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生命科学研究中的意外与发现 生命科学即生物学，是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学，最终能够达到治疗诊断遗传病、提高农作物产量、改善人类生活、保护环境等目的。在漫长的生命探索道路上有无数科学家为此倾尽一生。 最著名的是达尔文的发现：距今一百五十多年前的一八三一年十二月七日，有一艘排水量仅二百三十五吨的小帆船从面临英吉利海峡的雷本港向大西洋进发。二十二岁的青年查尔斯。达尔文所乘坐的这艘船是英国海军的测量船。这艘船此次出航的目的是要作为时五年的世界探险。 今天，一提到查尔斯。达尔文，大家都知道是那位在人类文化史上留有盛名的进化论提倡者，不过当他乘上那艘小猎犬号时，还是个默默无闻的小伙子呢！ 当时的他已对生物的物种问题很关心。小蜡犬号从雷本港出发后，沿著南美海岸南下，绕过麦哲伦海峡进入太平洋，於一八三五年九月来到东太平洋赤道上的加拉巴哥群岛。在这四年的航行中，达尔文一路观察并采集动植物标本，不过，真正对达尔文脑海中所缠绕的物种起源问题有启发的，还是太平洋上加拉巴哥群岛的各种生物。 加拉巴哥群岛在厄瓜多尔西方约一千公里的太平洋上，由十四个散布在赤道附近的小岛组成。加拉巴哥(Galapagos)在丙班牙语中的意思就是“乌龟”。此群岛正如其名，岛上有重量超过一百公斤的象龟，使达尔文一行人大为意外和吃惊，另外，还有长达一公尺以上的鬣蜥 (iguana)，这种蜥蜴有住在海岸附近的海生型及住在内陆的陆生型，且两者不属同种。此外尚有鹈鹕(pelican)的同类军舰鸟、海鸥、鲣鸟、金翅雀(finich)等珍鸟。这些远离大陆的岛屿上，能远飞的鸟类及能长期挨饿的爬虫类特别多。加拉巴哥群岛上的生物与其地地区的生物相此确实有不凡之处，不仅鸟类及爬虫类如此，其它像鱼贝类、昆虫、花草等亦复如此。例如，达尔文在那里所采集的十五种鱼，以及十六种陆生贝类中的十五种都是别处看不到的新种。加拉巴哥群岛可说是物种的宝库。不过这些几乎全是新种的岛上生物，与一千公里外的南美太平洋岸的生物有很徵妙的相似之处，即既有明显的差异又有微妙的类似。小猎犬号在岛上停留了五个星期，临走的前几天，该群岛的副领事来向他们道别，闲谈间，副领事说：“这群岛上虽然有很多形态相似的乌龟，但我一眼就可以看出那只是属於那个岛的。”达尔文听了这句话，心中有著很大的回响，因为他在这里的鷽鸟身上也发现了同样的现象。加拉巴哥群岛上的鷽鸟共有十三种，基本上它们的形态都很相似，但喙的长度及弯曲度即各不相同。达尔文心里想，这些差异可能和各岛上的鸟类的食物，如植物种子、毛虫、昆虫等不同有关。如果真是这样，那麼导致各物种间的差异的原因不就很明显了吗？达尔文从观察加拉巴哥群岛的生物所得的灵感，为日后论生物进化的不朽名著《物种原始》奠下了基础。 另外一个著名意外发现是近年来在生物尖端领域的突破。Shinya原本是一名骨科医生，但当他发现自己对手术其实没有什么天分时，他的关注点开始转移到胚胎干细胞上来。在刚回大阪的头几年，Shinya由于刚起步，只能得到少量的研究资助，他不得不自己一个人养几百只小鼠，日子过得非常艰苦。在他最低谷的时候，James Thomson宣布从人的囊胚中采集并建立了胚胎干细胞系。同时，条件更加优越的奈良先端科学技术研究生院看上了他的特长，招聘他去建立一个做基因敲除小鼠的facility，并给他提供了副教授的职位。这给了他巨大的鼓舞。千辛万后，Shinya终于拥有了自己独立的实验室。为了吸引学生到他实验室，Shinya冥思苦想了好一阵，提出了一个雄心勃勃的计划，声称实验室的远景目标是研究怎么从终末分化的成体细胞变回多能的干细胞。 