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  • 作者:記者 倪偉波綜合報道 來源: 發布時間:2018-7-3 11:42:43
    諾獎得主Jens Christian Skou:
    研究就像石油鉆探

     
    “其實,研究就像石油鉆探:顯然,生產石油的平臺必須具備必要的資源,但我們都知道,終有一天,這口油井會干涸枯竭。因此,即便冒著找不到任何石油的風險,我們都必須不斷地鉆探新井。”
     
    2008年,90歲高齡的諾貝爾獎獲得者、醫學博士和生理學家Jens Christian Skou在接受媒體采訪時說出了上述這段話。
     
    在發現一種存在于所有人類細胞中,雖然小但極其重要的酶——鈉鉀泵(Sodium-Potassium Pump)四十年之后,Skou與美國生物化學家Paul Boyer、英國化學家John Walker共同獲得了1997年的諾貝爾化學獎。
     
    丹麥時間2018年5月28日,99歲的鈉鉀泵的發現者、丹麥奧胡斯大學榮退教授Skou永遠離開了他最摯愛的研究。
     
    著迷于麻醉
     
    1918年10月8日,Skou出生于丹麥萊姆維市一個富裕的家庭。
     
    從事木材和煤炭生意的父親在Skou12歲時,因肺炎去世,隨后他的母親接管了公司。15歲時,他進入了位于西蘭島的Haslev小鎮的一所寄宿高中,這時期,Skou對科學科目充滿了興趣,特別是數學。
     
    1937年,他考入哥本哈根大學專攻醫學。在大學期間,他用了3年的時間攻讀物理、化學、解剖學、生物化學和生理學,隨后又在4年內集中精力學習臨床科目、病理學、法醫學、藥理學和公共衛生學。1944年夏天,Skou獲得了哥本哈根大學醫學學位。
     
    當時正處于第二次世界大戰期間,丹麥被德國占領,局勢非常緊張。即便如此,Skou對醫學的興趣并沒有受到任何影響。
     
    從哥本哈根大學畢業當年,Skou便在丹麥北部城市紐靈的一家醫院擔任實習醫師,在內科病房待了6個月之后,他又去外科病房工作了半年。這一年的實習經歷,讓Skou對手術產生了極大的興趣,并立志成為一名外科醫生。
     
    但在那時,他惟有通過撰寫博士論文才能實現成為醫生的夢想。擔任實習醫師期間,Skou已被局部麻醉的深層機制深深吸引,于是他決定將其作為論文的主題。
     
    為了撰寫有關麻醉和局部麻醉毒性作用機制的博士論文,在停止了臨床訓練之后,Skou于1947年向丹麥奧胡斯大學醫學生理學研究所申請了一個職位。4年后,這篇關于物質的麻醉能力及其在脂肪中溶解度之間的關系的論文終于完成。
     
    然而Skou并沒有停下研究的腳步。就這樣,一位希望深入了解局部麻醉對神經細胞膜的影響的研究者誕生了。1954年,Skou獲得了奧胡斯大學博士學位,隨后留校任教。
     
    “這是一個令人驚嘆的時期,也許是我一生中最好的時期,”回憶起當年的工作和學習經歷,他由衷地感嘆道。
     
    意外“轉行”
     
    1953年,在美國伍茲霍爾海洋生物學實驗室學習期間,Skou無意中讀到了一篇關于槍烏賊神經膜中的ATP酶的文章,便產生了濃厚的興趣。
     
    ATP即三磷酸腺苷,是為細胞提供能量的燃料,ATP酶是一種能將ATP催化水解為ADP(二磷酸腺苷)和磷酸根離子的酶,這是一個釋放能量的反應。但是Skou對神經膜中能量釋放酶的作用持懷疑態度。不久后,他回到奧胡斯大學,立即著手尋找這種ATP酶。
     
