趙玉芬啟開生命的“混沌之門”

劉新平

雞與蛋，孰先孰后？生命本源，出自何處？這一千古不解之謎，曾讓無數科學家空耗畢生心血。人們只知道，在“雞”與“蛋”之前，橫著一扇混沌的大門；那里面，便是“雞”與“蛋”的原始生命，藏著所有生命的根。但一直以來，卻沒有一個人能夠走進那扇門，去破譯物種——生命的奧秘！

臺灣彰化，散發著泥土芳香的鄉間小路上，一個小姑娘背著書包向我們走來。將來的某一天，她會高高地站在生命科學金字塔的尖頂，她會讓整個世界都為之震驚——

預言

上帝說：“我們要按照我們的形象，按照我們的模樣造人，讓他們統治海里的魚，空中的鳥，地上的牲畜，以及整個大地和大地上的一切爬蟲。”（《舊約全書·創世紀》）于是，在創造了萬物之后，上帝根據自己的形象造了男人；又用男人身上的肋骨制造出女人。

按照宗教的解釋，生命和人類便是如此誕生的。

1859年，英國神學學士達爾文發表了他的《物種起源》，對人和生命物種的變易、遺傳及生存競爭，進行了開創性的論述，其“適者生存”的中心學說奠定了生物進化機制的基礎。“神造萬物”的經典受到毀滅性打擊。

從那以后，一代代科學家都將目光轉向了“生命起源”這一領域。應當說他們的研究是卓有成效的，由此還誕生了生命科學史上最著名的兩大派別，即蛋白派與核酸派。前者認為，組成生命的最基本和最主要的物質是蛋白，先有蛋白后有核酸。蛋白是生命之源。而后者的論斷恰恰相反：先有核酸后有蛋白，核酸創造了生命。這兩派之爭，斷斷續續，綿延近百年。而他們爭論的實質，東、西方哲人以一句極形象的比喻早就作了概括：世界上究竟是先有雞還是先有蛋？

哲人的比喻頗有些無奈的意味；而科學家的疑慮則要明確得多。美國知名學者、生物化學家瑪古麗斯曾憂心忡忡地說過：在生命起源的化學進化中，從無生命分子到核酸、蛋白這些有生命大分子之間，究竟存在著什么環節呢？這其間的混沌狀態究竟何年何月才能得到澄清呢？

確實，非止瑪古麗斯一人，有多少從事生命化學研究的專家、學者，皓首窮經，終其一生，也未能走進那扇混沌之門，未能真正解開生命起源的奧秘。他們臨終前的悲慨與無奈，曾讓多少后來者陷入深深的迷惘中。

因此，便有預言家預言：這項世界科學史上的頂級難題，還將繼續困擾科學家們至少兩個世紀！

師恩難報

當初，走在家鄉散發著泥土芳香的田塍上時，那個叫做趙玉芬的女孩心情一點兒都不輕松。那時，她不可能想到，在本世紀最后一個十年里，她將成為世界科學界最令人注目的人物；地球生命科學史，將由她來寫上最有份量的一筆。對于科學家們而言，這不帝是一個新紀元的開始——但那個時候，她心心念念，只是希望父親的病能盡快好起來，母親肩上的擔子能輕一些。除了完成課業，她還希望自己能多些時間幫幫母親，繡花，收麻，曬稻谷。

在臺灣，初中的物理和化學是連在一起的，統稱理化課。趙玉芬的理化老師叫孔祥真，是孔圣一脈的七十二代傳人。就是這位年輕的女教師，引領趙玉芬跨進了化學的天地。老師在課堂上做的化學實驗演示，使趙玉芬一下子心醉神迷了。“分子的世界是多么神奇呀！”13歲女孩這聲發自內心的贊嘆，猶如阿拉丁的神燈，從此照亮了她以后的人生道路。

高中時，化學有了較為嚴密的體系。教無機化學的張昭鼎老師對趙玉芬產生了極大的影響。這位曾留學德國的青年學子，以清新、活潑的教風，強化了趙玉芬對于化學的興趣。高中畢業后，趙玉芬能考入新竹清華大學化學系，張昭鼎功不可沒。

