock不同。她在81歲因為發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子獲諾貝爾獎。但慢的主要原因是學(xué)術(shù)，而對她個人很早就認可（因為在遺傳學(xué)的多個貢獻，1944年她42歲時當(dāng)選美國科學(xué)院院士，是最年輕的院士之一；
43歲當(dāng)選美國遺傳學(xué)會主席）。1950年代，她提出轉(zhuǎn)座是調(diào)控基因表達的重要機理，但轉(zhuǎn)座調(diào)控基因并不是普遍規(guī)律。她在植物中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座現(xiàn)象，不是爭議焦點，一旦大家意識到轉(zhuǎn)座是普遍現(xiàn)象（包括動物）后，就接受了其重要性。而下村修的成果人們用了很多年，沒有爭議，只是大多數(shù)人不知道他的個人貢獻。

　　下村修雖然做了非常原創(chuàng)性的工作，很多人用他發(fā)現(xiàn)的GFP，有些生物學(xué)雜志每期都有文章用GFP，有些生物雜志每期20%的文章用了GFP，但絕大多數(shù)人并不知道發(fā)現(xiàn)者是下村修。下村修和約翰森1962年發(fā)現(xiàn)水母素的文章迄今被377次引用，1974年純化GFP的文章被引用169次，Chalfie等1994年《科學(xué)》文章被引用3349次，Inouye 和Tsuji的1994年文章被引用256次。說明大多數(shù)科學(xué)工作者并不知道所用的東西怎么來的。所以，簡單重視引用率也不能代替對領(lǐng)域的真正了解。

　　不僅下村修沒有被廣泛認可，其他一些人也遭忽略。1990年，他的合作者約翰森82歲去世時，《紐約時報》的悼文沒有提GFP。普瑞舍拿到GFP基因但缺經(jīng)費。Chalfie文章引用率高但專利搞砸了沒多少收益。

　　我2002年寫的值得獲諾貝爾獎名單中，有普瑞舍和錢永健，無下村修。近年我才給學(xué)生講下村修的工作。本文也算是一個更正。

　　這個領(lǐng)域，最重要的工作顯然是下村修和約翰森做的。錢永健在兩個方面做出了重要的貢獻，如果錢與下村修合得獎也很合理。第三重要的是普瑞舍。他承前啟后，有助于推廣應(yīng)用下村修的發(fā)現(xiàn)。

　　錢永健的貢獻

　　錢永健是取得重要成就的科學(xué)家。他在成像技術(shù)中，有兩項重要工作都與下村修有一定關(guān)系。

　　一項是鈣染料。1980年錢永健發(fā)明檢測鈣離子濃度的染料分子，1981年改進將染料引入細胞的方法，以后發(fā)明更多、更好的染料，被廣泛應(yīng)用。檢測鈣的方法有三種：選擇性電極、水母素、鈣染料。在錢永健的鈣染料沒有出現(xiàn)以前，具有空間檢測能力的只有水母素，但當(dāng)時水母素需要注射到細胞內(nèi)，應(yīng)用不方便，而錢永健的染料可以通透到細胞里面去。水母素和鈣染料各有優(yōu)缺點，目前用染料的人多。錢永健還發(fā)明了多種染料用于研究其他分子。

　　錢永健的第二項工作是GFP。1994年起，錢永健開始研究GFP，改進GFP的發(fā)光強度，發(fā)光顏色（發(fā)明變種，多種不同顏色），發(fā)明更多應(yīng)用方法，闡明發(fā)光原理。世界上應(yīng)用的FP，多半是他發(fā)明的變種。他的專利有很多人用，有公司銷售。

　　錢永健的工作，從八十年代一開始就引人矚目。他可能是世界上被邀請給學(xué)術(shù)報告最多的科學(xué)家，因為化學(xué)和生物界都愛聽他的報告，既有技術(shù)應(yīng)用、也有一些很有趣的現(xiàn)象。他1952年出生，年齡允許他等些年（而下村修沒有這個優(yōu)勢）。所以，很多人多年認為錢永健會得諾貝爾獎，可以是化學(xué)、也可以是生理獎。值得指出，錢永健非�？隙ㄏ麓逍薜墓ぷ�，錢較早公開介紹下村修的發(fā)現(xiàn)。