    彼時,學術界的關注熱點在于研究受刺激之后的神經細胞中鈉和鉀的運動情況。以英國生理學家Alan Lloyd Hodgkin爵士和Richard Darwin Keynes等為代表的科學家們一直從事著這方面的研究。他們發現,神經元激活時,鈉離子涌進細胞。當離子穿過膜被轉運回時,鈉濃度平衡才得以恢復。由于轉運是逆濃度梯度(從低濃度區到高濃度區)進行的,這個過程需要能量,所需能量就是由載能分子ATP酶提供的。但是其中的工作機制究竟如何,學術界一直沒有結果,這讓Skou無比好奇。
     
    在查找文獻時,他了解到,1948年,美國生理學家Benjamin Libet在槍烏賊巨大神經軸突鞘上發現有ATP水解酶的存在。于是,他決定在槍烏賊上尋找突破口。
     
    然而,當時的Skou只是一名助理教授,并沒有資格得到槍烏賊巨大神經實驗材料,所以他只有退而求其次,選擇了螃蟹神經作為替代品進行研究。短短幾年間,大約有25000只螃蟹成為了他的實驗品。
     
    功夫不負有心人。他終于在多次失敗后發現了鈉鉀ATP酶。在實驗中,他發現,束縛于細胞膜的鈉鉀ATP酶被外部的鉀和內部的鈉所激活。酶將鈉泵出細胞并將鉀泵入細胞,從而維持相對于周圍外部環境的細胞內部的高鉀濃度和低鈉濃度。換句話說,這種酶似乎起著一種類似于水泵的作用。
     
    1957年,Skou將這一發現以“一些陽離子對外周神經ATP酶的影響”為題發表在《生物化學和生物物理》雜志上,此時,他還沒有意識到這一發現的重要性。
     
    諾獎級的成果
     
    直到一次“偶然”的學術事件才使這一重量級的科學發現首次得到重視。
     
    1958年,當Skou參加維也納的第四屆國際生物化學學術會議時,碰巧遇到了曾同在美國伍茲霍爾海洋生物學實驗室工作過的同事。在交談中,Skou告訴了這位同事關于自己最新的研究成果,該同事確信Skou已經證明了酶是轉運系統。
     
    1960年,這位同事寫了一篇關于血紅細胞主動轉運實驗的文章。在該文中,他使用了Skou來自螃蟹實驗的研究結果,卻“忘了”標注該結果來自Skou1957年發表的論文以及該論文已經證明了酶與主動轉運相關。
     
    得知此事后,Skou非常生氣。不過,事情最終得到了很好地解決。這位美國同事在一次聯合會議上為自己的“錯誤行為”道歉。隨后,久負盛名的科學雜志《生理學評論》(Physiology Review)邀請Skou撰寫一篇關于酶作為轉運系統的綜述文章,至此,這一重量級的科學發現才首次得到了重視。
     
    “當我聲稱一種酶可以傳遞離子時,人們認為我在胡說八道。”Skou坦言,而事實證明了他的研究工作具有里程碑式的重大貢獻。
     
    由于鈉離子的外運與鉀離子的內運耦聯,人們將其稱為鈉鉀泵。基于此,科學家們驚奇地發現,鈉鉀泵是存在于所有人類細胞中,負責持續維持最佳離子平衡的一種極其重要的酶。它消耗了大量的能量——機體大約四分之一的能量,即ATP均用于維持鈉鉀泵運轉;在大腦中這一比率達到接近70%。
     
    毫無疑問,Skou的發現開啟了人類認識離子泵的先河。因此,1997年,他與兩位杰出的科學家共同獲得了1997年的諾貝爾化學獎。
     
    “他對奧胡斯大學整個健康科學研究的重要性,尤其是生物醫學系的重要性,是無法估量的。”奧胡斯大學在發布Skou的訃告中如是評價。
     
    如今,Skou雖然離開了他終生為之奮斗的科學研究,但是人們對他的記憶永遠不會消失。在奧胡斯大學生物醫學部,一座以Skou命名的大樓將于今年10月竣工,在這里,有一批人將在他開創的科學道路上繼續開拓創新,勇攀科學高峰。■
     
    《科學新聞》 (科學新聞2018年6月刊 走近諾獎)
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