由我國已故生物學家童第周主持撰寫的論文《鯉魚細胞核和鯽魚細胞質配合而成的核質雜種魚》,以中英文發表在1980年第4期出版的《中國克隆魚,你為何如此沉默?
由我國已故生物學家童第周主持撰寫的論文《鯉魚細胞核和鯽魚細胞質配合而成的核質雜種魚》,以中英文發表在1980年第4期出版的《中國科學》上。這是世界上報導的第一例發育成熟的異種間的胚胎細胞克隆動物。
然而,令人吃驚的是,這是一篇沒有作者、只有單位名稱的論文。在湯姆森科學信息研究所的Web of Science上檢索,這篇論文的引用率是零;而如果按童第周的名字檢索,則沒有這篇論文。
多莉羊一夜聞名於世 克隆魚一生鮮為人知
剛剛過去的2005年被湯姆森科學信息研究所(ISI)定為「慶祝之年」,原因之一是ISI的「世紀科學」項目完成並加入Web of Science,ISI收錄的科學文獻數據因此可以回溯到1900年。ISI出版的《慶祝之年》專刊列舉了20世紀的突破性科學成就,其中克隆領域的突破包括:中國科學家在1981年培育出第一條克隆魚——鯽魚;1996年,第一隻用成年羊細胞的DNA克隆的多莉羊誕生;韓國科學家黃禹錫等在2003年培育出第一個人類克隆胚胎,並提取出幹細胞(當時黃禹錫的造假醜聞還未暴露。編者注)。
對培育出第一條克隆魚的中國科學家來說,這一認可來得實在太晚。1963年,中國科學家童第周等首次向國內外報導了魚類的核移植研究;1980年,童弟周等報告在中國成功獲得了第一批具有「發育全能性」的克隆魚;1981年,中國科學院水生生物研究所科學家用成年鯽魚的腎臟細胞克隆出一條魚,證明成年魚的體細胞也可去分化和再程序化,這比用成年體細胞克隆出的多莉羊早了15年。
但是,當多莉羊在公布成果那一天就蜚聲全球、當「培育第一個人類克隆胚胎」的韓國科學家黃禹錫在論文發表那一夜就聞名世界時,做出第一條克隆魚的中國科學家們不僅被媒體和公眾遺忘,甚至也被同行忽略了。是什麼因素讓中國的克隆魚如此沉默?
被遺忘的「克隆先驅」
2003年2月14日,克隆羊多莉被執行安樂死,新華社在第一時間給予消息、通訊和評論的全方位報導:
「新華網倫敦2月14日電(記者王豔紅)培育出世界第一頭體細胞克隆動物綿羊多莉的蘇格蘭羅斯林研究所14日晚間向新華網記者證實,多莉已經死亡。」
多莉羊是20世紀科學史上的一個重大突破,但它並不是世界上第一隻體細胞克隆動物。
朱作言院士是細胞及發育生物學家,目前擔任國家自然科學基金委員會副主任、中國科學院水生生物研究所研究員、北京大學生命科學學院教授。他領導開創了魚類基因工程研究新領域,在1986年培育出首批快速生長2.3~4.3倍的轉基因鯉、鯽和泥鰍,並提出轉基因魚模型理論和克隆純合轉基因魚品系對策。2001年5月20日,他在北京人民大會堂所作的報告中說:「1981年,中國科學院水生生物研究所用腎細胞克隆了一條魚,陳宏溪領導的研究小組把成年三倍體鯽魚的腎臟細胞核移植到二倍體鯽魚的去核卵子裡,獲得了三倍體的克隆魚。這證明,成年魚的體細胞也可以去分化和再程序化。」
已故的嚴紹頤研究員曾任中國科學院發育生物學研究所所長、國際生物聯合會中國全國委員會主任。1997年2月,「克隆羊多莉」的新聞在國內外媒體上炒得沸沸揚揚,正在美國的嚴紹頤「發現很少見到我國在這方面發出自己的呼聲」,於是,就在那年4月17至18日出版的美國《僑報》上撰文指出:
