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觸類旁通.潛心創新–錢煦院士

在訪問中,錢煦院士提到:「人最後都會走,究竟希望為後人留下什麼?」他雖然沒有直接給答案,但是從他精采的人生歷程中,似乎可以看到那在不斷學習與研究創新中所留下的足跡,是如此地深刻與美好。
 
 
 
面臨抉擇

錢煦院士從小就對數學感興趣,在動亂的成長年代,希望把握住高二跳級考大學的契機,卻發現一般數學系有門重課—解析幾何—得在高三才會學到,因此他不得不另外尋覓不需要解析幾何的科系,後來考進了北京大學醫學系預科。在北大念了一年半後遇到共產黨圍城,眼見北京就要失守,他們一家倉皇搭著軍機離開,輾轉來到台灣後,就進入臺灣大學醫學系就讀。

大學畢業後,錢院士面臨該當臨床醫生,還是從事基礎醫學研究的抉擇。錢院士很喜歡跟人接觸,尤其當分享病人康復的心情時,自己也很高興;但是後來覺得基礎醫學的研究可以有較多創新的想法,這又讓他深感興趣,於是最後選擇到美國哥倫比亞大學念生理學。

多方涉獵 融會貫通

錢院士雖然在醫學院博士班念生理學,但還會去工學院修課,例如電力網路分析、固體液體的黏彈性等課程,用這些理論思索在生理學領域運用的可能性。在他念書的年代,生理學是以生物描述為主,很少用到數學與物理,量化的研究不多,因此這樣的想法很具前瞻性。

錢院士剛畢業的時候和大部分的學者一樣,只是從生物的角度進行研究,很少用量化的方式來分析。後來他開始跟一位土木系的教授合作,那位教授對白血球、紅血球在流動時的性能變化很感興趣,兩個人就開始合作,用互補的方式彼此學習,因而進入了「血液的黏彈性」這個領域,這屬於生物物理的範圍,稱為「生物流變學」(bio-rheology)。

當受到外力的時候,液體會流動,固體會展現彈性產生變形,血液的性質則介於這兩者之間,身體的每一個器官、組織也介於這兩者之間,因此「生物流變學」的應用很廣,在 60 年代末期至 70 年代之間頗受重視。錢院士因為自己廣泛的學習興趣,並有默契良好的研究伙伴,因此在這領域有相當傑出的成果。

到了 80 年代,分子生物學慢慢引起學界的關注,不過把分子生物的知識應用在生理學領域的研究,在初期並不多見。錢院士那時擔任美國生理學會(American Physiological Society)的理事,他以舉辦研討會的方式,邀請學者探討這方面的應用。這個決定相當不容易,因為當時他對分子生物學完全不懂,他當學生的時候還沒有分子生物學這個領域,雙螺旋的發現也不過是錢院士醫學院畢業那年(1953 年)的事,但是錢院士逐漸體驗出這個新興領域的重要性,因此就借用生理學會組織的力量儘量推廣。

內皮細胞學問大

他目前研究的重點是「動力導致信息轉遞及基因表達的控制機理」,主要探討血流和血壓對內皮細胞(血管最內的薄層)的力學刺激,如何導致正常時的生理調控及造成疾病時的病理變化。

血管的內皮細胞可以中介血液和血管其他部位的互動,但又不讓血液跟其他血管組織起直接作用而凝固產生各種問題。內皮細胞並非只是一道隔絕防禦的牆,而是有很多功能,可以製造各類化學物質,或者使其變化以產生新陳代謝。因此它不只是物理的屏障,也有巧妙的化學功能,其中基因表達的結果可以產生很多物質,可以調控正常功能,但也會引起病理變化。例如有些物質會吸引白血球來黏附,然後進入血管裡面,而引起粥狀的動脈硬化症,這會造成血管的阻塞,引起心肌梗塞、腦中風等症狀。

