故事還要從美國(guó)西北部的海岸說(shuō)起,每年夏天,這里就會(huì)出現(xiàn)許多水晶水母。當(dāng)這些水母受到驚嚇的時(shí)候,它們就會(huì)發(fā)出一圈淡淡的綠色熒光。
這些迷人的水母引起了一位科學(xué)家的注意,他叫下村修。
水母為什么會(huì)發(fā)光呢?
從20 世紀(jì)60年代開(kāi)始,下村修每年夏天都會(huì)驅(qū)車(chē)跨越整個(gè)美國(guó)來(lái)此撈水晶水母。
經(jīng)過(guò)多年努力,下村修終于從幾萬(wàn)只水母體內(nèi)提煉出了幾種關(guān)鍵的發(fā)光蛋白,其中一種叫作“綠色熒光蛋白”,正是這種蛋白質(zhì)讓水母發(fā)出了幽幽的綠光。
他發(fā)現(xiàn)這是一種在生物中罕見(jiàn)的可以獨(dú)立發(fā)光的蛋白質(zhì),只可惜限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件,下村修在將這種蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)研究透徹之后便只得將其束之高閣。那時(shí)的他還不知道,他所發(fā)現(xiàn)的這種蛋白質(zhì)將會(huì)在幾十年后帶來(lái)一場(chǎng)轟轟烈烈的生命科學(xué)革命。
但本文的主角并不是下村修,而是十多年后第一個(gè)站出來(lái)用綠色熒光蛋白敲擊新時(shí)代大門(mén)的道格拉斯·普瑞舍。
從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,基因工程逐漸在生命科學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角,而普瑞舍率先嗅到綠色熒光蛋白在這輪風(fēng)口中的強(qiáng)大潛能。他想到如果通過(guò)一些技術(shù)手段把綠色熒光蛋白“拴”在細(xì)胞內(nèi)的其他蛋白質(zhì)上,就相當(dāng)于給這些蛋白質(zhì)打上了“正道的光”,從此這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的一舉一動(dòng)都將無(wú)所遁形,而這將成為人類(lèi)史上第一種可以精確觀測(cè)蛋白質(zhì)活動(dòng)的技術(shù)。
但是,普瑞舍性格內(nèi)向,不善言辭,申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)時(shí)處處碰壁。
一直到1988年,他好不容易從美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)那里申請(qǐng)到20萬(wàn)美元的科研經(jīng)費(fèi),這才得以放手一搏。
普瑞舍要實(shí)現(xiàn)用綠色熒光蛋白修飾其他蛋白質(zhì)的目標(biāo),第一步就是找到編碼綠色熒光蛋白的基因。
在20 世紀(jì)80年代,分子生物學(xué)尚處于萌芽階段,做相關(guān)實(shí)驗(yàn)不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且花費(fèi)極大。
普瑞舍要尋找綠色熒光蛋白的基因,唯一的辦法就是向下村修學(xué)習(xí)——去美國(guó)西海岸拼命抓水母。
當(dāng)時(shí)的普瑞舍沒(méi)有終身教職,身邊并沒(méi)有多少學(xué)生助手,許多操作都得親力親為。即便如此,他還是在解剖了大量的水晶水母后,提取出了其中編碼綠色熒光蛋白的基因。
從事后諸葛亮的角度來(lái)看,他的工作意義重大,因?yàn)樵谀侵蟛痪茫绹?guó)西海岸的水晶水母不知為何數(shù)量銳減。如果沒(méi)有他及時(shí)提取水母的熒光蛋白基因,人類(lèi)或許會(huì)在之后很長(zhǎng)時(shí)間里都和這一生命科學(xué)史上十分重要的工具失之交臂。
但是,到這一步,普瑞舍的體力和意志都已經(jīng)瀕臨極限。
沒(méi)有終身教職的他收入微薄,工作繁重,而且把綠色熒光蛋白“拴”在其他蛋白質(zhì)上的目標(biāo)又是那么遙不可及。
更棘手的是,他那20萬(wàn)美元的研究經(jīng)費(fèi)就快見(jiàn)底了。
