文 ｜ 劉佳佳 王兆昱
她是諾貝爾化學獎史上第5位女性得主，憑借在「酶定向前進演化」研究中的傑出貢獻，於2018年摘得諾獎。她在20世紀90年代開創的「定向前進演化」方法，為生物領域帶來了革命性變化。
而她人生的另一面，幾經坎坷與挑戰。她曾患乳癌並接受18個月的治療；在兩次婚姻中，她曾兩度經歷喪夫、喪子之痛。
這是一位傳奇女性的雙面人生——她的名字，是法蘭西斯·艾諾特（Frances H. Arnold）。
法蘭西斯·艾諾特 圖源：American Academy of Achievement
在接受【中國科學報】采訪時，67歲的艾諾特剛從健身房回來，面色紅潤地坐在電腦前，看起來還不到40歲。
她興致勃勃地談起自己的日常：現任美國加州理工學院教授，還是科技公司董事會成員；在采訪當天，她與白宮進行了6個不同的zoom會議，每天被會議和實驗室工作填滿，還要擠時間去健身和參加晚宴。
在短短25分鐘的訪談裏，我們從側面窺見這位傳奇女性的人生一角。而她本人表示，仍然以開放的心態面對一切挑戰。
她的人生，從來都是曠野。
成為蛋白質世界的工程師
「定向前進演化」是一種模擬自然選擇的過程，用於在實驗室環境中改良酶、蛋白質、微生物等生物分子和生物體的效能。「定向前進演化」的核心思想是透過隨機突變生成大量變異體，然後從中篩選出具有期望效能的變異體，以此來模擬自然前進演化過程中的「變異-自然選擇」機制。
近日，法蘭西斯·艾諾特團隊與陶氏有機矽公司合作，在 Science 上發表成果，使用「定向前進演化」技術擴大了酶的活性，可以引起碳矽鍵的破裂，從而為甲基矽氧烷這種人造化合物的降解提供了可能性。
【中國科學報】： 能否介紹一下你們最近釋出的成果？
法蘭西斯·艾諾特：
在過去10年中，我一直想證明，大自然可以學會做化學家能做的任何事情，甚至做得更好，包括用化學方法制造和斷開生物界所沒有的化學鍵。
在這項成果中，我們創造了第一種能斷開碳矽鍵的酶，這在自然界是從未有過的，非常令人興奮。你所在的房間裏有50種含有環氧化酶的產品，它是人造化學品，不能被自然生物降解。但我們在酶中前進演化了這種功能，並表明這在化學上是可能的，酶可以將矽分解。
法蘭西斯·艾諾特團隊近日成果 圖源：Science網站
【中國科學報】： 你們是用「定向前進演化」方法做到的嗎？
法蘭西斯·艾諾特：
是的。「定向前進演化」向我們展示了許多東西。前進演化是一個非常強大的工程過程，它適用於從分子到生態系的所有尺度。我們可以引導前進演化創造出新的酶，它們是出色的化學家、催化劑。
「定向前進演化」的真正訣竅是在巨大的可能性空間中找到更好的東西，並在規定的時間範圍內完成它。
【中國科學報】： 你開創「定向前進演化」的靈感來源於哪裏？
法蘭西斯·艾諾特：
我接受過工程師訓練（註：艾諾特本科在美國普林斯頓大學修習機械與航空航天工程專業），一直想制造新的事物。
我在第一次剪下和貼上DNA時就愛上了蛋白質，當時就想成為蛋白質世界的工程師。只是沒人知道怎麽做，沒人知道蛋白質如何工作及最小化序列如何決定其功能，更沒人知道如何設計細微的差別。我只能自己想辦法。好的工程師必須借助已被證明有效的理論，於是我把目光投向了演化論。前進演化，是讓人類變好的方法。
2018年諾貝爾化學獎獲得者法蘭西斯·H·艾諾特、喬治·P·史密斯和格雷戈裏·P·溫特爵士。圖源：諾獎官網
【中國科學報】： 普通人能用到「定向前進演化」嗎？
法蘭西斯·艾諾特：
舉個例子——所有的洗衣粉都含有酶，但有哪個「自尊心」強的天然酶願意在洗衣機裏工作呢？洗衣粉中使用的所有酶都是透過「定向前進演化」最佳化的，以便在漂白劑和表面活性劑存在的情況下發揮作用。
還有成千上萬的例子。所有的試劑和DNA測序都是透過「定向前進演化」最佳化的，那些用於制造藥品、香料、紡織品染色和食品的酶，都是透過「定向前進演化」設計出來的。
【中國科學報】： 你認為，自己在科學上最主要的貢獻是什麽？
法蘭西斯·艾諾特：
我是第一個用前進演化創造新酶的人——我在20世紀90年代展示了一個前進演化過程，現在全世界數以千計的實驗室和產品都在使用這個方法。
從那時起，我繼續使用「定向前進演化」制造各種有趣的酶和蛋白質，制造那些人們認為不可能的東西，比如碳神經元或碳矽鍵，以及非常有用的東西。
「不要把科學都留給男人」
【中國科學報】： 你認為性別會影響科研工作嗎？
法蘭西斯·艾諾特：
