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在小小斑马鱼里探索乾坤世界

——记新当选的中科院院士、清华大学教授孟安明

新闻中心记者 周襄楠

  新当选的中国科学院院士、清华大学生物系教授孟安明为他的实验模式动物——斑马鱼专门准备了一个大大的房间,在这个充满了上千个海蓝色鱼缸的房间里,饲养着几万条斑马鱼,这种小鱼最长也不过有人的一个小拇指长,身上有着浅浅的斑斓的花纹。正是以这种小小的鱼类的胚胎发育过程为研究对象,孟安明教授带领科研团队揭示了多个新基因在脊椎动物胚胎的胚层和组织器官形成中的功能和作用机理。

  1998年,孟安明从美国回到祖国,来到清华大学白手起家组建了国内第一家以斑马鱼为模式动物的发育生物学实验室。9年时光转瞬即逝,孟安明以出色的成果证明了中国的学者在发育生物学方面的杰出研究能力。

孟安明院士(周襄楠 摄)

  科学研究需要极度的耐心和毅力

  动物,当然也包括人类,都是由单细胞发育为多种组织、多个器官构成的个体,这个发育过程受到了基因的表达、信号的转导以及环境等多方面的影响,如果任何一个环节失常,都会导致胚胎的异常发育,造成畸形和缺陷。破解遗传基因在生命诞生和成长的过程中的作用机理一直是人类的梦想,发育生物学就是这样一门探索生物体从精子和卵子的发生、受精、发育、生长直至衰老死亡的过程及其机理的学科,其需要遗传学、细胞生物学、分子生物学、生物化学等学科知识和技术的综合运用,富有挑战性,但同时也是近年来世界上生命科学最活跃和最激动人心的研究领域之一。

      孟安明本科学农学,在英国的博士阶段专攻的是分子遗传,到美国做访问学者时又对发育生物学发生了巨大的兴趣。他的这种多学科的背景,无疑让他在发育生物学领域具有一定的优势。

  斑马鱼是一种约3-5厘米长的脊椎动物,它的许多基因及发育机制与人相似,而且它们早期胚胎透明,在体外发育生长,观测方便。如果通过实验,就可以知道哪些基因在控制、影响斑马鱼的生长发育。

  孟安明目前主要关注的是TGFβ、Wnt、FGF等信号通路中的介导因子和调节因子,了解它们对相关信号通路的作用机理,通过诱变、转基因等手段了解它们在胚胎发育的中胚层诱导、神经诱导、背腹分化等方面的功能,为了解相关的人类出生缺陷的分子机理提供借鉴数据。

   与生物学的一些其他分支不同,由于斑马鱼的性成熟周期是三个月,每天象人一样昼夜作息节律,这使得相应的研究工作必须配合动物的生活规律;而且胚胎的发育是一个连续的过程,需要随时观察。

  “搞我们这种研究急不得,需要耐心和毅力,偶尔还需要半夜两点后观察胚胎的发育情况。”孟安明说。

  孟安明领导的科研团队常常会做大量的细微到分子层面的实验,无论从实验难度还是从实验的量上面要求都很高。比如,要验证一种设想,需要设计多个实验方案,而每个实验方案都需要多次重复。

  “搞科学研究的,要对一个问题孜孜不倦地探索答案,而不是遇难而下。”他说。

  正是以这种锲而不舍、勇于探索的精神,孟安明带领实验室的学生以斑马鱼为模式动物,建立了活体胚胎中基因表达调控的研究体系,克隆并阐明了多个新基因在脊椎动物胚胎的组织器官形成中的功能和作用机理,特别是在TGFβ信号对胚胎发育的调控作用方面取得了一系列的研究。

   2004年10月,孟安明与陈晔光教授带领科研团队在著名的《科学》杂志上发表了论文《斑马鱼Dpr2通过促进Nodal受体的降解抑制中胚层诱导作用》,阐述了在世界上首次发现的一种动物胚胎发育调控的新机理,为揭示人的出生缺陷之谜提供了新思路。 

  他还作为通讯作者已在国际知名刊物《Developmental Cell(发育细胞)》、《EMBO Journal(欧洲分子生物学会杂志)》、《Development(发育)》、《Developmental Biology(发育生物学》等发表论文30多篇,作为第一作者还在《PNAS(美国科学院院刊)》、《Blood(血液)》、《Development(发育)》等高水平学术期刊发表多篇论文,这些论文得到了国际同行的诸多引用。

  他与同事陈晔光教授合作的研究成果“调控动物胚胎中胚层形成的一种新机理”被评选为2004年度“中国高校十大科技进展”。2007年,他获得了“何梁何利科学与技术进步奖”。

  此外,在畜禽分子遗传育种领域,他最早将DNA指纹技术引入我国,以其预测杂种优势和寻找蛋重的分子标记都取得了好的成果,作为骨干完成人员的成果获得过国家科技进步二等奖和北京市科技进步一等奖。

