不断探索、不停奋斗的遗传学家徐道觉——纪念人类及哺乳动物细胞遗传学的开创者徐道觉诞辰100周年

冯永康 （绵阳第一中学 四川绵阳 621000）

1 谈家桢的得意弟子

图1 徐道觉（1917—2003，照片由高翼之提供）

1917 年 4月 17日，徐道觉（T.C.Hsu）出生在浙江绍兴的一个小山村。孩提时代的农家果园生活，使他自幼便养成了学会欣赏大自然、领略大自然之美的兴趣。由于其父亲的工作性质（河流工程师），屡屡需要奔波于南京、上海、杭州等地，徐道觉也在不断地随之迁徙颠簸中，读完了小学和中学。在父亲丰厚学识的感染和探索精神的熏陶下，他不仅打下了中国历史和文学方面的扎实基础，喜好阅读与诗歌创作，还利用课外时间走进学校附近的山区，在对昆虫生活的观察和标本的采集与制作中，了解了大自然的更多奥秘。这种探索大自然的旨趣，为他日后进入生物学的研究领域，奠定了一定的基础。

1936 年,徐道觉高中毕业选择报考生物学专业,以优异成绩考入了浙江大学农学院，主修昆虫学。

1941 年，徐道觉获得学士学位后，拜师于谈家桢（1909—2008）的门下，攻读遗传学硕士学位。谈家桢曾师从国际遗传学大师摩尔根（T.H.Morgan，1866—1945）和进化遗传学家杜布赞斯基（Theodosius Dubzhansky，1900—1975），于 1936 年获得博士学位回国，在浙江大学建立了国内大学中第1个遗传学专业。徐道觉加入到谈家桢的实验室后，不仅承担了到广西等地采集作为实验研究材料的瓢虫之任务，更重要的是能够系统地阅读到谈家桢从美国带回的所有遗传学实验研究的抽印本论文，从中了解到遗传学发展的最新动向，获取了丰富的遗传学知识，逐步明确了自己为之奋斗的目标。在谈家桢的悉心指导下，他还学会了用果蝇做实验材料，用压片法观察唾腺染色体等遗传学的实验研究技术。

从攻读硕士学位开始，徐道觉就完全醉心于活细胞中染色体的研究。他运用已初步掌握的遗传学实验技术，选择一种摇蚊（Chironomus）作实验材料，对其唾腺染色体进行实验研究。他发现了在摇蚊第2号染色体的一个基因座上，泡（puff）的存在具有多样性，即：无泡、杂合泡、全泡，并证明这些可遗传变异出现的频率，服从于哈迪·温伯格（Hardy Weinberg）遗传平衡定律。他将该研究结果用英文写成的第1篇学术论文发表后，美国遗传学家比尔曼（W.Beemann）用实验研究获得的遗传证据表明，在第2号染色体那个基因座上无泡的摇蚊，不能在它们的唾腺细胞里合成某种蛋白质。

研究不同昆虫的多线染色体，使徐道觉感受到成功的快乐。他与谈家桢的另一个弟子刘祖洞合作，选用一种蝗虫（Phlaeoba infumata）研究细胞的减数分裂，通过实验观察和统计，对得到的6个种群的实验数据进行数学分析，完成了有较高学术价值的研究论文。1948年徐道觉留学美国时，他将论文完成稿交给进化生物学家迈尔（E.Mayr）指导。迈尔随即寄给了群体遗传学家赖特（S.Wright），请其为之审稿。赖特非常仔细地分析了论文中的实验数据，并在专门给徐道觉长达7页的回函中，提出了继续研究的建议。

抗日战争胜利后，浙江大学由贵州湄潭迁回浙江杭州。谈家桢因为得到了洛克菲勒基金会一年的经费资助，要再次赴美与杜布赞斯基合作研究。此时，徐道觉已硕士毕业留校担任谈家桢的助手，并承担本科生的遗传学课程。受导师的全权委托，他担负起整个实验室的工作安排和另外2名研究生的培养工作。

