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贝时璋:一生致力于探索边缘科学

2023-05-19吴志菲

国际人才交流 2023年4期
关键词:生物学细胞

文/吴志菲

生物物理学是20世纪中叶以后逐渐形成、由物理学与生物学相互结合而产生的新兴边缘科学,是运用物理学的理论、技术和方法,研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律,以及物理因素对生物系统作用机制的科学。贝时璋院士就是中国生物物理学的奠基人。当人们去毛主席纪念堂瞻仰伟人遗容的时候,无不为主席遗体保存之完好而惊叹。然而,鲜为人知的是贝时璋当年曾为妥善保存主席的遗体做了大量的构想,并做了许多细致入微的工作。

小时候不爱动的他一“动”就去了德国

家乡,是每个游子心中美好感情的载体,是游子珍藏心底的绚丽多姿的童年记忆。贝时璋年少时便离开家乡,老了依旧一口浙江腔的普通话,“北京蹲了几十年了,北京话就是讲不好”。也许并不是不能改,而是不愿改,毕竟一口乡音也是联系故里宁波镇海的纽带。

1903年10月10日,贝时璋出生在浙江宁波镇海县一个世代种地打鱼的家庭。贝时璋的祖父是位贫苦渔民。父亲小时给人放过牛,后当学徒、店员,又到汉口开小店,最后在德商乾泰洋行“买办间”当一名中国账房,以其微薄的收入养活全家。贝时璋的母亲不识字,但她勤劳节俭,宽容厚道。母亲很疼爱贝时璋,但从不娇惯、溺爱他。在贝时璋小的时候,母亲便教导他要勤快,并经常让他干点儿擦桌子、扫地的活,还让他学织渔网。母亲常挂在嘴边的一句话是:“男孩子不勤快,长大了没本事养活自己。”

因家境贫寒,贝时璋8岁才进了家乡的“进修学堂”上学。母亲为了摆脱“目不识丁”的痛苦,对他上学寄予很大希望,特意租了一套上学礼服,有红缨帽、天青缎外套和黑缎小靴,把他像模像样地送进了学堂。母亲曾对贝时璋一字一句地说:“儿呀,男人要成大器就得有文化,阿姆(妈妈)没文化苦了一辈子,你一定要给阿姆争气,好好读书,做一个有出息的男人。”第一天上学,先拜孔夫子,接着开笔老师刘楚臣教“天地日月,山水土木……”,用墨笔描红字本。当时贝时璋很高兴,日常看见的东西都可以用字写下来,这多好!感到读书有用,一定要学好。

喜欢静静地坐着又沉默寡言的贝时璋,对读书产生了浓厚的兴趣。两年后,贝时璋转学到另一个较大镇子的“宝善学堂”。国文课学了《古文观止》的多篇文章,贝时璋把书本中新鲜有趣的知识统统记下来。贝时璋懂事较早,十分珍惜来之不易的学习机会,自觉刻苦学习。因此,小学只读了4年,并以优异的成绩进入了中学。

贝时璋能更广泛地接触到科学知识,开阔自己的知识视野,得益于父母明白事理、懂得送孩子读书开眼界长学问的见识。1915年,贝时璋的父亲改做生意后,去汉口开铺子,就把贝时璋接到汉口,送到德国人开办的德华中学去念书。这所学校大多用德文教材,也用德语上课,德籍校长办学严,对学生要求高。星期六下午放学,星期日晚饭前必须回校。除国文、史地和一年级的德文由中国老师讲授外,其他课程都由德国老师担任,一般读了一两年就能看德文书了。这不仅难不倒贝时璋,反而激发了他的进取心,学习成绩在同龄人中名列前茅,3年半就结束了中学的学业。

1921年秋,从同济医工专门学校(同济大学前身)医预科毕业后,贝时璋和两位同班同学一起赴德国留学。家里不富裕,父母知道家里的经济状况供养不起儿子留学,但他们什么也没说,而是变卖家产,为儿子凑够了800元出国留学费用。在父母的支持下,1922年3月,贝时璋得以踏上探索生命的科学之旅。在回忆自己的生活道路时,贝时璋生前对父母充满了感激之情:“父母的教诲使我受用终身,我把父母勤劳节俭、宽容厚道的精神作为自己的座右铭,意志坚定,排除一切困难,为科学事业奋斗终生。”

