從科學家到教育家(人物專訪) --刊登於環球科學雜誌(大陸版)
本校楊董事長發現奈米細菌真相，獲普世重視，
茲轉載其研究報告全文與相關報導，以分享全校師生
|
|
|
 |
|
 |
|
2010年2月號環球科學雜誌專訪本校楊董事長全文內容 |
楊定一： 從科學家到教育家
“以前，科學經常‘犯錯'，就是因為科學家還沒有把一種新技術或新發現完全弄清楚，就開始進行應用研究，現在我們應該以此為鑒，做足了基礎研究才能避免犯錯。”
本刊記者 褚波
“未來，我們可以製造一種納米顆粒，在上面安插一些工具，選擇性地殺滅病變細胞或定點釋放藥物，用於診斷和治療一些重大疾病，而不會影響人體健康。”納米細菌有沒有生命，曾引起科學界的長期爭論。楊定一教授帶領的研究團隊，用了不到1年的時間，就破解了這個20年未解的科學懸案 ：納米細菌不是生命體，而是由礦物質和蛋白質構成的晶體顆粒。更重要的是，他的發現為納米細菌的進一步研究及其在醫學、納米技術領域的應用指明;方向——按照楊定一的話來講，“我們在納米細菌上的發現，將會開創一個全新的研究領域。”
破解懸案
從上世紀90年代初開始，對於“納米細菌有沒有生命”，科學界有兩個截然相反的觀點，支持不同觀點的科學家為此展開了激烈的爭論，但論戰雙方誰也拿不出令對方信服的證據，這個問題便成為近20年來科學界的一大懸案（參見本期文章《納米細菌傳說的破滅》）。
作為一位涉足醫學、免疫學、生物化學、細胞生物學等多個領域的科學家，納米細菌的相關研究和爭論自然是楊定一的關注範圍。不過，他沒有輕易加入論戰，因為他真正感興趣的是“非傳統研究領域”。楊定一認為，從納米細菌的各種特性來看，這些能生長和自我複製的微小顆粒可能隱藏著生命起源的秘密。於是，他決定從這個角度，以中立者的姿態介入納米細菌研究。
2007年，楊定一和自己的學生馬奕安啟動研究計畫，他們選擇的首個研究材料是一種簡單而常見的無機分子——碳酸鈣（CaCO3）。這不僅因為碳酸鈣分子天然具有結晶的傾向，更重要的原因是，這個分子僅含有一個碳原子。“生命是從無機分子起源的，因此透過碳酸鈣形成納米顆粒的過程，或許可以弄清楚在原始地球上，碳原子如何一個個地連接在一起，最終形成關鍵生命物質的化學機制。”
楊定一很快就通過研究發現，無機礦物質的結晶會主動與蛋白質、DNA 等有機分子結合，產生“核化”（nucleate）現象，形成“納米細菌”似的顆粒，會像細胞一樣自我複製，讓人誤以為它們在分裂。這些礦物質與蛋白質或其他有機分子的複合物，可能與軟組織鈣化、血管硬化等疾病有關。
2008年4月，《美國國家科學院院刊》、《自然》、《科學》等國際著名學術刊物相繼報導楊定一在納米細菌上的發現，他不僅破解了一大科學懸案，還指出此前論戰雙方的觀點均不正確（納米細菌沒有生命，但科學家在這些顆粒上檢測到的蛋白質和核酸並非源於污染，而是由於它們主動與有機分子結合）。
這項研究也為納米顆粒的應用指明了方向 ：在醫學上，納米顆粒可以作為一個健康指標，反映器官的衰老程度和人體代謝機制是否異常；在納米技術上，我們可以控制納米顆粒的形成過程，制造出預期的納米材料……而且，這項研究也將改變人類對很多疾病的認識和治療方式，催生一門新的學科“納米病理學”。以結石病為例，“以前人們都認為這是一種局部疾病，但從納米顆粒的形成過程來看，結石病應該是一種全身性疾病，治療方式也應該發生相應改變。”
不過，楊定一並不急於開展納米顆粒的應用研究，因為他認為當前更重要的研究，是要徹底弄清納米顆粒的結構和其他特徵，以及除了人體外，地球上還有哪些情況或地方會產生納米顆粒。“以前，科學經常‘犯錯'，就是因為科學家還沒有把一種新技術或新發現完全弄清楚，就開始進行應用研究，現在我們應該以此為鑒，做足了基礎研究才能避免犯錯。”
