好奇心常青

 

虽然很多科学工作者粉饰自己,但正如爱因斯坦所指出的,大部分科学家从事研究不外乎是为了功利、或参与脑力竞赛。

 

爱因斯坦的观点当时主要依据他熟悉的欧洲科学界。待美国从科学的乡村成为科学大都会后,这一现象有增无减,欧洲与实用主义更加泛滥的美国相比是小巫见大巫。

 

可惜中国的科学传统受欧洲影响小、时间短,而受美国影响太大、功利心压倒好奇心,很多人甚至以学到美国不优雅的科学作风为荣、以讲故事而不是获得科学发现为自豪、以把各种结果无论重要与否都发表到读者众多的刊物为目标。

 

因为好奇心而做科学研究的华人科学家是少数。

 

以前在华人世界多数认为“好玩”是贬义词,更不能用于描绘科学研究。现在也不能说是多数华人乐意接受好玩可以是科学研究的动力。

 

犹太裔遗传学家本泽(Seymour Benzer1921-2007)是美国庸俗学风的少数例外之一。让我们可以浮想联翩认为这才传承了欧洲优雅作风的科学家。

 

先声明,本泽是我的研究生导师的博士后导师,我“门”没有偏见才奇怪。

 

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好奇驱动他由物理转生物

 

本泽父母从波兰一个犹太小村落移民美国纽约。本哲是当时纽约犹二代从贫民家庭靠自己才华和努力改善境遇的典型。因为家庭经济状况和大学对犹太人的歧视,他们大多数不可能上名牌大学,而使得纽约一批公立大学因为有他们这批犹太学生而达到空前的表观质量。

 

本泽15岁上当地的普通大学,然后到位于印第安纳州的普渡大学念物理研究生,学的是当时既时髦又特别有用的半导体。从物理的研究生到物理的教授,他发表了19篇论文,特长是研究高电压和光敏的锗。

 

一位年轻有为的科学家,在公众热心的领域,做出重要工作,也有了专利,同事们纷纷认为本专业从科学到个人收入都蔚为可观。一般来说,这样的年轻人如果没有“疯”就会继续研究半导体。从功利性衡量,当时完全看不见生物有超越半导体的可能(今天有没有,也存争议)。

 

而本泽在1946年读到物理学家薛定谔的书《生命是什么?》。它依据德尔布鲁克(Max Delbrück1906-1981,我的研究生导师的研究生导师)等的早期模糊到一般人说不清楚的研究,其内容既有局限也有错误,但由于物理大家薛定谔拔高到可以提出对生命本质的思考,其写法吸引人、时机正好,特别是薛定谔的说法“研究遗传物质不会发现生物违反已知物理定律,但可能有迄今未知的其他物理定律”让有些物理学家激动不已,吸引了一些物理学家转而加入他们本来不屑一顾的生物学研究。

 

本泽就是其中一位。

 

本泽因为好奇心而从物理转生物,从普渡大学的物理学教授成为生物学教授。

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好奇让他因实验而兴奋不已

 

1948年,物理学的助理教授本泽到冷泉港实验室暑期班,跟德尔布鲁克学了如何用噬菌体(细菌的病毒)进行研究。加入了以德尔布鲁克和意大利移民美国的犹太科学家卢里亚(Salvador Luria1912-1991)为核心的“噬菌体小组”,经常离开普渡而到世界各地的噬菌体实验室做实验。

 

1950年代,本泽以此在分子生物学做出两项重大发现。

 

一是分析噬菌体的大量突变,确定遗传的突变就是碱基对的改变,最小的就是单个碱基对的改变。

 

二是提出用“顺反子检测”(cis-trans test)确定两个突变是否位于同一个基因内、还是两个不同的基因。也成为多年对基因的定义,甚至有二十多年很多人称基因成为“顺反子”(cistron)。

 

有人问他做噬菌体的研究有没有历史感,隐含创造历史的成就第一感,他的回答是:“做实验总是让人兴奋不已”。

 

1967年,本泽到加州理工学院任生物系教授,直至去世。

 

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好奇让他由分子生物学转而研究果蝇行为

 

