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科学界的道德典范——奥古斯特·克罗

来源:颗粒在线 224 2019-11-15

“面对数量如此众多的科学问题,总会有某些动物,或者这些动物的少数,最适合用于(这些科学问题的)研究”,1929年奥古斯特·克罗(August Krogh)在一篇论文中写下这句话,这句话至今仍为后人们所津津乐道,并将这句话称之为克罗原理。

奥古斯特·克罗(1874-1949)

在生理学研究领域,克罗以自己的实际行动完美地践行着这一原则,他也因此被科学界誉为“生理学家中的生理学家”。

1920年,因发现毛细血管运动的调节机理,克罗独享了当年的诺贝尔生理学或医学奖。

今天(2018年11月15日),是奥古斯特·克罗诞辰144周年纪念日。

简单回顾克罗的一生,他不仅是动物生理学研究领域的翘楚,而且更是科学界的道德典范。

一、 致父亲的一封道歉信

1874年11月15日,克罗出生在丹麦一个平凡的工人家庭里。

他的父亲曾经是一名造船工人,但随着工业技术的不断发展,当时的木质船业日渐式微,工人纷纷下岗,于是奥古斯特的父亲只好转行在家经营起一个小小的啤酒手工作坊,靠向街坊兜售啤酒维持生计。

克罗从小就聪明好学,别的孩子都在玩耍的时候,只有他喜欢坐在角落静静地读书。

12岁那年,他就熟读了当时的两套百科全书,包括《发明之书》和《自然的力量》,不仅如此,他还在家中的后院重复书中的各种科学小实验。

除此之外,他还收集昆虫标本并记录它们的形态习性,编撰属于自己的昆虫百科全书。

父亲对他的未来寄予厚望,作为体力劳动者的他希望这个聪慧的儿子有朝一日能够成为一名体面的律师或商人,并成功跻身上流社会。

然而,高中毕业后,年仅19岁的奥古斯特就清晰地确定了自己的人生方向:他想要做一位科学家,一位钻研动物生理学的科学家。

科学家这个职业的选择毫无疑问地违背了父亲对他未来的期望。

因此,在之后很长一段时间里,他深受“望子成龙”想法的侵扰,甚至使得他都不敢和家人说实话。

经历心灵深处的一番斗争后,最终,他对选择动物生理学的科学家之路更加坚定,并决定用信件的方式为自己的选择道歉。

在那封长长的家书里,克罗十分详尽地剖析了自己的兴趣所在,并全面地讲述了自己的性格和能力在各个学科上的前景。

并在信中结尾处这样写道:“……当我说‘没了动物学我就不能活’时,这的确只是夸张;当我说‘我不想我以后的人生失去动物学’,这是真的。您也许认为我是疯了或者过于倔强,因为我有时候也这么觉得。”

在收到儿子这样一封真切动人的信件时,一位慈祥的父亲还能多说些什么呢?

就这样,克罗最终得偿所愿,于1893年进入丹麦哥本哈根大学开始了自己动物学的学习。

现今的丹麦哥本哈根大学一角

二、改变人生的一堂课

1895年9月的一个清晨,和别的大三学生一样,克罗在洗漱后匆匆吃过早餐,便赶去上课。我们可以猜测,在踏进教室的时候,他还没有意识到台上的克里斯提夫·玻尔(Christian Bohr)将成为他今后的良师益友。

克里斯提夫·玻尔

克里斯提夫·玻尔是一位丹麦生理学家,他一直致力于人体血液中气体交换的研究。1891年,他第一个提出了“无效腔(Dead Space)”的概念,用以指代每次呼吸时,进入人体但没有与肺泡进行气体交换的空气量。

先等等,大家是不是觉得这位玻尔教授的姓氏有些熟悉?也许你们想起的是他的儿子, 1922年的诺贝尔物理学奖获得者、描绘出了完整原子结构的尼尔斯·玻尔(Niels Bohr);也许,你们想起的是他的孙子、1975年的诺贝尔物理学奖获得者阿格·玻尔(Aage Bohr)。

克里斯提夫·玻尔的名气也许没有他的儿孙们大,但他的科学魅力一点也不比他们少。

在哥本哈根大学的讲台上,他凭借一场寻常的讲课,让21岁的奥古斯特为之倾倒。从那时起,克罗便立下了今后追随玻尔的人生发展计划。

此后,他不断写信申请进入玻尔的生理实验室。1897年秋季,不堪“骚扰”的玻尔给他找了一个实验室助手的职位。

尽管在此之前,克罗已经私下进行了很多生理学实验(包括研究箭虫如何通过令气囊充气放气的方法在水中升降),但直到玻尔发出邀请,他才算是真正进入了学术界。

三、箭虫气囊开启的研究

刚刚进入实验室时,克罗并没有带路人,没有人告诉他该研究些什么,于是他就按照自己的兴趣继续研究刚刚我们提到的箭虫(Corethra larvae)。

箭虫是一种经常出现在积水中的细小蠕虫,它们最大的特点是身上长有一连串可充气的透明气囊。

克罗发明了用来测量箭虫气囊容量(大约0.03立方厘米)及气囊内压力的精密仪器,并发现了一个奇妙的事实:箭虫气囊内的气体不是空气,而是高浓度的氮气。

这些看上去没什么意义的研究工作却引起了玻尔的注意,他起初并没有对这个年轻的学生抱太大的期望,但此时却发现他在实验上有一种特别的天分:他可以使用巧妙的方法利用简单的设备完成自己的工作。

克罗的那些箭虫测量仪器实在是太过精巧了,以至于其他人都没办法操作。


充气后的箭虫

正是从这时候开始,玻尔才真正将克罗看成了自己的弟子及合作伙伴。谁能想到,十几岁的奥古斯特窝在家里后院观察虫子时积累的知识,会让多年后的他被一位大科学家另眼相看呢?

