北童南朱:中国克隆先行者
1997年,克隆羊多利在英国诞生,瞬间成为引发全球舆论热议的轰动性成果,该研究被美国《科学》杂志评选为1997年世界十大科技进步第一名,可以说是20世纪克隆领域的标志性进展。
所谓克隆,在广义上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组的后代的过程,多利就是英国爱丁堡罗斯林研究所的伊恩·维尔穆特领导的科研小组利用已经分化的成熟的体细胞(乳腺细胞)核通过核移植技术克隆出的羊。然而,多利并不是第一只克隆动物,早在半个多世纪以前,脊椎动物克隆技术就已经得到了发展。
第一个被成功克隆的脊椎动物是一只北方豹蚊蛙,在1952年,罗伯特·布利克斯与托马斯·金通过将囊胚细胞的细胞核注入同种生物的去核卵中完成了这项工作。在完成胚胎细胞细胞核移植之后,人们还希望了解分化完全的体细胞是否会像胚胎细胞那样含有全部促进发育所需的遗传信息,或者说,体细胞是否也可以用于动物克隆。为了解决这个问题,1962年,约翰·格登与他的同事们利用小肠上皮细胞成功克隆了南非爪蛙,由此证明即使分化后的细胞也能够保持完整的遗传信息以维持发育的全能性。然而,来自不同种属的细胞核与去核卵细胞的相容性一直困扰着众多实验生物学家。而这项工作最终由来自中国的生物学家完成,为祖国赢得了荣誉。
一定要争气:童第周与克隆鱼
童第周在中国可谓家喻户晓,在人教版的一本小学语文课本上就有一篇课文《一定要争气》,课文叙述了童第周青少年时期立志为自己、为祖国争气而勤奋学习、刻苦钻研的故事。
这篇课文谈到了童第周留学比利时并完成青蛙卵外膜剥除实验的往事。留学西欧的经历为他打下了良好的理论基础,使他在遗传学上从最开始就接受了孟德尔、摩尔根的基因学说,这与许多留学苏联的中国生物学者从一开始就接受米丘林获得性遗传假说形成了鲜明对比。而蛙卵外膜剥除实验也使童第周的动手能力得到了充分的锻炼,这对于从事克隆研究这项对操作能力要求极高的工作是必不可少的。
1934年,受到爱国主义情绪的感染,在比利时比京大学攻读生物学的童第周拒绝了导师的挽留,带着夫人叶毓芬毅然回国,用所学知识报效祖国。
作为一名实验胚胎学家,在数十年的研究经历中,童第周开展的研究涉及诸多领域,包括胚胎学、细胞生物学及遗传学,利用了不同的生物模型,例如海胆、文昌鱼及硬骨鱼类。无论童第周使用何种技术手段进行何种课题的研究,他始终对胚胎产生与发育过程中细胞核与细胞质的相容性问题抱有极大的兴趣—是否仅仅是细胞核就包含了个体发育所必需的全部遗传物质?如果一个物种的卵核被其他物种的细胞核所代替的话,将会发生什么?他一遍又一遍地思考这些问题。但在那个年代,技术手段的缺乏使得他不能将其付诸实践。
当童第周读到布雷克斯和金在1952年发表的那篇关于在两栖动物上进行细胞核移植的文章时,他认识到卵细胞核的显微操作可能是找到答案的一种有效手段。在20世纪50年代的中国,与研究工作相关的一切资源都极度匮乏,想要进行核移植等高精度研究几乎是不可能的。在经历了数年的不懈努力和无数次的失败后,童第周与他的同事们成功地创立了他们自己的显微操作体系。通过这个外形不佳但方便易用的装置,他们将雄性亚洲鲤鱼的细胞核转移到雌性亚洲鲤鱼的去核卵细胞中,从而产生了世界上第一群克隆鱼。这些克隆鱼非常健康,它们完成了完整的个体发育期,并最终产生了后代。这些发生在1963年,比多利羊的诞生早了34年。遗憾的是,由于实验结果只用中文发表,甚至连英文摘要也没有,这项研究的重大科学意义并没有被国际科学界所关注和认识。
