童第周是我國著名的生物學(xué)家、教育家,
也是我國實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的奠基人。
他的研究領(lǐng)域包括細(xì)胞生物學(xué)、
海洋生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等。
他的魚類核移植研究為中國的魚類克隆打下了基礎(chǔ),
他因此被譽(yù)為“克隆先驅(qū)”。
勤奮的學(xué)生時(shí)代
童第周的老家在浙江鄞縣(今寧波市鄞州區(qū))的一個(gè)山村,小時(shí)候的他就展現(xiàn)出了對(duì)生物學(xué)極大的興趣。父親常常教導(dǎo)他要好好學(xué)習(xí),并用生活中觀察到的“水滴石穿”現(xiàn)象來啟發(fā)他。不久后,童第周因?yàn)榉N種原因?qū)W習(xí)上有所懈怠。爸爸耐心地開導(dǎo)他,還給童第周寫了4個(gè)大字“滴水穿石”,這4個(gè)字成為童第周的座右銘,激勵(lì)著他不斷前行。
童第周在中學(xué)時(shí)期,因?yàn)榛A(chǔ)太差,第一個(gè)學(xué)期的平均成績只有 45 分,一度面臨被學(xué)校勒令退學(xué)或留級(jí)的境地。但童第周并沒有灰心喪氣,而是付出比別人更多的努力。每天天剛蒙蒙亮,他就借著路燈的燈光學(xué)習(xí)外語。期末考試他的成績?cè)诎嗌厦星懊瑪?shù)學(xué)更是一舉拿下了100 分的好成績,令人刮目相看。他心里一直有一個(gè)重要的信念就是“一定要爭氣”,不能讓同學(xué)和老師小看了自己。
童第周大學(xué)畢業(yè)后到比利時(shí)留學(xué),師從一位著名的生物學(xué)教授。那時(shí)候的中國積貧積弱,在國際上被人輕視,童第周作為中國留學(xué)生,同樣也被他的同學(xué)們看不起。但是童第周是一個(gè)不服輸?shù)娜?,誓要為中國人爭口氣。不久后機(jī)會(huì)來了,當(dāng)時(shí)進(jìn)行胚胎學(xué)研究,需要進(jìn)行剝除卵細(xì)胞膜的手術(shù),其中難度最大的一項(xiàng)就是剝除青蛙的卵膜。蛙卵只有米粒大小,周圍還包裹著 3 層類似蛋白的卵膜,因此該手術(shù)難度極高,很多年都沒有人能成功完成。但童第周憑借細(xì)致和耐心,成功完成了這項(xiàng)手術(shù),轟動(dòng)了整個(gè)歐洲生物界。不久,童第周又一次順利完成了海鞘卵膜剝離手術(shù),贏得了國際同行的廣泛贊譽(yù)。
拿到博士學(xué)位后,童第周毅然放棄了比利時(shí)優(yōu)越的生活和科研條件,1934年學(xué)成歸國,任山東大學(xué)生物系教授。
創(chuàng)立中國實(shí)驗(yàn)
胚胎學(xué)
棕蛙卵子受精面與對(duì)稱面關(guān)系研究,是童第周在比利時(shí)留學(xué)時(shí)的一項(xiàng)主要研究課題。最終,他成功地證明:棕蛙卵子的對(duì)稱面是由卵子里面的兩側(cè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)狀態(tài)決定的,并不完全由受精面決定。這項(xiàng)研究糾正了他的老師因方法缺陷而導(dǎo)致的錯(cuò)誤結(jié)論,促進(jìn)了國際胚胎學(xué)研究的進(jìn)步。同時(shí)在求學(xué)期間,童第周還完成了對(duì)海鞘早期發(fā)育的研究。
童第周在青島任山東大學(xué)生物系教授時(shí),一邊授課,一邊繼續(xù)對(duì)海鞘進(jìn)行研究。這項(xiàng)研究的目的,是查明海鞘卵質(zhì)中的成分在受精前的定位。結(jié)果他有了驚人的發(fā)現(xiàn),在精子進(jìn)入卵子前,器官形成物質(zhì)就已經(jīng)存在于未受精卵子中,并且具有一定分布。這也意味著,器官形成物質(zhì)的產(chǎn)生,并不由精子決定。此外,童第周觀察到海鞘胚胎的感覺細(xì)胞和吸附乳頭的形成由外來因素決定。這一切都證明了卵質(zhì)對(duì)個(gè)體發(fā)育的重要性,此開創(chuàng)性的科研成果,也奠定了童第周我國實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)創(chuàng)始人之一的地位。
