20世紀最偉大的生物學家克里克：年逾花甲勇「跨界」
弗朗西斯?克里克（1916~2004）
克里克和沃森的英名將如愛因斯坦和普朗克一樣與世長存。[1]
——波吉奧
現在已經很少人被人稱為「天才」了，但是沒有什麼人會否認克里克是個天才。絕大多數科學史家都會同意他是20世紀最偉大的生物學家。[2]
——拉馬錢德蘭
撰文
顧凡及（復旦大學生命科學學院退休教授）
旅居美國的英國分子生物學家和神經科學家克里克（Francis Harry Compton Crick）被2000年諾貝爾獎得主坎德爾譽為20世紀最偉大的生物學家，是可以與伽利略、牛頓、達爾文和愛因斯坦比肩的科學巨匠。這是因為在三大科學之謎——宇宙產生之謎、生命之謎和意識之謎中，他在兩大科學之謎的探索中做出了重大貢獻。1953年他與美國分子生物學家沃森（James Watson）和英國生物學家威爾金斯（Maurice Wilkins）共同發現了脫氧核糖核酸（DNA）分子的雙螺旋結構，並於1966年破譯了遺傳密碼，從而揭開了生命與非生命的本質區別，他和沃森分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎；當他功成名就以後，他又在20世紀70年代毅然離開了他開闢成熟、如日中天的分子生物學的坦途，吹響了用自然科學手段研究意識的號角，披荊斬棘踏上了一條被當時絕大多數科學家視為畏途的意識研究的吉凶未卜之路，這需要何等的勇氣和膽略！到了今天，雖然意識之謎依然未被揭開，但是已被科學界普遍認為是21世紀科學的中心議題之一。坎德爾指出：「心智的生物學研究在21世紀所處的地位，就相當於基因研究在20世紀中所處的地位，這已成為當前科學界的共識。」正是克里克在20世紀中葉解決了基因的物質基礎，並使遺傳學成為20世紀下半個世紀生物科學的領跑者，而又是他在20世紀下半葉開啟了科學研究心智之路，使之成為新世紀生物科學研究的中心議題。
大器晚成
1916年6月8日，克里克出生於英國中部的一個中產階級家庭。他是一個勤于思考的孩子，但是還沒有到「神童」的境界。父母給他買的一套兒童百科全書是他所受到的科學啟蒙教育，他對此愛不釋手，並決心長大後要當一名科學家。對科學的愛好使他在12歲左右就不願意再和家人一起到教堂做禮拜了，因為當他學到了地球年齡和化石知識以後，他就再也不能相信《聖經》里所講的創世記了，而如果《聖經》中有一部分是明顯荒謬的話，他覺得其他部分也就不可信了。這使他成為一位無神論者。他的這一立場非常堅定，以至於拉馬錢德蘭在設想發明一種測量宗教信仰虔誠度的儀器時，曾開玩笑說要把克里克作為零點來定標[3]。儘管他一直是一位好學生，但是也沒有什麼特別的驚人之舉。接著是第二次世界大戰打斷了他的高壓下水黏度的研究工作，德軍的轟炸把他的整個設備化為灰燼。他轉而去從事磁性和聲學水雷的設計工作。戰爭結束後，他有點迷茫，不想再搞武器設計，而研究水黏度對他來說，既沒有吸引力也不再有設備。他的興趣是做基礎研究，但是問題是研究什麼。由於在此之前，他並沒有什麼專長，這反而成了一個有利條件，使得他可以轉向任何自己真正感興趣的方向。他回憶自己最喜歡和人談論的論題，一個是生命和非生命的差別，再有一個就是腦功能的機制——他把這稱之為判斷一個人愛好的「閑聊測試」。這必定就是自己的興趣所在，然後就該兩者擇一。根據當時的條件，他覺得自己從事前一項研究更容易入手，於是義無反顧地投身到這一研究中去。
一鳴驚人