在取得克隆鱼的成功后,童第周并没有止步不前,他翻开了研究工作的下一页—种间克隆。在10年后,也就是1973年,他和同事们从鲤鱼的胚胎细胞中分离出了细胞核,并将其转移到鲫鱼的去核卵细胞中,一部分核移植体完全发育成熟。这是世界上第一例成功的种间动物克隆工作!然而由于当时中国正处于艰难的政治经济环境中,这项研究并没有得到应有的关注。实际上,这项研究结果在童第周去世后一年后,即1980年才发表。童第周生前主持撰写的题为《鲤鱼细胞核和鲫鱼细胞质配合而成的核质杂种鱼》的论文,以中英文发表在1980年第4期《中国科学》上。论文报道了中国成功获得具有“发育全能性”克隆鱼的消息。这是世界上报道的第一例发育成熟的异种间的胚胎细胞克隆动物。而这是一篇没有作者只有单位名称的论文,作者一栏中填写的是:中国科学院动物研究所、中科院水生生物所体细胞遗传组、水产局长江水产研究所细胞核移植研究组。
2005年,在具有国际权威的汤森路透科学信息研究所百年诞庆出版的《庆祝之年》专刊上,公布20世纪世界克隆领域的突破是:中国科学家在1981年培育出第一条克隆鱼—鲫鱼。这是世界上首次报道的体细胞克隆动物,而这已是童第周逝世后的第26个年头。
没有外祖父的癞蛤蟆:朱洗与克隆蟾蜍
与童第周的家喻户晓相比,同样为克隆事业做出突出贡献的朱洗院士显得更为低调,但两人有相似的经历,都在欧洲接受了现代科学教育,然后回国建设祖国。
朱洗1920年赴法国勤工俭学,曾做过5年的铸工、车窗技工学徒,这段经历也培养了他出色的操作能力和吃苦耐劳的意志品质。1925年,机缘巧合,朱洗成为法国蒙彼利埃大学生物系著名胚胎学家巴荣德的绘图员。除绘图外,他还要负责野外实习、解剖、制切片、标本等工作。他出色的工作能力得到了巴荣德的赏识,巴荣德给了他机会随班听课,并成为生物系的学员。1927年,朱洗顺利毕业并留校工作。因朱洗与巴荣德合作开展了多项研究,巴荣德曾说:“朱洗挖掘了我全部的知识。”尤其值得注意的是,巴德荣是著名的实验胚胎学家,以研究人工单性生殖闻名。这对朱洗后来的研究方向产生了重大影响。1931年,朱洗凭借毕业论文《无尾类杂交的细胞学研究》顺利拿到了梦寐以求的博士学位。巴荣德竭力挽留他留在法国,可他还是婉言谢绝了。那个年代的中国科学家,大多怀着“科学救国”的梦想,朱洗也不例外。年少时的他尚且“位卑未敢忘忧国”,如今学业已成,他毅然回到了饱受苦难的祖国。
朱洗从留法开始,研究的一直是卵子的成熟、受精和单性生殖等问题,研究方向在几十年间从未改变,因而研究既系统又深入,在国内外均享有盛誉。朱洗的理论成果颇多,他在两栖类杂交的细胞学研究、多精受精卵子中剩余精子的命运、蛙类卵子的成熟、两栖类卵子的受精机制等方面都取得了很高成就。其中,最为人津津乐道的便是“没有外祖父的蟾蜍”了。
20世纪50年代之前,尽管科学家们已经用青蛙做过多次人工单性生殖试验,但却没人尝试过蟾蜍。人工单性生殖的蟾蜍是否还有繁殖能力?朱洗对此很感兴趣。为此,从1951年起的八年间,朱洗先后试验数十次,涂血针刺了数万个蟾蜍卵球,终于培育出25只没有父亲的小蟾蜍。其中的一对雌、雄蟾蜍后来成功抱对,孕育出一批小蝌蚪。由于蝌蚪妈妈没有父亲,“可怜”的小蝌蚪也就自然没有外祖父。1961年5月22日,在中国科学院上海实验生物研究所工作的朱洗,成功利用人工单性繁殖的方法获得母蟾蜍。用单性生殖获得“无父”和“无外祖父”的蟾蜍,这是世界首例。