1992年，兩岸清華學人互訪。其時任職于新竹清華的張昭鼎率隊赴京，在清華園里，張昭鼎見到了30年前的學生、當時已是清華大名鼎鼎的教授和中科院最年輕院士的趙玉芬。師生相見，那一份銘心刻骨的激動，趙玉芬至今難忘。數年后，即1996年6月，應新竹清華大學校長沈石汕先生邀請，趙玉芬回到臺灣的母校講學。她見到了初中時的孔祥真老師；而4年前與她相晤過的張昭鼎老師已經不在了。音容宛在，而斯人已逝；在張老師的遺像前，趙玉芬熱淚長流，難以自制——此是后話！

在彰化女子中學讀到高二的時候，發生過一件事，差點斷送了趙玉芬的前程：那年，父親病故，家里的生活更加拮據。親友中有人提議，要將趙玉芬送到天主教堂，原因是讀中學的修女可以免除學費和生活費。因為母親的反對，趙玉芬才得以讀完高中，并以第一志愿考入新竹清華大學化學系。她是彰化女中考入新竹清華第一人。

留學美國

公元1971年，趙玉芬大學畢業，旋即考取了留美全額獎學金。在紐約州立大學石溪分校入學測考時，總分第一，可以直接讀博士，趙玉芬便選擇諾米爾茲教授作導師。雖然她已經聽人說起過，這位磷化學的鼻祖之一，是個極為嚴厲的老頭。而老頭子在看了趙玉芬的成績冊之后，立刻就決定收下這個女弟子。在諾米爾茲足可組成一個微型聯合國的學生中，趙玉芬是唯一的中國人。后來有人問趙玉芬：“你怕那個老頭子嗎？”趙玉芬笑，很開心的樣子：“干嘛怕！他夸我還來不及呢！”

如外人所說，諾米爾茲老頭的嚴厲的確讓人生畏。趙玉芬剛到他的實驗室不久，就親眼看見一位美國的博士后被老頭子一頓訓斥，耷拉著腦袋離開了實驗室。以后，趙玉芬就沒有見過那位博士后“師兄”。一打聽，才知導師已經把“師兄”給辭了。

可令所有人驚訝不已的是，嚴厲的導師對他的女弟子卻是青眼有加。與他訓人時的汪洋恣肆相同，他夸獎趙玉芬

時，從不吝惜溢美之辭。

諾米爾茲讓趙玉芬以一個文獻為藍本做溴化鎂的實驗。按照規矩，她只需完成文獻上的結果就可以交差了。但她活躍的思維方式和女性可貴的敏銳與直覺，使她很快發現了文獻上只字未提、世界上也從未報道過的五種新的化學結構，她立即用X光衍射方法將其精確的絕對結構定下來，寫成一篇高質量的論文，發表在美國的《化學會志》上……類似的事情常有。她做的實驗也總是超出導師的預期結果。

諾米爾茲是五配位磷化學的創始人。徒從師道。趙玉芬的博士論文也是關于五配位磷的。她在論文里解釋的是生命化學里ATP（即能量貨幣，因為生物體內部的轉化都要依賴ATP）最重要的分子在變化過程中的過渡態。趙玉芬嚴謹的論述和大量的實驗結果，在導師的文本里和已有的文獻記載中，是找不到任何出處的，新鮮而獨特。故論文發表后，立刻在磷化學界引起震動。美國出版的《五配位磷化學》一書，將其引在前言上，指出論文對磷化學的發展“貢獻極大”。諾米爾茲后來在課堂上總是如此告誡他的博士和博士后們：“要跟蹤，要監測；當某一個化學反應沒有出現預測的結果時，不要輕易認為這是失敗；要鉆進去，搞清楚這究竟是什么。這個沒有依照你舊的思維方式測出的結果很有可能就是一個創新——你們中間的趙，就是這么去做的。她走到你們所有人的前面。”老頭兒說到最后時，眼里滿是笑意，為自己當初的慧眼識人而陶醉不已。

