趙玉芬啟開生命的“混沌之門”

劉新平

雞與蛋，孰先孰后？生命本源，出自何處？這一千古不解之謎，曾讓無數(shù)科學(xué)家空耗畢生心血。人們只知道，在“雞”與“蛋”之前，橫著一扇混沌的大門；那里面，便是“雞”與“蛋”的原始生命，藏著所有生命的根。但一直以來，卻沒有一個人能夠走進(jìn)那扇門，去破譯物種——生命的奧秘！

臺灣彰化，散發(fā)著泥土芳香的鄉(xiāng)間小路上，一個小姑娘背著書包向我們走來。將來的某一天，她會高高地站在生命科學(xué)金字塔的尖頂，她會讓整個世界都為之震驚——

預(yù)言

上帝說：“我們要按照我們的形象，按照我們的模樣造人，讓他們統(tǒng)治海里的魚，空中的鳥，地上的牲畜，以及整個大地和大地上的一切爬蟲?！保ā杜f約全書·創(chuàng)世紀(jì)》）于是，在創(chuàng)造了萬物之后，上帝根據(jù)自己的形象造了男人；又用男人身上的肋骨制造出女人。

按照宗教的解釋，生命和人類便是如此誕生的。

1859年，英國神學(xué)學(xué)士達(dá)爾文發(fā)表了他的《物種起源》，對人和生命物種的變易、遺傳及生存競爭，進(jìn)行了開創(chuàng)性的論述，其“適者生存”的中心學(xué)說奠定了生物進(jìn)化機(jī)制的基礎(chǔ)?！吧裨烊f物”的經(jīng)典受到毀滅性打擊。

從那以后，一代代科學(xué)家都將目光轉(zhuǎn)向了“生命起源”這一領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)說他們的研究是卓有成效的，由此還誕生了生命科學(xué)史上最著名的兩大派別，即蛋白派與核酸派。前者認(rèn)為，組成生命的最基本和最主要的物質(zhì)是蛋白，先有蛋白后有核酸。蛋白是生命之源。而后者的論斷恰恰相反：先有核酸后有蛋白，核酸創(chuàng)造了生命。這兩派之爭，斷斷續(xù)續(xù)，綿延近百年。而他們爭論的實質(zhì)，東、西方哲人以一句極形象的比喻早就作了概括：世界上究竟是先有雞還是先有蛋？

哲人的比喻頗有些無奈的意味；而科學(xué)家的疑慮則要明確得多。美國知名學(xué)者、生物化學(xué)家瑪古麗斯曾憂心忡忡地說過：在生命起源的化學(xué)進(jìn)化中，從無生命分子到核酸、蛋白這些有生命大分子之間，究竟存在著什么環(huán)節(jié)呢？這其間的混沌狀態(tài)究竟何年何月才能得到澄清呢？

確實，非止瑪古麗斯一人，有多少從事生命化學(xué)研究的專家、學(xué)者，皓首窮經(jīng)，終其一生，也未能走進(jìn)那扇混沌之門，未能真正解開生命起源的奧秘。他們臨終前的悲慨與無奈，曾讓多少后來者陷入深深的迷惘中。

因此，便有預(yù)言家預(yù)言：這項世界科學(xué)史上的頂級難題，還將繼續(xù)困擾科學(xué)家們至少兩個世紀(jì)！

師恩難報

當(dāng)初，走在家鄉(xiāng)散發(fā)著泥土芳香的田塍上時，那個叫做趙玉芬的女孩心情一點兒都不輕松。那時，她不可能想到，在本世紀(jì)最后一個十年里，她將成為世界科學(xué)界最令人注目的人物；地球生命科學(xué)史，將由她來寫上最有份量的一筆。對于科學(xué)家們而言，這不帝是一個新紀(jì)元的開始——但那個時候，她心心念念，只是希望父親的病能盡快好起來，母親肩上的擔(dān)子能輕一些。除了完成課業(yè)，她還希望自己能多些時間幫幫母親，繡花，收麻，曬稻谷。

