在英国剑桥城郊外,有一幢灰色的四层楼房,它毫不起眼,却又赫赫有名。这就是英国分子生物学实验室的所在地。它从最初只有两个人的研究小组,发展到今天,已成为一个拥有200多位科学家、8个研究中心、3个研究所以及30个部门,并从事66项课题研究的大型科研基地。在其半个多世纪的发展历程中,不仅出现了12位诺贝尔奖得主和几百位英国皇家学会会员,而且还诞生了DNA双螺旋模型和第一个蛋白质分子结构模型、发明了DNA测序方法和单克隆抗体技术、发现了发育的细胞和分子机理。……如此辉煌而骄人的成绩,在向人们诠释着“科学不是一种平静生活”的理念同时,也吸引人们去探究一个极具创新活力的科研机构何以能够成为科学原创成果和科学人才摇篮的奥秘。

跨学科的研究视野

1947年10月,在英国剑桥大学著名的物理学实验室——卡文迪许实验室中成立了“生物系统的分子结构研究小组”,不久改为“分子生物学研究小组”,这就是分子生物学实验室的前身。当时,小组仅有两位成员:来自奥地利的蛋白质晶体学家马克斯 · 佩鲁茨(Max Perutz)和他的英国学生约翰 · 肯德鲁(John Kendrew)。两个年轻人凭着满腔科学热情,在一间破旧不堪的小屋里,用新兴的X射线衍射技术,探究血红蛋白和肌红蛋白这两种生物大分子的化学结构。

在一个以核物理学为主攻方向、并一直以世界物理学研究“桥头堡”自居的物理学实验室里,运用先进的物理学方法,以生物学与化学交叉地带尚未解决的主要问题——蛋白质结构为研究课题,无疑极具前瞻性和开创性。科学创新的特征就是不断发现和开垦新的“无人区”。在20世纪头30年,许多科学家已经意识到“生命的奥秘就存在于蛋白质的结构当中”。因此在“物理学家圣地”诞生的分子生物学研究小组,的确为有志于在这块科学交叉地带耕耘的青年人提供了一片新天地。

图为佩鲁茨与肯德鲁

小组成立以后的10年里,跨学科的新视野力图通过物理学与化学来认识生命本质的新思想和新课题,就像磁铁一样将许多青年才俊吸引过来。最初加入小组的弗朗西斯 · 克里克(Francis Crick)和詹姆斯 · 沃森(James Watson)在这片生物学与化学的交叉地带,不仅探询“生命的原子结构是什么?”而且坚持必须要解决“决定生命的基因结构是什么?”这一难题,最终以美妙的DNA分子双螺旋奠定了新兴的分子生物学的第一块基石。与此同时,借助新兴的X射线衍射技术,佩鲁茨与肯德鲁也解开了复杂程度远远超过核酸分子的蛋白质分子结构之谜,为分子生物学奠定了另一块重要基石。从根本上讲,这两块基石铺就了通往了解生命活动之物理和化学本质的道路。

正是以此为起点,小组其他成员也通过在这块科学“无人地带”上的辛勤耕耘,取得了累累硕果:马修 · 梅塞尔森(Mathew Meselson)用放射性同位素示踪技术验证了DNA分子的半保留复制机理;阿瑟 · 科恩伯格(Arthur Kornberg)找到了能合成DNA的聚合酶;休 · 赫胥黎(Hugh Huxley)揭开了肌肉收缩的秘密;弗农 · 英格拉姆(Veronn Ingram)发现了镰刀状红细胞贫血症的分子发病机理。所有这一切,意味着在分子水平上研究生命现象的可行性正在变为一种现实,而分子生物学这一科学奇葩正在生物学与化学的交叉地带蓬勃生长。

图为弗雷德·桑格

以此为基础,一个专业的、具有相当规模的实验室,而不仅仅是卡文迪许实验室中的一个分支形成了。1962年,分子生物学实验室正式成立。同样是基于跨学科的要求,新成立的实验室,除了包括原先从卡文迪许实验室产生的分子生物学小组外,还并入了来自剑桥生物化学系的桑格小组、来自布克拜克学院的阿伦 · 克鲁格(Aaron Klug)小组和来自伦敦学院的休 · 赫胥黎小组。由这四个小组构成了实验室中的蛋白质和核酸化学部、分子遗传学部、结构研究部,以及后来增加的细胞生物学部和神经生物学部。这一新的科学合并表明,借助物理学与化学的概念和工具来分析生命现象,已经走出了一条宽广的新路。

