顏寧,科學之魅

莫愁·智慧女性 / 2018年10月05日 18:17

游玩

曉冰

在中國科學界,顏寧是一個顛覆性的存在。作為一個拿獎拿到手軟的博士后,她有活潑天真的個性,有很高的顏值,而且非常會修飾自己。重要的是,她將科研變成了一場又一場賽車游戲,讓科學之美拋卻高冷范兒,變得無比接地氣。

堅定地成為自己

小時候,顏寧住在北京的大興。她家在四樓,床在窗戶旁。晚上躺在床上,她就拉開窗簾看著星星胡思亂想:宇宙之外是什么?都說宇宙是無窮的,無窮是什么?什么是真空?有沒有時間隧道?是否有超過光速的速度?眼睛看見的信息,腦子是怎樣處理的?蚯蚓沒有眼睛,它用什么感知世界……

這些在顏寧的腦子里全成了問題,而且她逐漸認識到,這些問題都是“可以解決的”。高中時的一節有關基因的生物課,讓她“問題疊著問題”的腦細胞興奮起來, 18歲的她篤定地認為自己將來一定會從事“解決問題”的工作。1996年,她考入清華大學生物系,選擇生物系的原因之一是想窺探生命的奧秘。可當她系統地學習之后,這些問題不但沒有解決,反而讓她更加困惑。

1999年,負責面試亞洲學生的普林斯頓大學分子生物學系助理教授施一公收到了大三學生顏寧的信:“我覺得自己在各方面都很出色,希望把時間花在更有價值的地方。但申請出國太浪費時間和金錢了,如果普林斯頓大學錄取我,我就不用再花精力申請別的學校……”施一公被這封“初生牛犢不怕虎”的信吸引,從普林斯頓打電話面試了顏寧。大四那年的寒假,顏寧收到了錄取通知書。這一年,是普林斯頓大學分子生物學系第一次正式招收來自中國的研究生。

在普林斯頓大學,顏寧內心深處的那份困惑得到了部分解答:穿著不修邊幅來講課的可能是諾貝爾獎得主、資深院士,咖啡廳里坐在對面的可能是美國總統的科學顧問。在那里,不論是本科生還是諾獎得主,你完全感受不到人與人之間的高低貴賤,每個人都是一派怡然自得,卻又保持一份我行我素、桀驁不馴。在這種環境下,顏寧安心地做自己,專注地學習。

在普林斯頓的第一年,顏寧發現,教科書里那些高貴冷艷的知識,就是身邊隨和的老先生老太太創造的;研究生課程沒有教科書,用經典或前沿的原創論文做教材,上課就是在回顧科學史的創造。在實驗室,自己竟然也變成了人類知識的創造者、科學史的締造者。有了這種認知,顏寧的目標也逐漸演化為:發現某些自然奧秘,在科學史上留下自己的印跡。

在科學的過山車里失聲尖叫

顏寧進入施一公的實驗室時,一個來自復旦大學化學系的女孩已經先她半年進去。導師對那個女孩稱贊有加:“她特別爭氣,大二就在頂級雜志發表了論文。”這大大刺激了顏寧,心高氣傲的她一天只睡6個小時,在實驗室泡了一年多,瘦了30斤。終于在一個實驗完成后,導師說:“顏寧,你會做實驗了。”“從此,我有了很強的自信心。”回憶往事,顏寧笑笑說。

顏寧獲得了前所未有的自信,從此進入“玩”科學的境界。“樂在其中就叫玩,泡實驗室跟有人通宵達旦打電子游戲是一個道理。”她對導師說:“我不再做可溶性蛋白了,我要去做最難的膜蛋白。”漸漸地,她發現當科學家是世界上最好的工作,可以和世界上最聰明的人交往,提升自己,有研究經費,有同伴支持,還有自由,除了上課,時間全由自己安排。顏寧通常睡到中午再去實驗室,工作到凌晨。

2007年,顏寧回到清華大學,做生物系教授。剛回清華時,她給自己定了幾個攻堅課題,其中有個項目叫電壓門控鈉離子通道,它對于神經信號的傳遞至關重要。顏寧帶領課題組一做就是四年,終于獲得了一個細菌同源蛋白的晶體,結構解析已近在咫尺,就差最后一次收集重金屬衍生數據了。他們準備了大量晶體,保存在零下170攝氏度的液氮預冷罐中,寄到日本同步輻射實驗線站,準備收集數據。

而接下來發生的事令顏寧終生難忘——2011年7月11日。臨去機場前,顏寧一大早打開《自然》(世界上最有名望的科學雜志之一)在線,第一篇文章砸得她眼睛生疼,文章的題目是《一個電壓門控鈉離子通道的晶體結構》。他們被別人超越了。

科學上只有第一,沒有第二。顏寧把論文打印出來,交到做這個課題的學生張旭手里時,她立即淚崩。可是,晶體還在日本等著他們。于是一切按照原定計劃,他們飛赴日本。晚上7點趕到實驗線站時,工作人員一臉凝重地對她說:“顏教授,你們寄過來的低溫罐出了問題。”顏寧心里一沉,這是三個多月的心血結晶。

所幸顏寧隨身還帶了很多晶體,于是就地開始重新泡重金屬。第二天早上正式收集數據時,之前寄來的晶體全部陣亡,無一可用。當他們即將絕望之際,前一天晚上剛剛處理好的一顆晶體給了他們需要的所有數據,對過去四年依舊是一個完美收官。那一刻,已經不再顧及是不是可以發表論文,每個人心里只有這前后巨大反差帶來的狂喜。

