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【历史一页】中国的科学脊梁——纪念著名神经生物学家冯德培诞辰110周年

作者:饶 毅

2017-2-15 16:09:38

  编者按:

  今年是我会自1984年恢复活动后的第一任会长、中科院院士、著名神经生理学家冯德培学长诞辰110周年。直到去年,哈佛有位教授发表在《自然》(Nature)杂志上的论文还引用了冯德培学长于1940年在《中国生理学杂志》发表的突触可塑性文章,可见他当时研究的先驱性。

  欧美同学会会员、国家“千人计划”专家饶毅撰写纪念冯先生的一篇文章,在香港《二十一世纪》杂志上发表。经作者同意转载此文,纪念我们的老会长冯德培。

  1995年4月10日,冯德培先生于上海逝世。虽然生理和神经生物学界有人哀悼,中国科学界的关注并不多。本文一方面是回顾一位杰出科学家的研究生涯,一方面也是笔者缅怀对于本人曾经有过影响和帮助的一位长者。

  冯德培先生是一位主要工作在中国进行,却又影响了世界科学发展的神经生物学家。他在长达60多年研究生涯中取得的成果,已经成为世界科学的有机组成部分;他也是中国生理学、神经生物学的主要推动者之一。

  迅速进入科学研究领域

  冯德培生于1907年,求学的过程颇为顺利。他15岁就读复旦大学生物系,19岁毕业后,留校任生理学前辈蔡翘教授的助教,20岁到北平协和医学院,随另一位中国生理学先驱林可胜教授,开始接触研究工作。在协和的第二年,冯先生广泛阅读科学文献,几乎涉猎当时生理学所有领域。

  22岁时,冯德培考取清华留美预备生,因为文献阅读的基础,他想好要去芝加哥大学生理系师从理莱(Ralph Lillie)教授。冯德培到芝加哥大学一年后,决定不师从理莱而转杰拉德(Ralph Gerard)。因为当时理莱用铁丝的氧化去氧化作神经传导的模型,而杰拉德研究神经的代谢。冯德培觉得铁丝模型不够味道——与其做神经的模型,不如研究真的神经。冯德培在芝加哥研习两年并获硕士学位后,在林可胜安排下,于1930年转到当时生理学的中心英国,到伦敦大学学院师从诺贝尔奖得主希尔(A. V. Hill)。在英国的三年里,冯德培发表了9篇论文,其中5篇是独立写成。他主要研究神经和肌肉的产热问题而获奖。冯在希尔实验室的工作得到希尔的肯定。希尔称冯发现的肌肉拉长所出现的静息产热代谢变化为“冯效应”。1936年,一本杂志请希尔综述该领域工作时,希尔转请冯代写。而那时冯德培已经回中国三年,而且也不研究神经肌肉产热了。

  冯德培于1933年获得博士学位,年方26岁。他在英国期间除了师从希尔外,还短时跟随另外两位诺贝尔奖得主――剑桥大学的艾得里安(E. D. Adrian)和牛津大学的埃科斯(J. C. Eccles),各工作约两个月。他到牛津本来是要到诺贝尔奖得主谢灵顿(C. S. Sherrintong)的实验室工作,但谢因丧妻之故,让冯去跟埃科斯。埃科斯当时还年轻,他获诺贝尔奖是后来的事。这样,冯德培在英国时,和不同年龄层的一流科学家开始了交流和友谊。

  毕业后,冯先生到美国费城的一所医学物理研究所待了一年。那里聚集了一批研究生物物理的年轻人,包括以后因为研究视网膜电生理得奖的哈特林(K. Hartline)。冯先生主要精力花在学做电子仪器上,为回中国后继续开展研究打下仪器方面基础。

  冯先生在英美5年(1929-1934),很快进入了科学前沿,并有了新的发现,与一流学者建立了良好的关系,同时也为日后回中国建立自己的实验室做好了理论、实践和设备等方面的准备。

  科学前沿的自由探索者

  冯先生的独立工作生涯自1934年开始到1995年逝世时结束,长达61年。其间,他除去几番出访外,大部分时间都在中国。冯先生的工作领域主要在三个方面:神经肌接头的信号传递、神经肌肉间的营养性作用、脑内海马的长期性增强。

  1934年夏天,冯先生回到北平协和医学院生理系。系主任林可胜给他一间没有窗户的地下室。在他的第一个实验室里,冯先生不再做师辈们的领域,而开始自己探索新的领域和课题。神经肌接头是神经信息传到肌肉的关节点,神经肌接头的研究至今仍然是研究神经信号传递的重要范式。在30年代,有关领域还处于萌芽状态,冯先生很短时间就发现了神经肌接头电生理的新特性。1936-1941年,他领导的实验室共发表了26篇论文,可以说是丰收。他们部分工作为当时正在形成中的“化学传递学说”提供了证据、有些实验直接补充或推广了英国药理学家戴尔(Henry H. Dale)的理论(戴尔后因化学传递获诺贝尔奖)。同一时期,冯德培也发现了钙离子对神经肌接头信号传递的重要作用,提出“钙影响神经递质释放”的见解,接近英国生理学家克茨(Bernard Katz)的结论,克茨后来因为一系列对神经肌接头递质释放的研究而获得诺贝尔奖。冯德培实验室在协和的另一重要发现是观察到强直后增强效应(PTP),这是突触可塑性的第一次发现,是神经系统可塑性的重要发现,到80年代后,突触可塑性又成为热点。冯德培第一次发现突触可塑性的纪录,为哥仑比亚大学的肯德尔(Eric Kandel)大型系列书籍《生理学手册》所载。

