2.2　米歇尔的核素研究

图2.2　巴斯德

米歇尔进入豪勃—塞勒实验室时，恰好赶上研究细胞起源和功能的重要时刻。当时，自然发生说在生物学界还占据着统治地位，这一理论认为，活有机体是由一些非生命物质通过某种未知的过程转化而来的。到1869年前后，有足够的证据对此概念提出了挑战。法国科学家巴斯德通过设计巧妙的实验彻底推翻了这一概念，认为所谓由一些非生命物质演绎出来的自然发生事件，只不过是由空气中存在的活有机体引发的。英国著名外科医生李斯特（Lister，J.）也站出来支持巴斯德的学说，他认为：“正如大多数医师认为的那样，手术时采用无菌技术，手术用器械经过严格灭菌处理，患者伤口就绝对不会发生自身感染现象。”种种研究都将人们的注意力直接指向细胞及其组分，即活性物质的组成以及新生细胞的来源。

在抗生素发现并研发出药物之前，医院病患者伤口发炎流脓是常见的事。医院每日要往外扔弃大量沾满脓血的绷带，米歇尔便日复一日地将附近医院墙外堆满的绷带取来作为研究材料，他从这些沾满新鲜脓血的绷带中，将脓细胞和脓血中的其他组分一一分离。然后再将它们与细胞核分开，以分析脓细胞中的细胞质并检测其中的组分。他的这些努力开始时并不成功，往往是在费了九牛二虎之力后仍是无果而终。

在进行复杂生物体系的分离工作时，人们面临的是一个极其复杂而又脆弱的体系。第一，目的物质的含量极低，要从一个复杂生物体系中将它们分离出来，提高其精制度谈何容易，而且它们的生理作用或生物活性又极高；第二，这些物质对温度、光照、酸碱度、盐、有机溶剂等物理、化学因素十分敏感，并且极易受微生物污染威胁；第三，有些物质的结构不稳定或仅仅是寿命很短的“中间体”，“稍纵即逝”；第四，有相当多的生物活性差异很大的物质，其化学结构却相差甚少，如有的血液遗传病患者，其血红蛋白与正常人比较，其氨基酸组成仅差一两个，例如，正常的细胞血红蛋白与镰刀型细胞贫血症血红蛋白的差异仅在于一个氨基酸的改变，即谷氨酸变成缬氨酸。以上原因，均使得复杂生物体系的分离工作格外困难。

米歇尔所处的19世纪60年代，离心、电泳、离子交换、膜技术以及色谱等分离技术尚未问世。在米歇尔之前，生物化学家都是在整体性组织水平上进行研究的，米歇尔则是在细胞水平上，或者更深层次的诸如细胞核这样的组成细胞零部件的水平上工作的，而前人没有留下任何可操作的分离技术，所以他只能从最原始的分离方法做起。于是他便投身于搜集有关淋巴样细胞成分的资料数据中，尤其沉浸在追踪最简单的不依附于其他组分形式的动物细胞生活条件中。米歇尔选择脓细胞作为最简单的动物细胞实验研究材料，采用冲洗、沉淀、观察这些最原始的分离方法，拿各种溶剂一点点冲洗，再将洗岀来的东西在显微镜下检查、分类，关键是想弄清楚在什么样的盐浓度下会析岀怎样的蛋白质与脂类；其中一些实验采用硫酸钠溶液来处理，这加快了细胞分离的速度。

由于好奇，米歇尔想了解脓细胞里到底注入了些什么样的物质，他希望在脓细胞中找到“蛋白质”的物质。希腊语里把蛋白质称为“proteios”，这个词的原意是指“头等重要”。他曾写道：“最先想确定从细胞质里能获得哪些物质……一旁又分别做另一项实验，想确定从细胞核内是否可能获得另一些物质，两者均不致造成细微改性。我把希望寄托于盐类的作用，分别试用过各种盐，浓度也提高了3～4倍，并用显微镜进行观测。这些工作都是非常非常耗费我宝贵时间的。”