1960年代中期,几位分子生物学的开创者如弗朗西斯·克里克(Francis Crick1916-2004)、本泽(Seymour Benzer)、西德尼·布伦纳(Sydney Brenner1927-2019)、巩特尔·斯腾特(Gunther Stent1924-2008),认为他们已经奠定了分子生物学的框架,只剩细节需要后来人填补,而他们自己应该再找新的科学前沿。他们的共识是神经生物学:克里克决定研究人脑--特别是意识,德尔布鲁克选择用单细胞生物对光反应作为感觉的简单模型,布伦纳开创用线虫研究发育和行为,斯腾特用水蛭研究神经细胞。1970年代有类似情况,如在解析遗传密码起了重要作用的马歇尔·奈伦伯格(Marshall Nirenberg1927-2010)决定用抗体的方法在视觉系统研究神经导向的分子机理。

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本泽决定用果蝇研究行为。他接过摩尔根的果蝇遗传学研究体系,改变以往研究遗传学问题的传统,而用遗传学作为方法来研究行为。布伦纳和本泽都已经在分子生物学“功成名就”,被认为作出了可以获诺奖程度的工作,但当他们转而研究线虫和果蝇的时候,都不被看好,一般认为聪明的生物学学生都不跟他们走倒霉的道路,而选择更可能成功的道路。这种现象,其实一直发生,无异于今天(和以后)很多人瓮在一起欢庆各种肤浅的热门。本泽的研究方法(通过突变找到行为的机理),当时还被其他科学家公开批评为死路一条:伊利诺大学(UIUC)心理系的Jerry HirschJerome Edwin Hirsch1922-2008)认为行为不能化简为单个基因的作用,并把自己对本泽的批评发给本泽的所有同事。

 

早期愿意跟本泽和布伦纳进入新的、冒险的、前途多年不明朗的领域,一般是一些不懂生物学、但可能有雄心壮志的外行,或只有好奇心而没有职业规划甚至对于职业缺乏兴趣的生物学内行,还有用研究结果讲笑话比对研究带来“名声”、经费、晋升更感兴趣的人。本泽实验室那时就有研究做的非常好,而职业生涯悲惨的人。

 

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成就不等于成功:好奇心可以害人

 

本泽的研究生科诺普卡(Ron Konopka1947-2015)提议研究果蝇的生物钟,本泽其次不感兴趣。科诺普卡趁本哲外出期间,做了关键的实验。

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1971年,他们在PNAS(《美国科学院院刊》)发表文章,报道他们发现三个突变影响果蝇的昼夜节律(生物钟)。而这三个突变居然在同一个基因,其中一个突变导致果蝇没有昼夜节律,一个节律加快,一个节律变慢。这一划时代的发现,在当时不被广泛重视。到1980年代才有更多的人加入研究,到1990年代后期才渐热,2001年才发现同一基因在人里面也调节人的生物钟。2017年,这一领域的三位研究果蝇生物钟的科学家获诺奖。而科诺普卡先在加州理工学院任助理教授后未能晋升,到外地小学校也未能晋升。他在1991年还发表了果蝇第二个生物钟的基因突变。但他一生潦倒,最后逝于心脏病。显然,这种学生是好奇科学问题,职业生涯的安排一塌糊涂。

 

本泽早期的学生还有一位在学习记忆的基因研究方面有开创性工作,但在MIT成为有终身教职的副教授之后,就不太发表论文了。对职业只有基本关心,有安全后就弃之不顾。

 

显然,这些学生,以好奇心为重,对于社会构建的职业结构比较不重视,甚至有点嗤之以鼻。

 

社会可以反过来伤害杰出的、真正的科学家。

 

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满足个人好奇心不在于他人的奖励

 

本泽用果蝇的遗传学研究行为,从他自己做实验开始,再有一些奇葩的学生,到1980年代热起来之后,继续用果蝇研究了多个问题,涵盖行为、发育、寿命。

 

本泽个人好奇心让他从物理改生物,从噬菌体到果蝇。用果蝇,他研究了多种行为。他的噬菌体研究和生物钟研究都到了诺奖程度。但他不是为奖励所驱动。

 

本泽研究果蝇的时候,他的母亲明确表示过担心:儿子怎么混饭吃。长期担忧生存的父母,好不容易给儿子提供了美国的机会,居然他放弃人人知道重要的半导体、落到与果蝇为伍,父母难以置信。犹太人两千年被迫流离失所,居然这小子一有机会就被好奇心驱动,要求父母很快坦然是不合理的。

 