在一次给本科生讲授遗传学的课堂上，当徐道觉讲到显性性状和隐性性状，并举例说明人群中有人会卷舌，有人不会卷舌时，生物学系的一位钱姓女学生告诉他，她的舌不但能卷，而且能上翻折叠，并作了现场表演。徐道觉马上意识到，他遇见了一项从未被报告过的人类遗传性状——折叠舌（tongue upfolding）。以这项新发现的遗传性状为线索，徐道觉开展了系统的调查研究。1948年，他将该项研究结果，以“上翻折叠舌——一项新报告的人类遗传性状”为题撰写成论文，发表在美国Journal of Heredity（第 39卷）上，并配有该钱姓女学生展示折叠舌的整版照片［2］。

1949 年，徐道觉与刘祖洞合作，将在人类中已发现的属于隐性遗传的折叠舌和属于显性遗传的卷舌这2种性状，从群体遗传学的角度，在对调查所获数据做了统计学的处理，测定了基因频率后，以题为“中国人群一样本中的折叠舌和卷舌”之论文，再次发表在美国Journal of Heredity（第40卷）上。

上述2篇论文是中国遗传学家在人类遗传学领域最早的研究成果，显示了徐道觉等人深厚的遗传学功底和所受到的科学研究能力的严格训练。美国遗传学家麦库西克（V.A.McKusick）从1966年出版他所编写的巨著《人类孟德尔遗传》第1版起，还专门收录了徐道觉发现的“折叠舌”这一条目至今（MIM 189300）。

2 并非遗憾的“偶然发现”

1948 年，谈家桢利用在美国作学术访问研究之便，为徐道觉争取到了赴美国德州大学帕特森（J.Patterson）实验室攻读博士学位的机会。同年4月，徐道觉暂别妻子和即将出生的孩子，来到异国他乡，开始了为期3年的博士研究生学习生涯。

初到美国时，面对生活的艰辛、语言交流又不太自如的处境，徐道觉首先接受到的是导师帕特森教授安排给他的一个具有挑战性的研究任务——搞清楚“果蝇virilis种群内各个种的关系”。在研究生院内的青年同事瓦格纳（B.P.Wagner）、惠 勒 （M.H.Wheeler）， 特 别 是 怀 特 （M.J.D.White）教授的帮助下，徐道觉参加了3次以采集果蝇为主的徒步旅行，每次为期1个月，足迹几乎遍布整个美国大陆。通过实地考察与研究，他以果蝇遗传学家格里芬（A.B.Griffin）绘制的唾腺染色体图谱为基础，构建了更加完整的、为后来的研究者所延用的果蝇virilis种群新图谱。

1951年6 月，徐道觉顺利通过毕业论文答辩取得博士学位后，舍弃了自己从事的果蝇遗传学研究，来到位于加尔维斯顿（Galveston）的德州大学医学院，进入波米拉（C.M.Pomerat）实验室接受人类和哺乳类组织培养的博士后训练。在最初的大约6个月时间内，他学会了如何建立人体组织细胞培养物，拍摄相差显微镜照片和缩时电影等技术。他也曾尝试观察人体组织细胞中的染色体，却发现它们总是挤成一堆，什么也分不清楚。研究进程的停顿，让他感到十分失望和沮丧。度日如年的悲观情绪，萦绕在他的心头。

正当徐道觉的学习与研究处于犹豫徘徊之际，“奇迹”突然出现了。

1952 年初的一天晚上，徐道觉照常到实验室做研究。他在对几个来自人工流产的胎儿组织（皮肤和脾脏组织）培养物固定后用苏木精染料染色,放到显微镜下观察时，被眼前的情景惊住了。在显微镜下的视野中，他清楚地看到了玻片标本上一些分散的染色体，竟然铺展得如此匀散 。

徐道觉在后来的回忆中写道：“此时，我简直不敢相信自己的眼睛，只是独自默默地绕着实验楼走了一圈。当我再次回到实验室，在显微镜下观察那些玻片标本，舒展分散的染色体还清楚可见。我知道它们是真的了。我试着研究那些玻片标本，并制备了另外一些新的人体胚胎组织细胞培养物，想重复这一‘奇迹’。但是，结果什么事情也没有发生。有丝分裂的图像又回到了前面那种挤成一堆的‘糟糕’状态。我连续重复了2次，都没有看到分散的染色体。我开始思考，那批不同寻常的人体脾脏组织培养物一定是发生了什么‘差错’，才使有丝分裂的染色体能如此均匀分散开来！”［3］