“神童”
很多科學家稱讚說，楊定一在納米細菌上的發現“給人留下了深刻的印象，解決了一個重大的科學難題，是一個非常了不起的成就”。而這些成就與他小時候的經歷密不可分。
由於受到戰爭的影響，楊定一在 6歲時，他的父親、著名生物醫學工程學家楊正民就帶著全家移民巴西。
剛到巴西時，不論是英語還是葡萄牙語，楊定一一竅不通。但不到一年時間，他就學會了葡萄牙語和英語，可以熟練地與當地人對話。
小學階段，老師都不喜歡楊定一，不願他呆在自己負責的班級，原因很簡單 ：他總是蹺課。為了增加楊定一的出勤率，老師們想方設法“刁難”他 ：加大考題難度，如果得分過低，就可以逼他留級或離開。然而，老師們一次次失望了——不論用什麼考題，楊定一的得分總是滿分，反而逼得老師使出更絕的一招 ：動用高一年級的考題，希望能難住他。結果同樣是失望 ：楊定一仍得到滿分。
有趣的是，老師從失敗中找到了“趕走”楊定一的理由 ：既然楊定一做高一年級的考題都能得到滿分，證明他完全可以跟上高一年級的課程進度，那為什麼不向學校提出申請，讓他跳級呢？就這樣，楊定一開始了跳級的歷程，有一年甚至創紀錄的連跳三級，直到他13歲高中畢業。
不過，老師們不知道的是，楊定一蹺課並不是貪玩，相反他非常勤奮，有時一天只睡三四個小時——對於小學生而言，這樣長的學習時間實在難以想像。
從五六歲開始，楊定一不僅自學功課，還閱讀大量國學經典。他讀書的方式非常奇特 ：同時閱讀6本甚至更多的書籍，因為這樣有助於刺激記憶力，“讀書時，你必須記住每本書讀到什麼地方，內容是什麼，當你下次再讀這本書時，才可能繼續讀下去，否則又要從頭開始”。
讀書之外，楊定一的另一件要事，就是坐下來靜靜地思考。“這是一個重要過程，通過思考，可以好好理解記住的東西，把它們融會貫通。而且，注意力集中，學習會很快”。後來的事實證明，閱讀和思考的習慣對楊定一的學術生涯產生了非常大的影響。
錄取風波
1971年，當年僅13歲的楊定一與年長五六歲的高中同學共同走進巴西高考考場時，他並未感到緊張，因為在過去幾年裏，他以自己特有的方式獲得的知識，鍛煉出來的思維能力，已經遠超當時的巴西高中生，甚至超過高考對考生的要求。
毫無意外，楊定一的高考成績名列巴西第一，進入巴西任何一所大學似乎都沒問題。問題恰好出在這裏。當時，巴西並不允許少年大學生的存在，也就是說，學生必須一步一個腳印走向大學校園，不能跳級。這就意味著，每年都會跳級的楊定一不能被巴西的任何一所大學錄取，他得重新回到中學校園，一直讀到十七八歲。
幸好，當時的巴西大學校長非常欣賞這個13歲的天才少年，而這位畢業于美國麻省理工學院、受過多年國外教育的老校長思想開放，他認為沒有任何理由去阻止一名如此優秀的少年進入大學學習。在老校長和父親（當時，楊正民先生是巴西大學教授）的努力下，巴西政府終於同意改變相關規定，允許巴西大學醫學院錄取楊定一，使他成為巴西大學有史以來最年輕的大學生。
一個國家為一位學生改變規定，這樣的重磅消息自然逃不過媒體的靈敏嗅覺。全巴西，甚至南美其他國家的媒體都蜂擁而至，採訪這位改變了國家規定的少年。一時間，關於楊定一的報導鋪天蓋地，在南美引起極大反響。
南美刮起的“楊定一旋風”，也讓各大廠商意識到這位巴西最年輕大學生將給他們帶來的好處，廠商代表們紛紛趕來，請求楊定一為他們公司拍攝廣告。一名廠商代表甚至直接開來一輛轎車，作為他拍廣告的報酬。 楊定一 教授向記者介紹，當年他拍的電視廣告在巴西持續播放了一年半時間，40年後，一位曾與他有合作關係的巴西科學家都還記得 13歲的他在電視廣告中的模樣。
