“只要学会向果蝇提问,它就会给你很好的答案。”这是中国科学院院士郭爱克常对他的学生说的一句话。当“长征七号遥九”运载火箭顺利发射,我国首次成功将果蝇送上空间站的那一刻,这位85岁的老院士激动不已,因为这凝结了他和学生两代人、数十年的心血与努力。
两次人生转折
很少有人知道,郭爱克直到53岁才开始关注果蝇研究。在决定赴德国研究果蝇前,他因担忧无法清晰地观察那些微小的生命,还特地去王府井配了一副老花镜。年过半百,为何还要选择一个新的研究方向,许多人不理解。然而,郭爱克却坚定地认为,兴趣才是做科研的动力。他坦言,当年转换研究方向,自己并未过多纠结。
其实,此前郭爱克已有过在德国留学的经历,那次求学,他成为二战后中国首位获得西方博士学位的留学生。“我1959年高中毕业后前往苏联留学,直到1965年才从莫斯科大学毕业。然而,‘文革’10年,让我的人生轨迹发生了巨大变化,我仿佛一瞬间就从25岁跨入了35岁的门槛。因此,当37岁那年有机会去德国学习时,我深感这是命运对我的一次眷顾。”郭爱克说。
德国的博士学位以高标准和严要求著称,而郭爱克却在短短两年内,以“特优”的总成绩拿到德国自然科学博士学位。“为了抢回丢掉的10年,人的创造力爆发时,一切都是可以实现的。”郭爱克坦言。
博士毕业时,实验室的朋友们为他戴上了特制的博士帽,帽子上方是一只丽蝇模型,因为郭爱克的博士论文题目是《丽蝇视细胞的光谱和偏振光灵敏度的电生理研究》。
郭爱克头戴丽蝇模型的博士帽
其后,郭爱克回到中国科学院生物物理研究所工作,继续丽蝇相关研究。
方向转变发生在郭爱克参加了一次国际会议后。1992年,第19届国际昆虫学大会在人民大会堂举办。分组讨论会上,一位德国教授的报告,让已经53岁的郭爱克对果蝇的视觉学习记忆产生了兴趣。
仅2毫米的果蝇,竟然具备学习和记忆能力,这让郭爱克感到惊奇。报告结束后,他毫不犹豫地向报告人提出了合作的请求,尽管当时他并没有相关的工作基础,但这个大胆的请求却得到了对方的热烈欢迎,并邀请他前往德国学习。去王府井大光明眼镜店,匆匆买了一副没验光的老花镜后,郭爱克第二次赴德国求学。
学习期满,1993年回国后,郭爱克在中国科学院生物物理研究所建立了我国第一个果蝇学习记忆实验室。
两代人接力
在许多人看来,果蝇只是微不足道的小昆虫。但在果蝇研究者眼中,它们却可以在科学的舞台上绽放出耀眼的光芒。果蝇个头小、容易饲养、繁殖快、行为丰富,而且与人类基因组序列高度同源,是一种兼具学习能力和适应能力的优良模式生物。
美国遗传学家摩尔根就利用果蝇证实了基因在染色体上,让小小果蝇敲开了遗传基因研究的大门。曾帮助科学家6次拿下诺贝尔奖,更让果蝇成为科学史上的传奇模式生物。
郭爱克(右)早年工作照
生物物理所在建所之初,就布局了前沿、交叉、不拘一格的方向,尤其对航天科学早有布局。这为21世纪初,郭爱克带领团队把目光投向以果蝇为模式生物的亚磁生物学研究奠定了基础。“太空中缺乏磁场的环境会给动物和人类带来什么影响?果蝇基因与人类基因具有很高的相似性,其神经工作原理也是完全保守的。利用果蝇探索未知宇宙的秘密,可为人类更好适应太空环境做铺垫性的研究。”郭爱克介绍。
这是极交叉的科学研究。中国科学院相关研究所为团队研制了实验装置,可在实验室打造亚磁小环境。就这样,2004年,他们发表了果蝇在亚磁条件下世代学习、记忆的研究论文。
郭爱克团队发现,当把果蝇置于远小于地球磁场的极弱的磁场环境中,果蝇的学习、记忆能力会逐代下降,到第十代时几乎消失;而把果蝇放回地球磁场环境时,果蝇的学习、记忆能力会逐代恢复,到第十代时几乎回到正常水平。
当时,尽管科学界对微观分子生物学的研究尚处于起步阶段,但郭爱克凭借深厚的学术功底和敏锐的洞察力,捕捉到了这一领域中的关键问题。他意识到,生物在面对环境变化时,不仅会产生即时的生理反应,更会在遗传物质上留下“印记”,从而影响后代的生物学特性。这种适应性过程及其遗传机制,正是表观遗传学的核心研究内容。
亚磁生物学效应作为科学领域的一个前沿课题,其研究难度和复杂性不言而喻。且由于效应本身较为微弱,加之需要多代生物传递才能观察到显著的变化,这使得许多研究者对其产生了“无法马上获得产出和回报”的印象。这导致相关研究一度趋于沉寂。
但为了把研究的“火种”传承下去,郭爱克还是带领团队花了十余年时间在亚磁环境中培育了200多代果蝇,这为在中国空间站开展果蝇研究奠定了基础。
郭爱克(左)与学生李岩合影
转机发生在2010年,这一年,郭爱克的学生李岩全职回国。师生二人有着相似的出国留学、全职归国的人生轨迹。在导师郭爱克的影响和邀请下,李岩回到生物物理所,并逐步接过了“果蝇飞上天”的接力棒。
2020年7月,李岩团队接到了“空间亚磁果蝇生物效应及分子机制”项目的立项通知,这标志着一项历经多年筹备与探索的研究项目正式启动。彼时,郭爱克已80岁高龄,但他对项目的热情与执着并未因年事已高而减退。在项目实施的关键节点,郭爱克多次不辞辛劳从外地专程赶回北京,亲自为项目的细节把关,确保研究的顺利进行。
十余年来项目筹备、立项、实施经历了太多波折,果蝇即将进入太空,郭爱克难掩激动,他说了一句话:“就像当年送子弟兵过鸭绿江一样。”李岩坚定地回应:“我们一定会打胜仗的!”
如今,中国的果蝇已飞上浩瀚的太空,并成功实现在太空的繁育。回到地球后,团队将进一步分析其在太空中的行为表现和基因表达,揭示微重力和亚磁场对动物行为的影响及背后的神经、分子机制,为人类探索太空甚至在太空中建立生命栖息地提供宝贵的科学依据。