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在探寻宇宙的无尽奥秘中，人类自古以来便被一个深奥的问题所吸引：生命是如何在这广袤的宇宙中诞生的？这个问题，作为人类智慧的终极挑战之一，已经横亘在我们面前数千年，而答案仍然迷雾重重，充满了无限的可能和假设。
在这个永恒的探索之旅中，杰克·索斯塔克（Jack W. Szostak）博士犹如一位勇敢的探险家。他原本因1980年代的突破性端粒研究而名声大噪，这一成就甚至为他带来了科学界最高荣誉——诺贝尔奖。但索斯塔克博士并未因此满足，他的好奇心驱使他放弃了原有的研究领域，投身于一个更为宏大、更为神秘的领域：生命的起源。
当诺奖采访的主持人问及索斯塔克博士，是什么吸引他进入一个新的研究领域时，他的回答是，“这个世界充满了有趣的问题，而我喜欢研究那些没有得到太多关注的问题。”
▲Jack W. Szostak博士（图片来源：药明康德内容团队制作）
杰克·索斯塔克于1952年11月9日出生于英国伦敦。在刚刚踏上科研道路时，杰克非常喜欢阅读那些杰出科学家的传记，希望从中窥探到他们成功的秘诀。然而，当他在57岁那年摘得诺奖桂冠时，他在为自己写自传的事上犯了难。因为他发现，回望半生，究竟是哪些因素促使他走上了现在的道路，并探索出诺奖级的成果，他自己也很难归因于某一点或哪些点。于是在自传中，杰克在开头便老实地向读者坦白了这一系列的心理活动。不同于人们眼中科学家总是正经严肃的刻板印象，一个诚实、可爱、幽默的科学家形象似乎霎那间就从他的文字中展现了出来。不过，杰克还是“绞尽脑汁”为读者们找出了自己身上的一些关键特质，希望为那些和曾经的自己一样的“科研菜鸟”们提供些许帮助。杰克的父亲是一名航空工程师，母亲是公司职员。尽管杰克没有生在一个学术世家，但他从小就对搞科学实验兴致盎然，父母也为他的兴趣提供了一百二十分的支持。父亲在地下室为杰克打造了一个化学实验室，母亲则从公司带回一些化学试剂供他开展科学小实验。不仅如此，暑假时，母亲还为杰克在她公司的化学测试实验室找了一份暑期实践，让杰克在青少年时期就了解了定量分析的重要性。杰克对生物学的热爱是从高中开始的，他认为这都是受他高中时代那些优秀的老师们的影响。那时，他与死党一起开展了很多生物学相关项目，其中还包括建造小型水培花园。这个项目的灵感来源于当时的时代背景。那时，航天事业发展蓬勃，首次载人航天飞行成功后，科学家们下一步的计划是建造空间站，然后把人类送入太空生活。杰克的想法很简单，在空间站那样的封闭环境里，宇航员们一定需要种植新鲜果蔬，那自己的小型水培花园就能派上用场，为航天事业做出贡献了。上大学时，分子生物学成为了杰克的最爱，尽管他在第一堂课中就受到了一点“惊吓”。上课时，杰克收到了一本厚厚的资料，他原以为那是教授希望学生们提前预习的一组论文，随手翻看后却发现，那整本资料竟然只是教授列出需要学习的文献列表！这件事给杰克留下了极为深刻的印象，但他并没有被吓退。在学习过程中，科学家们为了解开生物学难题而设计出的精妙绝伦的实验方法令他拍案叫绝，对亲自参与生物学研究则更加心驰神往、跃跃欲试了。大四那年，他与同学探索了一种绿藻的性诱导机制，并发表了自己的首篇学术论文。这成为了杰克踏上分子生物学研究的开端。对于为什么从小就对科学着迷，杰克思来想去还是给不出回答。他表示，“我只是天生就有兴趣更多地了解周围的世界。”不过，杰克明确知道自己在探索科学问题时的偏好，不喜欢与人竞争的他对那些有趣、需要做出原创性贡献且不那么热门的研究领域情有独钟。1979年，杰克完成了在康奈尔大学的博士后研究，进入哈佛医学院Sidney Farber癌症研究所（现为丹娜-法伯癌症研究所）生物化学系担任助理教授，并建立了自己的实验室。杰克的早期研究主要聚焦在DNA双链断裂和通过基因重组进行DNA修复的过程上。他与学生在研究酵母转化（即利用同源重组机制把外源DNA分子整合到酵母的染色体中）的过程中发现了一个神奇的现象——细胞在经历减数分裂时会失去一些遗传物质，但不会失去功能基因。基于此，杰克怀疑存在着某种保护机制，可以让细胞在分裂时不会丢失重要的遗传信息。同一时期，杰克发现DNA的末端具有高度的重组活性，并能直接与同源序列相互作用。在与其它科学家进入深入探讨后，杰克认为这个区域或许还参与了更多类型的反应。那它有没有可能与之前发生的神奇现象有关呢？这个问题一直萦绕在杰克的脑中。▲Elizabeth H. Blackburn博士（图片来源：药明康德内容团队制作）不久后，仿佛是命运的安排，那个将与他一同解开DNA末端分子作用之谜的关键人物出现了。1980年夏天，杰克参加了一个小型学术会议。在会上，来自加利福尼亚大学伯克利分校的伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth H. Blackburn）博士报告了她对一种单细胞藻类——四膜虫（Tetrahymena）的研究成果。她在四膜虫染色体的末端发现了一种重复的DNA结构，这种结构被称为端粒（telomeres），但它具体有什么作用，尚待进一步的确认。布莱克本博士的报告令同样在研究此结构的杰克激动万分。会后，他立即联系了布莱克本博士，俩人一拍即合，决定开展一项看上去非常疯狂的研究——把四膜虫的端粒移花接木到酵母的染色体末端，看看会发生什么。结果激动人心，俩人发现，细胞中确实存在着使遗传信息不会丢失的保护机制——端粒，这种存在于染色体末端的特殊非编码DNA可以防止染色体在细胞分裂过程中被分解。而更令人感到震惊的是，端粒的保护作用在不同物种间似乎能够通用，就像四膜虫的端粒在酵母中也能发挥作用。▲逐渐缩短的端粒（图片来源：药明康德内容团队制作）很明显，端粒研究的大门已被两位科学家极具创造性的实验打开。随后在很短的时间内，另一个重要成果水到渠成般地诞生了。