博士生畢業，諾米爾茲將趙玉芬推薦給好友、紐約NYU私立大學著名的核酸化學家哈皮羅教授做博士后。哈皮羅交給趙玉芬的課題是核酸RNA與DNA的交聯反應。在她之前，已經有三任博士后做這個課題，結果卻都交了白卷。趙玉芬迎接了這一挑戰。為做好實驗，她專程去華盛頓學習使用反相高壓液相色譜儀。實驗中，她發現RNA與DNA聯接點的三種堿基可以被甲醛交聯、可自身和交叉交聯等7種交聯態。過去，國際上只發現了2種，現在新出現了5種，這一發現令她欣喜不已。她緊緊咬住不放，重復做了大量艱難而復雜的實驗，終于做出了令人信服的論證。據此形成的論文，發表在美國最權威的生化雜志上。哈皮羅對諾米爾茲說：“你就得推薦這樣的好學生來。”諾米爾茲說：“老兄，這就是我最好的學生了。”兩個老頭擊掌而笑。

博士后期間師從哈皮羅，對趙玉芬來講，意義非常。諾米爾茲在磷化學領域，當然是公認的一代宗師，其創見和學識幾無人可與匹敵。但這位導師或許是過于追求術業的專精了，他只是把他的專業當成經典來做。就像面對著一個已經完美無缺的動物標本，他后來所做的，只是如何讓這具已堪稱經典的標本更趨完善，卻沒有回過頭來考證一下這具標本以前的形態，它所生存的環境，究竟是水草豐美的草原，還是一望無垠的戈壁大漠——老頭子似乎對此根本就缺乏興趣。這就使得諾米爾茲從未將他經典的磷化學與生命化學聯接起來，做些旁瞻或他顧的研究工作。換句話說，作為導師的諾米爾茲，其實是將一個最大的難題留給了他的學生。

在哈皮羅門下，趙玉芬拓展了自己的專業領域，學術交聯與融合的結果，使她完成了從有機磷化學向生命化學的過渡，為她最后那最輝煌的一躍，打下了堅實的基礎。

歸宗

趙玉芬祖籍河南淇縣。淇縣，3000年前叫朝歌，是商朝的國都。圍繞淇縣的淇河，在《詩經》中也早有記載。翻開“國風”，在《桑中》一詩中，淇水岸邊相會的情人，正隔著千年風塵，唱著兩情相悅、山盟海誓的戀歌：

yuan采唐矣？沫之鄉矣！云誰之思？美孟姜矣！

期我乎桑中，要我乎上宮，送我乎淇之上矣……

是受了楊振寧博士的引導，趙玉芬回到了故鄉。當她站在被母親提起過無數次的清清的淇河邊上的時候，那首叫

做《桑中》的古詩就在她的耳畔一遍遍響起。她的眼睛里漸漸地溢滿了淚水。作為一個生化科學家，她那時還沒有破譯出生命之源的奧秘；但作為一個人，她卻先一步尋到了自己的血脈之根。

告別了曼哈頓大廈年薪4萬美元的差事（剛剛讀完博士后，就有這等美差，曾讓周圍的人羨慕不已），她回到大陸，在中科院化學所從事研究工作。

以后的事實證明，找到了血脈之源，趙玉芬似乎也就為自己找到了一份好運氣。因為在1979年回國后，她接觸的第一個課題，是用三尖杉脂母核制作抗癌藥物。實驗中，她首次使用了磷酰基，實現了最簡單的氨基酸——甘氨酸的磷酰化。同時她敏銳地察覺到，本來很穩定、單個的、化學性質極不活潑的氨基酸，一旦與磷聯接起來，它立刻就被激活，變成有生命力的化合物，可以長大，可以交換信息，可以跳來跳去地改變位置。這是任何教材上都不曾提及的一種實驗現象。電光火石般的一閃念，趙玉芬突然意識到了磷在生命化學進程中的重要地位。直覺告訴她，如果沿著這條思路走下去，她將很快可以逼近生命化學要回答的那個爭論不休的生命起源問題。