这之后，徐道觉花了大约3个多月的时间，尝试着改变可能想到的每一种因素：培养液的成分、培养的条件、培育的温度、秋水仙素的添加、固定的步骤、染色的方法等。每一次他都只改变众多因素中的一个因素，结果还是什么事情也没有发生。

直到1952年4月，当徐道觉将蒸馏水和平衡盐溶液相混合以降低渗透压时，“奇迹”再一次出现。在显微镜下，玻片标本中分散排列很开的染色体，又重新出现在他的眼前［4］。

此时，他已能作出肯定，3个多月之前出现的“奇迹”，一定是实验室中的某一位技术员在配制平衡盐溶液时，读错了刻度标尺，以致误配成低渗溶液的缘故。

1952 年，徐道觉在美国Journal of Heredity（第43卷）杂志上发表了题为“体外哺乳类染色体：人的核型”之论文。低渗溶液预处理技术的首次发现，使徐道觉清楚地意识到，现在已经有了一种强有力的研究手段，可使细胞膨胀并使其中的染色体铺展开来。这种技术不仅仅适用于人体细胞，并对所有生物和所有的细胞培养物一概都是适用的。

当时担任德州大学校长的佩因特（T.S.Painte）是一位对果蝇遗传学做出过卓越贡献的学术权威，是徐道觉极为尊重的细胞遗传学家之一。正是佩因特在1923年发表的研究论文中，对人类染色体的数目得出了2n＝48的错误结论，随后“48”这个数字，便一直充斥于所有的生物学著作乃至百科全书及生物学教材中。

本来可以成为世界上首位确认并发布人类染色体正确数目为2n＝46的遗传学家徐道觉，在身处德州大学和享有盛名的遗传学大师佩因特的光环笼罩下，作为还在为生计发愁的年轻博士生，不敢轻易冒犯学术权威。直面显微镜下视野中清楚的“46”，他没有继续再做确证性的实验观察，而是选择了对佩因特关于人类染色体数目为2n＝48的沉默。

徐道觉与确证人类染色体数目为46条虽然失之交臂，但是他对人类染色体制片过程中采用低渗溶液预处理技术的发现，却直接导致3年后，华裔遗传学家蒋有兴（J.H.Tjio）对人类染色体数目的再次准确地计数与公开发布。

1955年12 月，在瑞典隆德大学莱文（A.Levan）实验室做研究的华裔遗传学家蒋有兴，选用人体胚胎肺组织为材料，利用徐道觉发现的低渗溶液预处理技术，分别在显微镜下和照片中，观察了来自4个不同人类胚胎组织的261个肺细胞，清清楚楚地计数出了使他自己都难以置信的人的染色体数目，不是佩因特的2n＝48，而是实实在在的2n＝46。根据这一确定的观察结果，他以“人类的染色体数”为题迅速撰写成论文，发表在1956年1月出版的斯堪的纳维亚Hereditas杂志上，从而摈弃了在整个细胞遗传学界长达30多年无人质疑的佩因特的错误结论，使全世界的遗传学家对人类染色体数目达成了2n＝46的正确的共识。

徐道觉未能确认自己所观察到的人类染色体为2n＝46这一事实，国内遗传学界的某些学者曾经给予了“对徐道觉来说，实在是一个莫大遗憾”的评论。

难道这真是遗传学史上的一个“遗憾”？答案是否定的。

作者通过再次研读徐道觉于1990年代撰写的《我是怎样成为一个遗传学家的》自传，并有机会访谈到徐道觉本人，在查阅了大量文献获取信息的基础上，觉得有必要通过史料的再次论证，还原对徐道觉20世纪50年代初期首创低渗溶液预处理技术并观察到人类染色体这一科学事实的客观评价。