揭示胚胎發(fā)育
的極性現(xiàn)象
抗戰(zhàn)爆發(fā)后,童第周隨學(xué)校遷往內(nèi)地的四川萬縣(今重慶市萬州區(qū)),先后在同濟(jì)大學(xué)生物系、復(fù)旦大學(xué)生物系任教。在此期間,童第周不僅在經(jīng)典胚胎學(xué)的基礎(chǔ)理論研究上取得了重大突破,而且還與同事一起揭示了胚胎發(fā)育的極性現(xiàn)象。
由于環(huán)境條件的限制,童第周被迫放棄了以海洋生物為樣本的研究,轉(zhuǎn)而用青蛙等兩棲類,以及金魚作為替代。他主要研究兩棲類胚胎的纖毛運(yùn)動(dòng),以及魚卵中的器官形成物質(zhì)的定位。
童第周和同事們一起認(rèn)真研究,深入探討胚胎發(fā)育的極性或軸性。他們發(fā)現(xiàn)胚胎纖毛運(yùn)動(dòng)的方向,會(huì)在胚胎發(fā)育的原腸期和神經(jīng)板初期決定。并且他們證明了胚胎纖毛具有感應(yīng)能力,能在誘導(dǎo)下決定自身運(yùn)動(dòng)的方向,而且這種感應(yīng)能力在個(gè)體發(fā)育中,會(huì)沿著胚胎的前后軸,從頭到尾逐漸減弱,這就是胚胎發(fā)育的極性現(xiàn)象。
更令人驚異的是,他們還找出了導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因——某種未知的化學(xué)物質(zhì)通過細(xì)胞間的滲透作用,誘導(dǎo)了胚胎纖毛的運(yùn)動(dòng)方向。這一切的一切,在生物學(xué)研究中都是重大的學(xué)術(shù)突破。這項(xiàng)研究為后世的科學(xué)家研究“纖毛遺傳病”的發(fā)病機(jī)理,如青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎,打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
研究文昌魚的發(fā)育
童第周最為人稱道的一項(xiàng)科研成果,是對(duì)文昌魚胚胎發(fā)育的研究。文昌魚是所有脊椎動(dòng)物的祖先,在生物進(jìn)化史上占有舉足輕重的地位。但文昌魚的卵子非常難獲取,并且體積極小,甚至沒有一顆小米粒大,因此國際上很少有人利用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)此進(jìn)行研究。
童第周和他的同事、學(xué)生們基于前人的研究成果挑戰(zhàn)了這個(gè)課題。文昌魚每晚六七點(diǎn)才開始產(chǎn)卵,童第周經(jīng)常要帶著同事和學(xué)生們,一直奮戰(zhàn)到第二天凌晨的兩三點(diǎn)鐘。哪怕再苦再累,這些了不起的科研工作者也沒有任何懈怠,始終全力以赴地對(duì)待他們的事業(yè)。
最終功夫不負(fù)有心人,童第周取得了一系列科研成果,比如證實(shí)文昌魚的卵子不是“嵌合型”而是“調(diào)整型”,和海鞘的卵子一樣具備調(diào)整能力;順利繪制完成了文昌魚胚胎發(fā)育預(yù)定器官圖譜,并被國際學(xué)術(shù)界廣泛采用;進(jìn)一步探討文昌魚卵子發(fā)育的調(diào)節(jié)能力,并成功論證文昌魚在進(jìn)化上的地位——介于脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物之間的過渡類型等。這一系列科研成果,確立了童第周在國際上的地位,并為后期細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)關(guān)系的研究提供了依據(jù)。