孟安明给专家讲解对斑马鱼胚胎发育过程的研究(郭海军摄)

  培养学生的诀窍是要经常和学生在一起  

  从每天早上8点多工作到晚上11点以后,没有节假日,孟安明几乎天天如此。

  他说,既然要求博士生经常在实验室做研究,自己就要做出表率,一方面是自己的工作确实需要,另外一方面让学生想找就能够找得到他。

  孟安明说,培养学生的诀窍无他,关键是要常常和他们在一起。

  和博士生一起查看、讨论重要的实验结果,和学生一起做他们的论文和实验的思路、方案、还有结果分析,孟安明尽可能地了解每个学生每一步的研究进展。

  “尽管很累,但是会对他们的成长很有帮助。”孟安明说。

  他还认为,教会学生用批判的眼光去看待问题是培养学生科研素质的一个关键。在实验室定期举行的组会上,孟安明常常和学生们一起研讨别人已经发表的论文,有意识引导学生从已经发表的科研成果中找出不足,鼓励他们建立起自己判断问题、发现问题、解决问题的能力。

  他给学生常常说的话是“不怕做不了,就怕想不到”,如果要验证一个科学的设想,如果能够想到的10种验证方案可以实现3种,就要去做3种,以验证这个设想的正确性。

  “只采用一种方案去验证然后把结果拿去草草发表论文,这样的行为我是不赞成的。”孟安明说。

  除了学术研究,孟安明对于学生的为人处世也是严格要求的。

  “他们还都是孩子,跟我的小孩差不多大小,该批评就要批评,有毛病就一定要纠正,要有耐性,科学工作者不只要会做研究,还要会做人。”孟安明说。

  在他指导的博士生中,已毕业的赵珏和张丽霞分别获得2004年、2005年清华大学优秀博士论文一等奖,张丽霞的博士论文入选2007年全国百篇优秀博士论文。

  除了培养博士生之外,孟安明常年担任生物系本科生专业选修课《发育生物学》的主讲教师、还参与讲授《分子生物学》和《发育生物学进展》等研究生课程。以《发育生物学》来说,这是一门更新发展速度非常快的学科,孟安明给学生选用的英文课本每3-4年就要改版一次,为了讲好课堂上的45分钟,孟安明往往要在课前花几个小时查阅大量的文献和资料。由于对于课程的精心准备,他讲授的《发育生物学》已经成为生物系最受欢迎的专业课程之一。

  科学家要有长远的眼光和宽广的胸怀

  “从根本想不到怎么应用的基础研究,到可以直接为人类服务的成熟技术,这中间还有很长的一段路要走。所以说基础研究是一个长期的添砖加瓦的过程。我们做科研要有更加开阔、更加长远的眼光,不能够急功近利,否则就难以完成科学家基本的使命。”他说。

  对于已经取得了成果,孟安明只是说:“生命科学未知的领域有很多,我只是做了我想做的一点点,而且我一个人也是难以取得任何成绩的,已取得的成绩都是靠我的同事、我的学生等一批人共同的努力去完成的。”

  当孟安明在清华建立了第一个以斑马鱼为模式动物的发育生物学实验室之后,现在全国类似的实验室已经发展到20多家,对于这方面的研究在中国已经从“星星之火”开始有了“可以燎原”的趋势,一些在国外学有所成的中国学者,看到发育生物学在中国的快速发展势头,回国谋求发展的人逐渐地多了起来。这不能不说是孟安明在科研取得出色成绩之外一个不可忽视的“社会效应”。

   而对于不同科研机构之间的合作、沟通与交流,孟安明显现了作为一个纯粹的科研工作者的胸襟。他认为,生命科学的探索工程浩大,单凭一己之力是难以攻克一些难题的,所以合作是一种必然。而合作的方式可以多种多样,比如可以派学生去某个实验室参与研究,也可以让别的实验室的研究人员到自己实验室来。

  “如果有学者在看到我的论文之后,向我索要我实验当中的一些数据和材料,不管有多忙我都会找时间给他发过去。”孟安明说,“因为,我们实验室的工作能够开展到今天并且有一定的成就,其他实验室给予的合作与帮助是功不可没的;我们的工作有相当的一部分也是在别人已经积累起的成果的基础之上进行的。”

  他认为,科学家要有大度的胸怀和开阔的眼光,尽个人所能推动科学的车轮前行。

  在承担生物系教学、科研方面繁重的任务之外,孟安明还任生物系副系主任,系学术委员会主任、清华大学学术委员会委员,中国动物学会副理事长,《遗传学报》、《遗传》杂志副主编,《动物学报》、《动物学杂志》编委会委员等行政和学术兼职。自然,这些兼职会占用孟安明不少的时间,对此他却说:“为了保证有足够的科研时间,有的事情能够推掉我就会推掉,但是有些时候是需要为广大的科研工作者服务的,这个时候我就得尽自己的义务——科学家应该为国家的科学发展做一些公益性服务。”(编辑 文清)

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2007-12-27]
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