即使成为“钻石”博士也不改中国心

在汉口德华中学的学习使贝时璋得到理科知识的启蒙。当时的德华学校不讲宗教、不问政治,只向学生灌输理科方面的知识。学校备有许多册理科书本,书中几乎什么都有,如天文、物理、化学、矿物、植物、动物以至人体方面的有关内容,虽然都很浅,但知识面较广且有系统。贝时璋很爱读这些书,从中学到不少关于理科方面的启蒙知识。那时他就有一种想法,想更多地知道自然的奥秘。

1918年秋的一天,15岁的贝时璋在汉口华景街旧书摊上买到一本德文原版书——E·菲舍尔著的《蛋白体》,读得很感兴趣。虽然一知半解,但初步懂得蛋白体对生命是很重要的,这使他对与生命有关的科目产生了兴趣。谁能想到,就是这本描述蛋白质结构和组成的通俗浅显的书,像磁石一样吸引着贝时璋的心。1919年春,他违背了父亲要他进洋行工作的意愿,考入了上海同济医工专门学校。入学后,先在德文科,经过半年德语深化学习,贝时璋顺利升入了同济的医预科。

在此期间,给贝时璋印象最深的也使他受益最多的是当时教解剖学的鲍克斯德老师,他授课不带稿也不发讲义,讲课时用图谱和实物相互对照,讲解之细致生动,教学之认真负责,使人无比敬佩。贝时璋对形态学有兴趣,鲍克斯德老师讲的解剖学对他是有重要影响的。

1921年,贝时璋留学德国。德国福莱堡大学承认同济医工专门学校医预科的学历,可以立即转入医科,而贝时璋却改了“行”,先后在福莱堡、慕尼黑和图宾根3所大学学自然科学,并以动物学为主系。在北海和波罗的海环抱的美丽土地上,贝时璋成天与书本和仪器为伍,以实验室为家,刻苦攻读。他不但学习了生物学的课程,还学了物理学、化学、地质学、古生物学等许多门课程,又自学一些数学,并寻找一切机会参加实验或野外实习,这些大学的学习活动使贝时璋受益匪浅。

贝时璋(1903—2009),著名生物物理学家、细胞生物学家和教育家,中国科学院资深院士,中国生物物理学奠基人和开拓者。1903年10月出生于浙江省宁波镇海,曾任中国科学院生物物理研究所所长兼中国科学技术大学生物物理系主任,当选过中国动物学会理事长、中国生物物理学会理事长。

1924年年初,图宾根大学动物系的导师给贝时璋提出了博士论文题目:《两种寄生线虫的细胞常数》。经过深入思考,贝时璋提出寄生的线虫不适合做实验,因为不能培养,且虫体太大,细胞数目太多,又不透明,做实验很困难;而自由生活的、长在醋里的线虫——醋虫作实验材料,可用稀释的醋培养,个体小,细胞数目少,又透明,便于观察,有利于做实验。导师同意了他的意见。这样,贝时璋顺利地对醋虫的生活周期、各个发育阶段的变化、细胞常数、再生等进行了实验研究。他于1927年、1928年发表两篇论文,其中一篇《醋虫生活周期各阶段及其受实验形态的影响》是他的博士论文。贝时璋的博士论文显示了他非凡的才华,得到高傲的德国生物学界权威人士的赞誉。1928年3月,贝时璋完成了从本科到博士的“三级跳”,戴上了第一顶自然科学博士学位桂冠。

学生们为贝时璋院士祝寿

1928—1929年,贝时璋在图宾根大学动物系任助教,在著名的实验生物学家哈姆斯指导下从事科学研究。动物系的学术活动较多,学术气氛活跃,当时动物系与物理系和地质系都在同一大楼里,各系青年人见面机会多,时常讨论共同有兴趣的问题,使贝时璋有机会学到不少新的东西。

