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探讨在生命科学领域中机遇所起的作用

摘要:关键词:机遇;生命科学;研究 近年来我国国家领导人不断强调当前国内外形势都比较有利,我们要善于把握时机,解放思想,抓紧历史机遇,来加速我国的发展问题。最近,国务委员宋健还以珍惜机遇为题,总结了他成长为科学家的亲身体验(光明日报1994.1.11;1.18)。
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  关键词:机遇;生命科学;研究

  近年来我国国家领导人不断强调当前国内外形势都比较有利,我们要善于把握时机,解放思想,抓紧历史机遇,来加速我国的发展问题。最近,国务委员宋健还以“珍惜机遇”为题,总结了他成长为科学家的亲身体验(光明日报1994.1.11;1.18)。他指出,机遇并非时时刻刻都存在,有的甚至转瞬即逝,因此,要珍惜机遇,把握机遇,是成才路上的重要关键。

  经查阅大辞典《辞海》,机遇可解释为机会,特指导致科技新突破的原定研究进程所未料到的意外事件或机会。因此,我们是否可以把机遇分解为两种情况:一种是一般的有利时机,称作机会;另一种是意外的或偶然的发现,称为偶遇。在自然科学研究中,因抓紧机遇而获得的新发现是很多的,如德国科学家伦琴(w.K.Rontgen)于1895年意外地发现的x射线,就是最著名的范例。这里只提供一些在生命科学领域中机遇所起的作用的实例。

  一、关于偶遇(偶然发现)的例子

  科学家对偶遇有两种截然不同的态度:一种是科学家本人与科学实践有紧密的接触,而不是只坐在办公室听汇报。这些科学家都有丰富的专业知识,能够识别所看到的确是一种不常见的现象,或一种怪现象,不能用通常的理论来解释。而且,这些观察者还具有好奇心和执着的求索精神。另一种态度是对周围出现的新事物漠不关心,反应迟钝,对意外出现的有意义的现象视而不见,听而不闻,从而失之交臂。还有的观察者只埋头于自己的既定目标,不肯拿出时间来注意偶遇现象,甚至讨厌它的出现,认为它干扰了自己的原定计划而忽略掉。

  (一)青霉素的发现青霉素是由英国细菌学家弗莱明(AlexanderFleming,1881~1955)于1929年发现的,这是人们比较熟知的偶然发现事例,被认为是二十世纪医学领域中最伟大、最突出的发现之一。弗莱明在第一次世界大战后,就潜心于研究防腐剂,企图寻找有效的灭菌物质。他曾发现溶菌酶,但抗菌效果不佳。在20年代末期当他正在进行葡萄球菌平皿培养时,发现有些培养皿被污染了,这本是在那种条件下常发生的情况。但有一个培养皿引起了弗莱明的注意,认为是怪事,原来是靠近霉菌的一些葡萄球菌菌落都死了。弗莱明意识到了这种现象可能具有重大意义,就于以深入研究,终于发现了青霉素。他的文章发表于1929年。

  事实上,据后来研究这项发现的专家声称,一导致这一偶然发现的,是种种条件奇迹般的不寻常的结合,其成功的机会本来是很小的.但它毕竟是出现了〔‘〕。

  弗莱明对青霉素仅描述了粗制剂,没有能制成一种治疗用的药物。直到第二次世界大战爆发后,形势迫切需要找到一种有效控制战伤感染的办法,这给青霉素的研究带来了活力,牛津大学由生物化学家弗洛里(Howardw.Florcy)领导的研究小组重新开始研究生产用于临床治疗的青霉素,终于在1940年制成新型的青霉素。迄今,青霉素仍是最有效的和最广泛应用的抗生素之一。弗莱明、弗洛里和牛津小组中另一位科学家柴因(ErnestB.Chain)荣获1945年诺贝尔生理学或医学奖。

