中科院海洋所研究员 蔡难儿
童第周老师是我国卓越的实验胚胎学家,著名的生物学家和教育学家,也是我国实验胚胎学的主要创始人。在他的科学生涯中,为我国发育生物学的发展作出了巨大贡献。今年5月28日是童老诞辰110周年。在此回忆几件往事,以表我对尊敬的童先生的怀念。
初识童先生于求学时。1952年,我求学于青岛山东大学生物系,两年后被分到动物胚胎学专业学习,期间,我们学习了五门胚胎学课程——普通胚胎学、无脊椎动物胚胎学、脊椎动物胚胎学、人体胚胎学和实验胚胎学。虽然我们这班学生没有直接聆听过童先生的讲授(当时他任山大副校长),但我们跟着他的夫人叶毓芬老师学习了实验胚胎学课程。这五门课程的设置,是童先生经过多年策划,积极倡导并在他直接组织领导下创建起来的。当时,师资力量之雄厚,开设胚胎学课程之多,在全国高校中仅此一家,我们作为学生能在这个环境中学习,感到非常荣幸。
进一步认识童先生是在工作之后,我大学毕业后,很幸运又被分配到海洋之神8590vip海洋生物研究室(现为海洋之神8590vip海洋研究所)童先生领导的实验室中工作,虽然我不是他直接指导下的学生,但每年他来青岛工作时的一言一行,给了我深刻的影响。他在科学研究上的思维方式、严谨态度,在工作上的刻苦钻研、坚韧不拔的献身精神,在生活上的艰苦朴素和平易近人的作风永远值得我们晚辈学习。
一、独到的科研思维方式,创建鱼类胚胎发育理论。
1、科研思维方式 在童老一生的科学研究中,从表面上看,他所做的工作似乎各不相同、所用的实验材料和所运用的研究手段也是多种多样,但是他所要表达的思维始终贯穿着一条十分明确的思路——研究卵子的结构、细胞质与细胞核相互关系,进而提出细胞质对发育和遗传作用的重要性。这就是童先生在科学研究中做学问的思维方式,十分令人钦佩。
2、创建胚胎发育理论
发育生物学一项至关重要的命题就是胚胎形态建成的问题。这一命题引无数实验胚胎学竞折腰。然而,由于所用的实验材料和手段有所差异,所以得出的结论也不尽然相同。童先生认为,这是由于胚胎形态建成物质是否存在使然,就是说,鱼类早期各个分裂球分离发育能力能否成胚与卵子中胚胎形成物质是否存在密切相关。
于是他通过大量的实验,提出了关于鱼类卵子发育的论点或称它为理论:在金鱼卵子中有一种有关胚胎形成物质的存在,有这种物质,胚胎便能发育完整的胚胎,缺少此种物质,胚胎便不能形成,或只能形成没有组织器官的囊胚或超囊胚。这种物质存在于植物极一端的一侧,然后,逐渐流向动物极进入胚盘。
此项研究的生物学意义在于阐明了发育生物学中一项极为重要的命题——鱼类胚胎是如何发育的,它的发育必需有一种形态建成物质的存在,此物质也称组织物质。
二、引进新技术 培育新品种。
1、建立细胞核移植技术 卵子细胞质的重要性,一直是童先生倍感兴趣的问题。当世界上出现细胞核移植技术时,他便意识到此项的重要性,它不仅可以阐明细胞核在发育中的作用,而且更重要的是,可以观察到细胞质在发育中的作用。于是他立即借鉴这项技术,自制一套简易的移核仪,并应用于鱼类研究中,从而在鱼类细胞核移植的基础研究中处于国际领先地位。
2、鱼类新品种的诞生 经过几年对鲫鱼与鲤鱼核质互换研究,终于成功地培育出一个鱼类新品种。与此同时,他们采用几种鱼进行核质互换研究,观察到细胞核虽对发育负有重要作用之外,还看到细胞质对发育的影响,也是很明显的,不应忽视。
三、科学研究亲自动手,绘制文昌鱼胚胎发育图谱。
1、科学实验亲自操刀 每年初夏,身负重任的童先生总要抽出一段时间从北京来青岛做文昌鱼的研究工作。文昌鱼是在夜间产卵,他带领他的助手、学生工作时都是亲自操刀,从傍晚一直工作到凌晨二、三点,有时到黎明才回去休息。天天如此,此情此景,我是亲眼目睹的。当时我是就寝于研究所里,每天要为他们打开所里的大门,他在离开时还不时道一声谢意!他之所以要亲自动手,在他认为:“科学家不亲自动手便成为科学政客了”。这是他对待科学研究的信条,又是对科学家道一句恳切的寄语。
2、文昌鱼实验胚胎学研究 1953-1967年,童第周、吴尚懃、叶毓芬、严绍颐、史瀛仙、陆德裕、蔡难儿、杜森、童夙明等对文昌鱼进行了系统地实验胚胎学研究。这是童第周先生在科学研究上一项重要的代表作之一。
(1)为什么选择文昌鱼作为实验胚胎学研究对象 生物进化史量变到质变一次飞跃的演变过程,但是在演化过程中,生物之间的特性必定有一定量的相似性。