研究魚類細(xì)胞異種核移植
在20世紀(jì)60 年代,童第周在已被移除細(xì)胞核的角皮魚卵中移植了金魚的細(xì)胞核,經(jīng)過對(duì)魚卵發(fā)育出來的小魚進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn),小魚早期表現(xiàn)出來的性狀,似乎取決于細(xì)胞質(zhì)。緊接著,童第周又如法炮制,在去除了細(xì)胞核的鯽魚受精卵中,移植了鯉魚的細(xì)胞核。這次他觀察到成魚的部分性狀,介于鯽魚和鯉魚之間。這兩種情形,都證明了卵的細(xì)胞質(zhì)對(duì)形成性狀的作用。在后續(xù)的研究中,童第周還發(fā)現(xiàn),將金魚的細(xì)胞核移植到角皮魚的卵子中,在發(fā)育到特定時(shí)期后再將其移植回金魚的受精卵,有時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生兩種魚雜交胚胎的性狀。這很有可能是因?yàn)樵诮痿~細(xì)胞核被移植的那段時(shí)間,受到了角皮魚細(xì)胞質(zhì)的影響。
由此童第周提出了一個(gè)大膽的設(shè)想,通過移植細(xì)胞核來育種。用這種方法,可以將兩種原本不能雜交的魚的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,并遺傳下去。這為動(dòng)物育種以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,提供了一種全新的路徑。
“童魚”的誕生
著名畫家吳作人曾創(chuàng)作過一幅《睡蓮金魚圖》,畫面中有幾尾小金魚,但其中有一尾金魚和同伴們明顯不同,它竟然長著一條鯽魚的尾巴。這條魚是童第周在生物遺傳學(xué)上一次偉大實(shí)踐的產(chǎn)物,是他親手培育出來的“童魚”。
在20世紀(jì)70 年代,童第周與另一位偉大的生物學(xué)先驅(qū)美籍華裔科學(xué)家牛滿江合作,探討了鯽魚和鯉魚的核糖核酸對(duì)金魚尾鰭性狀的影響。他們證實(shí)了這種核糖核酸能夠讓金魚尾鰭的雙尾變成單尾,這在發(fā)育生物學(xué)與分子遺傳學(xué)中,同樣是一個(gè)研究潛力巨大的領(lǐng)域。
因?yàn)榻痿~只有在春天繁殖的時(shí)候才會(huì)排卵,要想采集金魚卵作為研究材料,就必須“精確卡點(diǎn)”。當(dāng)時(shí)童第周已經(jīng)年過花甲,但他仍然像年輕人一樣和助手們守在試驗(yàn)臺(tái)前,等著金魚排卵。
童第周要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),名為“核酸誘導(dǎo)”。簡單地說,就是在金魚受精卵的細(xì)胞質(zhì)中注入提純過的鯽魚卵的核酸,看最后發(fā)育出來的金魚的性狀會(huì)不會(huì)改變,由此驗(yàn)證鯽魚卵的核酸會(huì)不會(huì)對(duì)金魚卵產(chǎn)生影響。
最終,這群總共有 320 條的小魚長成后,兩位科學(xué)家驚喜地發(fā)現(xiàn),有106條小魚的尾巴從雙尾變成單尾,表現(xiàn)出了鯽魚的性狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明,鯽魚卵的核酸注入金魚卵后,對(duì)金魚性狀的改變確實(shí)有著明顯的作用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明,并非只有細(xì)胞核控制生物的遺傳性狀,細(xì)胞質(zhì)同樣也能影響性狀。
之后童第周也采用其他品種的魚類進(jìn)行相似的實(shí)驗(yàn),均獲得了成功。為了紀(jì)念童第周做出的卓越貢獻(xiàn),國際生物學(xué)界將童第周培育出來的長著鯽魚尾巴的小金魚,命名為“童魚”。