2.2　米歇爾的核素研究

米歇爾進入豪勃—塞勒實驗室時，恰好趕上研究細胞起源和功能的重要時刻。當時，自然發(fā)生說在生物學界還占據著統(tǒng)治地位，這一理論認為，活有機體是由一些非生命物質通過某種未知的過程轉化而來的。到1869年前后，有足夠的證據對此概念提出了挑戰(zhàn)。法國科學家巴斯德通過設計巧妙的實驗徹底推翻了這一概念，認為所謂由一些非生命物質演繹出來的自然發(fā)生事件，只不過是由空氣中存在的活有機體引發(fā)的。英國著名外科醫(yī)生李斯特（Lister，J.）也站出來支持巴斯德的學說，他認為：“正如大多數醫(yī)師認為的那樣，手術時采用無菌技術，手術用器械經過嚴格滅菌處理，患者傷口就絕對不會發(fā)生自身感染現象。”種種研究都將人們的注意力直接指向細胞及其組分，即活性物質的組成以及新生細胞的來源。

在抗生素發(fā)現并研發(fā)出藥物之前，醫(yī)院病患者傷口發(fā)炎流膿是常見的事。醫(yī)院每日要往外扔棄大量沾滿膿血的繃帶，米歇爾便日復一日地將附近醫(yī)院墻外堆滿的繃帶取來作為研究材料，他從這些沾滿新鮮膿血的繃帶中，將膿細胞和膿血中的其他組分一一分離。然后再將它們與細胞核分開，以分析膿細胞中的細胞質并檢測其中的組分。他的這些努力開始時并不成功，往往是在費了九牛二虎之力后仍是無果而終。

在進行復雜生物體系的分離工作時，人們面臨的是一個極其復雜而又脆弱的體系。第一，目的物質的含量極低，要從一個復雜生物體系中將它們分離出來，提高其精制度談何容易，而且它們的生理作用或生物活性又極高；第二，這些物質對溫度、光照、酸堿度、鹽、有機溶劑等物理、化學因素十分敏感，并且極易受微生物污染威脅；第三，有些物質的結構不穩(wěn)定或僅僅是壽命很短的“中間體”，“稍縱即逝”；第四，有相當多的生物活性差異很大的物質，其化學結構卻相差甚少，如有的血液遺傳病患者，其血紅蛋白與正常人比較，其氨基酸組成僅差一兩個，例如，正常的細胞血紅蛋白與鐮刀型細胞貧血癥血紅蛋白的差異僅在于一個氨基酸的改變，即谷氨酸變成纈氨酸。以上原因，均使得復雜生物體系的分離工作格外困難。

米歇爾所處的19世紀60年代，離心、電泳、離子交換、膜技術以及色譜等分離技術尚未問世。在米歇爾之前，生物化學家都是在整體性組織水平上進行研究的，米歇爾則是在細胞水平上，或者更深層次的諸如細胞核這樣的組成細胞零部件的水平上工作的，而前人沒有留下任何可操作的分離技術，所以他只能從最原始的分離方法做起。于是他便投身于搜集有關淋巴樣細胞成分的資料數據中，尤其沉浸在追蹤最簡單的不依附于其他組分形式的動物細胞生活條件中。米歇爾選擇膿細胞作為最簡單的動物細胞實驗研究材料，采用沖洗、沉淀、觀察這些最原始的分離方法，拿各種溶劑一點點沖洗，再將洗岀來的東西在顯微鏡下檢查、分類，關鍵是想弄清楚在什么樣的鹽濃度下會析岀怎樣的蛋白質與脂類；其中一些實驗采用硫酸鈉溶液來處理，這加快了細胞分離的速度。

由于好奇，米歇爾想了解膿細胞里到底注入了些什么樣的物質，他希望在膿細胞中找到“蛋白質”的物質。希臘語里把蛋白質稱為“proteios”，這個詞的原意是指“頭等重要”。他曾寫道：“最先想確定從細胞質里能獲得哪些物質……一旁又分別做另一項實驗，想確定從細胞核內是否可能獲得另一些物質，兩者均不致造成細微改性。我把希望寄托于鹽類的作用，分別試用過各種鹽，濃度也提高了3～4倍，并用顯微鏡進行觀測。這些工作都是非常非常耗費我寶貴時間的。”