徐道觉在自传中，曾多处提到了他对这段研究经历的回忆。他写道：“我已经发现了低渗溶液对染色体的作用。这是一次意外‘错误’的结果。低渗技术促成了人类细胞遗传学的大发展。由于这个发现，我决心继续做细胞培养的研究工作。因为真正的科学家关注的是下一步。”［1］

他还写道：“我永远都是探索者。探索者是会犯错误的。我也一样。发现低渗技术，在我的科学人生中仅仅是一个小插曲。但是这个偶然的发现，的确是一个有意义的贡献，不然人类和医学遗传学就会延迟不知多少年。事件的发生虽然是‘偶然’的，但追溯可能起作用的因素，则需要坚韧不拔的决心。在这个‘偶然’的发现中，我是在幸运之神向我微笑时，紧紧地抓住了机会。”［1］

徐道觉后来在接受作者访谈时也说道：“较之我一生具有挑战精神的学术研究经历，较之我大半生对人类和哺乳动物细胞遗传学所作出的贡献来说，1952年的那次发现，仅仅是我科学人生的一个很小的片断。我并不认为当时没有确定并发布第1次观察到‘人类染色体为46条’这一发现，而感到有什么遗憾。因为正是有了这一次的小小发现，自1950年代初期开始，才奠定了我从事人类细胞遗传学的实验研究方向，坚定了我毕生为之不停追求的科学研究目标，也最终确立了我在人类和哺乳类细胞遗传学研究中的学术地位。”

在这次访谈中，徐道觉还向作者简要地谈到他与蒋有兴结为挚友的一些往事。由于蒋友兴利用徐道觉创立的低渗溶液预处理这一技术，再次观察得出“人类细胞中的染色体数目为46条”的正确结论并予以公开发布，他们2人从此成为了密切交往的学术挚友。

3 不停奋斗的科学人生

1952 年，徐道觉所发现的低渗溶液预处理技术是人类和哺乳动物细胞遗传学史上的重要转折点。他的导师波米拉为他的出色工作而感到骄傲，并说服医学院的教务长给了他一个助理教授的资格。但是，具有不断探索精神的徐道觉，仍然想通过更加出色地努力，实现创建一个属于自己的遗传学实验研究室的学术梦想。

1955 年，徐道觉终于如愿以偿，进入到德州大学安德森（M.D.Anderson）医院和肿瘤研究所（后来改名为安德森癌症中心），开始了长达半个世纪的人类和哺乳动物细胞遗传学的实验研究。

在安德森癌症中心这样一个充满信任、激励而又合作的学术环境中，徐道觉的科学生涯开始步入一个“黄金时期”。他用几年时间重点研究了小鼠的L系细胞长期培养时数量的变化，也尝试从其他正常的动物组织培养中，建立他自己拥有的细胞系。从1950年代中期至1970年代末期，徐道觉率领的研究团队经过大量的实验观察和结果分析，在多种学术期刊上，发表了以“体外哺乳类染色体”为总题目的系列研究论文（包括从1952年的之1到1963年的之16）。这期间，他们还通过收集来自世界各地实验室的各种哺乳动物的组织样本和淋巴细胞，经培养固定进行染色体的分析，在获得大量实验数据基础上，主编了极其精美的《哺乳动物染色体图谱》（从1967年出版第1卷到1977年出版第10卷）。该图谱共收集了现存常见和罕见的哺乳动物的染色体图片及其核型分析，为哺乳动物细胞遗传学的深入研究，提供了极其宝贵的资料［5］。

1980 年代初期，徐道觉利用人类细胞遗传学的研究成果，开始实施一项“研究环境诱变剂同癌症易感性关系”的宏大计划。他与实验室中的年轻同事，先是收集并查证了大量的文献资料，然后从一个为之孕育和辛苦工作了8年的实验体系中，极其巧妙地设计了一个反其道而行之的实验构想：将染色体作为度量诱变剂敏感性的工具。他们将人的淋巴细胞放在含有被公认为的拟辐射物质的博来霉素（bleomycin）的培养基中处理一段时间，由这种诱变剂诱导断裂的染色单体的频率，作为诱变剂敏感性的定量评估。为了获得足够多的人体血样（包括正常个体和癌症患者），他们从实验室的每一个来访者身上抽取10 mL血液，分类作好记录，以用于论证假说的实验测试。到1987年，徐道觉实验室已经收集了丰富的实验数据，既有正常的对照者血样，也有各类癌症病人的样本。他们从概念的形成到论文的发表，前后用了8年的时间，初步得出了癌症患者对博来霉素的敏感性（即出现较高的染色单体断裂率）较正常人高的结论。实验数据也有力地表明了引起癌症的原因是环境与遗传的相互作用［1］。