1904年,师徒两人共同发表了一篇文章,阐明了二氧化碳及低PH值会影响血红蛋白及氧气的亲和力,促使血红蛋白释放氧气。

这篇文章充分解释了血液将氧气输送至全身组织的方法,意义非常重大。

后来,这个发现被命名为“玻尔效应”,但实际上,整个实验中最为关键的那台血氧结合能力测量仪是克罗独立发明的。

四、始料未及的师徒反目

尽管没有得到应有的功劳,但克罗却毫不介意。他们两人有着亲密无间的合作关系,但没有人能意料到,这场师徒情谊最终因为一个争议变成了一场灾难。

玻尔曾经亲自做过实验,发现肺泡中的氧气浓度比肺动脉中的血氧含量低。和当时的大部分人一样,玻尔认为,氧气想从低浓度的肺泡转移到高浓度的动脉血中,只能靠“主动运输”,一种需要消耗能量的运输方式。

然而,克罗却不这么认为。

早在1903年,他就研究了青蛙皮肤上的气体交换,发现氧气的转移是一种纯粹的“被动运输”(无需消耗能量的一种运输方式)。

1904年,他发明出了著名的二氧化碳分压测量仪,用以测量0.003升大小气体的压力。这部仪器和当初那部箭虫气囊测量仪有着异曲同工之妙。

谁能想到,当时看似毫无意义的研究会成为今日的奠基石呢?

二氧化碳分压测量仪的模拟图

1907年4月22日,克罗完成了对氧气输送方式的研究,验证了自己的猜测,于是便将他的设备和实验结果都寄了给玻尔。

他的实验当然是相当完美的,但从此之后,玻尔就再也不和克罗说话了。

波尔是一个自尊心很强的人,他认为自己的爱徒亲手毁灭了他的权威。

克罗拖了好几年后才发表那些结果。1999年,已经81岁的克罗的女儿波多(Bodil)接受采访时回忆,父亲为此曾经挣扎犹豫很久,为了不伤害他终生敬爱的老师,他等到玻尔去世(1911年)才刊发这篇文章。

离开了玻尔之后,克罗开始了独立的血管研究,并在多种动物身上进行了实验。

1918年,他在一本丹麦期刊上发表了自己多年来对毛细血管代谢调节研究的结果,第二年,这篇文章被翻译为英语在英文杂志上发表。

要怎么描述克罗的研究的重要性呢?

就在英文版横空出世后,诺贝尔委员会就立马拍案决定要将当年的诺贝尔奖授予给他。

然而,由于诺贝尔的遗嘱中规定了获奖的成果要在过去的一年内有重大影响,于是,委员会不得不耐着性子等待一年,将1920年的诺贝尔奖给了克罗。

五、丹麦的第一支胰岛素

即便是在一流的科学界,奥古斯特也称得上是道德典范。

他是一个好儿子、好学生,同时也是一位好丈夫、好父亲。

奥古斯特的妻子玛丽亚(Marie Krogh)本身也是一位物理学家,他们不仅是天生一对的伉俪,还是默契的合作伙伴。

奥古斯特从来没想过要独自占据名声及功劳,在各种场合,他无数次赞美和感谢玛丽亚的付出。

1921年,玛丽亚被诊断出糖尿病。

多亏了前一年的诺贝尔奖,克罗赢得了海内外的名气,他也由此可以带着妻子远赴美国就医。

旅途中,他打听到加拿大多伦多的科学家班廷和麦克劳德刚刚成功分离出了胰岛素,便立即动身前往。

1922年11月23日,这对夫妇抵达了胰岛素的发明人约翰·麦克劳德(John Macleod)的家中。

克罗夫妇

值得一提的是,麦克劳德因为发现胰岛素于1923年获得了诺贝尔生理学或医学奖,克罗夫妇的动作显然比诺贝尔委员会还快。

向麦克劳德取完经之后,12月12日,奥古斯特夫妇带着生产胰岛素的执照返回丹麦,9天之后,他们就成立了研究胰岛素的专用实验室。

三个月后,他们的胰岛素实验室就开始为病人进行治疗了。原本只是为了帮妻子治病,没想到,最后他们开创了欧洲最早的胰岛素产业链。

纪念克罗夫妇推广胰岛素贡献而发布的纪念币

玛丽亚很早就接受了胰岛素治疗,血糖控制得很好。1943年,69岁的玛丽亚因乳腺癌去世,这时候他们的孩子才知道妈妈患有糖尿病已经有20多年了。

六、工作高于荣誉

1920年10月28日,诺贝尔奖的获奖名单刚刚宣布后,无数记者涌进了哥本哈根大学,打听谁是那位克罗教授。

大家都回答:“这里没有什么克罗教授。”就在记者们摸不清头脑的时候,克罗在同事们的掩护下偷偷从后门溜走了。

这位以内向、害羞、低调著称的生理学家拒绝了绝大部分的荣誉,只是担心各种活动会耽误他实验的时间。

在目前克罗家仅存的家庭照片里,绝大部分时候,克罗都坐在桌边,拿着文件,和他最好的伙伴玛丽亚谈论着心爱的工作。

这是这位科学家留给世人最真实、质朴、谦卑的身影。


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