弗朗西斯·阿诺德:跨过人生坎坷的诺奖女科学家

2018-10-09 21:55:50    77

  作者:钱童心

  在2014年的一次采访中,阿诺德教授承认,女性科学家确实面对性别壁垒和成见,但是她鼓励女性无视这些障碍,并勇敢地跨过去。

  阿诺德不仅是诺贝尔奖118年历史上第五位获得化学奖的女科学家,同时也是首位获得诺贝尔化学奖的美国女科学家。

  上周,诺贝尔自然科学领域的奖项尘埃落定,两位女性获奖者备受关注。

  来自美国加州理工学院的弗朗西斯·阿诺德(FrancesH.Arnold)因使“酶进行定向进化”荣获诺贝尔化学奖。阿诺德不仅是诺贝尔奖118年历史上第五位获得化学奖的女科学家,同时也是首位获得诺贝尔化学奖的美国女科学家。

  加拿大科学家唐娜·斯特里克兰(DonnaStrickland)成为了第三位女性诺贝尔物理学奖获得者。

  阿诺德与美国密苏里大学荣休教授乔治·史密斯(GeorgeP.Smith)和英国剑桥大学的格雷格·保罗·温特(GregoryP.Winter)爵士共同分享了今年的诺贝尔化学奖。其中,阿诺德获得了一半的奖项,她的贡献是在试管里演绎了达尔文的“进化论”。

  事业上成绩斐然的阿诺德,却在生活上遇到过诸多坎坷,但坚强如她,始终昂首前行。

  首位女性“三院院士”

  现年62岁的阿诺德一头金发,清瘦的面颊焕发着活力。早在20年前,年仅43岁的阿诺德就获得了美国工程院院士的称号,她也是美国最早获得美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院“三院院士”称号的女性科学家。

  更为传奇的是,阿诺德的父亲是美国著名的核工程专家,他曾服务于美国的西屋电气公司。老阿诺德也是在43岁那年获得了美国工程院院士称号,他们是美国历史上为数不多的一对“父女院士”。

  2011年,阿诺德成为首个获得美国工程院颁发的“查尔斯·斯塔克·德雷珀奖”(DraperPrize)的女性科学家。2013年她获得国家技术与创新奖,奥巴马在白宫亲自为她颁奖。2014年,她入选国家发明家名人堂。2016年,阿诺德成为第一位获得芬兰科技学院颁发的“千禧技术奖”(MillenniumTechnologyPrize)的女性。去年她还获得了美国国家科学院颁发的2017年萨克勒奖。

  “在20世纪90年代初,阿诺德教授首次创建了‘定向进化’的方法,并用它来快速地改造酶的功能。她在‘定向进化’领域做了奠基性的工作。”阿诺德的博士学生、现伊利诺伊大学化学和生物分子工程系教授赵惠民接受第一财经记者电话采访时说道,“这是一项变革性的技术,已经被全球大量的实验室采用,很多化学和生物科技产品也是利用这种技术生产的。”

  赵惠民是阿诺德在加州理工学院实验室的见证人。在阿诺德的Wikipedia网页上,只列了两位博士学生,一位是麻省理工学院(MIT)合成生物中心联合主任ChristopherVoigt教授,另一位就是赵惠民教授。赵教授是阿诺德教授的第一位做定向进化研究的博士学生。

  赵教授1992年加入加州理工学院阿诺德教授的实验室,直到1998年离开,其间与阿诺德教授一起发表了数篇在行业内极具影响力的论文。

  在瑞典皇家科学院公布的《2018年诺贝尔化学奖科学背景》、《酶和蛋白结合的定向进化》的参考文献中,有五篇重要的论文提及了赵惠民教授,其中四篇赵教授为第一作者。赵教授于1998年刊登在《自然生物科技》杂志中的一篇文章,是阿诺德教授在“定向进化”方面引用最多的文章。

  清晨6点半的好消息

  赵教授欣喜地告诉第一财经记者,10月3日那天早上6点半,他正在准备早餐,听到新闻里播报诺贝尔化学奖的获奖者。当时听到阿诺德教授的名字时,他有点不敢相信。

  “十年前就有传言说她的研究可能是诺奖级的,但你永远不知道自己什么时候会得。这一刻真的到来时,你会不敢相信。”赵教授在电话那头仍然止不住激动,“那种惊喜就好像是自己得了奖一样,好多新闻媒体的电话都来了,让我评论,学生也纷纷来电告知我这一消息。”