当时科学界的主流观点认为，哺乳动物胚胎发育过程中的细胞分化是单向的，就像是时间不可逆转。这个观点也并非没有破绽，比如植物组织就具有多能性，一些植物的茎插入土壤会重新长出一棵植株，也即已经分化的茎细胞可以改变命运分化出新的根茎叶细胞。Shinya计划的第一步是找到尽可能多的参与维持干细胞功能的因子。他大胆推测，如果过表达这些维持因子也许可以让终末分化的细胞变回多能干细胞。一旦成功，诱导的多能干细胞会有着胚胎干细胞所不具备的优势：它不仅可以绕开胚胎干细胞引起的伦理问题，病人本身的诱导干细胞改造后重新植入病人时，由于是自身的细胞，将不会有免疫排斥的难题。 在这个远大前景的感召下，Shinya“忽悠”了三个学生加入他实验室。很快地，他们做了基因敲除小鼠。复杂的生命又一次愚弄了Shinya：基因敲除小鼠失败了。Shinya想要废物利用。敲除鼠实际上提供了很好的筛选诱导干细胞的系统！除了Fbx15敲除鼠的筛选系统，Shinya还积累了他鉴定的加上文献报道的24个维持因子。即便有很好的筛选系统，这个课题在当初看来也是非常冒险甚至是不可行的。当时的人们普遍认为成体细胞失去了多能性，也许成体细胞本身就是不可逆转的，你做什么也没有用。即便通过转核技术实现了成体细胞核命运的逆转，那也只是细胞核，不是整个细胞。胚胎细胞和成体细胞的染色体是一样的，细胞核具有全能性，尚可理解。而且要实现细胞核的逆转还需要转到卵细胞，让卵细胞质帮助它重编程，而卵细胞质中的蛋白不计其数。如果要实现整个细胞命运的逆转需要让细胞质中所有的蛋白重新洗牌。即便细胞可以重新编程，那也应该是很多蛋白共同参与的。Shinya当年在手上的仅仅是24个因子。也许有另外几百几千种因子被遗漏，缺少其中一种都无法实现重编程。用这24个因子异想天开要实现细胞重编程，根据已有的知识从逻辑上讲可能性几乎为零。Kazutoshi这个愣头青不管这些，他坚持实验，等了几天，奇迹竟然发生了。他在培养板上意外地发现稀稀疏疏的十几个抗 G418的细胞克隆出现了！一个划时代的发现诞生了。 iPS的发现有着不同寻常的意义。它更新了人们的观念，从此之后人们不再认为细胞的命运不可逆转。其次，iPS细胞绕过了胚胎干细胞的伦理困境，很多实验室都可以重复这个简单的实验得到iPS，开展多能干细胞的研究。其三，iPS细胞重新植入病人体内，免疫反应将大大减少„„2006年，Shinya报道了小鼠诱导干细胞，引起科学界轰动；2007年，他在人的细胞中同样实现了细胞命运的逆转，科学界沸腾了。 其实生命科学界的意外与发现还有很多，比如：摩尔根养果蝇（为了推出伴性基因）、孟德尔种豌豆（著名的豌豆杂交实验，得出了两大遗传定率）律这位生物学家因何发现了想要研究的生物学问题?摩尔根因发现白眼果蝇，孟德尔因观察豌豆的几对性状他想解决的问题是什么？摩尔根想推翻孟德尔的结论，却因意外发现白眼果蝇的存在证明了伴性遗传，成为了孟德尔的忠实支持者；弗莱明发现青霉素等等。 生命科学探究路漫漫，还有无穷无尽的奥秘等着人们去探索，而这其中不仅需要渊博的学识，坚持不懈的努力，坚定不移的目标，更需要一点运气，运气往往是临门一脚，意外的发现让不少人功成名就、名垂青史。然而我们不能把成功与否全部寄托在运气上，科学研究要的是付出。我相信靠着人类决不退缩的探求，我们终究能在探索之路上留下一朵朵永不凋零的生命之花。 本文来源：https://www.dywdw.cn/3fea89a51b37f111f18583d049649b6648d709f3.html
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2022-03-28