「在克隆動物研究方面,有必要介紹中國科學家早在20世紀60年代所開拓的魚類克隆研究及其所獲得的進展和貢獻。用培養的成年動物體細胞獲得克隆動物,在『多莉羊』之前已有報導,例如中國科學家在1982年首先報導過用金魚成體細胞獲得了成活1.5年的克隆金魚,1986年報導過利用培養的鯽魚腎細胞核獲得一例克隆魚,1996年又報導過利用培養的草魚肝細胞核獲得了一例克隆魚,其科學意義和重要性與多莉羊是一樣的。但這些例子均有待於驗證才能被公認,而『多莉羊』和體細胞克隆魚都還沒有被重複出來,因此對這些個別例子的報導和評價都要持慎重態度。」
朱作言說,「回顧克隆的大事記,應該說從1949年開始,文章發表在1952年,出現了同一物種胚胎細胞克隆的青蛙;到了1963年,出現了同一物種蝌蚪幼體腸上皮細胞克隆的爪蟾。第一階段是美國人的研究,第二階段是英國人的研究,第三階段則是咱們中國人的研究:1973年以後,鯉魚和鯽魚之間、草魚和鯿魚之間成功完成了脊椎動物異種間克隆,直到1981到1986年完成成年鯽魚體細胞的克隆,我國這十多年的克隆魚研究寫下了輝煌的一頁。1996年,『多莉』羊出生,克隆研究熱點又轉回到英國。」
2002年,為紀念童第周誕辰100周年,中國科學院院長路甬祥寫下「克隆先驅」四個字,作為對童第周一生的評價。
嚴紹頤說,「提到涉及克隆動物的研究,就不應該忽略30多年來中國科學家所作出的努力和貢獻。」
「只有實驗才能解答這個問題」
動物的細胞分為性細胞和體細胞,性細胞是指「直接參與有性生殖」的細胞,如精子和卵子,一個性細胞只攜帶一半的遺傳信息,需要精子和卵子結合才能發育成新生命。體細胞是指分化成組織和器官的「定型」細胞,如皮膚細胞等,但每個體細胞都含有完整的遺傳物質DNA。
動物克隆的基本技術是細胞核移植——將一個胚胎的細胞核移入一個去核的卵細胞中,或者將一個體細胞的細胞核經培育移入一個去核的卵細胞中,由此獲得的成體動物叫克隆動物。所以克隆又有胚胎細胞克隆和體細胞克隆之分。
問題是,擁有完整DNA但已經分化「定型」的體細胞能夠去分化、重新回到胚胎式的發育過程嗎?這是一個重要的也是一個基本的問題。早在20世紀初,科學家們就提出:一個已經分化的細胞究竟是只保留了相關的特定性能而喪失了其他所有基因呢?還是保留了所有基因組而只選擇性沉默和啟動個別基因?德國科學家漢斯·斯皮曼(Hans Spemann) 早在1938年就指出:只有實驗才能解答這個問題。他首先提出在多細胞動物中實驗核移植的設想,即將一個已分化細胞的核移入去核的卵細胞中;如果這個重組的細胞能發育成正常胚胎,這將證明已分化的細胞核具有發育成所有類型細胞的能力。換句話說:分化的細胞核具有全能性。
1938年,斯皮曼在《胚胎發育和誘導》期刊上介紹了他最初實施的核移植技術。他的實驗顯示,已經分化的胚胎細胞具有全能性,但仍不能確定來自成年動物的體細胞是否具有同樣的發育潛能。
開啟動物核移植實驗
朱作言說,20世紀50年代初,兩個年輕的美國人做了一個非常漂亮的青蛙實驗,開啟了動物的核移植實驗。
1950年,美國費城Lankenau醫學研究所的科學家Robert Briggs和同事Thomas King開始用多細胞動物做核移植實驗。他們選擇了北美洲的一種豹蛙做實驗,因為豹蛙卵子直徑達幾毫米,而且容易獲得。他們從豹蛙胚胎中取出一個細胞,用玻璃微針管取出其中的細胞核,再成功地將之注入到去核的卵細胞中。兩年後,兩人完善了移植技術。在豹蛙的一系列實驗中,40%的重組卵發育成胚胎、蝌蚪和幼蛙,這是人類第一次培養出的細胞核移植蛙,即克隆蛙。他們的研究結果發表在1952年3月出版的美國《國家科學院院刊》上。
最初的成功來自胚胎細胞的細胞核,下一個問題是:已經分化的體細胞是否也還保留了發育成胚胎的全能性?
