阿諾德：歷經(jīng)坎坷，終成“酶的導(dǎo)師”

蘇更林

隨著2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的揭曉，一位傳奇女科學(xué)家的名字—弗朗西斯·阿諾德—迅速走進(jìn)了公眾的視野。她身上無數(shù)的光環(huán)令全世界矚目。從一個(gè)思想天馬行空的小女孩，到駕馭進(jìn)化力量的大科學(xué)家，阿諾德到底走過了怎樣的人生歷程呢？

思想天馬行空的小女孩

阿諾德1956年生于美國，在賓夕法尼亞州匹茲堡的郊區(qū)長大。阿諾德的家庭背景優(yōu)越，她的父親是核物理學(xué)家，兄弟們也都是科學(xué)家。在自由寬松的家庭氛圍中，阿諾德可以根據(jù)自己的興趣行事，因此她從小就養(yǎng)成了獨(dú)立的性格。她曾經(jīng)在經(jīng)濟(jì)困難的時(shí)候，為了解決房租和生活費(fèi)的問題，到一家出租車公司開出租車，還到一家俱樂部當(dāng)過雞尾酒服務(wù)員。

少年時(shí)期的阿諾德對(duì)人生并沒有特別的規(guī)劃，只是一個(gè)有著天馬行空的想法的女孩。雖然恣意的性格讓她的學(xué)習(xí)成績受到了一定影響，但她依舊渴望能夠進(jìn)入一所好的大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)。她申報(bào)了普林斯頓大學(xué)的機(jī)械和航空航天工程專業(yè)，成了當(dāng)時(shí)班里唯一的女生。

改變從化學(xué)開始

阿諾德早年的人生軌跡似乎與化學(xué)并沒有太大的關(guān)系。用她自己的話來說，她最初的設(shè)想并不是當(dāng)一名科學(xué)家，而是成為一名外交官，或者某個(gè)跨國公司的首席執(zhí)行官。

20世紀(jì)70年代，石油危機(jī)以及三里島核事故的發(fā)生引發(fā)了她的思考。20世紀(jì)80年代生物燃料的發(fā)展，使她對(duì)可再生能源產(chǎn)生了濃厚的興趣。阿諾德決定到加州大學(xué)伯克利分校學(xué)習(xí)化學(xué)工程，這成為改變她人生軌跡的一次重要選擇。1985年，她獲得化學(xué)工程博士學(xué)位；1986年，她轉(zhuǎn)至加州理工學(xué)院繼續(xù)進(jìn)行博士后研究，后來留校任教。

阿諾德的研究側(cè)重于蛋白質(zhì)的定向進(jìn)化及其在替代能源、化學(xué)和醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，阿諾德在生物技術(shù)和工程方面取得了數(shù)十項(xiàng)專利和多項(xiàng)專業(yè)榮譽(yù)，并且獲得了國家技術(shù)和創(chuàng)新獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

然而，在由男性主導(dǎo)的工程領(lǐng)域，阿諾德的工作并沒有受到太多的重視。有人質(zhì)疑阿諾德研究的不是科學(xué)，還有人指責(zé)她傲慢自大。阿諾德根本不在乎這些，她仍然堅(jiān)定地走著自己的路。她說：“他們的說法不會(huì)困擾我……要說我傲慢，我從來都不否認(rèn)，但我從不懷疑我所做的事情的意義和重要性！”

把悲傷留給歷史

科學(xué)家也是平凡的人。在阿諾德的職業(yè)生涯走向輝煌的時(shí)候，接連不斷的家庭變故對(duì)她而言無疑是沉重的打擊。

2001年，她的第一任丈夫詹姆斯·貝利因癌癥去世。兩人育有一子。

阿諾德是一個(gè)工作狂，在加州理工學(xué)院的27年里，她只休過一次假。2005年，她與家人一起到澳大利亞、馬達(dá)加斯加等地休假，休假回來后，阿諾德被診斷出罹患乳腺癌。她勇敢地接受了抗癌治療并最終康復(fù)。是她的樂觀態(tài)度，幫助她戰(zhàn)勝了疾病。

2010年，她的第二任丈夫蘭格自殺身亡。兩人育有兩子。作為一個(gè)單親媽媽，她不僅要照顧三個(gè)孩子，還要進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。

2016年，厄運(yùn)再次降臨到她的頭上—她的一個(gè)兒子在一場事故中意外身亡。

這對(duì)她的打擊實(shí)在是太大了。

2017年，在加州理工學(xué)院的一次公開演講中，她提到自己的人生波折時(shí)幾度哽咽。但她這樣安慰自己：“總有比你處境更糟糕的人。我感謝每天都能做自己喜歡的事情。”

試管里的“定向進(jìn)化”

生物進(jìn)化形成了復(fù)雜而美麗的世界，其中生物酶扮演了極其重要的角色。生物酶是一種極為特殊的高效催化劑，其化學(xué)本質(zhì)是具有催化活性的蛋白質(zhì)或核酸。

自然界的氮循環(huán)離不開固氮酶的催化作用，它能以極其溫和的方式把分子氮還原為氨，整個(gè)過程中都是對(duì)環(huán)境友好的。而工業(yè)上合成氨需要在高溫高壓條件下才能實(shí)現(xiàn)，會(huì)消耗大量的能源，同時(shí)產(chǎn)生大量污染物。

阿諾德認(rèn)為，我們應(yīng)當(dāng)向大自然學(xué)習(xí)，模擬自然的進(jìn)化過程，改進(jìn)我們的工業(yè)生產(chǎn)方法，獲得人類所需要的酶。這是她不懈努力的方向。

自然界中蘊(yùn)藏有極其豐富的酶資源，但有些酶并不令我們滿意。阿諾德作為“定向進(jìn)化”的先驅(qū)，在馴化酶的研究中做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。所謂“定向進(jìn)化”，就是在試管中運(yùn)用達(dá)爾文進(jìn)化論的原理，改良或創(chuàng)造新的酶類蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的進(jìn)化在自然界中可能需要數(shù)千年的時(shí)間，而在試管中只需要幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間就夠了。然而，要獲得符合我們期望的生物酶并不是一件容易的事。阿諾德曾說：“我不在乎999999次的實(shí)驗(yàn)有沒有作用，我只想找到100萬次里面成功的那一次。”

最終，阿諾德通過“定向進(jìn)化”在試管中培育出了更好的生物酶，利用這些酶可以生產(chǎn)生物燃料、環(huán)保塑料、藥物以及其他特殊化學(xué)品，從而解決地球的生態(tài)問題。

阿諾德說：“定向進(jìn)化讓我們能夠重寫生命密碼，特別是用它來解決人類的問題。”她還說：“我希望我的獲獎(jiǎng)能凸顯一個(gè)事實(shí)：女性可以把科學(xué)做得很好，并且同樣可以為世界做出貢獻(xiàn)！”