徐道觉创立的用博来霉素诱导染色单体断裂的频率，作为诱变剂敏感性的定量评估之实验研究方法所取得的初步成果，很快引起了学术界更多同行的兴趣。不同地域、不同科系的临床医生和研究者，纷纷来到徐道觉实验室学习，并尝试扩大这种测试方法的临床范围。安德森癌症中心外科学系的香茨（S.P.Schantz）运用该实验测试方法，在临床医学上发现了对博来霉素高敏感性的患者可能产生第2次原发性癌症的机会，是低敏感者的4倍。癌症防治系的施皮茨（M.R.Spitz）将自己的流行病学数据同香茨的临床信息综合起来，发现了在上消化道系统获得肿瘤的几率与吸入的烟草和饮用的酒精量成正比。当将博来霉素敏感性参与分析时，对博来霉素敏感个体的消化道上肿瘤的比率显著升高。香茨和施皮茨的临床实验与分析结果，促使徐道觉与他的助手雪莉（L.Shirley）、弗朗（C.Furlong）等，进一步用实验论证乙醇是否有诱变作用的研究。他们选取博来霉素等多种诱变剂分别与乙醇共同作用于细胞，实验结果证实了乙醇有加强博来霉素等诱变剂的作用。通过进一步的实验，徐道觉等人还证明了乙醇作用的机制：它不仅能阻断正常的DNA复制，也可能抑制一些与DNA修复有关的酶的活性［1］。

基于这一系列的实验研究结果，徐道觉向公众提出了健康生活的忠告。他告诫人们：吸烟有害健康，是因为它能引起细胞轻微的遗传损伤。虽然只要给以足够长的时间，大部分遗传损伤可以被修复，但是当又抽烟又喝酒时，DNA的修复就受到了乙醇的抑制，由此引起癌症的发生。

在长达50年的遗传学实验研究中，徐道觉所取得的卓越成就，使他领导的实验室成为人类和哺乳动物细胞遗传学的“麦加”。世界各国的细胞遗传学家（包括施立明等中国遗传学家），都纷纷慕名来到这里，学习制备有丝分裂染色体的新技术、新方法，进行细胞遗传学的学术进修与实验研究。徐道觉本人被国际遗传学界尊崇为“哺乳动物细胞遗传学之父”（Father of Mammalian Cytogenetics）。

在徐道觉的整个科学研究生涯中，他于1953年被聘为美国德州大学的助理教授；1955年升任成副教授，并成为安德森癌症中心细胞生物学研究主任；1961年晋升为正教授；1973年被选为美国细胞生物学会主席（该学会第1次选出的华人主席）。1980年成为安德森癌症中心第1个“特聘首席”（endowed chair）教授。他的一生发表了近400篇论文及12本专著），可称之为硕果累累。徐道觉的原创性贡献，正如他在自传中所总结的主要有3个方面：

1）发现低渗溶液预处理技术，为精确确定人体染色体数目及其他哺乳动物染色体数目，提供了有效的技术手段与研究方法［6］；

2）创建了显示组成型异染色质的方法，即染色体C显带技术的发现；

3）提出了诱变剂敏感性与环境致癌作用相关的假说，并用实验证明了这一假说。

2003年7 月9日，徐道觉因癌症病逝于他所工作过的德州大学安德森医院，享年86岁。他对遗传科学研究的兴趣与挑战精神，不停奋斗的学术人生，不仅为学界同仁所景仰，还将继续激励着一代又一代的后来人，朝着未知的遗传奥秘，不断地向纵深探索。