本泽的生物钟研究属于开创性。本泽研究学习记忆花了很长时间和经历,建立果蝇的学习记忆模型从有争议到稳定,发现有关基因调节第二信使cAMP,当时觉得奇怪,后来其他研究者在高等动物也发现cAMP的重要性,这一研究从而也很重要。如果Eric Kandel不是与其他人共享诺奖,与本泽因为发现cAMP对学习记忆的作用而共享诺奖也是一种可能。对于果蝇基因突变后产生同性性行为,本泽实验室有开创性工作,但意义迄今不明确。这部分工作在果蝇早期主要是本泽实验室原来的博士后Jeffrey Hall,后来主要是Bruce BakerBarry Dickson等。我自己实验室在小鼠研究过其他基因参与选择性行为。Hall用这部分研究收获的哄堂大笑多于其他研究者。本泽后来实际涉及不多。

 

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师传和书传

 

我的研究生导师詹裕农、叶公杼是本泽实验室果蝇方面早期的博士后。他们研究的shaker突变,后来由他们带领几位博士后克隆出来,成为研究钾离子通道的典范。

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我加入詹/叶实验室(Jan Lab)的1980年代中期,果蝇的研究重要性很清楚。但我毕业的1991年,自己对果蝇的未来有很大的忧虑,当然也希望了解其他生物,所以选择蛙,后来还用过鸡和鼠做研究。2004年,我在北京生命科学研究所建立实验室的时候,才重拾果蝇。从1991年到2004年,果蝇研究对有些方面(如先天免疫等)有较重要的贡献。

 

克里克、本泽、布伦纳、斯腾特转向的时候,都是按自己的判断,包括重要性、可行性,而好奇心是一个方面,一个比较难于衡量、科学家个人差别比较大的方面。本泽选择果蝇,有助于他自己做实验。实际上,他一直坚持自己做实验,类似于英国发育生物学家约翰·戈登John (Gurdon1933-)。本泽是我的研究生导师的老师,戈登是我的博士后导师的老师。他们都是好奇心占比重非常大的、与现代科学群体不同的科学家。

 

1999年,曾获普利策奖的作家Jonathan Weiner(1953-)出版了《时间、爱、记忆》一书,在摩尔根体系中介绍本泽的科学研究。题目是本泽用果蝇研究过的问题中的三个,时间指生物钟研究、爱指果蝇性行为研究、记忆指果蝇的学习记忆研究。Weiner可能是舍不得Hall一个人独占性行为容易引起笑话的效果,而把本泽涉及不多的果蝇性行为也贡献给书名一个字。

 

2022年,终于有了俞君超的中译本。推荐给大家,不仅生物学的研究人员,而且普通的科学爱好者都可以读。最合适觉得家庭需要有书架、书架上需要有老少咸宜的书。看上去如果家长没有读孩子也应该读过的、有品味的书。

 

2022528日星期六初稿,30日修改

 

Benzer, S. The high voltage germanium rectifier.Experimental, NDRC Divison 14 Report #342, November 1, 1944. 

Benzer, S. High voltage and photosensitive characteristics in germanium.Physical Review 69, 683 (1946). 

 

Benzer, S. Fine structure of a genetic region in bacteriophage.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 41, 344-354 (1955). 

Benzer, S. On the topology of the genetic fine structure.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 45, 1607-1620 (1959). 

Benzer, S. and Champe, S. P. AmbivalentrII mutants of phage T4. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 47, 1025-1038 (1961). 

 

Benzer, S. Behavioral mutants ofDrosophila isolated by countercurrent distribution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58, 1112-1119 (1967). 

Hotta, Y. and Benzer, S. Genetic dissection of theDrosophila nervous system by means of mosaics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 67, 1156-1163 (1970). 

Konopka, R. J. and Benzer, S. Clock mutants ofDrosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68, 2112-2116 (1971). 

Hotta, Y. and Benzer, S. Mapping of behavior inDrosophila mosaics. Nature 240, 527-535 (1972). 

Quinn, William G., Harris, W. A. and Benzer, S. Conditioned behavior inDrosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 71, 708-712 (1974). 

Dudai, Y., Jan, Y.-N., Byers, D., Quinn, W. G. and Benzer, S.dunce, a mutant of Drosophila deficient in learning. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 73, 1684-1688 (1976). 

Ready, D. F., Hanson, T. F. and Benzer, S. Development of theDrosophila retina, a neurocrystalline lattice. Dev. Biol. 53, 217-240 (1976). 

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