本文作者:張浩

1911 年,一位來自奧地利的博士旅居在曼徹斯特,租住在公寓中。

那時候的歐洲房東除瞭出租房子,還要提供每日餐飲。

這位年輕的博士發現房東好像隻有周日用新鮮牛肉做飯,一周內剩下的日子裡會發現,前一天咬瞭一口的牛排第二天切碎拌進瞭沙拉裡,第二天吃剩的沙拉攪和攪和第三天煮進瞭湯裡,總之不管今天星期幾,但是一定能保證讓你換個花樣吃到星期天剩下的肉。

盡管這位博士屢次暗示吃新鮮的肉才能有利於健康,但是房東不為所動,堅稱自己每天做飯用的都是鮮肉:反正飯是我做的,你有證據算我輸。

房東顯然低估瞭這位小夥子的執著。面對房東的嘴硬,小夥乘其不備在一天的剩飯中撒入瞭自己正在研究的放射性物質。

等到第二天,房東再次端上來晚飯,年輕人掏出瞭測量放射性的儀器:房東你瞧好吧,是不是昨天剩下的肉馬上就要揭曉瞭……檢測儀一測,果然放射性超標,房東看到直呼 amazing。

這個敢在飯菜裡加放射性物質的年輕人不是別人,正是我們今天故事的主角, 1943 年的諾貝爾化學獎得主:喬治・德・赫維西(George de Hevesy)。

圖源:nobleprize.org

鈔能力下的科研自由

1885 年 8 月 1 日,赫維西出生在匈牙利的佈達佩斯(當時屬奧匈帝國)的一個富貴傢庭:祖父母輩都是當地猶太社區領袖,老爸在當地法院任職且管理著當地的一個超大的礦業公司和牧場,這些產業則屬於他老婆,赫維西的媽媽,同時也是一位女勛爵。

出生在這種傢庭的赫維西從小衣食無憂,上起學來也是悠然自在。博士畢業後,赫維西曾跟隨弗裡茨・哈伯做研究,就是那個開創氮氣和氫氣合成氨技術並且因此獲得諾獎的哈伯。

作為一個獨立的、有鈔能力的研究者,赫維西不需要生計擔心,總能選擇自己喜歡的研究。總之一句話,想去哪裡做研究就去哪裡研究。有錢之後的學習,才是發自內心的愛學習。

1911 年,赫維西來到英國,在歐內斯特・盧瑟福的工作室工作。這一年,盧瑟福因為剛發表盧瑟福原子模型使得舉世震驚:原子的中心有一個帶正電、帶質量的原子核,在原子核的四周是帶負電的電子雲。

也就是在盧瑟福的實驗室,赫維西開啟瞭同位素示蹤的研究方向,也結識瞭同樣是富傢公子的青年鈔能力者:尼爾・斯玻爾(Niels Bohr)。

圖源:《正義聯盟》電影截圖

之後的幾年,赫維西反復來往於曼徹斯特、維也納、哥本哈根進行放射性研究。當時人們發現鉛礦中會包含一種放射性元素,但還不知道是什麼(後來才知道是鉛-210)。

老板盧瑟福給赫維西使勁畫瞭一張餅:孩子,如果你真的能勝任你的工作,你就能將這種元素從鉛中分離出來!

結果就是,赫維西前前後後花瞭好幾年,用光瞭奧地利政府提供的數百公斤放射性鉛礦物質,發現根本分離不出來。

眼看著鉛-210 的分離進展一點沒有,赫維西就像要開組會卻還沒有結果的研究生一樣,尋麼著總得湊點實驗結果,這種東西到底能拿來幹點什麼呢?

恰巧那個年代的生物學幾乎是剛脫離混沌年代,別說研究代謝通路、基因調控,那個時候的科學傢連光合作用怎麼進行的、牛奶怎麼產生的這種生化問題都回答不瞭。

原因無他,物質進入細胞之後就看不見瞭,你不能指望自己能在顯微鏡下肉眼觀察到化學物質的代謝。

赫維西靈機一動:雖然我分離不出來鉛-210,但是它能穩定、持續地發出輻射,讓生物體攝入整體的鉛礦物,這不就相當於射入瞭一種指示劑嗎?