在臺灣，初中的物理和化學(xué)是連在一起的，統(tǒng)稱理化課。趙玉芬的理化老師叫孔祥真，是孔圣一脈的七十二代傳人。就是這位年輕的女教師，引領(lǐng)趙玉芬跨進(jìn)了化學(xué)的天地。老師在課堂上做的化學(xué)實驗演示，使趙玉芬一下子心醉神迷了?！胺肿拥氖澜缡嵌嗝瓷衿嫜剑　?3歲女孩這聲發(fā)自內(nèi)心的贊嘆，猶如阿拉丁的神燈，從此照亮了她以后的人生道路。

高中時，化學(xué)有了較為嚴(yán)密的體系。教無機(jī)化學(xué)的張昭鼎老師對趙玉芬產(chǎn)生了極大的影響。這位曾留學(xué)德國的青年學(xué)子，以清新、活潑的教風(fēng)，強化了趙玉芬對于化學(xué)的興趣。高中畢業(yè)后，趙玉芬能考入新竹清華大學(xué)化學(xué)系，張昭鼎功不可沒。

1992年，兩岸清華學(xué)人互訪。其時任職于新竹清華的張昭鼎率隊赴京，在清華園里，張昭鼎見到了30年前的學(xué)生、當(dāng)時已是清華大名鼎鼎的教授和中科院最年輕院士的趙玉芬。師生相見，那一份銘心刻骨的激動，趙玉芬至今難忘。數(shù)年后，即1996年6月，應(yīng)新竹清華大學(xué)校長沈石汕先生邀請，趙玉芬回到臺灣的母校講學(xué)。她見到了初中時的孔祥真老師；而4年前與她相晤過的張昭鼎老師已經(jīng)不在了。音容宛在，而斯人已逝；在張老師的遺像前，趙玉芬熱淚長流，難以自制——此是后話！

在彰化女子中學(xué)讀到高二的時候，發(fā)生過一件事，差點斷送了趙玉芬的前程：那年，父親病故，家里的生活更加拮據(jù)。親友中有人提議，要將趙玉芬送到天主教堂，原因是讀中學(xué)的修女可以免除學(xué)費和生活費。因為母親的反對，趙玉芬才得以讀完高中，并以第一志愿考入新竹清華大學(xué)化學(xué)系。她是彰化女中考入新竹清華第一人。

留學(xué)美國

公元1971年，趙玉芬大學(xué)畢業(yè)，旋即考取了留美全額獎學(xué)金。在紐約州立大學(xué)石溪分校入學(xué)測考時，總分第一，可以直接讀博士，趙玉芬便選擇諾米爾茲教授作導(dǎo)師。雖然她已經(jīng)聽人說起過，這位磷化學(xué)的鼻祖之一，是個極為嚴(yán)厲的老頭。而老頭子在看了趙玉芬的成績冊之后，立刻就決定收下這個女弟子。在諾米爾茲足可組成一個微型聯(lián)合國的學(xué)生中，趙玉芬是唯一的中國人。后來有人問趙玉芬：“你怕那個老頭子嗎？”趙玉芬笑，很開心的樣子：“干嘛怕！他夸我還來不及呢！”

如外人所說，諾米爾茲老頭的嚴(yán)厲的確讓人生畏。趙玉芬剛到他的實驗室不久，就親眼看見一位美國的博士后被老頭子一頓訓(xùn)斥，耷拉著腦袋離開了實驗室。以后，趙玉芬就沒有見過那位博士后“師兄”。一打聽，才知導(dǎo)師已經(jīng)把“師兄”給辭了。