  (二)任氏溶液的发现在19世纪80年代初期,英国伦敦大学医院的医生塞达尼·任格(sidneyRinser,1835一1910)对离体蛙心进行实验,用生理盐水灌流蛙心得到初步成功,蛙心能跳动约半小时即停止下来。一次,他发现他的蛙心连续跳动了好几个小时,这使他非常惊讶,大惑不解,他设想这可能是由于季节的影响。但当他亲自配制新鲜的生理盐水后,蛙心仍只跳动约半小时。经他仔细查询后发现,原来是他的实验助手上次一时偷懒,把生理盐水配错了,用自来水代替了蒸馏水。任格抓住这个线索,对自来水进行了分析,发现自来水中含有少量的钙和

  其他无机物,这对蛙心跳动更为有利。进一步研究证明,如果灌流液中无钙,心室收缩就不能维持,在钠盐中加入少量钙盐,则使收缩改善。在含有少量钙和钾的钠盐溶液中,蛙心可持续收缩数小时。就是这样,任格发现了以他名字命名的任氏溶液(Ringerl5solution),对实验生理学贡献很大。

  后人根据任格的这项基本发现,为了适应不同研究的目的和需要,以各种比例的钠、钾、钙,再增加其他成分如某种缓冲剂、葡萄糖和通以氧气等,配制成更为平衡的灌流液,如洛氏(l孟犯ke)液、台氏(Tyrode)液等,满足了生理学实验室不可缺少的基本需要〔,,‘,。这个发现的妙处在于:从偶然的错误中获得了真理,正如乘错了船却抵达正确的港口一样。这一事例也正说明偶然发现的难于预见的本性。

  (三)发现切除胰腺可产生糖尿病在1889年之前,无人知道糖尿病与胰腺内分泌的缺陷有关。正是这一年,德国斯特拉斯堡的内科医生冯米伦(BaronJ.vonMering)教授和他的助教授明考斯基(OscarMinkowski,1858一1931)在研究胰腺对小肠吸收脂肪的作用时,曾用手术方法切除了一个狗的胰腺。手术后,他们的一个实验助手报告给明考斯基说,这个狗在手术后排尿很多,而且它的尿招来了成群的苍蝇。明考斯基就根据这个线索,分析了这个狗的尿,发现其中有大量的糖,从而引起他们极大的注意。随着,他们深入地全力研究了这个偶然发现的现象,逐渐观察到这个狗有多食、多渴、多尿的三多特点,而且极易感染,与临床上所见的糖尿病症状极为相似。这样,就发现了实验性糖尿病,成为实验医学史上著名的发现〔3·‘〕。其实,早于此数十年前,法国的实验生理学家伯尔纳(Bernard)在研究胰腺的消化作用时,也确曾描述了一例切去胰腺的狗,这个狗死于过度消瘦,虽然它的食欲极好。但并未注意到尿中有糖。这说明伯尔纳失去了一个发现实验性糖尿病的机会。

  这个重大发现给予人们的启示是:一个科学家对机遇所提供的每一意外事件都不放过,并加以深究,是成功的秘诀。

  (四)草食动物吃肉的实验在约1845年的一天,法国的科学家伯尔纳(CtaudeBernard,1813一1878)偶然见到从市场上买来的兔子,其排泄到桌上的尿是清的,不象寻常草食动物的尿是混浊的,这使他感到奇怪。他设想:买来的兔子多半是由于好久没有吃东西,靠着消耗自己身上的肉来维持生存,因而处于食肉动物的营养状态。他决定研究这个问题。他用喂食和禁食互相交替的方法证实了他的观点。实验做到此,对多数研究人员也就满意了,但伯尔纳却不然。

  他还要“反证”,于是用肉喂兔子。他用煮好的瘦肉喂饥饿兔(这时的兔竟然不得不吃肉),其尿果然是清的且为酸性,和肉食动物一样。这样,完全证实了他最初的设想〔幻。伯尔纳是十九世纪一个天才的研究家,几乎在生理学的每一领域都有他研究的足迹。这里所讲的虽然是个小故事,并不是他的重要贡献,但其中包含着机遇、对细小线索的注意以及洞察力等因素的结合,是值得我们学习的。