豪氣飲重水,親身示范同位素示蹤

1923 年,赫維西首次使用有放射性的鉛-210 種植瞭蠶豆,之後檢驗蠶豆根、莖、葉和果實中鉛的濃度。次年,和同事合作給兔子註射含有鉍-210 的藥物跟蹤兔子體內的鉍循環。

這些實驗成功證明瞭同位素標記的方法在動、植物中可行。

雖然老板盧瑟福對於赫維西沒能把鉛-210 純化出來甚不滿意,但是赫維西憑借豐富的想象力,無心插柳開創瞭「同位素標記」這種超微量、高靈敏、前途不可估量的優秀研究方法。

最開始的同位素標記還是使用的各種帶放射性的重金屬元素,畢竟生物體內大部分的生化反應根本不需要這些重金屬的參與,更何況這些重金屬常常有毒。

想要運用到人體內,這還不夠。

1934 年,赫維西為瞭研究水分子在體內的平均停留時間,一口氣喝下瞭稀釋重水。因為身體需要輕水,重水不會在體內消耗,因此隻要測重最終排出的重水重量就能得知滯留時間,而通過排泄的比例變化也就能推測出身體的含水量。

這個自體實驗也可以說是,同位素示蹤法第一次在臨床科學的應用。

不久之後又他敏銳地利用科學界新發現的 P-32 進行代謝追蹤,畢竟磷元素是構成磷脂、核酸的重要元素,對生命科學研究而言重要性不言而喻。

後續,同位素示蹤技術在生命科學的研究中大放異彩:

氧-18 用於證明光合作釋放的氧氣來自於水;

碳-14 用於研究光合作用的暗反應;

磷-32 和硫-35 用於標記噬菌體證明 DNA 才是遺傳物質;

氮-15 用於證明 DNA 復制的半保留性質;

三羧酸循環、岡崎片段的發現,無數生物學上的偉大發現莫不得益於同位素失蹤技術。甚至連 80 年代劃時代的 PCR 反應,最開始顯示 PCR 條帶也是用的放射自顯影。

溶瞭諾獎獎牌(不是自己的)

回到赫維西年輕的時候,他在 1915 年參加瞭奧匈帝國的軍隊參與瞭第一次世界大戰。在1922 年和 Dirk Coster 共同發現瞭第 72 號元素鉿 (72Hf) 。1926 年,赫維西回到德國,入職母校弗賴堡大學。

雖然說生活起起落落,但是在鈔能力的支持下還算過的充實滋潤。這樣的好日子一直到瞭 1933 年到頭,因為希特勒上臺瞭。

作為一個猶太人,赫維西果斷提交辭呈。然而赫維西實在是個難得一見的負責導師,他想到自己指導的幾個博士還沒畢業,決定把他們的研究指導完,畢業送走瞭自己再撤。

就這樣一直拖到瞭 1934 年 10 月,赫維西離開瞭非常喜歡的弗賴堡大學,又搬回瞭丹麥的哥本哈根,到瞭玻爾研究所。

6 年之後,德軍占領丹麥,赫維西又一次生活在納粹的陰影下。彼時,納粹德國嚴控黃金資源,而馬克斯・馮・勞埃和詹姆斯・弗蘭克兩個科學傢的諾貝爾的金獎牌還在玻爾研究所裡放著。此時,赫維西提出一條妙計:溶掉!

就這樣,溶化黃金的溶液在玻爾研究所的架子上一直放到納粹完蛋都沒有被懷疑,等戰爭結束他們把黃金置換出來交給諾獎委員會,諾獎委員會又給他們重新鑄造回瞭獎牌。果真是條妙計。

1943 年,猶太科學傢呆在哥本哈根也不安全瞭,赫維西一路向北來到瑞典,在斯德哥爾摩大學工作。

工作幹瞭沒多久,他又迎來一個壞消息和一個好消息:壞消息是身體又不行瞭,必須去療養院養病;好消息是養病期間的 1944 年,因「在化學過程研究中使用同位素作為示蹤劑的工作」獲得諾貝爾化學獎。

這下終於可以溶解自己的諾獎獎牌玩瞭(不是)。

最後,雖然同位素示蹤技術給赫維西帶來瞭諾獎,但歷史上真正的第一次生物物質同位素示蹤法應用,其實是赫維西剛到曼徹斯特時候追蹤房東的隔夜肉……

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