  早上11点左右,赵教授拨通了导师的电话,电话那头的阿诺德教授正在达拉斯。她原定当天要向得州大学西南分校的学生做一场报告,但是突如其来的好消息不得不让她飞奔机场,赶回加州。

  “我早上很早被叫醒了,电话不断。”阿诺德兴奋地告诉赵教授,“现在我不得不取消讲座,从达拉斯飞回家了。”她同时还通过社交媒体Twitter向所有支持她的人表示感谢。

  这一刻,赵教授想起了两年前由他筹划为阿诺德举办的60岁生日研讨庆祝活动,当时活动被安排在加州理工学院,全世界来了70多个专家学者,总共100多人的聚会搞得热闹又不失隆重。“我们邀请了每个时代的一位科学家做代表,请他们讲述自己所做的工作。阿诺德教授也很高兴。”赵教授说道。

  60岁生日对于科学家意义重大,标志着学术的一座巅峰。但当时,又有谁会想到两年后,诺贝尔奖会垂青阿诺德呢?“我马上给阿诺德教授实验室的同事打了电话,商量再为她举办一场庆祝活动。”赵教授告诉第一财经记者。

  阿诺德教授于1956年出生于美国匹兹堡,1979年获得普林斯顿大学机械和航空航天工程学士学位,后来她的职业发生转向,1985年获得加州大学伯克利分校化学工程博士学位。她于1986年作为访问助理来到加州理工学院,并于1987年成为助理教授,1992年获得副教授,1996年任教授,2000年成为化学工程、生物工程和生物化学Dick&BarbaraDickinson讲席教授。她于2013年成为加州理工学院Donna和BenjaminM.Rosen生物工程中心的主任。

  在2013年获得国家技术与创新奖时的一条视频短片中,阿诺德教授解释了她的工作:“定向进化让我重写生命密码,尤其是用它来解决人类的问题。定向进化的神奇之处就在于,一旦你展示了这种能力,那么所有具有创造力的人都能够将它应用到解决实际问题中去。”

  重写生命的密码

  不过,阿诺德刚开始做研究的时候,她也并不清楚这种“定向进化”的方法未来会有如此大的技术应用前景。赵教授告诉第一财经记者:“我们定向进化做得很早,我后来也问过她,当时决定做的时候,是否认识到这种技术能够产生这么大的意义,她说她感觉这会有用,但是究竟多有用,她也不知道。科学研究就是这样,当你有一个足够强大的想法,突然有一天,当用的人多了,重要性也就体现出来了。”

  赵教授回忆道,大约是在2000年的时候,当时他发表在《自然生物科技》上的论文引起了巨大的反响,全球很多实验室都开始做类似的东西。“这就是一个很好的证明,证明你研究的领域具有重要价值。”赵教授对第一财经记者表示。

  赵教授还表示,这几年阿诺德教授的实验室不断产生新的成果。他说道:“她的实验室现在博士研究生就有13个人左右,还有很多博士后,大约有25人,而且聚集了大量的跨界人才。”

  比如在2017年,阿诺德和她的同事们用“定向进化”的方法来使酶能合成硅碳键。该发现能以更环保的方式制造从润滑剂到药品等多种具有硅碳键的产品。

  赵教授告诉第一财经记者,阿诺德教授目前还是在做“定向进化”方面的研究,但更加侧重创造一些新的、更好的酶。“她不断在超越自我,通过试管模拟进化,来创造自然界难以创造的东西。”赵教授表示。

  赵教授进一步解释道,酶是催化化学反应的蛋白质,这些酶对环境无害,并通常可替代有毒化学物质。通过定向进化产生的酶可被用于制造从生物燃料到创新药物等所有产品,能够促进更环保的化学工业,生产新材料,制造可持续生物燃料,减轻疾病和拯救生命。

  “进化是世界上最强大的工程方法,我们应该利用它来寻找解决问题的新的生物解决方案。”阿诺德在2017年接受加州理工学院校报采访时说道。

  根据研究机构AlliedMarket的数据,到2020年,合成生物学应用市场的规模将达到387亿美元,复合年增长率为44%;另据研究机构Research&Market的数据,到2025年,该领域市场规模将达到560亿美元,复合增长率为28%。

