老鼠里有什么?燃烧自我的学者
我从20世纪80年代开始研究分子生物学,那时正是机械论生命观逐渐兴起的时候。而我也随波逐流地立刻沉浸在“就应该以微观的视角看待生命”的观点中。
当我还处在昆虫少年时期时,我的梦想[6]是找到从未被发现的新昆虫,然后将昆虫以自己的名字命名为“福冈甲虫”收录在昆虫图鉴中,但这个梦想最终没能实现。我也曾以为自己捕捉到了未知的昆虫,并带到上野国立科学博物馆让工作人员帮我确认,但我捉到的虫子并不是什么新奇的物种,它早就被其他人命名了。
随后,当我走入生物学研究的世界,摸索进入细胞的“森林”中,竟发现隐藏于其中的许许多多基因和蛋白质都还未被命名。于是,我放下了捕虫网和昆虫笼,转而开始拿起微观世界的分析装置,走入了细胞这片广袤的森林中。我的研究早在人类基因组计划完成之前就开始了,所以那时还有许多尚未研究的基因。虽然并不是什么大发现,但作为生物学家,我也有几个小发现[7]。
例如,我发现了“GP2”基因。这个名字取自“glycoprotein II”(蛋白糖II型或者叫糖蛋白II型)这个词的缩写。GP2基因是存在于消化管或者胰脏等细胞表面,触须状凸起的蛋白质“零部件”。为了搞清楚GP2究竟是如何“工作”的,我将研究重点放在了GP2的“设计图”——GP2基因上,并决定采用机械论的研究方法进行研究。
后经试验证明,GP2具有将大肠杆菌和沙门氏菌等细菌导入人体内并进行锁定,“提醒”免疫系统注意的作用。
福冈伸一希望能够利用“GP2基因敲除鼠”弄清楚GP2基因的作用,因此在青山学院大学依然坚持相关研究。
这是我在研究室饲育的小鼠。这些小鼠相当聪明,一旦你摆好相机打算给它们拍照,它们就会乖乖地看向镜头。不过最值得一提的是,这些小鼠可一点也不普通,它们还有一个名字叫作“GP2基因敲除鼠”。它们便是我的试验对象。
接下来,我简单地为大家解释一下什么叫作“GP2基因敲除鼠”。首先,我会从细胞核中抽取出细丝状的DNA。然后,我会对DNA中含有GP2基因部分的设计图进行锁定。锁定后,用类似微创外科手术的方式一点点地将GP2基因的前后取出。取出来的GP2基因就丢掉了,而刚才切断的细丝状DNA还要重新接起来,让它恢复成细胞。然后在这个去除了GP2基因的细胞上培养受精卵,最后将受精卵移植到小鼠身上,从而得到了“GP2基因敲除鼠”。
小鼠的身体先由1个受精卵开始培育,随后一边分裂一边不断增加到2个、4个、8个、32个,但由于分裂出来的所有细胞都是直接“复制”被敲除GP2基因的那个细胞,所以基因信息尚不得而知。但能够确定的是,这种小鼠体内无法再出现GP2基因这一“零部件”了。这样的小鼠便是我们所说的“GP2基因敲除鼠”。与普通的小鼠不同,它们身上少了一个“零部件”。
大家想想看,如果我们从手机或计算机这类电子产品中取出一个零部件,这台机器会怎样?毋庸置疑,机器会坏掉。通过调查产品损坏的方式,就能推测出取出的是哪个零部件。例如,如果是不出声音了,那么就大致可以推断是与声音有关的零部件;如果是彩色的屏幕变成了黑白色,那么就可以推断应该是与色彩呈现相关的零部件出了问题。同理,从机械论的视角来看,被敲除了GP2基因的小鼠按理说应该会出现某些异常之处,而通过调查这些异常之处,便能够探究出GP2基因到底在生物体内发挥着怎样的作用。如果这只小鼠患了癌症,那便是因为其体内被敲除了GP2基因,由此我们便可得知GP2基因在体内能够起到抗癌的作用。又或者这只小鼠得了糖尿病,而致病原因是其体内被敲除了GP2基因,由此我们便能够知道GP2基因平时是用来控制血糖、防止糖尿病的零部件。总的来说,当我们培育出了“GP2基因敲除鼠”后,能够找到小鼠什么地方出现异常就能够搞清楚GP2基因是如何“工作”的。