他們又用發育到原腸核的細胞做實驗,結果培育出了胚胎,但沒有得到蝌蚪和青蛙。於是他們認為,已經分化的細胞具有發育的局限性。他們還用不同種類的青蛙來做實驗,但未獲成功,也因此認為物種間的核移植具有局限性。兩人1957年得出結論:已經分化的細胞很難再發育成胚胎。
英國牛津大學的生物學教授John Gurdon和同事突破了實驗的禁區。非洲爪蟾是另一種兩棲類動物,Gurdon 等在1958年的《自然》雜誌上報告說:在已經分化的腸上細胞進行細胞核移植,有可能獲得蝌蚪或蛤蟆。1974年,Gurdon和同事從蝌蚪的皮膚細胞中提取出細胞核,其中4%的核移植卵發育成了蝌蚪,說明已經分化的細胞能夠去分化和再程序化。
朱作言說:「這個實驗說明,已經分化的特殊細胞可以回到原始細胞狀態,這是一個偉大的工作,非常轟動,當時輿論認為有可能獲得諾貝爾獎。」
但是,Gurdon等用已分化的細胞核培育的胚胎只發育成了蝌蚪,沒有變態為成蛙。科學家們由此推測:遺傳材料不可逆轉的變化阻止了體細胞的全面逆轉。體細胞的全能性是有局限的。
開拓魚類核移植新領域
中國科學家創造性地實現了不同種類魚之間的克隆,培養出異種類移植的克隆魚和體細胞克隆魚。
嚴紹頤在他主編的《童第周》一書中介紹:「半個世紀以來,國際上主要集中於對三類動物的克隆研究,其中兩棲類始於(20世紀)50年代,魚類始於60年代,而哺乳類則始於80年代。」「魚類的克隆研究,過去叫魚類的細胞核移植,它首先是由已故中國實驗胚胎學家、中國科學院海洋研究所前所長童第周教授於50年代末提出的。」
童第周和嚴紹頤等合作在1963年7月出版的《科學通報》上發表題為《魚類細胞核移植》的論文(英文論文發表於1965年的《科學通報》),首先向國內外報導了魚類的核移植:
「自1952年Briggs和King在兩棲類胚胎上進行細胞核移植以後,這方面的工作發展很快。」「實驗證明:在兩棲類,原腸早期以前各地區的細胞核對胚胎發育的能力是完全等能的。」「在其他脊椎動物中,核的移植還沒有見到有人嘗試過。我們以金魚和鰟魚為材料,曾於1961年開始進行魚類細胞核移植,經過兩年的摸索,證明細胞核的移植也可以在魚類中進行。」
嚴紹頤說,童第周等的學術思想偏重於用此研究細胞質的功能,並同時研究細胞核和細胞質對發育和遺傳的作用。其中,遺傳特徵的變化,在同種動物間移核所得到的胚胎和個體中無法判斷,因此著重於不同魚類之間的核移植研究。
在第一篇魚類研究論文於1963年發表後,「四清」和「文化大革命」開始了,童第周受到批判,工作無法進行。到1970年,在「抓革命、促生產」的號召下,他的研究集體帶著結合生產的意願,重新開始工作。他派嚴紹頤和杜淼到全國各地調查,最後選擇中科院武漢水生所、中國水產科學院長江水產研究所和廣西南寧自治區水產研究所,組成協作組,到1973年便獲得了第一批鯉鯽移核魚,並發現細胞質對個體的發育有一定影響。研究結果以中英文發表在1973年出版的《動物學報》上。1977年,童第周等首先向國內外報導了對脊索動物海鞘的核移植。