然而，“名利”雙收的楊定一並不高興，因為他想去的地方不是巴西大學，而是科技更發達的美國。實際上，在參加巴西高考之前，他已經參加過美國的大學入學考試（ACT），得分也是滿分。這樣的成績，很容易就得到普林斯頓、哥倫比亞、耶魯等世界頂級名校的青睞。但當他開始憧憬美國大學生活，收拾行裝準備前往夢想中的地方時，由於父親擔心他年齡太小，難以適應美國生活，不允許他去美國讀書，只是答應讓他進入巴西大學學習。“當時很失落，很生氣，也非常不理解，為什麼不能去美國讀書？多年以後我才明白父親的良苦用心。”
楊定一選擇醫學專業，也是父親的要求。在 楊正民 教授看來，學醫不僅可以學到技術，賺錢養家糊口，而且將來還能幫助自己和家人改善健康─ 楊老 教授的想法並沒有錯，多年後，楊定一成為了自己的岳父、台塑集團董事長 王永慶 先生的私人健康顧問。但在當時， 楊正民 教授或許並不知道，兒子感興趣的不是醫學，而是經濟學和物理學。
轟動美國
儘管學術水準可能與美國名校存在差距，但巴西大學仍給楊定一提供了更寬廣的舞臺。
進入大學後，楊定一對物理學上的興趣有增無減，在醫學專業課程之外，他專門選修了電機和物理學課程。選修課程似乎還無法滿足楊定一對物理知識的渴求，他還把家裏及學校圖書館的相關藏書找出來，細細研讀，幾乎成了半個物理專業的學生。
同時，楊定一也未放棄前往美國，追求更高學術成就的夢想。剛一進入大學，他就到圖書館借閱美國大學名錄，詳細瞭解美國各所大學的情況，為自己的夢想尋找落腳點。當他翻到美國洛克菲勒大學這一頁時，關於學校情況的介紹深深吸引了他 ：全球唯一一所純研究型大學，學校中一半以上的教授都是美國科學院院士，創校以來已培養出10多位元醫學與化學領域的諾貝爾獎得主（到2009年共有23位），很多重大科學突破都誕生於該校實驗室。
洛克菲勒大學由此成為楊定一奮鬥的目標，他開始刻意收集與該大學相關的資料。一次，在洛克菲勒大學出版的知名學術期刊《實驗醫學雜誌》（journal of experimental medicine）上，他讀到一篇由主編贊維爾•A•科恩（Zanvil A. Cohn）教授撰寫的文章，這位免疫學界的大師級人物在字裏行間表露出的智慧以及對科學問題的獨到見解，折服了年輕的楊定一。他立即拿來紙筆，寫下一封熱情洋溢的信，除了表達對洛克菲勒大學的嚮往，還匯整出科恩教授發表過的所有研究論文，並對未來可行的研究方向提出了建議。
讓楊定一感到意外的是，信件寄出後不久就收到了回信 ：科恩教授在信中鼓勵楊定一好好學習專業知識，為未來的學術生涯打下基礎，並歡迎他在大學畢業後成為洛克菲勒大學的一員。這封信成為楊定一新的前進動力。
18 歲， 楊 定 一 從 巴 西 大 學 畢 業，他終於得到父親許可，隻身前往能實現自己的科學夢想、能盡情揮灑才華的地方——洛克菲勒大學，他的導師正是《實驗醫學雜誌》的主編科恩教授。直到今天，楊定一仍能清楚記得當年收到回信時的情景，也很懷念他在科學界的引路人科恩教授，更為這位偉大的科學家感到惋惜 ：1973年，科恩發現了樹突狀細胞（Dendritic cell,DC），這是免疫學領域的重大突破，“可惜他過早去世，否則在洛克菲勒大學的諾貝爾獎獲得者名單上，肯定會有他的名字”。
由於導師是免疫學界的泰斗，楊定一的研究自然轉向免疫學。當時，免疫學界最熱門的研究課題，是弄清楚免疫細胞如何識別腫瘤細胞等病變細胞，好幾位科學家都因為這類研究獲得了諾貝爾獎。如果楊定一跟隨前輩的腳步，從事免疫細胞識別病變細胞的機制，或許也能取得一定的成就，然而他並未選擇跟從，在決定研究方向的問題上，他再次展現出非凡的一面。