可令所有人驚訝不已的是，嚴(yán)厲的導(dǎo)師對他的女弟子卻是青眼有加。與他訓(xùn)人時的汪洋恣肆相同，他夸獎趙玉芬

時，從不吝惜溢美之辭。

諾米爾茲讓趙玉芬以一個文獻(xiàn)為藍(lán)本做溴化鎂的實驗。按照規(guī)矩，她只需完成文獻(xiàn)上的結(jié)果就可以交差了。但她活躍的思維方式和女性可貴的敏銳與直覺，使她很快發(fā)現(xiàn)了文獻(xiàn)上只字未提、世界上也從未報道過的五種新的化學(xué)結(jié)構(gòu)，她立即用X光衍射方法將其精確的絕對結(jié)構(gòu)定下來，寫成一篇高質(zhì)量的論文，發(fā)表在美國的《化學(xué)會志》上……類似的事情常有。她做的實驗也總是超出導(dǎo)師的預(yù)期結(jié)果。

諾米爾茲是五配位磷化學(xué)的創(chuàng)始人。徒從師道。趙玉芬的博士論文也是關(guān)于五配位磷的。她在論文里解釋的是生命化學(xué)里ATP（即能量貨幣，因為生物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)化都要依賴ATP）最重要的分子在變化過程中的過渡態(tài)。趙玉芬嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撌龊痛罅康膶嶒灲Y(jié)果，在導(dǎo)師的文本里和已有的文獻(xiàn)記載中，是找不到任何出處的，新鮮而獨特。故論文發(fā)表后，立刻在磷化學(xué)界引起震動。美國出版的《五配位磷化學(xué)》一書，將其引在前言上，指出論文對磷化學(xué)的發(fā)展“貢獻(xiàn)極大”。諾米爾茲后來在課堂上總是如此告誡他的博士和博士后們：“要跟蹤，要監(jiān)測；當(dāng)某一個化學(xué)反應(yīng)沒有出現(xiàn)預(yù)測的結(jié)果時，不要輕易認(rèn)為這是失敗；要鉆進(jìn)去，搞清楚這究竟是什么。這個沒有依照你舊的思維方式測出的結(jié)果很有可能就是一個創(chuàng)新——你們中間的趙，就是這么去做的。她走到你們所有人的前面?！崩项^兒說到最后時，眼里滿是笑意，為自己當(dāng)初的慧眼識人而陶醉不已。

博士生畢業(yè)，諾米爾茲將趙玉芬推薦給好友、紐約NYU私立大學(xué)著名的核酸化學(xué)家哈皮羅教授做博士后。哈皮羅交給趙玉芬的課題是核酸RNA與DNA的交聯(lián)反應(yīng)。在她之前，已經(jīng)有三任博士后做這個課題，結(jié)果卻都交了白卷。趙玉芬迎接了這一挑戰(zhàn)。為做好實驗，她專程去華盛頓學(xué)習(xí)使用反相高壓液相色譜儀。實驗中，她發(fā)現(xiàn)RNA與DNA聯(lián)接點的三種堿基可以被甲醛交聯(lián)、可自身和交叉交聯(lián)等7種交聯(lián)態(tài)。過去，國際上只發(fā)現(xiàn)了2種，現(xiàn)在新出現(xiàn)了5種，這一發(fā)現(xiàn)令她欣喜不已。她緊緊咬住不放，重復(fù)做了大量艱難而復(fù)雜的實驗，終于做出了令人信服的論證。據(jù)此形成的論文，發(fā)表在美國最權(quán)威的生化雜志上。哈皮羅對諾米爾茲說：“你就得推薦這樣的好學(xué)生來?！敝Z米爾茲說：“老兄，這就是我最好的學(xué)生了?！眱蓚€老頭擊掌而笑。

博士后期間師從哈皮羅，對趙玉芬來講，意義非常。諾米爾茲在磷化學(xué)領(lǐng)域，當(dāng)然是公認(rèn)的一代宗師，其創(chuàng)見和學(xué)識幾無人可與匹敵。但這位導(dǎo)師或許是過于追求術(shù)業(yè)的專精了，他只是把他的專業(yè)當(dāng)成經(jīng)典來做。就像面對著一個已經(jīng)完美無缺的動物標(biāo)本，他后來所做的，只是如何讓這具已堪稱經(jīng)典的標(biāo)本更趨完善，卻沒有回過頭來考證一下這具標(biāo)本以前的形態(tài)，它所生存的環(huán)境，究竟是水草豐美的草原，還是一望無垠的戈壁大漠——老頭子似乎對此根本就缺乏興趣。這就使得諾米爾茲從未將他經(jīng)典的磷化學(xué)與生命化學(xué)聯(lián)接起來，做些旁瞻或他顧的研究工作。換句話說，作為導(dǎo)師的諾米爾茲，其實是將一個最大的難題留給了他的學(xué)生。