  冯先生和同事们在科学领域中不断取得成果的工作进程,被日本侵华战争所中断。1941年,“太平洋战争”爆发后,属于美国的协和医学院也不能继续平静。冯先生的老师林可胜几年前就开始投入抗日的医疗救护,让冯先生继续一段研究。1941年,冯德培也离开北平,到内迁重庆的上海医学院任生理教授,抗战结束时任中央研究院医学研究所筹备处研究员兼代理主任,那是因为林可胜支持年轻人出任(同期,中央研究院数学研究所也有同样的故事:德高望重的姜立夫坚持推年轻的陈省身出任代理所长)。1946年,冯先生到美国购买仪器和书籍。在美一年,他在洛克菲勒研究所(现为大学)和络壬托(Lorento de No)教授共事。络氏很有己见、常与人争论。他和冯德培曾就结缔组织是否能作弥散屏障发生争论。冯先生不和他继续口头争论,40年代末到50年代初,冯在上海的实验室研究了这个问题,表明自己的观点是对的。他在50年代还研究了钾离子对神经去极化的作用。

  在“大跃进”后,冯先生开始寻找新的课题。1961-1965年,冯先生和同事们开始研究神经肌肉间营养性相互作用,这和神经肌接头电生理和递质传递颇不一样。信号传递是在毫秒时程发生的快作用,而营养性作用是可以以月计的缓慢过程。信号传递是神经功能方面,营养性作用是神经发育方面。可惜这一系列工作被“文化大革命”所中断。

  90年代,冯先生重新进入神经可塑性领域,研究海马的长期性增强作用(LTP)。这被认为是学习记忆的一个主要模型,在80年代后国际上有许多实验室投入。冯德培和他的学生们仍然有有趣的发现,他们有证据支持突触前的旦白激酶C在LTP起重要作用。这篇论文1994年发表在《美国科学院院刊》(PNAS)。

  纯粹的科学家

  冯先生从学生时代就热爱科学,大量阅读文献,到80高龄仍然为新领域、新课题而激动。和他交谈,很容易感受他被新奇发现、美妙实验而兴奋的心情。我可以找到1984-1991年和他进行的通讯,总是有实质性内容、有科学和与科学相关情况和人物的交流。我曾于大学毕业前,因为探问研究生申请时去信问过他,之后在上海第一医学院读研究生时,因为就近听学术报告常看到他。我当时申请哈佛研究生时,哈佛的教授提到冯德培,我的导师张安中教授介绍我给冯德培先生,我们直接交谈后,他给我写了推荐信。以后我们每年有通讯。冯先生唯一托过我的事,是我在加州大学做学生时,几个教授创办了《神经元》杂志,中国科学院开始没有订,冯先生让我把前几年的凑齐寄去给他。我中途回国,冯先生也热情接待。在哈佛做博士后时,冯先生来访,是我们最后一次见面。

  冯先生一生主要精力都用在科学上。虽然历史无情地一次次中止和剥夺他的研究工作和条件,可是一有机会,他就回到实验室。他长期任中国科学院上海生理研究所所长,并兼过一段科学院副院长,但他不仅不被行政和社会兼职所耽误,而且不因为个人受到极度污辱而灰心丧气。冯先生的女儿冯嘉真告诉我:文革中,冯德培被人强迫跪在岳阳路320号科学院上海分院大门口,还被人在暗室里打过,挨打时他要与对方“讲道理”。这些羞辱、迫害,他如何经受?当他得知朋友、曾第一个从中药获得抗疟药物的著名药理学家张昌绍服药自尽时,冯先生很难过,但表示自己一定坚强,决不屈服。这样的性格,大概才会使他一出牛棚后就去图书馆找《自然》等科学期刊,看看科学界在他隔离期间有什么新发现。冯先生在自己能够控制时间的情况下,真正做到了他说的“科学家一辈子不能离开实验室”。

  他活跃在科学前沿60多年,不断开创或进入新领域,获得了重要发现。英国科学家Bernard Katz(1911-2003)于1970年获诺奖。他曾说,如果冯德培的工作不被日本侵华所中断,也许他们会一道获奖。冯德培的成就在其他时间和地点也是值得自豪的,而在他所处的时代和环境里,更是令人敬佩。

  冯先生得到过一些荣誉,1948年他是中央研究院第一届院士中年轻的院士,80年代初作为讲座教授应邀访美,80年代中期当选美国科学院外籍院士。1988年应邀为《神经科学年评》写自传性文章,是极为少有的在这样重要学术刊物上写自传的几位华裔之一。到八九十年代,我在加州大学、哈佛大学、华盛顿大学等神经科学中心还会碰到一些知道和尊重冯德培工作的科学家。

  和冯先生交流科学是一件乐事。他在国际国内的学术会议和报告上,活跃发言。在年龄很大后,仍然有清晰的科学思维。我想,我们后代要是有他的经历,也许还不能像他那样对科学继续执著地热爱。

  冯先生和中国神经生物学另一位奠基者、中国科学院上海脑所的张香桐先生,在中国建立了神经科学的研究梯队。他们以自己的科学研究,和生化所、药物所、细胞所、植生所的科学家,在科学院上海分院营造了浓厚的学术气氛,使它成为中国生命科学的研究中心。他们通过直接和间接的教学,培养了几代神经生物学家。冯先生以88岁高龄逝世,尽管我们无法说冯先生是一位完美的人,但是毫无疑问,他是一位杰出的中国科学家。他在漫长的科学生涯中,保持了青年人的活力、不断探索和进取;他在外界不可控制的动荡中,坚持在科学前沿、不断有新发现,这样的一生,对后代是有教益和鼓舞的。

  (本文摘自科学网饶毅博客,略作删减)