对高质量人才的巨大吸引力

保持独特的创新能力是一流科研机构成功的关键,而这种能力的保持,从很大一种程度上讲,则与坚持了“高质量的人才是第一位的”的理念密不可分。分子生物学实验室成立后,通过实行精英挑选和评价机制,挑选一流学者到实验室工作,成为实验室保持创新源泉永不枯竭的关键。看看实验室第一任主任佩鲁茨的经历,我们完全可以体会到这种制度对科学精英的强大吸引力。

佩鲁茨毕业于维也纳大学,23岁就来到卡文迪许实验室师从著名晶体学家、诺贝尔奖得主W · 布拉格。正是凭借一种敏锐的科学洞察力,布拉格看到了佩鲁茨所做的血红蛋白研究对未来生物学发展所具有的深远意义,给予当时处在困境中的佩鲁茨以有力的帮助:任用33岁的佩鲁茨担任了分子生物学研究小组的负责人,为他申请到一笔长期的洛克菲勒基金会奖学金资助,运用其物理学知识建议佩鲁茨建立了相关的分子模型。

在布拉格的言传身教下,成名后的佩鲁茨也成为一位极具亲和力的科研管理者,使实验室吸引了众多科学精英。1958年,当美国国立卫生院(NIH)即将终止对英国科学家克鲁格和富兰克林(Rosalind Franklin)的研究资助时,佩鲁茨就邀请他们加盟正在筹备中的分子生物学实验室。虽然富兰克林的去世使她无缘回到剑桥,但克鲁格则于1961年来到该实验室,后因发明了“显微影像重组技术”这种认识大分子结构的新手段,而获得了1982年的诺贝尔化学奖。同年,在佩鲁茨的邀请下,刚刚因胰岛素研究获得第一个诺贝尔化学奖的英国化学家弗雷德 · 桑格(Fred Sanger)也加入了研究小组。这一加盟,又带来了新的研究力量,其中就有后来获得1997年诺贝尔化学奖的沃克(John Walker),桑格本人也由于发明DNA测序法而第二次荣膺诺贝尔化学奖。实验室造就了众多科学巨星。

基于对科学精英创新才能的充分信任,实验室并不强调科学家在短期内发表论文,而是支持其扎扎实实从事有深远意义的研究课题,这就使得科学家能够安下心来进行创新研究。

对科学创新风险的理解和宽容,保证了佩鲁茨能够坚持23年,最终揭开血红蛋白分子结构之谜;对科学创新长期性与艰辛程度的了解,使得勃伦纳(Sydney Brenner)的线虫实验研究在不被众人看好的情况下,获得了行政和经费上的强大支持,终于历经11年的研究揭示了发育的细胞和分子机理,摘取了2002年的诺贝尔医学或生理学奖。同样,米尔斯坦(César Milstein)在桑格建议和支持下所做的单克隆抗体研究,也发展了医学免疫学理论,并在生物医学研究领域掀起了一场革命。

可以说,正是在这样的精英管理环境中,科学家才会对科学生涯产生强烈的依赖感,才会自觉要求自己不断取得最重要的发现和发明,才会有世界顶级的原创性成果的问世。而实验室的兼容并蓄,广罗人才,则使它不但拥有赫胥黎这样的传统科学精英家族的后代,有像沃森这样才华横溢、充满自信的美国人,而且有像克鲁格和勃伦纳这样由东欧流亡到南非的穷犹太人,以及像米尔斯坦这样逃离对自由派知识分子进行政治迫害的阿根廷人。实验室真正是科学人才的摇篮和成长的沃土。

宽松自由的研究氛围

在卡文迪许实验室大门上镌刻着这样的《圣经》铭文:“主的创造是伟大的,这要由所有那些对其中有兴趣的人予以探索出来”。这既是卡文迪许实验室的一贯宗旨,也是分子生物学实验室成功的又一秘诀。作为一个在跨学科领域诞生的研究机构,它的成长与兴旺,离不开一个容许科学兴趣纵横驰骋的宽松自由的文化氛围。