　　錢永健是錢學(xué)森的堂侄。他家多科學(xué)家和工程師。他中學(xué)時獲得過西屋天才獎第一名，大學(xué)在哈佛念化學(xué)和物理，20歲畢業(yè)，后獲英國劍橋大學(xué)生理學(xué)博士。他哥哥錢永佑（Richard W Tsien）是神經(jīng)生物學(xué)家，(點擊此處閱讀下一頁)

　　曾任Stanford大學(xué)生理系主任。兩兄弟分別獲Rhodes和Marshall學(xué)者獎（通常認為是美國大學(xué)生競爭性最強的兩個獎學(xué)金，克林頓總統(tǒng)曾獲Rhodes），到英國留學(xué)，九十年代雙雙成為美國科學(xué)院院士。錢學(xué)森回國后，國內(nèi)教育體系在他的子女應(yīng)該上大學(xué)時受到極大破壞，使錢的子女錢永剛、錢永真沒有得到他們堂兄弟那樣的發(fā)展環(huán)境。錢永剛出生于1948年，文革后才念大學(xué)。但愿錢永健在錢學(xué)森先生在世的時候獲獎，告慰他們?nèi)摇?/p>

　　我在華盛頓大學(xué)有位同事，在神經(jīng)生物學(xué)和現(xiàn)代成像都用重要發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，他要求很高，批判性很強，公開發(fā)表文章批熱門的領(lǐng)域、批很多人研究不解決問題。他也看不起一些諾貝爾獎得主。有一年剛宣布得獎名單，我到他辦公室去聊天，他沒等我開口，就說：“今天是不幸的一天”。他認為那些人沒一個值得得獎。這位批判性很強的人，卻非常佩服錢永健。

　　科學(xué)界還會有下村修嗎？

　　這個問題可以分幾個方面討論。

　　當(dāng)然可以問是否現(xiàn)代科學(xué)工作者，比較功利，能否象他那樣抱著一個不知道重要性的東西，不追求資源、不追求認可，持之以恒，自得其樂。

　　然后也可以問，如果碰到這樣的人，誰會支持他？下村修和錢永健相差很大。錢永健是人們很快就知道有聰明資質(zhì)的天才，支持他的人很多，他的工作出來馬上為人所知。下村修基本是反例。沒人認為他是天才，他不知道自己工作的重要性，別人也不容易在早期判斷他的工作。普林斯頓就沒有重視他，否則不會在約翰森退休后，讓他走。實際上，當(dāng)時的校長不僅不重視他，也不重視生物，當(dāng)時一批普林斯頓的生物教授因此跑到舊金山加州大學(xué)。斯坦福和哈佛很會靠自己的名聲和經(jīng)費實力招已經(jīng)做出了可以得獎工作的人，但沒有發(fā)現(xiàn)下村修。

　　只有少數(shù)人會欣賞下村修，支持他做些事。如果要委員會投票表決是否支持他，大概多數(shù)委員會難以讓他過關(guān)。但在科學(xué)界，需要有些人、有些機構(gòu)、有些時候敢于承擔(dān)風(fēng)險，支持少數(shù)下村修這樣的科學(xué)家，做些開始看來稀奇古怪、不著邊際的工作。成本其實相當(dāng)?shù)�，主要是支持者不怕其他人的批評。其中多數(shù)這種人最后沒什么結(jié)果，但是只要很少一些支持對了，對科學(xué)界的作用可以很大。

　　對于學(xué)生來說，趕熱門比較容易，但如果注意力不被大流所驅(qū)趕，而在如1970年GFP研究狀態(tài)時加入這種領(lǐng)域，其實是很安全的重要課題，那時已經(jīng)知道有綠色蛋白，主要是提純。當(dāng)然，能做1961年的工作更好，不過那要求就高很多。