从1921年到1929年,学习6年半,工作1年半,贝时璋在德国一共待了8年。在德国的8年,他学会了科学研究的方法和技术,掌握了学术思想,积累了研究工作的经验,同时也形成了严谨的学术作风:学习刻苦、谦虚谨慎,这是他的本色,是中华民族的传统;德国的传统,有些与中国的传统一致,如治学严谨,工作细心;有些是德国人闻名世界的特色,如条理清楚,秩序井然,以及多做少说,这些对他也产生了很大的影响。他注重秩序,什么事情都细致周密,有条不紊。他不轻易发表论文。工作做完了,论文写出初稿了,他总是那么放着,不急着拿出去,总在反复推敲,或者补充实验。他的论文也总是写得尽可能的短。

在那个年代,还没有共聚焦或双光子显微镜,贝时璋用的是放大1440倍的Leitz光学显微镜,所有制片都是手绘。他的论文包括80张这样精细的绘图,每张图都非常逼真,看后令人赞叹。

50年后,即1978年3月,由于贝时璋长期工作在科研第一线,并在科学研究中获得卓越成就,图宾根大学再次授予他自然科学博士学位(“金博士”)。又过去25年,即2003年,图宾根大学第3次授予贝时璋自然科学博士学位(“钻石博士”)。世界上获图宾根大学此项殊荣者仅贝时璋一人。

当初,贝时璋在异国他乡初露头角,引起德国学术界的重视。然而,物质上的诱惑、导师的相劝,都没有动摇贝时璋回国效力的决心。1929年秋,贝时璋告别图宾根大学回到贫穷落后的祖国。在当时的中国谋个适当的职业绝非易事,但经过一些曲折,贝时璋于1930年4月在杭州筹建浙江大学生物系,8月被聘为浙江大学副教授,担任系主任。在教学之余,贝时璋仍然在科学领域执着探索。

以生命研究生命科学

在长达80多年的科学探索生涯里,贝时璋获得了许多科学成果,他的主要研究方向包括动物的个体发育、细胞常数、再生、中间生、性转变、染色体结构、细胞重建、昆虫内分泌腺、甲壳类动物眼柄激素等方面,其中尤其以关于细胞重建的研究最为突出。

从在德国留学时起,贝时璋就开始了实验细胞学的研究工作。1932年春,贝时璋在杭州郊区松木场稻田的水沟里观察到甲壳类动物丰年虫的中间性,并发现在其性转变过程中生殖细胞的奇异变化,即细胞解体和细胞重建的现象,这一现象是细胞繁殖的新发现,打破了细胞只能由母细胞分裂而来的传统观念。贝时璋将此种现象称为“细胞重建”,于1934年在浙江大学生物系的一次讨论会上报告了这项研究结果,发表了名为《丰年虫中间性生殖细胞的重建》的论文。

1871年,德国病理学家微耳和提出“细胞来自细胞”的理论,从而形成了一个完整的细胞学说。从那时起,生物学界就一直确认分裂方式是细胞繁殖增长的唯一途径。但贝时璋的“细胞重建学说”彻底打破了这个世界生物学界信奉了100多年的金科玉律。

到1933年,南京丰年虫中间性转变过程中的细胞重建现象的主要情况已经了解清楚,贝时璋正要进一步深入研究,抗日战争全面爆发了,浙大迁到贫穷落后的黔北小山城湄潭,一待就是6年半。那里无法研究丰年虫的中间性,此项研究只得暂停。

直到1942年和1943年,贝时璋才在Science Record和《科学》上发表了自己关于“细胞重组”的重大发现。但是,传统的观念似乎已成不易之论,贝时璋的工作显得似乎只是一个“孤证”,似乎不足以说明规律性的问题。论文发表后,世界生物学界并没有什么人真正关注,也无法展开讨论。当时,也有许多别的事情等贝时璋去做,他只得把细胞重建的研究工作暂时放了下来。谁知这一放,竟放了近30年!

