唐有祺先生和化学与生命科学交叉研究
从1984年进入唐有祺先生所领导的北京大学化学系结构化学实验室做本科毕业论文开始算起,我追随唐先生从事化学与生命科学交叉研究已有三十多年的时间,在为人、治学、育人等诸方面受到先生教诲。值此庆祝先生期颐寿辰之际,回顾先生为推动我国化学与生命科学交叉研究所作的不懈努力,记录和分享我与先生交往的一些经历和感悟,向唐先生致敬。
一、青年学子的引路人
我第一次见到唐有祺先生是在1981年6月,当时我是北京大学化学系大学一年级学生,唐先生邀请他的导师诺贝尔化学奖获得者鲍林(Linus Pauling)教授访问北大,记得当时安排鲍林教授在北大办公楼礼堂做报告,唐先生主持报告会。多年过后,我对于鲍林教授当时的报告内容已经记不太清楚,但印象深刻的是当时爆满的会场、办公楼前拥挤的人群和报告结束后我和其它学生们一起追着鲍林教授走了很远,同学们都为能见到这样伟大的科学家而激动万分。这是我第一次见到诺贝尔奖获得者,也是第一次见到唐先生。我由此开始了解到结构化学的重要性,逐步认识到可以应用结构化学研究手段揭示复杂化学体系的规律。大三分专业时我坚定地选择了物理化学,并在大四时顺利进入唐先生领导的结构化学实验室做本科毕业论文。
1984年秋我在北大化学系结构化学实验室开始硕士研究生学习,在唐先生的学生邵美成教授指导下做硕士论文,主要研究方向为单晶结构测定和金属有机氢化物活化碳氢键的机理研究。1987年硕士毕业后我正式成为唐先生的博士研究生,由此开始追随先生进行化学与生命科学交叉学科研究。我从博士阶段开始研究蛋白质结构与功能的关系,开展功能蛋白质设计。博士毕业后又开始进行基于结构的药物设计研究。在唐先生分子工程学思想指引下,我自己研究组的工作总体上都可以归纳为以性能为导向进行生物分子设计。
我自己成为博士生导师后,经常回顾自己的研究生经历,学习唐先生关于研究生培养的论述,每每会有很多新的收获和感悟。唐先生认为博士生培养应以培养学术带头人为目标,既“要注意他们学术水平的提高”,“也要对他们的领导才干,即leadership提出要求,并进行培养”。要求博士生“基础要打得好,要宽厚,并能深入到某一专题中去,做出点新东西或学问来”。“对学问来说,没有深度,就谈不到广度;而在学问深处,各个学科之间盘根错节,才出现了真正可取的广度”。唐先生对于如何培养研究生的创造性也有很多论述(唐有祺,“博士生培养工作”,1983年在北京大学博士生导师座谈会上的发言,收录于《唐有祺文集》第一卷,第77-80页,河北教育出版社,2008年)。为了督促博士生打好基础,在当时的博士生资格考试中,唐先生要求学生选择十个与自己的研究课题不同方向的问题进行书面和口头论述,考试时老师会围绕这十个问题所涉及的基础进行考察。唐先生特别强调导师要有意识地培养博士生的独立工作能力,为学生创造学术气氛,在治学态度、方法上进行引导和启发,在具体环节要多放手。
二、我国结构化学和结构生物学研究的开拓者
唐先生对于学术前沿非常敏锐,思想活跃,勇于开拓新的研究领域。在人生的重大选择关头,总是将为国家发展做贡献排在首位。上世纪五十年代回国后一直在践行“把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中”。唐先生在加州理工学院的博士论文揭示了合金系Pb-Tl和Pt-Cu中形成的超结构以及六次甲基四胺与二氯化锰形成复合物的结构本质,他1950年夏毕业后以Hale博士后身份留校工作,继续之前已经开始的血红蛋白晶体结构研究,并于1951年发表了血红蛋白晶体及衍射数据分析的文章。当年鲍林的蛋白质二级结构模型即将发表,鲍林和英国的一些实验室在热火朝天进行血红蛋白等蛋白质的晶体结构测定,希望可以第一个揭开蛋白质三维结构的面纱,分子生物学正处于发展的前夜,是科学史上难得的重大突破时机。1959年英国的Kendrew和Perutz完成了肌红蛋白和血红蛋白的晶体结构测定,并于1962年获得诺贝尔化学奖。唐先生与Perutz教授是多年的好朋友。我多次听先生讲到当年的情形,感到虽然他对于离开正在开展的蛋白质结构研究有一些遗憾,但更多的是想要回国参加新中国建设的迫切心情。1951年夏天唐先生以到欧洲开会为名辗转三个月,克服难以想象的困难才回到国内。唐先生经常会谈起Waston和Crick 提出DNA双螺旋模型幕后的故事,强调建立生物分子结构模型时一定要考虑其在细胞内的功能。他说当年鲍林教授由于美国麦卡锡主义盛行被没收了护照,无法去英国进行学术访问,错失了看到DNA衍射图从而提出双螺旋模型的机会。