这一有趣的实验,进一步证明了脊椎动物人工单性生殖的子裔照常能够繁育后代。1961年,上海科教电影制片厂把这项科研成果拍成了科教片《没有外祖父的癞蛤蟆》,记录了这位生物学家一生中最后的科学活动的形象。
当时,朱洗的这一成果在全世界都是领先的,它表明卵球具有整套发育成个体的物质基础,人工单性生殖的个体可以完成正常的生殖活动并孕育健康的后代。朱洗曾说过自然界是重女轻男的,“没有外祖父的蟾蜍”再次印证了这一有趣的观点,家乡人都因此亲切称呼他为“蛤蟆博士”。
那批癞蛤蟆,是生物学克隆领域研究在中国蹒跚起步的标志。正如分子生物学家郭礼和所言,“早期的克隆技术要提到几个人,一个是我们研究所的另一位老所长朱洗……朱洗主要利用克隆技术繁殖后代。对‘无外祖父的癞蛤蟆’他做了8年工作,经过几十次实验,到了1959年的时候已经得到了两只蛙,后来在1960年死了一只,另一只娃在1960年受精得到3000多个受精卵,发育出了800多只无外祖父蝌蚪。1961年,上海科教制片厂就拍了《没有外祖父的癞蛤蟆》在全国放映”。
殊途同归:拳拳爱国心,勤恳科研路
当代克隆技术已经逐渐为普通大众所熟悉,但在童第周和朱洗工作的年代,克隆技术远没有今天这么热门。他们依靠个人的努力,形成了中国克隆界北(青岛)有童第周(金鱼)、南(上海)有朱洗(蟾蜍)的局面,为我国的生物科学做出了贡献。他们之所以能够在艰苦的条件下完成出色的科研成果,有几项基本的品质是共同的。
首先,他们都有强烈的爱国主义精神。他们均留学欧洲并获得了各自导师的赏识,如果留在欧洲工作,不但可以有良好的科研环境,还会有丰厚的个人待遇。但他们抱着一颗报国的拳拳之心,都毅然决然地选择了回国建设祖国。这种爱国主义精神支撑着他们在国内条件落后的情况下依靠个人努力完成前沿的工作,俩人的一生都是奉献的一生,他们用自己的亲身经历实践着知识报国的信条。
其次,他们都有实事求是的科学精神。1955年,全国发起“除四害”运动。从1956年开始,分别在5年、7年或者12年内,在一切可能的地方,基本上消灭老鼠、麻雀、苍蝇和蚊子。此后5年,麻雀被定性为害鸟,各地展开了捕雀运动。朱洗不畏风险,对这项运动率先提出了反对意见,他对于历史上德国、美国等地因捕鸟造成的农业减产进行了总结,事后证明他的意见是正确的。
再次,他们都有扎实的科学训练和理论学习。在今天社会的大环境下人们往往喜欢讲述成功学故事,甚至像爱因斯坦会被说成是超级民科,于是很多民科都会产生一种错觉,那就是科学研究更多靠的是灵感,学院教育不那么重要。但科学的道路上没有捷径,童第周和朱洗两人都在欧洲接受了严格的学术训练,并且他们正确地接受了遗传学上的摩尔根学派,为他们各自的科研打下了良好的基础。只有有了牢固的学术基础的支撑,才能在科学的前进道路上做出自己的贡献。
最后,他们所进行的科学研究与时代主题相一致,这也是获得科学成就的最重要依托。20世纪50年代,随着沃森、克里克发现DNA双螺旋结构以及分子生物学研究的兴起,整个生物学界俨然成了自然科学的中心学科。在这样一段时间内,只有紧跟国际学术研究的浪潮,才能够做出有时代意义和重要贡献的科研成果。也有许多生物学家热衷于在经典著作中寻找只言片语做研究,这不仅浪费了科学上的人力物力财力,而且使得中国科学界与世界的差距越拉越大。童第周和朱洗没有受到这股风潮的干扰,一心一意搞学术,最终取得了国内外都认可的成果,这是弥足宝贵的。