我们克服了许多困难,成功培育出了“GP2基因敲除鼠”。虽然我说过“一点点将GP2基因取出,然后将切断的基因重新连接”的话,听起来这个操作似乎并不难,但我们是使用从大肠杆菌中提取出的酵素来切割DNA的,这可是一项相当耗时耗力的工作。虽然现如今随着科技的进步这一操作实现了效率的提高,但在差不多20年前,我们培育出第一只“GP2基因敲除鼠”可是耗费了3年的时间。那时我们工作起来不分昼夜,全身心地投入,可谓通过燃烧自我的方式在不断探索,并且花费了巨额的研究经费。别看就这一只小小的老鼠,投入的研究经费够买下三台最新款的保时捷汽车了。而这些研究经费则是我们东奔西走才筹措来的。对于这只耗费大量精力、时间、金钱的小鼠体内究竟会出现何种异常,我们都屏息认真观察着。
小鼠茁壮成长,在培育箱里跑来跑去,十分活泼。之后过了很久,我们依然没发现小鼠有何异常。对此,我们感到十分奇怪。这可是一只被完全敲除了GP2基因的小鼠啊!当然,我们也确认过是否真的将GP2基因敲除干净。可尽管确认操作无误后,依然没有发现小鼠任何异常的地方。
我们坚信小鼠一定存在某些异常,于是便像大家平时做体检一样给小鼠抽了血,还检查了各种体内的数值,但所有数值都在正常范围内。于是,我们推测会不会小鼠体内的异常要经过较长的时间才能显现出来。一般来说,小鼠的寿命大约为两年,所以只要一直观察这只小鼠两年,或许到了它的晚年我们就能发现异常了。我们带着这种期待继续研究,但最终小鼠也没有出现寿命缩短或衰老提前这样的异常,它就跟普通的小鼠一样正常地长大、变老。
不仅它自身正常,甚至这只GP2基因敲除鼠还跟其他GP2基因敲除鼠正常交配,一窝接一窝地繁育了子孙后代。由此可见,它们的生殖能力也没受到影响。它们的子孙也继承了它们的基因,因此所有幼崽体内都没有GP2基因,但它们依然可以繁衍后代,健健康康地过完整个“鼠生”。我们耗费了大量的时间、巨额的研究费用,培育出了这种“GP2基因敲除鼠”,并带着一定能够有重大发现、一定能够搞清楚GP2基因的作用这种心情,长时间地坚持观察,但却没有在GP2基因敲除鼠身上发现任何异常……可以说,我们在这项研究上碰了一鼻子灰,走进了“死胡同”。
那时,我想到了很久以前拜读过的一篇论文中的观点,它说:“生命并非机器。生命就是处于动态平衡状态的流体。”这句话听起来像是一句诗,又好似哲学家的至理名言,但其实这句话是科学家鲁道夫·舍恩海默[8]说的。
他是一名活跃在70多年前的科学家,我想绝大部分人应该都不知道他。可能有些读过我的书的读者知道他,但一般来说,舍恩海默已经逐渐被世人遗忘,成了一位消失在历史长河中的无名之辈。再加上舍恩海默在年仅43岁时便谜一般地自杀了,这也导致他的存在更难以在科学史上留下浓墨重彩的一笔。另外,生物学不断在机械论的道路上推进,舍恩海默做过的实验和他的主张也不再为世人所关心。
当我再次面对“GP2基因敲除鼠”并没有出现异常这一事实时,我重新思考了舍恩海默做过的实验和他的理念,我一边想着他做过的事情,一边重新审视生物学,于是看到了“不一样的风景”。也就是说,我突然意识到了与机械论的视角完全不同的生命观。舍恩海默究竟做了怎样的实验,说过怎样的话。舍恩海默也曾对“究竟何为生命”这个本质的问题进行过思考。