1949年，已過而立之年的克拉克到英國物理學的聖地卡文迪許物理學實驗室成為一名研究生，學習通過X射線晶體衍射研究蛋白質的三維結構。由於他以前一直是學物理學的，對生物學所知甚少，因此他不得不花很多時間去學習生物學知識，而更重要的是學會理解生物學家的思想習慣和思考方式。克里克後來回憶說，這種轉變「幾乎就好像是要求人必得重生一次」。這對任何一個想從事和生物學有關的交叉領域研究的人都是必要的。但是他的物理背景教會了他有信心攻堅克難，物理學已經樹立起了取得巨大進步的榜樣，這使得他比當時典型的生物學家更有勇氣面對挑戰。他的物理背景也讓他得以把想像力和邏輯結合起來，很快地成了解讀衍射模式的專家。
20世紀40年代末，生物學中的一個尚未解決的中心課題是遺傳信息如何代代相傳。當時幾乎沒有人相信這個問題能夠在分子層次上得到解決。絕大多數人相信遺傳物質是蛋白質，只有個別人提出遺傳物質是由 DNA 構成的。
1953年，一位25歲的美國博士後沃森到卡文迪許實驗室來合作研究肌紅蛋白的晶體結構，而長他12歲的克里克則正在做有關蛋白質和多肽 X 射線晶體衍射的博士論文。 兩人氣味相投、一見如故，都熱衷於揭開遺傳的分子機制之謎。這本來不是他們的正業，但是在兩年時間裡，無論是在實驗室里，還是午飯後的散步時，或是夏日泛舟河上，他們不斷地討論這一話題，這甚至使他們研究組的組長把新分配到的一間辦公室給了他們，以免他們滔滔不絕的討論影響他人的工作。
關鍵的一步是克里克根據美國科學家富蘭克林（Rosalind Franklin）實驗取得的DNA衍射模式猜想 DNA 的空間結構，並借用了美國化學家泡林（Linus Pauling）用模型解決a螺旋的思想；而沃森則偶然想到兩對鹼基特異性配對的性質，不過當他想到這一點後，他立刻意識到這是一個重要的思想，所以這裡面雖然有運氣的成分，但是運氣只垂青有準備的頭腦。正是在這基礎上他們提出了 DNA 分子的雙螺旋結構模型，而克里克意識到其可能的遺傳學意義，將他們的結果在權威的《自然》雜誌上發表了。這在開始時並不為許多人所理解。1958年當他申請劍橋大學遺傳學教授職位時竟然遭到拒絕，理由是他不是一位「恰當的遺傳學家」，而正是他的發現把遺傳學變成了一門真正的科學！關於 DNA 分子雙螺旋結構和遺傳密碼的研究故事已經說得很多了，特別是在克里克的自傳《狂熱的追求》[4]和他的合作者沃森的名著《雙螺旋》[5]兩書中都有了詳細而權威的敘述。如果要詳細解釋這個問題，那麼本文的整個篇幅都還不夠，因此在本文中索性一筆帶過，而把重點放到他對科學的「狂熱的追求」和治學之道，儘管發現DNA分子的雙螺旋結構、揭開遺傳密碼和奠定分子生物學的基礎是他一生中最偉大的貢獻（圖2和圖3）。
圖2. 就在克里克和沃森的文章在《自然》雜誌上發表之前，克里克寫信給他當時12歲的兒子，告訴他：「吉姆?沃森和我很可能做出了一項最重要的發現。」 現在這封信的拍賣價在100～200萬美元
圖3. 劍橋大學聖卡尤斯學院餐廳的一扇窗上的彩色玻璃，表示DNA的雙螺旋結構和對克里克遲到的追認和紀念
再攀險峰
就在他和沃森一起提出 DNA 的雙螺旋結構，破解遺傳密碼，奠定分子生物學的基礎之後，1966年他就意識到分子生物學的輪廓已被清晰地勾畫了出來，進一步研究已經有了可靠的基礎，而以後的工作主要是填補許多細節。所以到1976年他覺得是轉向下一個自然之謎——意識研究的時候了，這時他已年逾花甲，因此他對自己說：「要麼現在就干，要麼就永遠也幹不成了。」[4]在功成名就又年逾花甲之際，放棄自己已經駕輕就熟，成為領袖群雄，紅遍世界的領域，而另走當時還被自然科學家視為禁區的意識研究這樣一條荊棘叢生、前途未卜的未知之路，這需要何等的勇氣和膽略！沃森不愧為他的至交，一語道出了這位大師的崇高思想境界：「弗朗西斯（克里克的名字)……從來也不追名逐利，他唯一有興趣的就是去解決問題。」所以後來克里克婉拒英國女王授予他的爵位也就不足為奇了。