唐先生1951年9月开始在清华大学化学系任教后首次在国内开设了前沿的分子结构和化学键本质课程,1952年院系调整后到北京大学化学系任教,从零开始培养我国的晶体和结构化学研究队伍,通过开设晶体学、结晶化学等课程并编写相应教材,在北京大学开设面向全国的晶体学讲习班等,为我国的化学、物理和地质矿物学界培养了最早的一批从事晶体结构研究的人才。在极其困难的情况下,在北京大学、中科院应用物理研究所和化学所建成晶体化学实验室,从1956年开始发表了三硫化四磷、丙烯醛亚硫酸氢钠加合物、葡萄石的晶体结构等我国第一批晶体结构文章,做出了当时世界水平的工作。那时用X-光胶片收集衍射数据,用目测法进行强度估计,再进行手工结构试算,需要研究者具有深厚的晶体学基础和高超的理论水平。
1965年我国科学家完成了人工合成结晶牛胰岛素的项目,在1966年4月召开的人工合成胰岛素研究成果鉴定会上唐先生提出应该抓紧时间进行胰岛素的晶体结构测定,被推选为该项目的学术带头人。因政治因素被迫退出项目组后,唐先生一直在幕后指导学生,解决了胰岛素结构解析的相位问题,为1971年最终完成胰岛素的晶体结构测定做出了重要贡献。1978年改革开放后,唐先生以极大的热情重建结构研究实验室,1979年引进了国内第一台X-射线四圆衍射仪,一年内就完成仪器安装调试开始正常工作,1982年举办了四圆衍射仪单晶结构测定培训班,为国内各单位建设晶体结构测定实验室培养了大批人才。
为了建设生物大分子结构测定实验室,唐先生推荐陈忠国老师1979年到德国马普协会生物化学研究所Robert Huber实验室进修(Huber教授与John Deisenhofer, Hartmut Mitchell一起于1988年因为测定膜蛋白结构的贡献获得诺贝尔化学奖),并且支持他延长在德国的进修期限获得博士学位后再回国。陈忠国老师1982年回到北大后,唐先生主持引进了当时日本理学最先进的转靶X光四圆衍射仪,并将自己的办公室让出来安装X光机,很快使得实验室可以开始运行。通过与蛋白质抑制剂研究专家上海生化所的戚正武研究员合作,于1986年完成了我国第一个生物大分子复合物的晶体结构测定。随着晶体结构测定方法和仪器的快速发展,积累了大量数据,唐先生在八十年后期提出应尽快开展蛋白质结构与功能设计这一新的研究方向。
三、我国化学与生命科学交叉研究的倡导者
唐先生对于学科发展具有高屋建瓴的战略思想,他很早就意识到化学将为进入分子水平的生命科学发展发挥巨大作用,特别痛惜由于文革所造成的科研空窗期使我国错失了生物学进入分子水平发展的黄金时期。他认为国内的化学与生命科学研究与教学都产生了很大的错节,因此不遗余力地推动我国化学与生命科学的交叉研究。从七十年代末开始,他利用出国开会交流的机会了解国际上生命科学发展的最新进展,购买专业教材及专著,从中特别选择了适合化学出身的人学习生物化学的教材(Biochemistry, Lubert Stryer)组织人员进行翻译,1987年由北京大学出版社出版。这本译著的出版为我国生物化学教学带来了前沿教材,为一大批化学工作者进入生命科学研究提供了指导。从1989年开始,唐先生通过国家教委科技委多次组织生命化学研讨会,呼吁化学研究者从分子水平上研究生命现象,并为化学工作者如何参与生命科学研究提出建议。在他的积极推动下,“生命过程中重要化学问题研究”作为首批国家攀登项目于1991年正式立项,由唐先生担任首席科学家。事实上,唐先生一直在呼吁国家重视基础研究,在推动攀登计划的设立和实施过程中发挥了重要作用。他组织国内多所大学和研究单位的化学家和生物学家共同承担“生命过程中重要化学问题研究”攀登项目,鼓励化学家转向从事化学与生命科学交叉研究,推动化学家与生物学家的紧密合作。参加项目的研究人员来自北京大学化学学院、北京医科大学药学院(现北京大学药学院)、中国科学院有机化学研究所、感光化学研究所、生态中心、上海细胞所、复旦大学遗传所、中国科技大学生物系、南京大学生科院、浙江大学等单位,开启了我国化学生物学研究的序幕。该项目于1996年7月结题验收时受到专家组的高度评价,认为项目在糖和核酸化学前沿、蛋白质结构与功能及其全新设计、具有催化活性的生物分子体系等生命过程中重要化学问题研究领域取得了一批重要成果,培养和稳定了一批交叉学科研究队伍,为我国的化学与生命科学交叉研究发展开创了新局面,推动了化学学科的创新发展。唐先生一直非常关心科普工作,他主编了攀登计划普及丛书《生命的化学》一书,由湖南科学技术出版社于1998年12月出版发行。1996年12月唐先生建议在九五攀登计划中继续支持“生命过程中重要化学问题研究”项目,并提出由于年龄原因不再继续担任首席科学家,建议由中科院上海有机化学所吴厚铭研究员和北京大学来鲁华教授共同负责该项目。经过两期攀登项目累计十年的支持,我国的化学与生命科学交叉研究逐步深入,项目所组织和培养的跨学科研究队伍成为推动我国化学生物学学科发展的主要力量。
来鲁华