而當顏寧在凌晨三點打開郵箱,準備給課題組成員布置后續工作時,發現了一封來自美國霍華德·休斯醫學研究所的郵件。經過初選,她在全球800名申請人中過關斬將,成為進入“霍華德·休斯國際青年科學家”第二輪候選的55人之一,對方邀請她于11月赴美參加最后的角逐。

7月11日早上5點55分到13日凌晨3點,這45個小時,于顏寧和她的學生們而言,真可謂驚心動魄,猶如坐過山車。也正因如此,這個過程遠比一帆風順的其他課題都來得刻骨銘心。但這依舊不是故事的最終結尾。因為這個課題,顏寧有幸與此前崇拜了近十年的偶像級科學家、2003年諾貝爾化學獎得主羅德里克·麥金農教授合作。在與他的交流中,顏寧受益匪淺,也終于圓了她在研究生時代想要與他一起工作的心愿。更重要的是,他們的研究呈現出與別人已經發表的論文很不相同的狀態,經過分析闡釋,他們的新結果也在十個月之后發表于《自然》雜志。她還提出了一個電壓門控通道感受膜電勢的全新模型。直到現在,他們仍然在創造新方法、構建新工具,對這個模型進行驗證。

這樣的大悲大喜,是常人無法體會到的。如果一定要用一個詞來形容,顏寧稱之為美。科學之美,只有身在其中,才懂得那樣亦真亦幻的美麗。

想做個種樹的小學老師

2014年1月的一天,距春節還有不到一周的時間。晚上7點,清華結構生物學中心所在的樓層燈光通明,顏寧和課題組的五個學生集體在實驗室待命。對他們來說,這一天比即將到來的年節更為重要:兩天之前,他們終于得到一顆優質的葡萄糖轉運蛋白GLUT1(葡萄糖轉運體)的晶體,由兩位學生用零下170度的低溫罐裝著,乘高鐵送到了上海同步輻射實驗室。嘗試無數次,積累很多年,能否收集到高質量數據,取得實驗的最終成功,今晚便是檢驗收割的時刻。

解析GLUT1的結構,探究這個對人體來說至關重要的葡萄糖轉運蛋白GLUTs(glucose transporters,簡稱GLUTs)長什么樣子、如何工作,是顏寧近七年來最重要的工作。葡萄糖是維持人類生命活動的最基本能量來源,只有進入細胞內部才能被人體利用。但是在一般狀態下,由于葡萄糖親水,而細胞膜疏水的特性,細胞對于葡萄糖來說相當于一座圍城,外面的糖分子進不去,里面的糖分子出不來。葡萄糖轉運蛋白就像是細胞膜上站崗的守城衛兵,在合適的時候為葡萄糖打開城門,使之通過高墻,發揮作用。

在人體十四種葡萄糖轉運蛋白中,GLUT1是最早被科學家發現的。它幾乎存在于人體的每一個細胞,對于維持血糖濃度穩定和大腦供能起到關鍵作用。GLUT1還與一系列遺傳疾病有關,如果在胚胎發育過程中,GLUT1無法正常發揮作用,將會影響葡萄糖的正常吸收,導致大腦萎縮、智力低下、發育遲緩、癲癇等。癌細胞高度依賴的葡萄糖也需要通過GLUT1攝取。

自從1985年GLUT1的基因序列被鑒定出來后,獲取它的三維結構成為膜蛋白研究領域最受矚目、國際競爭最激烈的課題之一。全世界的許多結構生物學家都在為此努力,顏寧的競爭對手遍布美國、歐洲、日本,其中很多科學家已經付出了近二十年的時間。眼下,顏寧和課題組終于來到了最后的關口。

晚上7點半,8點,9點……數據從上海源源不斷地傳回來。10點半,顏寧辦公室的門被敲響了,學生鄧東站在門外。兩人對視一眼,條件反射般狠狠擊掌,一起往實驗室的方向飛跑。這一次,這個來自中國,平均年齡不到30歲的團隊贏了。

2014年6月5日,《自然》雜志正式發表了這項成果。2015年,顏寧獲得國際蛋白質學會“青年科學家獎”和賽克勒國際生物物理獎。“要針對人類疾病開發藥物,獲得人源轉運蛋白至關重要”,斯坦福大學醫學院分子與細胞學教授、2012年諾貝爾化學獎得主布萊恩·科比爾卡評價這項成果,“因此,這是一項偉大的成就,該成果對于研究癌癥和糖尿病的意義不言而喻。”

回憶起那個冬夜,顏寧依舊記得那種無法言說的喜悅,正如美國科學院院士、華裔生物學家王曉東說的:“上帝帶著你打開了一扇窗,讓你一下子看到了一個神跡,這是世人以前不知道的,突然間被你首先窺到了,你想那是一種什么樣的獎勵?”

科學無止境,39歲的顏寧對未來的生活,如此構想:要做國際一流的科學家,最起碼,一說結構生物學,中國或世界都有顏寧這一號。有一天,年紀大了,科研走下坡路了,到那時,她還有兩個理想要實現:一是種樹,因為對現在的環境“很生氣”。另一個是做初級教育,因為現在的小學教育“很畸形”,她想當一名把孩子當人來培養的小學老師。一想到這樣的未來,顏寧笑得像個小女孩。

(編輯 ?張秀格 [email protected]

1.精品生活網遵循行業規范,任何轉載的稿件都會明確標注作者和來源;2.精品生活網的原創文章,請轉載時務必注明文章作者和"來源:精品生活網",不尊重原創的行為精品生活網或將追究責任;3.作者投稿可能會經精品生活網編輯修改或補充。