克里克晚年在意識研究上的長期合作者科赫（Christof Koch，圖4）回憶說，就在20世紀80年代末，當他們開始研究意識問題的時候，絕大多數科學家會說：「至於說到意識，我們還是把它留給宗教界人士吧，或者留給哲學家或是新世界教派的邪教，科學家對此無能為力。」[6]克里克和科赫覺得這樣的看法是愚蠢的，因為我們明明知道自己是有意識的，如果不去研究，那實際上就是永遠忽視了自然界中的一個最重要的問題。他們確信意識也是一種自然現象，因此可以用自然科學的方法去進行研究。
圖4， 克里克和科赫，兩人年齡相差了40歲，合作了近20年
當他們開始著手研究的時候，他們發現沒有一個人能給意識下一個大家公認的定義。既然現在對意識連公認的定義都沒有，那麼這還能成為科學研究的主題嗎？克里克認為「在前 DNA 時代，生物學家從來也不坐在一起說：『在我們研究生命以前，先讓我們清楚地給生命一個定義。』我們只是一往無前去尋求生命究竟是什麼。毫無疑問，對我們所講的東西有一個粗略的概念總是好的，不過關於術語、定義之類的問題最好還是留給那些專門搞這種事的哲學家去干。事實上，清楚的定義常常來自經驗研究。我們現在不再去爭辯病毒究竟是不是活的這樣一類問題。」[7]他指出，不要說像意識和生命這樣的難題，即使對於電現象，遠在發現電子之前，人們也沒有停止過對電的研究，而且得出了像庫侖定律、歐姆定律等這樣的基本規律。因此，克里克覺得字面之爭純屬浪費時間。暫時我們可以滿足於對意識的一個大致的概念：這就是那個當你無夢熟睡……深度麻醉或是昏迷時離你而去，而當你清醒過來時又隨之而來的東西。雖然這並不是一個嚴格的定義，但是至少絕大多數人都會認可這確實是你理解的「意識」的意思，無妨就暫時用它作為研究意識的出發點。
儘管克里克在開始意識研究之前，對腦早已有所了解，也有許多神經生理學家朋友，但是當時他畢竟還不是一位神經科學家，在開始要正式研究意識問題時，他就發現自己對腦了解太少。根據他通過研究 DNA 的雙螺旋結構發現遺傳密碼的經驗，他深刻領會到生物學中的一條普遍規律，那就是如果你想要理解某個生物系統的功能，那麼你首先要了解它的結構。因此他的第一件事就是自學神經解剖學的知識。接著就是廣泛閱讀實驗文獻和綜述，以全面掌握現況。另外他根據自己的具體情況對自己的工作做了一個明智的定位：「至少在開始時不直接親自做實驗，除了技術上的困難之外，我想我可以在理論方面起更大的作用。……我希望能在從不同的角度研究腦的學科之間架起橋樑。」當然他在這裡說的只是由於他的年齡、背景和經歷使他決定「不直接親自做實驗」，但是這一點也不意味著他不重視實驗，或者可以拋開實驗事實去苦思冥想；相反，他和神經科學家維持著密切的聯繫，並且「廣泛閱讀實驗文獻和綜述」，他的意識理論既來源於實驗事實，又要受實驗事實的檢驗。接下來的問題就是選擇突破口的問題了，也就是從什麼樣的具體課題入手。
克里克認為自我意識是意識的一種高級形式。除了極少數例外，動物並沒有自我意識，更難於研究，所以他認為要研究自我這樣的問題，現在還沒有到時候。即使不牽涉到自我，要想解釋主觀體驗是怎樣由神經迴路產生的也非常困難，查爾姆斯（Chalmers）把這稱為意識研究中的困難問題。克里克說道：「還沒有人能對我們是如何通過腦的活動而體驗到紅色的『紅』這樣一種主觀體驗以可信的解釋。」他和他的忘年交科赫認為，「打仗要選擇好最容易取得戰果的突破口，這個突破口就是揭示視知覺的神經相關機制」。這是因為不僅是人，許多動物都有感知覺，因此研究意識也許應該從感知覺是由腦的哪些部位的哪種神經活動引起的這樣一個問題開始著手。他們把這些最小限度的神經元集群活動稱為該知覺的神經相關機制。所以他們提出意識研究的第一步應該集中在對視知覺的神經相關機制的研究上。
