生物物理所刘力研究组“沉默”五年一鸣惊人

　　

在国际学术期刊《自然》发表一篇论文，对科学家来说无疑是科研生涯中的一件大事；而对中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室的青年研究员刘力来说，2月2日在《自然》上发表的这篇论文尤其具有非凡的意义。  

        因为这是刘力第一篇《自然》论文吗？实际上早在1999年回国工作前，他就作为第一作者在该杂志发表过重要成果。是论文本身具有划时代的科学价值吗？虽然《自然》将当期“评论”配给本研究，称其“采用巧妙的实验技术，开始精细地分析果蝇是如何学习记忆视觉模式”，但刘力坦承尚不至高到在学术上“开宗立派”的程度。  

        那么，这篇题为《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》的论文到底为何如此珍贵？原因在于它是刘力回国五年来顶着外界压力，带领研究组辛勤工作、默默积累，首度发表的研究论文！  

 

        五年“冷板凳”，喜获大成果  

        在很多人眼中，科学家研究的能力、水平和成绩，是要落实到具体“成果”——论文上的：首先看数量，越多越好；其次看所发表的杂志，名气越大越好；职称、绩效等一应待遇，无不与此直接挂钩。如果有谁三五年没能发表一篇，那么这个人是否适合继续研究，怕已非常值得怀疑了。这种形势下，刘力五年不发文章，日子是否“好过”？  

        “当然感到很大压力。从科学研究自身来讲，科学家自然应该淡然、有毅力、有恒心，但现在促使人急功近利的因素确实存在。”提起回国后五年“冷板凳”坐下来的经历，刘力难免有些感慨：“现在发表文章的情况，是评价科学家和科研团队的主要指标，这为科研管理提供了便利，产生了一些积极的影响。但是我们也应看到，确实有一些研究需要长期积累，却因‘出活儿’慢无法获得持续支持，非常可惜地早早夭折。”值得庆幸的是，在中科院、生物物理所和重点实验室等各级有关部门的支持下，刘力坚持下来并取得了可喜的成果。  

        刘力是我国本土培养的科学家，1989年南开大学生物物理专业毕业，1991～1996年在中科院生物物理所师从郭爱克院士攻读博士学位，1997年获洪堡奖学金在德国维尔兹堡大学做博士后，1999年回中科院生物物理所工作。回国后从中科院得到的支持，先后有“****”、生命科学与生物技术创新青年科学家计划和知识创新工程重要方向性项目，并于2003年开始主持一项国家自然科学基金面上项目，2005年底加盟陈霖院士为首席科学家的一项“973”计划项目，主持一项分课题。  

        刘力研究组的主要任务，是研究确定影响果蝇学习记忆功能的基因、相关基因的分子生物学特性及其在神经递质传递、蛋白质代谢过程中的信号转导机制。在上述项目的支持下，刘力自主确定研究思路，带领研究组五年来重复实验2万余次，终于发表《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》一文，首次证明：果蝇中心脑内扇形体结构参与了视觉图形识别过程，使果蝇有效地分辨重心或朝向不同的图形；具体地说，扇形体内由神经元树突分支构成的两层水平片状结构，分别具有记忆图形重心高度信息和记忆图形朝向信息的功能。  

        该发现表明：果蝇个体很小，大脑却相当复杂，其视觉记忆功能需要脑中特定神经元形成回路来完成。《自然》同期配发的评论文章认为：“这项工作清晰地表明，通过遗传学手段使果蝇成为研究神经结构及其功能的较好模型……事实上，在定位记忆方面可能是最好的模型。”  

 

        探索记忆奥秘，检测两万果蝇  

        “如果说科学院的支持为我们的研究提供了物质支持，那么基金委的面上项目为我们提供的是‘精神支持’。”回国以来，刘力研究组从中科院获得的科研经费近300万元，而名为“筛选并特征化与学习记忆相减的基因”的基金面上项目经费则只有23万元，但在刘力眼中，两方面的支持同样无比重要。  

        1999年，刘力心怀壮志回到生物物理所，面临的条件十分简陋。当时他招聘了一位实验员，两人在一间小办公室工作了半年多；没有经费，先向重点实验室借了5万元；没有检测果蝇学习记忆的专门仪器，又回德国维尔兹堡大学访问研究3个月，引进了一套对方设计、制造的“视觉飞行模拟器”；又因错过招研究生的时间，只好从王志珍院士那里“匀”过来一个——即是2005年博士毕业、此次在《自然》所发表论文的第一作者刘刚。利用以“****”为主的经费，刘力终于将实验室基本建设完备，这时时间已推进到2001年。  