系統回顧了前輩們做過的研究後，楊定一發現了一個問題：大家都在一窩蜂地研究免疫細胞如何識別病變細胞，而對於識別之後，免疫細胞的殺滅過程卻沒人過問，也沒人知道這個過程是如何進行的。在楊定一看來，弄清楚免疫細胞的殺滅機制極為關鍵，因為不管免疫細胞的識別機制如何，它們最終目的都是要殺滅這些病變細胞。如果不弄清楚這個過程，科學家將來如何誘導免疫細胞保護機體呢？
楊定一採用的研究方法讓同行感到非常意外 ：他把電機技術運用到了免疫學上，這是前所未有的事！利用電機技術，他檢測到包括白血球在內的一些免疫細胞會製造一種蛋白質──穿孔素（perforin），而這些蛋白質能破壞病變細胞的細胞膜，使之出現孔洞，引起細胞膜內外電位和各種離子濃度的變化，從而殺死病變細胞。為了使結果更為可信，楊定一還測出了病變細胞的細胞膜出現孔洞後，電位、水分子和離子濃度變化的具體數值。
讓他始料未及的是，在一次學術會議上，當他首次向與會科學家宣佈自己的研究結果，描述殺傷細胞殺滅病變細胞的機制時，得到的並非讚譽之辭，而是一番劈頭蓋臉的批評。很多科學家認為，免疫細胞會像西部牛仔一樣“開槍”殺死細胞的說法荒謬之極，“這位年輕人的想像力實在太豐富了”。楊定一告訴記者，當時絕大多數與會科學家都對他提出了批評，面對這些絲毫不留情面的批評之聲，“意志不堅定的人很可能會失去研究的信心”。
但他堅持了下來。由於研究方法極具創新性，《自然》、《科學》、《細胞》等雜誌相繼刊登了他的研究成果，而他的結論也不斷得到後續研究的支援。尤其是基因技術出現以後，楊定一在很多動物甚至植物體內檢測到大量“鑽孔蛋白”，而且這些蛋白具有同源性，證明殺傷細胞的殺滅機制是廣泛存在的。如今，免疫細胞的殺傷效應已廣泛用於消滅癌細胞以及被病毒感染細胞。
由於在科學研究上的傑出表現，楊定一不僅在21歲輕鬆獲得博士學位，還在6年後，以27歲的年齡升任洛克菲勒大學分子免疫及細胞生物學系主任，在美國科學界引起了極大的轟動效應。後來，他又鑒定出數個與細胞凋亡相關的基因，闡明了炎症反應的分子機制，也引起了不小的反響。如今，楊定一已發表了200多篇重要研究報告，碩果累累。
角色轉變
個人取得極大成功之後，楊定一希望帶領更多的人走向成功。1999年，由於不認同現有教育理念，認為當前教育方式給兒童施加了太大的壓力，對他們期望太大，要求太高，不利於孩子的成長，楊定一與來自德國、美國、瑞士、法國等國家的37位科學家一道，成立了國際兒童聯盟，希望借此幫助各國兒童在一個相對寬鬆的環境下健康成長。目前，該聯盟已在多個國家設立了分支機構。
除此之外，楊定一也通過其他方面的努力幫助窮人。瓜地馬拉氣候宜人，是中南美洲的瑞士，但該國原住民占了全國人口的70%，經濟條件相當落後，很多人沒有合適的房屋居住。
楊定一和朋友經過多年研究，開發出一種納米建材，用它能建造出比水泥建築更堅固更抗震的房屋，而且冬暖夏涼，非常舒適。1999年，他們用這種建材在瓜地馬拉蓋了一棟四層樓的小學，捐給當地原住民使用。從使用的情況看，這套技術完全可以較低的成本，建造出較舒適的房屋。
經過幾年發展，他們修建的房屋越來越多，第一階段完工的房屋有200多棟，還包括公園、學校、馬路、加工廠和小機場等配套設施。楊定一和朋友把下一階段的計畫稱為“光之城市”，目前正在修建的房屋超過2,000棟。為了興建這麼多房屋，他們購買的土地從原有的幾十公頃擴大到幾百公頃，不僅可興建2,000棟房屋，將來這個數字還可以上升到1萬棟以上。