最終在1991年,普瑞舍那20萬(wàn)美元的科研經(jīng)費(fèi)徹底花光了,而他無(wú)論是申請(qǐng)更多經(jīng)費(fèi)還是申請(qǐng)終身教職均以失敗告終,不得不徹底放棄對(duì)綠色熒光蛋白的研究。
不過(guò)普瑞舍在放棄前,將他這些年的科研經(jīng)歷寫(xiě)成一篇論文。雖然這篇論文被后人稱為“科學(xué)史上最悲壯的論文”,但他的工作早已成功引起了兩位大科學(xué)家的注意。
馬丁·查爾菲和錢(qián)永健先后致信普瑞舍,求借他所提取的綠色熒光蛋白基因。普瑞舍便將自己苦心提取的綠色熒光蛋白基因送給了他們。
后來(lái),查爾菲實(shí)驗(yàn)室的一名研究生采用當(dāng)時(shí)新發(fā)明不久的PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))技術(shù)在兩年時(shí)間內(nèi)迅速完成了普瑞舍未竟的事業(yè),成功把綠色熒光蛋白表達(dá)在線蟲(chóng)體內(nèi)。
之所以我們今天能看到十分漂亮的細(xì)胞圖片,而且各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)能夠纖毫畢現(xiàn),綠色熒光蛋白發(fā)揮了重NKRijx/cfDzZn5Hqlqk1nsDUZAIi0ZzeoCw9adBlz4w=要作用。
如果說(shuō)查爾菲接力普瑞舍開(kāi)啟了新的大門(mén),那么錢(qián)永健則無(wú)疑是讓人們看清了這扇門(mén)的背后有著多么色彩斑斕的世界。錢(qián)永健的實(shí)驗(yàn)室更進(jìn)一步——通過(guò)一系列基因改造,將“綠色熒光蛋白”變成了“五顏六色的熒光蛋白”。
從此,熒光蛋白從一種顏色變成可以讓人隨心所欲調(diào)配的“調(diào)色盤(pán)”,理論上只要將多種不同色彩的熒光蛋白以不同比例互相混合,就能調(diào)出成千上萬(wàn)種色彩。比如,在2007年發(fā)明的一種叫作“彩虹腦”的技術(shù),就借助這個(gè)思路,給腦中每一個(gè)神經(jīng)元都隨機(jī)染上不同的色彩,一舉讓腦中每一根神經(jīng)纖維都清晰可辨,加快了神經(jīng)科學(xué)研究的進(jìn)程。
2008年,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予下村修、查爾菲與錢(qián)永健3位科學(xué)家,以表彰他們?cè)诰G色熒光蛋白研究方面的貢獻(xiàn)。在記者招待會(huì)上,查爾菲與錢(qián)永健都對(duì)普瑞舍當(dāng)年的貢獻(xiàn)贊不絕口,若非當(dāng)年普瑞舍被迫中途放棄自己的研究,今天的獎(jiǎng)?wù)轮辽俚糜兴囊话?。甚至單單考慮他已完成的工作,他也是離諾貝爾獎(jiǎng)只有一線之隔的“第四大功臣”。然而在這獨(dú)屬于熒光蛋白的時(shí)刻,我們的普瑞舍,那個(gè)本該捧起諾貝爾獎(jiǎng)的偉大科學(xué)家卻在開(kāi)班車(chē)。
原來(lái),普瑞舍放棄對(duì)綠色熒光蛋白的研究后,十幾年里他幾經(jīng)輾轉(zhuǎn),好不容易在政府部門(mén)謀了一份差事,結(jié)果橫生枝節(jié),又成了無(wú)業(yè)游民。最后他不得不去車(chē)行打工,當(dāng)班車(chē)司機(jī),靠著一小時(shí)8.5美元的工資勉強(qiáng)為生。
好在當(dāng)錢(qián)永健聽(tīng)說(shuō)這樣一個(gè)大功臣居然淪落至此的時(shí)候,將其聘請(qǐng)到自己的實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)從事科研工作。
在今天,科技已經(jīng)越來(lái)越成為一種系統(tǒng)工程,任何突破都是無(wú)數(shù)人為之努力的結(jié)果。他們中有功成名就者,就必有功虧一簣者,雖然成敗不過(guò)在一線之間,但這背后所付出的努力與智慧未必相差太遠(yuǎn)。因此,無(wú)論是屹立頂峰、熠熠生輝的群星,還是像普瑞舍這樣在黑暗中默默耕耘的無(wú)名英雄,他們同樣是在為人類(lèi)的科技殿堂添磚加瓦,都值得我們敬仰與銘記。
(摘自科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社《不可思議的科學(xué)史》)