當時，他的工作環(huán)境異常惡劣，只是在人來人往、四面透風的走廊中安了一個工作臺，實驗操作的困難可想而知。就在這樣一種研究條件下，他終于捕捉到了常人不大注意的現象。他將細胞浸于各種含鹽溶液中，細胞表現非常不一樣，有的發(fā)生膨脹，有的出現溶解或萎縮。從顯微鏡觀測中可以看到完整細胞以及細胞核顯現出一種可檢定的細胞組分，它們迅速分散開來。他寫道：“用弱堿性溶液處理膿細胞，經過中和獲得了一些沉淀物，此沉淀不溶于水、乙酸、很稀的鹽酸或氯化鈉溶液，因而，它們不屬于任何迄今已知的蛋白質類物質。”這就是核蛋白。

經過仔細比較、對照之后，米歇爾得到的這種蛋白質性質的物質和以前從皮膚中分離的肌球蛋白不同。那么，從膿細胞中獲得的蛋白質類物質是從哪兒來的呢？是來自細胞核還是來自原生質？人們是不清楚的。他通過鏡檢觀察到，弱堿性溶解液會引起細胞膨脹，最后導致細胞漲破。米歇爾認為此物質可能是存在于細胞核內的物質，一些組織學家同樣持這種看法。要解開這個謎，最合理的辦法就是把細胞核內的成分提取出來并將它們精制。于是，如何從細胞核中獲取到核內物質便成為當時生物學界的一個重要課題。

當時大多數科學家都認為核內的物質不僅僅含在細胞核里，也會存在于其他細胞器內，而且是一種相對而言不怎么重要的細胞成分。米歇爾卻認為，細胞核可能含有某種獨一無二的化學成分。不過要將唯一存在于細胞核內的化學成分精制出來談何容易？因為當時對這類物質的定義很不一致。有說它是無定形的，即使精制出來，純度也得不到保證，那些“聰明的”化學家見了它都躲得遠遠的或繞開它走。那時正是米歇爾創(chuàng)新能力的頂峰期，他設計出來了分離、精制核內物質的方法，其巧妙、嚴密程度令人嘆服。

他先是用酸解法和蛋白酶水解法，將原生質和核分開，再用加熱酒精洗滌水解物除去脂肪類物質，排除它們在之后的分析中可能發(fā)生的干擾作用。他所用的蛋白酶是從動物的胃里提取出來的，因為膿細胞是人體組織被感染后生成的，所以要用動物來源的胃蛋白酶來消化其中的蛋白質。用胃蛋白酶處理膿細胞要持續(xù)好幾個小時，然后將破碎的淺灰色沉淀與黃色溶液分開，最后才獲得了富含磷的沉淀物。他發(fā)現，這些沉淀物有與眾不同的特征，也不屬于已知的任何有機物，更不像是已知的蛋白質，遂將它命名為“核素（nuclein）”，即現今被人們所說的核蛋白。他時年25歲。

米歇爾從進入豪勃—塞勒實驗室到獲得核素，僅用了一年時間。他的研究成果直到1871年才在《組織化學和生理學論文集》（Die Histo chemischen and Physiologischen Arbeiten）發(fā)表^[13]。文章推遲發(fā)表，爆發(fā)了戰(zhàn)爭固然是原因之一，但從他與豪勃—塞勒的往來書信中也能看出，是因為他的老師也想進行這一課題研究。學生做出了成績豈能在老師之前發(fā)表呢？所幸米歇爾的幾位同事也都意識到米歇爾工作的重要意義，紛紛介入這個課題的研究中，且有的人還取得了一些成就。這表明，從事核素后續(xù)研究的大有人在，不止豪勃—塞勒一人，這樣，老師一手遮天的謀劃才未得逞。這件事跟本書第1章述及的孟德爾的遭遇頗為相似，但也有不同之處：相似之處是老師壓著學生的文章不發(fā)；不同之處是米歇爾的老師豪勃—塞勒自己要介入這一課題進行研究，而孟德爾的老師耐格里則是害怕學生的研究成果發(fā)表后，會否定了他自己的學說。

這里值得一提的是，米歇爾還懇請他的老師豪勃一塞勒將文章手稿的送交日期寫明是1869年10月，以示他是“核素”的第一個發(fā)現者，以防文章尚未發(fā)表，或許有別的什么人也在這一期間發(fā)現了“核素”，誰先誰后說不清楚。可見，早在19世紀70年代科學家就與現今的科學家一樣，已經有了極強的競爭意識，認識到時間是取得發(fā)明權的重要籌碼，早一日晚一日發(fā)表，就可能是兩重天地。