開啟混沌之門

接下來她要搞清楚的最棘手的難題是：磷在生命化學進程中，到底扮演何種角色。她開始將磷與20種不同的天然氨基酸聯接起來，合成各種N——磷酰氨基酸。用兩年的時間，她將包括甘氨酸、丙氨酸在內的7種磷酰化后的氨基酸定出了結構，它們獨特的仿生反應，令趙玉芬驚奇不已。

1953年，有位美國的科學家曾將磷和氨基酸結合過，也發現過化合物會變化的奇怪現象。但他只做過一次實驗，發表了一篇論文。此后就自以為“功德圓滿”地放棄了。趙玉芬卻堅持了下來——她又深入地作了絲氨酸、天冬氨酸和組氨酸的磷酰化實驗，再次發現這3種氨基酸加入磷以后的奇特反應：非常活潑，變化極快，而且，這些N——磷酰氨基酸和生成的小肽還具備特有的自身活化現象——可自身成肽、成脂、磷上脂交換等。同時，她還發現了磷酰基的存在對氨基酸細微結構所體現出的顯著化學放大效應。這正是生命化學的基本反應。

實驗的重點自此進入氨基酸的磷酰化機制。

在實驗室里，趙玉芬完成了最重要的兩個實驗：磷酰化氨基酸自身組裝成了蛋白，與核苷合成了核酸。

生命起源的混沌之門，轟然開啟。

1991年，趙玉芬完成了她科學生涯中最重要的一篇論文《生命化學的基本元件：磷酰化氨基酸是核酸和蛋白的共同起源》。1992年，在法國召開的第12屆國際磷化學學術大會上，趙玉芬又作了《磷酷基的參與是生命化學的關鍵》的報告，她明確提出：“磷酰基的參與是通過六配位的過渡態體現出來的，調控生命化學的基制是六配位的磷。”參加大會的眾多學者，包括一些獲得過諾貝爾獎的知名科學家，紛紛認為，“這是整個大會最具創新意義、也是最有價值的一個報告”，“趙的突出貢獻，預示著生命化學領域將出現一個全新的學派”。

此后數年，趙玉芬有關生命起源的研究成果，被世界上越來越多的科學家們所認識和接受。她在生命化學領域里不可替代的地位，從此奠定。

1996年7月9日下午，法國奧爾良，第11屆國際生命起源大會。趙玉芬以大量、嚴謹的實驗成果和化學、數學、動力學三種模型，令人無可辯駁地證明了一種磷和氨基酸的化合物——磷酰化氨基酸是生命起源的種子；這種最小的有生物活性的分子能同時產生蛋白和核酸。而生命，正是在此基礎上形成的。

臺下是雷鳴般的掌聲。這至少表明，作為一個科學家，她已經完成了她生命史上一次最輝煌的創建。

趙玉芬屬于那種有條不紊的人，但其思維和行事方式，絕對與眾不同。到抽屜里找一份材料，沒有，她會在用腿關上抽屜的同時，用手打開上一層抽屜。中新社的一位記者采訪她，她為記者講解分子具有生命現象的4個必要和充分條件：自我長大，能夠復制，物質與信息交流，自我進化。記者在采訪本上龍飛鳳舞地記著。突然，趙玉芬探過身去，用筆在記者的采訪本上點了一下：錯了，不是復印，是復制！科學家的敏銳和驚人的洞見，讓記者敬服不已。

趙玉芬當然不是那種一味鉆進自己的專業里出不來的人。同桌吃飯時，她談鋒甚健。營養保健、時裝首飾、社會治安，包括氣功和特異功能，大家提出的任何一種話題，她都顯示出極大的興趣，而且，每每出語驚人。

趙玉芬1991年當選中國科學院院士，1995年當選國際科學院院士。現任生命有機磷化學國家教委對外開放實驗室主任，清華大學生命科學與工程研究院副院長；全國政協委員，全國青聯副主席。