  “严师”柔软的一面

  回忆起学生时代在阿诺德实验室工作时的情形,赵教授还是对“严师”有着足够的敬畏。“她还是比较严厉的女人,非常直接,如果做得不好肯定会当面挨骂。”赵教授告诉第一财经记者,“但是她也是那种比较粗放型的管理,会跟学生指明一些大方向,给学生很大的自由度,只要她认可你的想法,就会很支持你。美国的教授一般不会手把手教学生,而是更加注重互动。”

  1998年赵教授博士毕业那年,曾咨询过阿诺德教授对其职业发展规划的建议。“当时她还劝我申请教授职位,但是我权衡一下,觉得当上教授的可能性不大,于是就去了陶氏化学。”赵教授回忆道,“在企业工作两年后,我才又重新回到学校当上了教授。”

  赵教授眼里的这位“严师”形象有所改变是通过一次出差途中的插曲。那是在1995年,阿诺德教授带赵教授一起去加州圣迭戈(SanDiego)参加第13届国际酶工程大会,那也是赵教授候加入阿诺德实验室的第三年。

  “她那时候怀了第二个孩子,她就请我来开车,我当时还是个穷学生,只有一辆破车,而且大热天的空调也坏了,她说没关系。”赵教授回忆道,“一路上,她和我谈论了很多私人的事情,也问了我一些国内的情况,后来到了会场,她还介绍很多业界有名的专家给我认识。后来回到帕萨迪纳(Pasadena,加州理工学院的所在地)之后,还给我一些钱作为路费的补贴,这件事让我比较感动,其实她可以不必那么做。”

  “回来之后没多久她就生孩子了,但就在生产的前几天,她还在学校开会。生完后没过几天,她又回来上班了。”赵教授谈论起阿诺德教授至今仍好像历历在目,“她是个性格非常直爽的人,对工作非常负责,也很关心人。后来我发现她生了小孩之后,脾气变好了,感觉柔和了许多。”

  2005年,阿诺德教授患了乳腺癌。那年,她邀请赵教授回到加州理工学院做了一场报告。尽管身患重病,但阿诺德还是出现在报告的现场。“我去学校之前才知道她生病的事情,但她还是来了,这让我很感动。”赵教授告诉第一财经记者。

  无视性别歧视

  最近几年赵教授每年都因为各种会议,要和阿诺德教授见好几次面,尽管现在他们在学术上有所不同——阿诺德教授仍在进行定向进化的研究,而赵教授则偏向了代谢工程和合成生物学方面的研究,但是两人的交往甚至比师生时期的接触还多。

  “去年,她向我打听中国的情况,她受到国内一个研究所的邀请,问我意见。”赵教授透露了阿诺德教授有来中国访问的想法,“她在1997年去过一次北京,那一年的国际酶工程会议上,她受邀做过报告,后来就没有再来过。”

  在谈到中国近年来酶工程领域的发展时,赵教授对第一财经记者表示:“中国在这方面工作的显示度还不够,国际上比较能够引起注意的成果还是不多。”不过他表示,他正在筹划明年温哥华举行的第25届国际酶工程大会上,并计划邀请来自中国的学者参加。

  尽管在事业上取得了巨大的成功,但阿诺德的人生却充满了坎坷磨难,而她仍始终昂头挺进。

  阿诺德在去年一场加州理工学院的演讲中说道:“我的生命中发生了太多事情。”除了2005年罹患乳腺癌之外,2001年,阿诺德的第一任丈夫、美国工程院院士、生物化学工程师JamesBailey患癌症去世,而她的前任伴侣、美国科学院院士、著名的宇宙学家AndrewLange于2010年自杀身亡。2016年,她和Lange的儿子也在意外中身亡,那年他即将完成大三学业。

  对于这一切,阿诺德也都已经能够坦然面对。这也是她作为女性坚韧的一面。在2014年的一次采访中,阿诺德教授承认,女性科学家确实面对性别壁垒和成见,但是她鼓励女性无视这些障碍,并勇敢地跨过去。

  “纵观历史,取得成就的女性科学家是很难真正实现生活和工作的平衡的。”赵惠民对第一财经记者表示。

  “我肯定有人怀疑女性是否拥有与男性一样的承担某些工作的能力,但非常幸运的是我并没有意识到这些人的存在,我为能够完全忽视他们感到幸运。”阿诺德说道。


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