给予每一个科学家以充分的学术自由天地,放手让每一个人做自己所喜欢的工作,是实验室激发科学家创新灵感、推动创新幼苗健康成长的奥秘所在。作为一种充满思想活力和创新魅力的活动,科学也像艺术一样,并不是对自然的简单复制,而是对自然的再创造。因此,正如佩鲁茨所说,“如同艺术创造一般,科学创造不可能通过精心组织而产生,而是从各个天才人物中自发产生的。设施完善的实验室可以加速这种创造的产生进程,但等级森严的组织,僵硬、官僚的规则,琐碎无用、堆积如山的文字工作则会扼杀这种创造力。科学发现是无法计划的,它们就像莎士比亚戏剧中顽皮的小精灵一样,会在一个意想不到的角落突然出现。”

图为阿伦·克鲁格

基于对科学创新活动不确定性和风险性的这份理解,实验室十分重视科学家的工作,而不在乎科学家的性格和研究风格的差异。于是,实验室也就有了这样有趣的场面:“个子高高、英俊潇洒、衣着考究、口若悬河操着纯正英国口音的”克里克毫不留情地抨击那些毫无根据的推论,甚至敢于当面指出老师的错误;而那个“经常像流浪汉一样到处走动,整个学期只穿一双鞋却从不擦拭,老是用一种带着低沉鼻音的声调说话”的沃森则是一个在生活上幼稚而在科学上成熟的天才。这两个智力超群但又极端傲慢的科学家的研究风格截然不同,但他们的合作却分外默契,从而发现了科学史上最令人赞叹的DNA双螺旋结构。

不同思想的交流和撞击,能迸发出新的灵感火花。科学史表明,真正的科学智慧,不是逼出来的,而是在交流、漫谈和悠然自得的阅读或偶然的感触中产生的。在丹麦的哥本哈根、德国的哥廷根、美国的冷泉港、英国的剑桥……都留下了一段又一段科学交流与争论的佳话。而一个实验室的失败则常常是因为科学家之间缺乏交流和沟通。卡文迪许实验室在1895年建立的每天午后茶时漫谈制,成为活跃科学思想的一个典范。分子生物学实验室也设有一个小卖部,在这里,科学家们喝咖啡、喝下午茶以及用午餐,自由交谈、结交新朋友,以至解决实验中遇到的困难。正是在这个小卖部里,克里克提出定期举行一次大型讨论会以确保大家了解实验室里所有工作的建议,这个“克里克周”后来就成了大家全方位了解当代科学前沿、获取新思想启迪的好机会。作为实验室的智力中心,小卖部成为实验室成员在休闲漫谈中实现脑力激荡的好去处。

技术装备及时合理的配置

一个良好的创新环境的建设,还必须依托雄厚的经费支持和精良的仪器装备。在这一方面,分子生物学实验室完全免除了科学家们的后顾之忧。作为实验室第一任主任,佩鲁茨根据自己科学研究的切身体会,充分意识到新的仪器设备的重要性。在研究小组成立后不久,佩鲁茨与肯德鲁就向医学理事会申请资金来聘请一位名叫布罗德(D. A. G. Broad)的工程师,让他来设计一个带有旋转正电极的X射线管,这个仪器可以提供比商业用途高10倍的射线。另外,实验室还利用美国洛克菲勒基金会的资助,从美国购买了高精度相机。这些实验装备的精度远远高于同时代的其他研究机构,为佩鲁茨和肯德鲁解决蛋白质结构问题创造了有利条件。

根据这一早期经验,佩鲁茨也为实验室的大型力学和电子学工场装备了最先进的仪器,建造了专业的技术设备仓库和一个照相工场,以及时提供所需设备材料的补给。同时还专门配备了服务工程师,以保证那些高精尖仪器能够一直处于良好的运行状态。当仪器出现故障时,不必等待仪器生产商派出的维修人员,马上可以自行解决困难。

实验室的第一笔经费是在布拉格的帮助下获得的,以后主要由实验室主任向英国医学理事会申请。从上世纪40年代起,实验室的实验经费就充足到不需要其研究人员为经费来源发愁,使实验室的研究人员可以将全部精力用于研究之中。

显然,分子生物学实验室的成功,是由于它植根于剑桥这片具有深厚的科学自由探索传统和自由创造文化底蕴的肥沃土地,而更重要的则是它将“科学的原创不是由任何计划获得的”这一理念,渗透到了实验室的创立与发展过程之中,印刻在实验室的管理与创新活动之中。考察分子生物学实验室的成功经验,当我们热切盼望科学家获得创新成果时,或许能够使我们清醒地意识到,指望依靠太多的组织、计划来取得成就,急功近利,可能会事与愿违。因为真正激动人心的原创性科学,不是通过计划产生的,而是由良好的创新环境造就的。