嚴紹頤認為,「這些工作一直處於同期國際同類研究的前列,是科學文獻中的精品。」他認為,「60年代中國正處於封閉狀態,並無什麼國際交流,甚至國外的文獻也很難看到,所以,對魚的克隆研究完全是由中國科學家開拓的研究領域。」
報告第一條克隆魚 但論文沒有作者
童第周1979年3月30日在北京逝世,由他主持撰寫的論文《鯉魚細胞核和鯽魚細胞質配合而成的核質雜種魚》,以中英文發表在1980年第4期出版的《中國科學》上,論文報導了中國成功獲得具有「發育全能性」克隆魚的消息。這是世界上報導的第一例發育成熟的異種間的胚胎細胞克隆動物。
然而,令人吃驚的是,這是一篇沒有作者、只有單位名稱的論文。論文作者一欄中填寫的是:中國科學院動物研究所、中科院水生生物所體細胞遺傳組、水產局長江水產研究所細胞核移植研究組。
在湯姆森科學信息研究所的Web of Science上檢索,這篇論文的引用率是零;而如果按童第周的名字檢索,則沒有這篇論文。
嚴紹頤和朱作言等人後來又將鯽魚的細胞核移植到鯉魚去核的卵子中,也獲得成功,證實不同種的生物間也可成功進行細胞核移植。童第周的學生們繼續在草魚和武昌魚之間進行細胞核移植,均獲成功。朱作言說,「童第周領導的研究大大突破了西方學者用青蛙實驗所得到的結果,突破了物種之間的禁區。」
1981年,中科院水生生物研究所的一個研究小組將成年三倍體鯽魚的腎臟細胞核移植到二倍體鯽魚去核的卵子中,獲得了三倍體的克隆魚,並發育成成體,證明成年魚的體細胞也可以去分化和再程序化,具有發育成個體的全能性。研究論文發表在1986年的《水生學報》上,這是世界上第一次報導的體細胞克隆動物。
朱作言說,「這在科學發展中是一件很重要的事情,證明了成年細胞也可以去分化和再程序化,但是很可惜,當時沒有得到更多的認可,直到1996年英國體細胞克隆羊多莉出生時才掀起一場軒然大波。」
默默無聞克隆魚
談到多莉羊與克隆魚時,朱作言說:「從體細胞克隆的理論和成功的可能性來講,魚類的實驗比多莉羊早15年回答了這個問題。」
但問題是多莉羊一夜成名,克隆魚卻15年鮮為人知。
多莉羊1996年7月5日在蘇格蘭研究所出生,1997年2月23日被介紹給公眾,全世界數以千計的記者湧向羅斯林研究所,克隆羊片刻間成為轟動全球的爆炸性新聞,研究者一夜成名;當多莉羊在2003年2月14日去世後,2月15日出版的美國《華盛頓郵報》、《紐約時報》等以緬懷明星的筆觸,追述多莉短暫而不平凡的一生。《華盛頓郵報》在報導中指出,「作為世界上最尊貴的一隻羊,多莉革新了科學界對分子生物學的認識,將會作為一座科學和文化的裡程碑載入史冊。」「遺體檢查完畢之後,它將被做成標本,在蘇格蘭國家博物館向公眾展出。」
被問及為何中國科學家做的重要工作沒有引起相應重視時,朱作言的臉上湧起一種痛苦的表情,他說,「中國當時還處於封閉狀態,不知道外面世界怎樣;同行也不認可,要求重複,但這樣的實驗不是誰想重複就能夠重複的。當時科學院也希望宣傳,但科學家害怕媒體毫無節制的渲染,從一個極端走向另一個極端。科學的傳播對提高全民素質來說很重要,政府、科學界和科學家都應積極推動科學的傳播。」