正是這樣，他們經過近20年的研究，提出了一個意識研究的理論框架。這個框架的一個中心思想是有關相互競爭的集群的想法。腦後部的集群和腦前部的集群之間有廣泛的相互作用；並不是所有的皮層活動都是有意識的；注意對新產生的集群進行選擇，優勝集群的活動就表現為意識的內容。他們的這一理論已經總結在他過世後科赫發表的專著《意識探秘》[6]一書中了。雖然意識之謎一直到今天還沒有揭開，但是正是克里克開闢了意識的自然科學研究之路。當他開始的時候，任何有關意識的研究根本就不可能得到基金資助，而今天有關意識的學術會議的參加者已經逾千，而且科學家的主流都認為對心智（包括意識）的研究將成為21世紀的科學前沿。
春蠶吐絲
2004年7月，88歲高齡的克里克得了結腸癌，並已到了晚期，化療已經不起作用，非常疼痛。醫生告訴他過不了9月了，他卻依然對科學充滿了熱情，而對無能為力之事保持冷靜。就在他逝世的一個星期前，美國科學家史蒂文斯（Charles F. Stevens）和謝諾夫斯基（Terrence J. Sejnowski）為了建立一所新的克里克-亞科布斯（Jacobs）計算與理論生物學中心的事去拜訪他，看到他依然在伏案工作，周圍放滿了論文，一如以往，只是有一根手杖斜靠在他的椅子旁，他的腳踝紅腫。他們談了大概有一個小時，其中絕大多數時間都在談論他對屏狀核的想法，而且他正在寫一篇有關這個問題的綜述。由於這個核團和許多皮層區都有雙向聯結，因此他猜想這一核團可能對意識起重要的作用。他說希望自己的文章能激發人們對這個以前一直受人忽視的組織的研究。
直到臨終以前的幾個小時，他還在寫論文。對來訪的朋友，他從來不談自己的疾病，談的依然是意識研究中的種種問題。他以一種極度理性的態度對待他的疾病，別人看不出他對此有何不安，他也從來不因此讓他的朋友感到不安。他的好友拉馬錢德蘭回憶道：
「在他去世前三星期，我到他拉霍亞（La Jolla）的家中去探望他。……在我在那兒的兩個多小時里，我們一點都沒有提到他的病，只是討論有關意識的神經基礎的種種想法。……當我離開時，他說：「拉瑪，我認為意識的秘密就在於屏狀核，你說呢？要不的話，它為什麼要和大腦中那麼多的區域有聯繫？」然後他意味深長地朝我眨了眨眼。這是我最後一次見到他。」[2]
2004年7月28日，一代巨星隕落。就這樣，這位近世最偉大的生物學研究大師帶著他對解開意識之謎的執著追求走完了他的人生道路。在他之後，越來越多的科學家投身探索意識之謎。令人告慰的是，在克里克逝世差不多10年之後，他夢魂縈繞的屏狀核之謎有了好消息。2014年6月美國科學家可貝斯（Mohamad Koubeissi）報道說，他讓一位癲癇病人不斷復讀「房子」這個詞，並且不斷地用手打榧子，如果在此時用高頻電脈衝刺激病人的屏狀核，病人說話越來越輕，動作越來越慢，最後逐漸喪失意識，而一旦停止刺激，病人馬上恢復了意識，這提示屏狀核可能在觸發產生意識體驗中起到關鍵作用，就如同一個意識開關。科赫感嘆說：「弗朗西斯要是知道了這個消息，準會高興得就像喝了潘趣酒一樣。」
萬世師表
克里克不僅以他的科學業績永垂青史，而且以他對科學的熱愛和嚴謹的治學之道為後人留下了永遠的榜樣。科赫後來回憶說：