在各种条件的促成下,到1970年,贝时璋终于在中国科学院生物物理研究所又开始了他的细胞重建的研究。但是,有人说研究细胞起源是“共产主义的任务”,意思是说研究细胞起源超越了时代,脱离了现实,不可能完成。幸好,当时传出毛泽东主席曾经说过“细胞起源的问题要研究一下”,因而情况才有所好转。他们的研究工作进行到1974年,丰年虫中间性转变过程中的细胞重建现象便得到了充分的验证。

直至1976年,贝时璋才又有机会和条件与一批年轻的工作人员一起对细胞重建这一课题继续开展较为广泛和深入的研究。他们研究了各类物种、生物体各个部分、各种生命过程、各种情况和条件下的细胞重建。实验证明了细胞重建是普遍现象,并发表了论文和撰写了“细胞重建”论文集,把研究结果总结成系统的理论,形成了一个完整的“细胞重建学说”。

随着时间的推移,“细胞重建”理论走向全世界。1983年贝时璋在《中国科学》(英文版)连续发表了5篇论文,进一步阐明了生物体的自组织问题。科教电影《细胞重建》还在国内获奖,并两次在国际性的科技进步电影节和医学电影节上获奖。

鲜花、掌声、荣誉、头衔接踵而至,可贝时璋没有陶醉,而是一如既往地默默耕耘在细胞领域里。暮年,贝时璋仍担任着中国科学院细胞重建研究组组长,还在进行着有关“细胞重建”的科学研究,指导科研工作,撰写研究论文和学术著作。在清华大学举行的第14届生命起源国际大会上,贝时璋担任大会总顾问,并作了《细胞重建——细胞起源的缩影》的科普演讲。对于细胞重建理论的意义,贝时璋曾这样说,“不久以后简单的生命将在实验室合成。那时,生命与无生命之间的界限,也不再是固定不变了”。

的确,贝时璋是“用自己的生命研究生命科学”。他在自己的一篇学术自传中谦虚地说:“自从我提出细胞重建学说以来,在这一漫长曲折的科研征途中坎坷逾半世,没有受到学术界广泛的、严格的检验,引以为憾!”这就是一位科学家虚怀若谷的胸襟。是的,他对生命科学有热情,也有敬畏。

贝时璋是一位对职业有着崇高感的优秀科学家。回顾自己的一生,贝时璋生前说,从封建社会开始,他目睹了社会的巨大变化,他觉得这是进步。但无论时世如何变化,作为学科学的人,科学道德是很重要的。对于从事各种各样职业的人来说,职业道德还是很重要的。另外,一个真正的科学家是忠于科学、热爱科学的。他热心科学,不是为名为利,而是求知、爱真理,为国家作贡献,为人民谋福利。对科学家来说,最快乐的事情是待在实验室里做实验或在图书馆里看书。实验即使失败,也不泄气,总结经验、找出问题、继续前进;要不嫌麻烦,肯花工夫,有耐心、有毅力,最后总会成功。

1980年,贝时璋(左五)与出席细胞重建学术讨论会的部分专家在一起

在浙江大学时,贝时璋给毕业生的题词,用得最多的是“学问试看胜于我者,境遇要比不如我者”和“业精于勤,行成于思”。这也正是他自己的座右铭。为中关村“院士手印墙”题词时,贝时璋写下了“求实、求是、求真”的治学格言,这是他在科学研究道路上追求真理和勇于开拓的写照。

中国生物物理学的“拓荒者”

在浙江大学,贝时璋先后教过普通生物学、普通动物学、组织学、胚胎学、比较解剖学、遗传学、动物生理学等课程,同时又从事一些科学研究。由于贝时璋不仅对当时前沿的实验生物学有广泛深入的研究,还具有坚实的传统生物学的基础,他的教学具有精辟透彻、前后融会贯通等特点。那时,贝时璋在浙江大学讲课不带讲稿,不夹带成串的外语,也不按照课本上的章节段落,讲授的课程内容翔实、条理清晰,总是深入浅出地突出各类生物在进化上的联系。贝时璋的板书端正,他在黑板上能绘制出精美细致的图表,还能将成百上千个骨头、神经肌肉和血管等的拉丁文名称背得滚瓜烂熟,这使学生们惊叹不已。

即使在抗日战争期间,浙江大学西迁内地,生活和工作条件极差,贝时璋也孜孜不倦地从事科学探索,为浙大生物系培植了浓厚的学术科研气氛。在浙江大学20年,贝时璋先后担任副教授、教授、系主任、理学院院长,培养了众多学生,推进了我国生物科学的发展,影响深远。贝时璋不仅是一位杰出的教育家,也是一位卓越的科研组织者、领导者。