当时，他的工作环境异常恶劣，只是在人来人往、四面透风的走廊中安了一个工作台，实验操作的困难可想而知。就在这样一种研究条件下，他终于捕捉到了常人不大注意的现象。他将细胞浸于各种含盐溶液中，细胞表现非常不一样，有的发生膨胀，有的出现溶解或萎缩。从显微镜观测中可以看到完整细胞以及细胞核显现出一种可检定的细胞组分，它们迅速分散开来。他写道：“用弱碱性溶液处理脓细胞，经过中和获得了一些沉淀物，此沉淀不溶于水、乙酸、很稀的盐酸或氯化钠溶液，因而，它们不属于任何迄今已知的蛋白质类物质。”这就是核蛋白。

经过仔细比较、对照之后，米歇尔得到的这种蛋白质性质的物质和以前从皮肤中分离的肌球蛋白不同。那么，从脓细胞中获得的蛋白质类物质是从哪儿来的呢？是来自细胞核还是来自原生质？人们是不清楚的。他通过镜检观察到，弱碱性溶解液会引起细胞膨胀，最后导致细胞涨破。米歇尔认为此物质可能是存在于细胞核内的物质，一些组织学家同样持这种看法。要解开这个谜，最合理的办法就是把细胞核内的成分提取出来并将它们精制。于是，如何从细胞核中获取到核内物质便成为当时生物学界的一个重要课题。

当时大多数科学家都认为核内的物质不仅仅含在细胞核里，也会存在于其他细胞器内，而且是一种相对而言不怎么重要的细胞成分。米歇尔却认为，细胞核可能含有某种独一无二的化学成分。不过要将唯一存在于细胞核内的化学成分精制出来谈何容易？因为当时对这类物质的定义很不一致。有说它是无定形的，即使精制出来，纯度也得不到保证，那些“聪明的”化学家见了它都躲得远远的或绕开它走。那时正是米歇尔创新能力的顶峰期，他设计出来了分离、精制核内物质的方法，其巧妙、严密程度令人叹服。

他先是用酸解法和蛋白酶水解法，将原生质和核分开，再用加热酒精洗涤水解物除去脂肪类物质，排除它们在之后的分析中可能发生的干扰作用。他所用的蛋白酶是从动物的胃里提取出来的，因为脓细胞是人体组织被感染后生成的，所以要用动物来源的胃蛋白酶来消化其中的蛋白质。用胃蛋白酶处理脓细胞要持续好几个小时，然后将破碎的浅灰色沉淀与黄色溶液分开，最后才获得了富含磷的沉淀物。他发现，这些沉淀物有与众不同的特征，也不属于已知的任何有机物，更不像是已知的蛋白质，遂将它命名为“核素（nuclein）”，即现今被人们所说的核蛋白。他时年25岁。

米歇尔从进入豪勃—塞勒实验室到获得核素，仅用了一年时间。他的研究成果直到1871年才在《组织化学和生理学论文集》（Die Histo chemischen and Physiologischen Arbeiten）发表^[13]。文章推迟发表，爆发了战争固然是原因之一，但从他与豪勃—塞勒的往来书信中也能看出，是因为他的老师也想进行这一课题研究。学生做出了成绩岂能在老师之前发表呢？所幸米歇尔的几位同事也都意识到米歇尔工作的重要意义，纷纷介入这个课题的研究中，且有的人还取得了一些成就。这表明，从事核素后续研究的大有人在，不止豪勃—塞勒一人，这样，老师一手遮天的谋划才未得逞。这件事跟本书第1章述及的孟德尔的遭遇颇为相似，但也有不同之处：相似之处是老师压着学生的文章不发；不同之处是米歇尔的老师豪勃—塞勒自己要介入这一课题进行研究，而孟德尔的老师耐格里则是害怕学生的研究成果发表后，会否定了他自己的学说。

这里值得一提的是，米歇尔还恳请他的老师豪勃一塞勒将文章手稿的送交日期写明是1869年10月，以示他是“核素”的第一个发现者，以防文章尚未发表，或许有别的什么人也在这一期间发现了“核素”，谁先谁后说不清楚。可见，早在19世纪70年代科学家就与现今的科学家一样，已经有了极强的竞争意识，认识到时间是取得发明权的重要筹码，早一日晚一日发表，就可能是两重天地。