「因為他太有名了，許多人都不敢對他的想法進行批評，而他要的就是對他想法的批評。他的想法多得驚人。有些非常聰明，有些非常有洞察力，但是也有些並非如此，還有一些簡直是發了瘋。但是你要知道，你碰到的是這樣一位奇才，這樣一位富於創新的天才，他的思想噴涌而出，他需要有人和他共鳴，並告訴他這個想法不行，那個想法太棒了，而那個想法又太愚蠢了……這就是他的工作方式，你早上十點去，一直討論到傍晚六點，他會把所有的證據從頭到底梳理一遍，他會對數據進行篩選，對此進行討論，從不同的角度進行考察，否定某個想法，提出新的假說，再次予以否定，然後吃晚飯，通常飯後這個過程還要繼續下去。直到他去世的那天為止，他數十年如一日始終如此地工作和生活。
「……作為一名理論家，弗朗西斯的研究方法是靜靜地思索，每天廣泛地閱讀有關文獻，並進行蘇格拉底式的對話。他對於細節、數字和事實如飢似。他會不斷把各種假設結合在一起以解釋某種現象，然後他自己又推翻了其中的絕大多數。清晨，他總是會向我提出一大串新奇的假設，這些都是他在半夜醒來時想出來的。我睡得要深沉得多，因此不大有這種午夜靈感。……
「弗朗西斯是一位智力上的巨人，是我遇到過的思想最清楚也最深刻的人。他得到的是旁人能得到的信息，他讀的文章也和旁人無異，但是他會由此提出全新的問題和推論。我們共同的朋友、神經病學家和作家薩克斯（Oliver Sacks）回憶起和他見面的那種感覺，『有點像是坐在智力的反應堆旁邊——一種從未經歷過的熾熱的感覺。』……
「同樣值得一提的是，和弗朗西斯極易相處。他一點也沒有名人的作派。他和沃森一樣，我從來也沒有看到過他故作謙虛，也沒有看到過他傲慢自大。不管是低年級大學生，還是諾貝爾獎得主，只要和他說話的人講的是某些有意思的事實或觀察、大膽的提議、或是他以前從未想到過的問題，那麼他都樂於和他們交談。但是如果對話者滿嘴胡言，或者根本不明白他們的推理為什麼不對，那麼他也會很快失去耐心。不過他是我遇到過的頭腦最為開放的科學大師之一。」[8]
他對年輕有為的科學家總是充滿了熱情，以平等的態度和他們討論以至爭辯科學問題。對年輕40歲的科赫是如此，對年輕20歲的波吉奧和馬爾（David Marr）也是如此。波吉奧後來回憶說： 「我永遠也不會忘記他慷慨地讓人分享他的智力成果，他永遠有時間和興趣與人討論科學問題，並使人感染他對科學的熱愛。」 對他的每次訪問都使波吉奧感到是「以一種獨一無二的方式讓我頭腦清醒，充了電，對研究也對生活重新產生深究和歡樂的心情」，「他對充滿好奇心的人極其耐心。我記得有一次他在麻省理工學院演講完後，儘管他已經很累了，但是他對那些留下來不走的學生和聽眾所提出來的無窮無盡的問題耐心而又溫和地一一作答。」[1]
西格爾（Ralph Siegel）是一位比克里克小40多歲的年輕神經科學家，當他在二十多歲第一次拜訪克里克時，他向克里克介紹了自己的工作。後來他回憶說：
「弗朗西斯傾聽我的介紹，然後提出了一系列以前從來也沒有人向我提出過的難於作答的問題。看上去他好像一下子就掌握了整個情況，把它們安放到了他那巨大的顳葉皮層中的內心模式中去了，並由此提出了關鍵問題。
「這是我生平第一次見到有人能這樣做。弗朗西斯記憶驚人，思維敏捷。在以後20年中在許多學術報告會上我看到他好像睡著了一樣，以手托腮，雙目緊閉。而當報告完了時，他會提出一個報告者猝不及防的問題，直指報告的問題所在。」