中华人民共和国成立后,为协助筹建中国科学院,贝时璋奔走于北京、杭州之间。1950年,他离开浙江大学到上海中国科学院实验生物研究所任研究员兼所长。1954年1月,中国科学院建立学术秘书处,贝时璋被调任学术秘书处做学术秘书。当初,贝时璋不愿意离开上海的实验室,也不愿意担任学术秘书的工作。华东办事处副主任李亚农和他谈了很久,说组织上认为他兼着做些学术组织工作可以作出更大的贡献。既然是组织上的决定,尽管思想不通,但贝时璋还是服从了。1954年,贝时璋将实验室迁往北京。

那段时间,贝时璋把大量的精力和时间都放在了科学组织工作方面。他是组建中国科学院最初的倡议者之一,也曾参与制定了新中国科学事业发展的很多重要规划。如为国务院科学技术规划委员会和中国科学院制订各种近期或长远规划,尤其在1956年制定的12年科学技术发展远景规划,1973年受当时科学院领导委托撰写的“科学技术基本建设”的建议以及参加制定1977年国家8年科学规划等。

贝时璋在研究工作上有魄力,不把困难放在眼里,但是对于领导工作,他自知缺乏这方面的能力,担心自己给党和人民的科学事业带来损失。筹建中国科学院学部时,即将兼任生物学地学部主任的竺可桢副院长征求贝时璋的意见,要他担任生物学地学部副主任,贝时璋竭力推辞。他说学部副主任的担子太重,挑不起来。几天以后,党组书记、副院长张稼夫又找他,还是希望他担任副主任,贝时璋还是没有同意。

生物物理学是20世纪中叶以后逐渐形成的一门新兴边缘学科。早在20世纪40年代,贝时璋就洞察到物理学和生物学相互渗透的大趋势,深信生物学必将从描述性科学向定量性科学转变。因此,他在研究细胞和染色体、发育和再生等生物学问题的同时,还坚持自学高等数学,并不断充实自己的物理学和化学知识。到了20世纪50年代,他匠心独运地组织物理学家、化学家和数学家合作共事,把物理科学的思想、方法和概念运用到生命科学研究中去。于是,在中国建立了生物物理学。

1958年,在中国科学院领导下,由贝时璋负责在北京实验生物研究所基础上改建成中国科学院生物物理研究所,贝时璋任研究员兼所长。这标志着生物物理学作为一门独立的学科在中国正式确立,并为其后来的蓬勃发展奠定了坚实基础。贝时璋不仅创建了生物物理研究所,而且创建了中国科技大学生物物理系,为中国生物物理学的发展培养了大批人才。

1964年,贝时璋领导了全国第一届生物物理学学术会议,并在大会上报告了“生物物理学中的若干问题”,指出生物学与物理学相结合是自然科学发展的必然趋势,这种结合会像生物学与化学结合那样,在生物学领域将产生一系列重大发现。在他的领导下,1980年在北京成立了中国生物物理学会。在学会成立大会上,贝时璋众望所归地当选为中国生物物理学会理事长。1983年后,他担任中国生物物理学会名誉理事长,仍然十分关心学会的建设和发展。1985年,《生物物理学报》创刊,由已届耄耋之年的贝时璋担任主编。

出任生物物理研究所所长期间,贝时璋注重发展学科交叉研究,组织物理学、化学、数学和工程技术专家一起工作。为适应中国原子能事业发展的需要,贝时璋开创了放射生物学研究,建立了核试验落下灰监测站和天然放射性测量技术。在国际航天事业刚起步之际,贝时璋又高瞻远瞩地创建了宇宙生物学研究室,与有关部门合作,在1964年到1966年两年间发射了5枚生物探空火箭,并成功回收了搭载的生物样品和实验动物。

贝时璋学识渊博,他的学术兼职也很多。对于自己分担的所有社会工作,他无不奋力完成。鉴于贝时璋在科学上的突出成就,2003年,国际小行星中心和国际小行星命名委员会根据中国国家天文台的申报,正式批准将该台于1996年10月10日发现的、国际永久编号第36015的小行星命名为“贝时璋星”。

2009年10月29日,106岁的贝时璋走完人生最后一站。去世前一天,他还在召集了6位研究人员,一起探讨科研领域的前沿话题……

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