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      阿諾德:歷經(jīng)坎坷,終成酶的“導(dǎo)師”

      2019-06-17 04:43:19蘇更林
      讀者·校園版 2019年13期
      關(guān)鍵詞:加州理工學(xué)院阿諾德生物酶

      蘇更林

      隨著2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的揭曉,一個(gè)傳奇女性科學(xué)家的名字迅速進(jìn)入了公眾視野——弗朗西斯·阿諾德,她是一個(gè)科學(xué)上的勝利者,身上無數(shù)的光環(huán)令全世界矚目。從一個(gè)無拘無束的小女孩,到駕馭進(jìn)化力量的大科學(xué)家,阿諾德到底走過了怎樣的人生歷程呢?

      天馬行空的女孩

      1956年,阿諾德生于美國(guó),在賓夕法尼亞州匹茲堡的郊區(qū)長(zhǎng)大。阿諾德的家庭背景優(yōu)越,她的父親是核物理學(xué)家,兄弟們也都是科學(xué)家。在這樣自由、寬松的家庭氛圍中,阿諾德可以根據(jù)自己的興趣做任何事情,因此從小就養(yǎng)成了獨(dú)立的性格。即使后來經(jīng)濟(jì)一度困難,她也沒有選擇向他人求助。為了解決房租和生活費(fèi)的問題,她曾經(jīng)在一家出租車公司開過出租車,甚至還在一家俱樂部當(dāng)過調(diào)酒師。

      少年時(shí)期的阿諾德對(duì)于人生并沒有特別的規(guī)劃,只是一個(gè)有著天馬行空想象力的女孩。雖然不羈的性格讓她的學(xué)習(xí)成績(jī)受到了一定的影響,但她沒有放棄過自己,一直渴望能夠進(jìn)入一所好的大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)。后來,她申報(bào)了普林斯頓大學(xué)的機(jī)械和航空航天工程專業(yè),成了當(dāng)時(shí)班里唯一的女生。

      改變從化學(xué)開始

      阿諾德此前的人生軌跡似乎與化學(xué)并沒有太大的關(guān)系,用她的話來說,她最初的設(shè)想并不是當(dāng)一名科學(xué)家,而是成為一名外交官,或者某個(gè)跨國(guó)公司的CEO。

      20世紀(jì)70年代,石油危機(jī)以及三里島核泄漏事故引發(fā)了她的思考。20世紀(jì)80年代,生物燃料的發(fā)展使她對(duì)可再生能源產(chǎn)生了濃厚的興趣。阿諾德選擇到加州大學(xué)伯克利分校學(xué)習(xí)化學(xué)工程,而這也是改變她人生軌跡的一次重要選擇。1985年,她獲得化學(xué)工程博士學(xué)位;1986年,她轉(zhuǎn)至加州理工學(xué)院繼續(xù)進(jìn)行博士后科研工作,后來留校任教。

      阿諾德的研究側(cè)重于蛋白質(zhì)的定向進(jìn)化及其在替代能源、化學(xué)和醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代,阿諾德又在生物技術(shù)和工程方面取得了數(shù)十項(xiàng)專利和多項(xiàng)專業(yè)榮譽(yù),并且獲得了國(guó)家技術(shù)和創(chuàng)新獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

      然而,在由男性主導(dǎo)的工程領(lǐng)域,阿諾德的工作并沒有受到重視。

      有人質(zhì)疑阿諾德研究的不是科學(xué),還有人指責(zé)她傲慢自大。但是阿諾德根本不在乎這些,她仍然堅(jiān)定地走著自己的路。她說:“我不是科學(xué)家,也不是紳士,所以他們的說法不會(huì)困擾我……要說我傲慢,我從來都不否認(rèn),但我從不懷疑我所做的研究的實(shí)用性和重要性!”自信已經(jīng)成為她性格中的一部分,這對(duì)于她在科學(xué)研究中保持獨(dú)立性和創(chuàng)造性是至關(guān)重要的。