1984年，布莱克本博士和她的研究生卡罗尔·格雷德（Carol Greider）发现了端粒酶。这种酶可以将新的DNA序列添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定染色体的结构。除此以外，两位科学家的团队还分别把端粒与衰老建立起了联系。布莱克本博士的团队在四膜虫上证实，当端粒酶被去除时，这些细胞会逐渐消耗殆尽，最终死亡。这意味着，端粒酶有可能可以通过减缓、防止或甚至逆转由细胞分裂引起的端粒缩短，从而抵抗衰老或避免细胞死亡。杰克团队成员后来在酵母上开展的工作同样显示，端粒酶缺陷会使酵母衰老，这表明端粒的维持与衰老之间有联系。为了表彰布杰克·索斯塔克博士、伊丽莎白·布莱克本博士和卡罗尔·格雷德博士在“发现端粒和端粒酶对染色体的保护作用“方面做出的巨大贡献，诺贝尔奖组委会授予了三人2009年的生理学或医学奖。1984年，正是杰克的端粒研究开展得如火如荼的时候，他却选择了急流勇退，积极探索转换研究方向的可能性。那时，对端粒作用机制的研究已经明晰。杰克认为，这一重要发现必将引来其它实验室在未来的几个月甚至几年内争相开展同质化的研究，而他并不喜欢在太过热门的领域做科研。那么，下一个研究方向应该选什么呢？在经过多年的摸索后，1980年代末，杰克将其团队的研究重点转移到了RNA和RNA在进化中的作用上。他仅仅使用了一些简单的分子就开发出了在试管中产生功能性RNA的技术，这项技术是他探索生命起源的基石。目前，杰克的工作聚焦于“从化学到生物”的转变，他希望通过化学方法合成最简单的人造细胞，从而探究原始细胞的形成机制。杰克及其团队已确定了组成这种人造细胞所需的两个关键部分，一个是自然环境中可形成的、具有自我复制功能的基因聚合物——这是生命复制的关键，还有就是自然环境中可形成的、能够自我复制的细胞膜——这是形成细胞结构的关键。拥有这两种关键组成部分的人造细胞，理论上只要有合适的环境并给予足够长的时间，就有望实现达尔文进化论式的演变。▲环境驱动的原始细胞膜的形成和生长（图片来源：参考资料[7]）这项研究或将揭示导致生命起源的化学反应过程、现代细胞是如何从化学反应产生的原始细胞中演变而来的，并对现代细胞所具有的普遍特征作出解释。2022年，已经70岁高龄的杰克教授加入了芝加哥大学，并领导了一项名为“生命起源计划（Origins of Life Initiative）”的新跨学科项目，该项目旨在探索地球和宇宙其他地方生命起源的最早过程。期待这位年逾古稀的科学家继续在其热爱的领域中发光发热，为我们揭开宇宙中最深奥的生命起源之谜，并激发全新一代科学家对探索未知的无限热情。大家都在看
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参考资料：
[1] Jack W. Szostak Facts. Retrieved November 10, 2023, from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2009/szostak/facts/
[2] Jack W. Szostak Biographical. Retrieved November 10, 2023, from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2009/szostak/facts/
[3] Jack W. Szostak. Retrieved November 10, 2023, from https://www.britannica.com/biography/Jack-W-Szostak
[4] Pioneering scholar of genetics appointed University Professor in the Department of Chemistry and the College. Retrieved November 10, 2023, from https://news.uchicago.edu/story/nobel-prize-winning-biochemist-jack-szostak-join-university-chicago-faculty
[5] Orr-Weaver TL, Szostak JW, Rothstein RJ. Yeast transformation: a model system for the study of recombination. Proc Natl Acad Sci U S A. 1981 Oct;78(10):6354-8. doi: 10.1073/pnas.78.10.6354. PMID: 6273866; PMCID: PMC349037.
[6] Szostak, J. Ray Wu, as remembered by a former student. SCI CHINA SER C 52, 108–110 (2009). https://doi.org/10.1007/s11427-009-0023-6
[7] Szostak JW. The Narrow Road to the Deep Past: In Search of the Chemistry of the Origin of Life. Angew Chem Int Ed Engl. 2017 Sep 4;56(37):11037-11043. doi: 10.1002/anie.201704048. Epub 2017 Jul 25. PMID: 28514493.
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