在哈皮羅門下，趙玉芬拓展了自己的專業(yè)領(lǐng)域，學(xué)術(shù)交聯(lián)與融合的結(jié)果，使她完成了從有機(jī)磷化學(xué)向生命化學(xué)的過渡，為她最后那最輝煌的一躍，打下了堅實的基礎(chǔ)。

歸宗

趙玉芬祖籍河南淇縣。淇縣，3000年前叫朝歌，是商朝的國都。圍繞淇縣的淇河，在《詩經(jīng)》中也早有記載。翻開“國風(fēng)”，在《桑中》一詩中，淇水岸邊相會的情人，正隔著千年風(fēng)塵，唱著兩情相悅、山盟海誓的戀歌：

yuan采唐矣？沫之鄉(xiāng)矣！云誰之思？美孟姜矣！

期我乎桑中，要我乎上宮，送我乎淇之上矣……

是受了楊振寧博士的引導(dǎo)，趙玉芬回到了故鄉(xiāng)。當(dāng)她站在被母親提起過無數(shù)次的清清的淇河邊上的時候，那首叫

做《桑中》的古詩就在她的耳畔一遍遍響起。她的眼睛里漸漸地溢滿了淚水。作為一個生化科學(xué)家，她那時還沒有破譯出生命之源的奧秘；但作為一個人，她卻先一步尋到了自己的血脈之根。

告別了曼哈頓大廈年薪4萬美元的差事（剛剛讀完博士后，就有這等美差，曾讓周圍的人羨慕不已），她回到大陸，在中科院化學(xué)所從事研究工作。

以后的事實證明，找到了血脈之源，趙玉芬似乎也就為自己找到了一份好運氣。因為在1979年回國后，她接觸的第一個課題，是用三尖杉脂母核制作抗癌藥物。實驗中，她首次使用了磷?；?，實現(xiàn)了最簡單的氨基酸——甘氨酸的磷?；?。同時她敏銳地察覺到，本來很穩(wěn)定、單個的、化學(xué)性質(zhì)極不活潑的氨基酸，一旦與磷聯(lián)接起來，它立刻就被激活，變成有生命力的化合物，可以長大，可以交換信息，可以跳來跳去地改變位置。這是任何教材上都不曾提及的一種實驗現(xiàn)象。電光火石般的一閃念，趙玉芬突然意識到了磷在生命化學(xué)進(jìn)程中的重要地位。直覺告訴她，如果沿著這條思路走下去，她將很快可以逼近生命化學(xué)要回答的那個爭論不休的生命起源問題。

開啟混沌之門

接下來她要搞清楚的最棘手的難題是：磷在生命化學(xué)進(jìn)程中，到底扮演何種角色。她開始將磷與20種不同的天然氨基酸聯(lián)接起來，合成各種N——磷酰氨基酸。用兩年的時間，她將包括甘氨酸、丙氨酸在內(nèi)的7種磷?；蟮陌被岫ǔ隽私Y(jié)構(gòu)，它們獨特的仿生反應(yīng)，令趙玉芬驚奇不已。