      把悲傷留在過去

      科學(xué)家也是普通人,他們的成就自然離不開家庭的支持。對(duì)阿諾德來說,在她的職業(yè)生涯走向輝煌的時(shí)候,接連不斷的家庭變故無疑是沉重的打擊。

      2001年,她的第一任丈夫詹姆斯·貝利因癌癥去世,兩人育有一子。

      阿諾德是一個(gè)工作狂,在加州理工學(xué)院的27年里,她只休過一次假。2005年,她與家人一起到澳大利亞、馬達(dá)加斯加等地休假。休假回來后,阿諾德被診斷出罹患乳腺癌。她勇敢地接受了抗癌治療并最終康復(fù)——是她的樂觀態(tài)度,增強(qiáng)了她戰(zhàn)勝疾病的信心。

      2010年,她的第二任丈夫蘭格自殺身亡,兩人育有兩子。作為一個(gè)單親媽媽,她不僅要照顧3個(gè)孩子,還要進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。2016年,厄運(yùn)再次降臨,她的一個(gè)兒子在一場(chǎng)事故中意外身亡。

      這對(duì)她的打擊實(shí)在是太大了。

      2017年,在加州理工學(xué)院的一次公開演講中,她提到自己的人生波折時(shí)幾度哽咽。

      她曾這樣安慰自己:“總有比我更不幸的人。我感謝每天都能做自己喜歡的事情。”是的,穿行在逆境之中,要懂得把悲傷留在過去,過好每一天,做好每一件事情。

      試管里的“進(jìn)化論”

      進(jìn)化創(chuàng)造了這個(gè)復(fù)雜而美麗的世界,其中生物酶扮演了極其重要的角色。而生物酶是一種極為特殊的高效催化劑,其化學(xué)本質(zhì)是具有催化活性的蛋白質(zhì)或核酸。

      自然界的氮循環(huán)離不開固氮酶的催化作用,它能以極其溫和的方式把分子氮還原為氨,并在整個(gè)過程中對(duì)環(huán)境都是友好的。而工業(yè)上合成氨,需要在高溫、高壓的條件下才能實(shí)現(xiàn),并且需要消耗大量的能源,同時(shí)產(chǎn)生大量的污染物。

      我們需要向大自然學(xué)習(xí),從進(jìn)化中獲得靈感,進(jìn)而來改進(jìn)我們的工業(yè)生產(chǎn)方法。阿諾德認(rèn)為應(yīng)當(dāng)模擬自然的進(jìn)化過程,用進(jìn)化的力量來造福人類,獲得人類所需要的酶,這是她不懈努力的方向。

      自然界中蘊(yùn)藏了極其豐富的酶,但有些酶并不能為我們所用。阿諾德作為“定向進(jìn)化”的先驅(qū),在馴化酶的研究中做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。而所謂“定向進(jìn)化”,就是在試管中模仿達(dá)爾文“進(jìn)化論”的過程,從而改良或創(chuàng)造新的酶類蛋白質(zhì)。

      對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行有目標(biāo)的進(jìn)化選擇,在自然界中可能需要數(shù)千年的時(shí)間,而在試管里只需要幾個(gè)小時(shí)就能實(shí)現(xiàn)了。然而,要獲得符合我們意愿和要求的生物酶,并不是一件容易的事情。阿諾德曾說:“我不在乎999999次的實(shí)驗(yàn)是否有用,我只想找到100萬次里面成功的那一次?!?/p>

      阿諾德在自然進(jìn)化的啟示下,在試管中通過“定向進(jìn)化”繁殖出了更好的生物酶。利用這些酶可以生產(chǎn)生物燃料、環(huán)保塑料、藥物以及其他特殊化學(xué)品,從而利用進(jìn)化的力量來解決人類的生態(tài)問題。

      阿諾德說:“定向進(jìn)化讓我們能夠重寫生命密碼,特別是用它來解決人類的問題?!蓖瑫r(shí)她還說:“我希望我的獲獎(jiǎng)能證明,女性可以把科學(xué)研究做得很好,并且同樣可以為世界做出貢獻(xiàn)!”

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