嚴紹頤在《童第周》一書中寫道:「因為我們對克隆魚的研究在國內外頗有一點名望,而我們的有些論文是用中文發表的,所以國際同行們並不全面了解其系統性進展,而國內在相當一段時間內,對不是從國外引進的研究課題或成果重視不夠,或者說不大注意中國自己的科學家的獨創性工作,『外國的月亮比中國的圓』的思想根深蒂固,至今難以擺脫。」
被同行忽略了嗎
在西蒙與舒斯特公司1988年出版的《科學時間表》上,列舉了當代中國科學家的兩項成果:第一是1981年中國科學家成功克隆出第一條金魚;第二是中國科學家將人類生長荷爾蒙基因嵌入金魚和鰍魚中,導致這些魚的生長速度比正常情況快4倍,這是朱作言領導的工作。
嚴紹頤用中英文撰寫了《魚類的克隆——核質》一書,作為「國際生物學聯合會」叢書之一,1998年由香港文化教育出版社出版並在全球發行。日本著名發育生物學家崗田節人在本書的序中寫道:
「已故童第周教授是將細胞核移植研究應用於魚類的偉大先驅者。本書的作者嚴紹頤和他的同事們確立了技術並繼承了這一偉大傳統,他們在中國現代史中最困難的時期,繼續長期地用細胞核移植法為魚類胚胎學作出很大貢獻,特別是在核質雜種魚方面。
「這些都是真正獨創性的工作。感謝本書為國際讀者們提供了一個很好的機會得以瀏覽這一高度創造性的研究。特別是有關種間核質雜魚的結果,可能會引起一些爭論,但這是很好的事,因為許多生物學家還不知道有這樣重要的工作。
「在魚類中進行細胞核移植應當給以更高評價。
「就生物工程而言,把研製克隆魚與轉基因技術結合起來,有可能為生產生物學製品提供有價值的活工廠。」
然而,確實有「許多生物學家還不知道有這樣重要的工作」。
2005年出版的美國《國家科學院院刊》(PANS)發表了Christen Brownlee的綜述文章《核移植:引入克隆》,回顧了核移植技術的歷史和發展。作者從1938年Spemann提出核移植的概念講述,到Briggs和 King在1952年的第一個動物克隆實驗,Gurdon在1958年所做青蛙體細胞克隆實驗,然後一步跨到1996年的多莉羊。這篇文章引用了從1938年到2003年的16篇文獻,但隻字未提中國科學家的克隆魚研究。
《中國科學》早在1981年被SCI收錄,雖然報告第一篇克隆魚的中國論文沒有作者,但用主題詞「Nuclear Transplantation」檢索,是能夠查到這篇論文的;如果用童第周的英文名字檢索,可以查到1963年發表的《魚類細胞核移植》和《細胞核移植》的標題和摘要。
中國的克隆魚也被同行遺忘了。
後記:在湯姆森科學信息研究所出版的《慶祝之年》專刊中,「克隆的突破:中國科學家在1981年培育出第一條克隆魚——鯽魚」這句話深深吸引了我。作為科學記者,我為自己居然不知道中國科學家的重要工作而深感震驚:當多莉羊名震世界而讓公眾知道了「克隆」這個概念時,為什麼中國科學家的突破性工作被遺忘了呢?是什麼因素使中國的克隆魚沉默了?
歷史是不能遺忘的。衷心希望在全社會都在倡導自主創新的今天,中國科學家所做的真正創新性的工作不要再被歷史遺忘。