  (五)促胰液素的发现正当贝利斯(W.M.Bayliss,1860~1924)和斯他林(E.H.starung,1866一1927)这两位英国生理学大师在本世纪初研究小肠的局部运动反射时,偶然看到法国科学家一篇分析盐酸在狗小肠内引起胰液分泌机制的论文,引起了他们很大的兴趣。根据当时流行的思想,被认为这是一个反射。但阻断外来神经后,这个反射仍存在。那位法国学者还把实验狗的一段游离小肠拌的神经切除,只保留动静脉与身体相连,仍未能排除这个反应。因而他认为这是一个顽固的局部反射,难以将神经切除干净所致。

  贝利斯和斯他林出于好奇和怀疑心理,立即重复了这项实验,证实了法国人的结果。但他们确信自己切除局部神经是完全的,因而大胆跳出“神经反射”这个传统概念的束缚,设想可能是一个“化学反射”,并用进一步的实验来证实,轻而易举地发现了人类历史上第一个激素—促胰液素(seeretin),开拓了“激素调节”和内分泌学这个崭新的领域〔5〕。这个事例给予我们的启示是:在科研中,对一个偶然出现的不寻常现象产生好奇心和怀疑心理,显得也很重要。当然,这些心理因素在这里只提供了一个机会,并不是发现的全部,但它毕竟起到了启动的作用。

  (六)垂体门静脉的发现在1930~1933年期间,当一位匈牙利人坡帕(G.T.PoPa)在罗马尼亚医学院学医时,一位病理学教授曾在尸检时观察到围绕在垂体柄上有一个血管丛,特别是在突然死亡或因暴力致死的人身上更为明显。这位教授曾有一次指给坡帕看,并建议他把下丘脑和垂体一起取出来做连续切片,以研究这个特殊的血管联系。坡帕接受了这个建议,认真地作了详细观察,发现了垂体门静脉。但他们认为,血流方向是从垂体流向下丘脑的。后来的研究者才在活体动物上确定,这个门脉的血液是从下丘脑流向腺垂体的。这项重要发现对于研究下丘脑调节腺垂体的活动,打下了形态学基础。正是由于那位病理学教授观察到这个不寻常现象的契机,才导致了这项重要的发现〔的。

  (七)当美国著名的生理学家坎农(w.B.Carmon)还是哈佛大学二年级医学生时,曾向当时的生理学主任要求进行科研,该主任经过考虑后,建议利用新发现只有3年的x射线进行胃肠道运动的研究(一个绝好的机会)。坎农于1898年开始用慢性实验狗做了系统的实验观察,并使x射线迅即广泛应用于临床消化道的诊断,还使这位医学生终身从事生理学研究和教学。坎农于19n年写成《消化的机械性因素》一书总结了他在这方面的开创性工作。

  二、关于利用机会(有利时机)的例子

  胰岛素的发现在1920年秋,加拿大的一个28岁的生理学教师班廷(F.G.E以ntins)

  正在准备讲一堂糖代谢的课,心中着实无底,感到异常焦虑。虽然知道它与胰腺有关,但胰腺为什么能防止糖尿病的发生,具体资料实在太少。事有凑巧(又是一个机会),他这时收到一本新杂志,其中一篇论文提到在胆石形成中,如果阻塞了胰导管,就会引起胰腺萎缩,但不发生糖尿病。班廷反复读了这篇文章,立即产生了一个设想:结扎狗的胰导管,待其腺泡萎缩后,提取其内分泌以治疗糖尿病。正是在这一设想的推动下,经过几个月的艰苦工作,终于发现了胰岛素,

  成为医学史上一个伟大的贡献〔7〕。

  以上所举的8个例子生动地说明了机遇在生命科学新发现中的作用。当然,很难明确区分上述机遇的两种情况,但确有很多新发现含有机遇的成分,如不及时抓住,稍纵即逝。这里,请记住著名科学家巴斯德的名言:“在观察的领域中,机遇只偏爱那种有准备的头脑”。

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