文昌鱼在动物分类地位是介于无脊椎动物与脊椎动物之间。1894年,Garstang 认为头索动物文昌鱼和脊椎动物亲缘关系是最近的。有人认为,文昌鱼是脊椎动物的祖先,而Jollie认为,它是脊椎动物始祖的现存代表。
基于这种认识,它们之间必定有些相似点。就目前所知,文昌鱼具有神经管和脊索的存在,神经管形成机制同脊椎动物一样是受脊索诱导而形成的,这是相似点。但是文昌鱼没有头部、脑组织,这又区别于脊椎动物。
所以说,文昌鱼鱼脊椎动物亲缘关系相近,把它视为脊椎动物祖先,多少还有依据。
鉴于上述特征的比较,自然引起生物学家和实验胚胎学家的关注,他们试图从它的胚胎发育的特征,可否更进一步阐明它在系统发育中的关系和地位,这是许多学者最感兴趣的所在。
(2)文昌鱼的研究历史 自Kowalevsky(1867、1876)的经典著作出版之后,文昌鱼的发育成为胚胎学者重要的研究对象之一,但是更多的是正常发育形态学的描述,而用实验方法研究文昌鱼的发育,却寥寥无几,即使Wilson(1892-1893)和Conklin(1905-1932)对文昌鱼卵子的分裂球进行分离和实验,但其所用的手段是机械摇动的方法使分裂球分离,这未免过于简陋,以致所得到的结果不尽然相同,导致解释意见出现分歧,甚至做出错误的判断。
1935年,我国动物学家张玺教授在青岛发现了文昌鱼,而且分布在三个地方——太平角、沙子口和沧口。童先生获悉这一信息喜出望外,立即于同年对它开展研究,初步了解到文昌鱼的产卵季节和时间。1937年,他将文昌鱼饲养在实验室里,初次获得文昌鱼所产的卵子,并立即开展卵子分裂球分离实验。之后,因抗日战争被迫停止了研究。战后,虽回青岛工作,但因条件恶劣无法开展,直至解放后,工作条件有所改善,又着手对它作了深入的研究。
(3)建立一套文昌鱼室内产卵操作系统
童先生认为,要真正了解文昌鱼的胚胎发育规律,必须运用实验的方法,进行系统的实验。要达到这个目的,首先要解决能随心所欲地获得文昌鱼的卵子,这样才能得心应手地对卵子进行操作,才能有系统地设计各种各样的实验。
1956年,他的理想终于实现了——解决文昌鱼在实验室人工控制条件下能顺利地获得批量的受精卵和不受精卵这一难题。建立这套室内产卵操作系统,童先生是花了不少心血呀!
(4)文昌鱼胚胎发育研究取得丰硕成果
通过一系列的实验取得了丰硕的结果:(1)使人们不仅对文昌鱼的个体发育有了全新的认识,而且对文昌鱼的分类地位在系统发育中有了更深入的理解;(2)文昌鱼卵子是由五种器官形成物质所构成的,并在8细胞时期和32细胞时期绘制出器官形成物质的分布区域图谱;(3)文昌鱼具有很强的调整能力,脊索具有诱导神经组织形成的作用,这是脊索动物的属性。要发育成完整胚胎,必须有脊索细胞的参与;(4)动植物极有双向梯度现象与海胆卵子极相似。
实验表明:从发育机理上明确回答了文昌鱼在系统发育中的地位介于无脊椎动物与脊椎动物之间,并给脊椎动物在系统发育中起源于棘皮动物从胚胎发育机制上提供了依据。
发育生物学中重要使命,就是要揭示个体发生中各个细胞的命运以及他们之间的相互关系。文昌鱼的研究在这方面做出了充分的体现。它对实验胚胎学和发育生物学做出了重大贡献。
四、理论联系实际。
在党的号召下,童先生也十分注意这个问题,在五十年代中期,他给青年人每人安排一、二项能联系生产实际的课题——严绍颐承担海参增养殖的研究;张崇理负责泥蚶、牙鲆早期发育的研究;分配给蔡难儿是对虾(跟刘瑞玉、吴尚懃两位老师一起工作)、藤壶和贻贝生活史的研究。可是当时年轻人并不完全领悟,反倒觉得一时不能参与实验胚胎学的研究而闹过一点儿情绪。不过年轻人还是按他的要求去完成了课题任务,事后还得到他的称赞。
五、童氏“实验胚胎手术杯”的产生经过。
听前辈人说,解放前童先生做实验没有玻璃的手术杯,就用陶瓷酒杯代替,可是一直拖到五十年代中期,经费有所改善时,他才开始亲自设计了两种用玻璃制作的实验胚胎手术杯和胚胎培养杯。前者外形呈矮方形,杯中底部略凹呈圆形状;后者为锅状圆杯。此项精心设计的图样,其制作任务交给了我,由我到上海找有关厂家制作。来回跑了几趟,做了几次改进之后带回的样品,他们置于解剖镜下操作,使用很顺手,觉得非常满意。童氏“胚胎手术杯”就这样诞生了。
童先生是我国享有很高威望的科学家,是受人尊重和爱戴的老前辈。他对我国科学是事业的发展做出了巨大贡献。他对科学研究的坚忍不拔的献身精神、严谨的治学态度永远值得我们学习,我们永远怀念他!