毫無疑問，科學研究中最艱苦的工作是解決問題。但是提出什麼樣的問題正是究竟是取得成功和獲得新成果，還是失敗和浪費多年時間走進死胡同的分界線。他的另兩位朋友里奇（Alexander Rich）和史蒂文斯也回憶說：「他強烈的好奇心總是伴隨著高度原創性的思維……在學術報告會上他總是要求報告人要講清楚，因此氣氛不免有些緊張。不過他也很富幽默感，尖銳，然而從來不帶惡意。」有一次，一位來訪的科學家介紹了他有關腦功能的模型以後，感到克里克的不以為然，他就急著說：「克里克博士，我的模型很漂亮，也確實行啊。」克里克老實不客氣地回答說：「我的朋友，如果您推銷的是吸塵器的話，那麼您可以以此為標準。但是我看不出您的模型和腦有什麼關係。」他說過：「客氣是對所有良好的科學合作的一劑毒藥。」
克里克是一位理論家，而不是一位實驗工作者。他堅信對生物學來說，理論的重要性不僅在於組織和解釋現象，更在於提出問題並要求解答。他經常邀請神經生物學家做客，這種做客可不是為了構建人脈關係。他從來訪者中汲取營養和激發靈感，而來訪者則從他的洞見卓識中受到啟發。他過世以後，同事、學生和朋友都異常悲痛，他們都認為雖然斯人已隨黃鶴去，但是他播種在人們頭腦中的種子將繼續生根發芽、開花結果。
參考文獻
[1] POGGIO T A, POGGIO M D. Francis Harry Compton Crick [J]. Physics Today,2004(11): 80-81.
[2] RAMACHANDRAN V S. The astonishing Francis Crick [J]. Perception, 2004, 33:1151-1154.
[3] RAMACHANDRAN V S，BLAKESLEE S. Phantoms in the brain: probing the mysteries of the human mind [M]. New York: William Morrow and Company,1998.
[4] CRICK F. What mad pursuit: A personal view of scientific discovery [M]. New York: Basic Books, 1988.
[5] WATSON J D. The double helix: A personal account of the discovery of the structure of DNA [M]. London:Weidenfeld & Nicolson Ltd, 1968.
[6] KOCH C. The quest for consciousness - a neurobiological approach [M]. Englewood, Colorado: Roberts and Company Publishers, 2004.
[7] CRICK F H C. The As toni shing hypothesis: the scientific search for thesoul [M]. New York: Charles Scribner s Sons, 1994.
[8] KRELSLER H. Consciousness and the biology of the brain: Conversation with Christof Koch [M]. California: Regents of the University of California, 2006.
本文原載《自然》雜誌，原題為「20世紀最偉大的生物學家 ——弗朗西斯?克里克」，作者授權《賽先生》發表。
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