1953年，有位美國的科學(xué)家曾將磷和氨基酸結(jié)合過，也發(fā)現(xiàn)過化合物會變化的奇怪現(xiàn)象。但他只做過一次實驗，發(fā)表了一篇論文。此后就自以為“功德圓滿”地放棄了。趙玉芬卻堅持了下來——她又深入地作了絲氨酸、天冬氨酸和組氨酸的磷?；瘜嶒灒俅伟l(fā)現(xiàn)這3種氨基酸加入磷以后的奇特反應(yīng)：非?；顫?，變化極快，而且，這些N——磷酰氨基酸和生成的小肽還具備特有的自身活化現(xiàn)象——可自身成肽、成脂、磷上脂交換等。同時，她還發(fā)現(xiàn)了磷酰基的存在對氨基酸細(xì)微結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出的顯著化學(xué)放大效應(yīng)。這正是生命化學(xué)的基本反應(yīng)。

實驗的重點自此進(jìn)入氨基酸的磷?；瘷C(jī)制。

在實驗室里，趙玉芬完成了最重要的兩個實驗：磷?；被嶙陨斫M裝成了蛋白，與核苷合成了核酸。

生命起源的混沌之門，轟然開啟。

1991年，趙玉芬完成了她科學(xué)生涯中最重要的一篇論文《生命化學(xué)的基本元件：磷酰化氨基酸是核酸和蛋白的共同起源》。1992年，在法國召開的第12屆國際磷化學(xué)學(xué)術(shù)大會上，趙玉芬又作了《磷酷基的參與是生命化學(xué)的關(guān)鍵》的報告，她明確提出：“磷?；膮⑴c是通過六配位的過渡態(tài)體現(xiàn)出來的，調(diào)控生命化學(xué)的基制是六配位的磷?！眳⒓哟髸谋姸鄬W(xué)者，包括一些獲得過諾貝爾獎的知名科學(xué)家，紛紛認(rèn)為，“這是整個大會最具創(chuàng)新意義、也是最有價值的一個報告”，“趙的突出貢獻(xiàn)，預(yù)示著生命化學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)一個全新的學(xué)派”。

此后數(shù)年，趙玉芬有關(guān)生命起源的研究成果，被世界上越來越多的科學(xué)家們所認(rèn)識和接受。她在生命化學(xué)領(lǐng)域里不可替代的地位，從此奠定。

1996年7月9日下午，法國奧爾良，第11屆國際生命起源大會。趙玉芬以大量、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灣晒突瘜W(xué)、數(shù)學(xué)、動力學(xué)三種模型，令人無可辯駁地證明了一種磷和氨基酸的化合物——磷?；被崾巧鹪吹姆N子；這種最小的有生物活性的分子能同時產(chǎn)生蛋白和核酸。而生命，正是在此基礎(chǔ)上形成的。

臺下是雷鳴般的掌聲。這至少表明，作為一個科學(xué)家，她已經(jīng)完成了她生命史上一次最輝煌的創(chuàng)建。

趙玉芬屬于那種有條不紊的人，但其思維和行事方式，絕對與眾不同。到抽屜里找一份材料，沒有，她會在用腿關(guān)上抽屜的同時，用手打開上一層抽屜。中新社的一位記者采訪她，她為記者講解分子具有生命現(xiàn)象的4個必要和充分條件：自我長大，能夠復(fù)制，物質(zhì)與信息交流，自我進(jìn)化。記者在采訪本上龍飛鳳舞地記著。突然，趙玉芬探過身去，用筆在記者的采訪本上點了一下：錯了，不是復(fù)印，是復(fù)制！科學(xué)家的敏銳和驚人的洞見，讓記者敬服不已。

趙玉芬當(dāng)然不是那種一味鉆進(jìn)自己的專業(yè)里出不來的人。同桌吃飯時，她談鋒甚健。營養(yǎng)保健、時裝首飾、社會治安，包括氣功和特異功能，大家提出的任何一種話題，她都顯示出極大的興趣，而且，每每出語驚人。

趙玉芬1991年當(dāng)選中國科學(xué)院院士，1995年當(dāng)選國際科學(xué)院院士。現(xiàn)任生命有機(jī)磷化學(xué)國家教委對外開放實驗室主任，清華大學(xué)生命科學(xué)與工程研究院副院長；全國政協(xié)委員，全國青聯(lián)副主席。