針對這樣的病症,錢院士從基本原理去思考,究竟怎樣的傳導途徑會從分子的階層,讓血管的內皮細胞有這樣的基因變化。最後發現其中一個頗為重要的條件是骨骼蛋白,它的架構會由外來的刺激引起變化,其纖維在靜止時本來沒有排列,但如果有血流或血壓引起的動力,骨骼蛋白會聚結成較粗的纖維,產生方向性,這種結構會影響化學反應,包括信息的傳遞、基因的表達等。

最近他還觀察細胞內粒線體的布朗運動,並用理論模擬來判斷周圍細胞漿的黏度,藉此了解纖維排列對細胞漿黏度的影響。由於他能把許多領域的知識整合在一起,因而有許多創新的實驗設計。

再如,現在研究知道細胞中有個調控分子 Src,可用來傳遞訊息,它會影響細胞的增生功能,正常而言有助於受損細胞的修復,但是失控的時候會導致癌症,因此可經由監控體內 Src 的活化情況來評估罹癌的可能性。由於活化和非活化的 Src 的螢光蛋白能量傳遞機制不一樣,因此錢院士便設計實驗,從樣本的螢光能量傳遞來判斷它們的比率。

見樹也見林

生物學二十多年前的發展循著還原論的化約趨勢(reductionist approach),把組織細分拆解成基本物質來分析。以前進行基因研究時,把一個特定基因的序列排出來探討各項功能,就算是一個很大的發現。但隨著生物學的發展,這樣的工作已經可以在新的技術下輕易完成。可是分解到一個程度之後,還是要使其結合,因為最後對健康、對生命、對身體的功能,還是要從整體上來看才能了解其意義,這就是「系統生物學」。

譬如汽車,只把個別的零件都弄清楚是沒有用的,還是不能組裝成一輛汽車,仍需要了解零件間的關係,基因和蛋白質也是如此。現在新的技術是探討如何結合個別的資訊,了解不同基因間的相互關係。不同的蛋白質間的關係像一個網路一樣,目前已經找出人類的基因序列,下一步是怎麼運用,也就是探討基因體和蛋白體的功能,這是未來最重要的課題。

由於資訊量很龐大,因此需運用很多生物資訊的學問,以系統的方法把複雜的資料整理出來,其中要用到很多數學、物理、化學等綜合知識,再用電腦來模擬。錢院士特別提到,現在能做的實驗還是有限,這包括所施的刺激,能測到的反應都很有限,可是身體裡面的變化卻是無窮的。對此,錢院士讚嘆:「身體很妙,不管物理或化學刺激,它裡面用的一套信號傳遞的途徑大都相似,但是會針對不同的刺激有不同的調配,就會有很大的差異。生命真的很微妙!」

面對這樣的無窮細分,以及不斷整合,錢院士很能樂在其中。他覺得最重要的是保持不斷學習的精神,讓知識的涉獵既廣又專。當然,一個人不能樣樣精通,因此需要團隊,讓不同領域的人能在一起貢獻各自的心力。

自我檢測 精益求精

錢院士領悟力很強,許多人認為不相關的東西,他都能找到其中的關聯。例如他研究身體中的回饋機制,就是從電機領域的控制理論類比過來,發現人體內每個系統(包括循環、呼吸、內分泌等)都要有回饋機制,才能讓系統維持穩定,以應付外來的變化。

他當上教授以後還跑去大學部聽一些新領域的課,然後還參加考試以了解自己的理解程度。他認為考試就是一種學習上的回饋機制,可惜很多人會用比較負面的角度來看,這就失去了自我調整、自我改善的機會。

錢院士喜歡研究,也喜歡教學。他認為一門學問只是看過並不見得真的懂,唯有自己在講課前好好準備很多遍,然後又很清楚地說給別人聽,才代表真正地理解。他聽過很多不同領域的演講與課程,在吸收新知的同時,也見習別人的教學方式;如果有的學者講的太艱深了,這時他會暗暗立定志願:等我學會之後,我一定要用別人能懂的方式說給大家聽!

就這樣見賢思齊,見不賢內自省,精益求精。因此每次與人接觸的機會,都是他不斷成長與創新的關鍵。

【2009年總統科學獎得主‬專訪】
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