　　下村的故事完了嗎？

　　這個問題有兩個含義。一是下村修。二是他兒子下村務(wù)。

　　年逾80的下村修，無疑應(yīng)該獲諾貝爾獎。但是他是否能得到，卻有較大疑問。首先諾貝爾獎委員會出錯頻率不低，近年也出過好幾次。其次，諾貝爾化學(xué)獎委員會有時橫炮打到生物里，或沒搞懂全貌、或只從化學(xué)出發(fā)，把獎發(fā)給一個領(lǐng)域的某個人，而忽略了領(lǐng)域里其他人，甚至更重要的人。一類工作被獎后，其他獎的委員會一般不愿再給同類工作發(fā)獎，這樣造成一個領(lǐng)域最重要的人沒得獎，而其他人得獎。這種現(xiàn)象，在下村修身上發(fā)生的可能性不小。過去十年，發(fā)過好幾個與GFP相關(guān)的獎，都沒有下村修。只有很少幾個不出名的獎近年給下村修。他是否能得諾貝爾獎，反映的不是他的水平，而是諾貝爾獎委員會的水平�；瘜W(xué)和生理兩個委員會，是否能比平時水平高一點，還得拭目以待。目前化學(xué)獎委員會打錯橫炮的機率并不是0。過去5年，化學(xué)獎委員會發(fā)生物相關(guān)的獎出過三次錯（近十年生理獎也出過錯，不過沒有化學(xué)獎頻率高）。人的評判無絕對客觀，諾貝爾獎委員會也不例外。

　　下村修既無名也無利。他兒子下村務(wù)（Tsutomu Shimomura）卻很年青就成了名人。下村務(wù)是下村修1964年回日本期間出生于名古屋。后隨父母回美國，長于普林斯頓，上普林斯頓高中。在加州理工學(xué)院念大學(xué)時，跟過諾貝爾物理獎獲得者費曼（Richard Feynman）。曾任職于加州大學(xué)圣迭戈分校的物理系和圣迭戈超級計算中心。

　　下村務(wù)90年代協(xié)助聯(lián)邦調(diào)查局抓住了一個有名的黑客，讓那人坐了牢。1995年，他和記者以此為基礎(chǔ)合寫一本書Takedown（中文“駭客追緝令”），書被改編成電影，很出名。有傳說他小時候有逆反心理，后來也可能是黑客，在國會作證時，有聯(lián)邦調(diào)查局探員在身旁，他也黑國會的通訊系統(tǒng)。

　　所以，下村家的故事怎么落幕，還不清楚。

　　“研三病”：對科學(xué)的幻滅和對科學(xué)家的悲觀失望

　　以前，一些崇拜科學(xué)的人，常把科學(xué)家看得比實際更偉大。而得了諾貝爾獎的科學(xué)家，也有隱去實情，在得獎后大談對科學(xué)的熱愛, 刻意淡化自己對獲獎的重視。

　　現(xiàn)在，做科學(xué)研究的人很多，認識科學(xué)工作者的人更多。人們發(fā)現(xiàn)科學(xué)界很多人并不崇高。原來一些得獎的人不僅熱衷于獲得認可，而且為了得獎去做很多學(xué)術(shù)政治，有的不斷和評選委員會拉關(guān)系，有的到評獎機構(gòu)蹲點“合作研究”，有的貶低其他人工作。還有些科學(xué)工作者做研究純粹為了利益，對學(xué)術(shù)不感興趣，甚至造假。諸如此類，不一而足。

　　這樣導(dǎo)致了我稱之為的“研三病”：也就是一些水平相當(dāng)于研究生三年級的人，對科學(xué)研究和科學(xué)家群體非常悲觀，自認為看破科學(xué)界的紅塵，憤世嫉俗，走向反面，認定為好奇而做科學(xué)的人早已滅絕，斷言已經(jīng)沒有純粹為科學(xué)而科學(xué)的科學(xué)家。

　　有些科學(xué)工作者一輩子都擺脫不了這種病，看不到科學(xué)的美，看不到科學(xué)家追求美的品味和探索真理的高尚，這不僅影響他們自己的科學(xué)研究、動力、動機，而且描黑整個科學(xué)界，甚至成為科學(xué)界的不良分子。

　　我近年在一些學(xué)校和研究機構(gòu)講“科學(xué)研究的動力”，總結(jié)有三種：好奇、敬業(yè)和求勝。為了免疫青年學(xué)子，不犯“研三病”、或者較早緩解，我既說明確實很多科學(xué)家做科學(xué)的動力比較通俗，但也有科學(xué)家是好奇驅(qū)動。我希望通過下村修的故事，有助于犯“研三病”者明了每十年中生命科學(xué)都有幾項非常重要的、大家公認的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，從憂郁癥中覺悟過來，潛心尋求好的研究方向，自強不息。

　　相關(guān)文獻

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　　2008年10月4日寫

　　2008年10月5日《科學(xué)網(wǎng)》

　　2008年10月6日《科學(xué)時報》發(fā)表

　　饒毅，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授，院長。

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