        “以上确实表明，中科院给您的研究提供了较好的物质支持，但是自然科学基金‘精神支持’一说，却是出于什么原因呢？”面对记者的疑惑，刘力解释说，国家自然科学基金项目的评审由国内学术专家把关，拿到基金项目就意味着获得全国范围学术界的充分肯定，这对科学家起到明显的激励作用。他表示，基金项目公平、公开、公正的管理模式，为自身赢得了良好的口碑。当然，由于某些领域基础研究需要的经费本身很多，为支持科学家的持续研究，他也希望对于确有意义的项目，支持的力度能更大一些、时间能更长一些。  

        刘力利用宝贵的经费，将果蝇视觉记忆研究尽快启动起来。他介绍，自然界中，果蝇可以根据图形本身所具有的一些参数，如大小、颜色、重心高度和图形朝向等，来完成对相应视觉图形的识别并形成记忆；但是，基于这种图形识别的结构基础是什么，也就是果蝇脑中神经元是如何构成功能回路来完成记忆的，却是科学家们不了解、一直在探讨的问题。  

        为破解这一科学难题，刘力等利用他博士后合作导师Martin  Heisenberg赠送的视觉飞行模拟器——内有一圆柱形空间，将果蝇固定其中，它振翅“飞行”时，视野转变与现实一致；并可预先设定果蝇向某方向飞时，给予一定的惩罚（或奖励）——训练果蝇选择飞向某种图形，以避免受到热惩罚；然后采用分子遗传学方法，检验果蝇记忆有关视觉图形的脑区。  

        据了解，尽管视觉飞行模拟器完全由计算机控制，精密、灵敏、高效，收集每只果蝇飞行的数据仍需半个小时，一天8小时仅能观测16只，其中有效数据10组左右。几年来，研究组获得数据2万余组，基本“穷尽”果蝇视觉记忆各种可能出现的条件。  

 

        建整齐队伍，欲再立新功  

        “论文的成功发表，归功于组里每一个人。”刘刚说，从果蝇的视觉记忆入手研究神经元功能回路，是一个开创性的研究方向，研究中自然会遇到很多困难。而解决困难的办法，一靠导师刘力的宏观指导，一靠和师弟们的充分讨论，以及他们和研究组技术人员的无私支持。

        刘刚来生物物理所读研后，按中科院规定到研究生院统一上课一年，2001年来所随刘力开展研究，由于视觉飞行模拟实验对操作人员要求很高——需要在解剖镜下，在小小果蝇的背上粘一个小钩，然后将它夹在夹子上——仅师生间手把手传授基本实验技能，就花了3个月。事实上刘力现在8个研究生，除刘刚主攻的果蝇行为记忆外，还有果蝇的免疫组织学、分子生物学两个重要方向。三者共同组成“行为—系统—细胞—分子”的多层次研究体系。学生们一致表示，刘力“性情温和，指导到位”，是一位优秀的研究生导师。作为生物物理所党委委员，刘力还常到基层党支部作报告，受到一线科技人员的欢迎。  

        研究动物和研究其他“静物”最大的不同，在于对它们的挑选、繁殖和饲养。在刘力研究组，实验员龚海韵最重要的一项工作，就是保管数百个品系的果蝇——品系指基因组成相同的物种，两只果蝇只要一个基因不同就属不同品系。不同品系的果蝇，可能存在眼睛颜色、翅膀形状等外表不同，也可能导致生化通路等内在机能的差异。每个品系的果蝇需要4～5瓶用来“保种”，一瓶上几百只。为确保实验数据稳定、可靠，小家伙的居所要求恒温、恒湿，条件比人还高，繁殖、挑选乃至每天的喂养都不能有半点马虎。  

        随着数据的不断积累、分析的不断深入，刘力等的研究于2003年底获得较为清晰的结果，国际同行也由开始的怀疑、观望转为肯定、赞许。Heisenberg等与研究组紧密联系，人员互访频繁，建立了良好的合作研究关系。今年开始，双方还将互派研究生，进行短期的访问研究。  

        为达到锤炼学术思路、演练交流能力的目的，研究组每周二下午开一次组会，交流研究中的困难、探讨解决方法；每周三中午和所系统生物学研究中心焦仁杰研究组开一次联合组会，两位发言人分别介绍近期论文、总结过去一年进展。两次组会用语均为英语，每次用时两小时。

        新年新气象。目前，正当刘刚携《自然》新发论文之利，联系赴美做博士后之际；现年40岁的刘力本人，一方面积极投入手头的“973”课题，一方面正着手申报2006年国家杰出青年科学基金，力争尽快在研究上再立新功。