對女性來說，從事科研一直是一個挑戰，因為我們還有很多其他興趣。女性會對人、孩子、家庭、同事、教學以及關心他人感興趣，但這對我來說是一件好事。
20世紀70年代很少有女性工程師，所以我受到了很多關註。我告訴自己，在站起來談論一些事情時，要言之有物，我要講真正能獲得關註的事。如果你想做科學，就要讓你的研究受到關註，不是嗎？我們希望大家閱讀我們的論文、聽我們的演講，認同我們的想法。因此，我利用自己作為稀有女性的獨特地位，確保當我有機會發言時，能告訴大家一些他們不會忘記的事情。
艾諾特在加州大學柏克萊分校化學學院，攝於1984年。圖源：諾獎官網
【中國科學報】： 你對女性科學家有什麽建議？
法蘭西斯·艾諾特：
不要把科學都留給男人，因為科學太有趣了。我已經做科研40年，從未感到厭倦，從未想法枯竭。我還想嘗試新的東西，我的工作總在變化。我的建議是——堅持下去，享受其中。
【中國科學報】： 獲得諾貝爾獎對你的工作和生活有什麽影響？
法蘭西斯·艾諾特：
此前，我也獲得過一些重要獎項，但世界上還沒有一個獎項能達到諾貝爾獎的規模。因此，「影響力」將一個人推向了另一個高度。
酶是最好的化學家。在我獲獎後，更多人註意到酶，嘗試用酶進行新的化學。一些傑出的年輕化學家決定嘗試用酶「烹飪」，他們加入我的實驗室，共同進行化學研究。
【中國科學報】： 聽說你小時候很調皮，可以講講你的成長經歷嗎？
法蘭西斯·艾諾特：
我成長於20世紀70年代，那是一個非常有趣的時代，在世界各地包括美國都是如此。當時年輕人正在抗議越戰。年輕人對父母不滿、對政府不滿。所以我從小就是個抗議者、反叛者，並把這種情緒帶到了科學領域。
我從小就不憚於質疑權威。我是家裏唯一的女孩，有四個兄弟，所以我不怕男人。我總是當周圍人的領導者和組織者。我經常和父親吵架，但我們的關系非常親密，他以我為榮。
那段時間也是女性運動的開端，女性感到更有權力去做結婚以外的事情。那時我總是對父親說，我永遠不會結婚，我不會生養孩子，我要去環遊世界。雖然後來我結婚了，也有了孩子。
幼時的艾諾特（中）與兄弟們玩「戰爭遊戲」，攝於1961年。圖源：諾獎官網
自由和開放是人生的底色
【中國科學報】： 你的童年對你的科學生涯有何影響？
法蘭西斯·艾諾特：
那是一段非常有趣的時光，它塑造了我的個性。
最重要的是自由感，我從小就可以自由地讀書，和朋友在戶外玩耍，我生活在一個安全的社群。因此，我感到自由和自信，可以做自己想做的事情。我喜歡去各種地方嘗試新事物，這是我個性的一部份。
【中國科學報】： 你認為這種自由，是研究成功的關鍵嗎？
法蘭西斯·艾諾特：
是的，絕對是！自由地去質疑權威，質疑人們所說的正確的東西，因為有時候它們不是正確的。
另外，科學的關鍵是要努力盡可能多地學習，隨後改變領域，跳到新的領域。在新的領域你不是專家，但你有從其他領域獲得的經驗，你可以套用到新的問題上。
就拿我來說，我有很好的數學背景和工程背景，我跳進了蛋白質領域。生物化學家說：「你對蛋白質一無所知。」我會回懟：「什麽？你是誰？你憑什麽質疑我？」正因為我的背景不是生物化學，所以我可以用非常不同的方式來思考生物化學領域的問題。有時候如果你知道得太多，你的思維就會受到限制。
【中國科學報】： 能否談談你現在的日常生活？
法蘭西斯·艾諾特：
我的日常生活很充實，今天與白宮舉行了6個不同的zoom會議，我為拜登工作，我是公司董事會的成員。我剛從健身房回來，現在正接受你們的采訪，結束後我要去參加一個晚宴。你看，這是漫長的一天，從早上6點開始，一直持續到晚上。但是我非常喜歡這種忙碌的生活，能夠做不同的事情令我非常興奮。
我也經常出差，每兩個月去一次華盛頓，去參加會議等活動。在加州理工學院時，我會在實驗室工作，或者見我的學生們。
【中國科學報】： 你如何走出人生困境？科研是否給予你很多力量？
法蘭西斯·艾諾特：
是的，科研給予了我超多力量。我有很棒的同事！我所在的加州理工學院非常特別，只有900名本科生，比大多數人的中學都小，這意味著我的學生是世界上最好的。我們有1000名研究生，規模其實也很小，它就像一個家庭。我一直知道，加州理工學院是我困難時的支柱。當然，我的家庭是一塊磐石，我有三個兒子，他們都是我的支柱。
2018年秋天，艾諾特和她的兒子詹姆士·貝利（左）、約瑟夫·蘭格（右）在加州理工學院。
【中國科學報】： 你在「定向前進演化」領域的第一位中國博士生是趙惠民，你之後也接觸了許多中國學者和學生。與他們合作的感受如何？
法蘭西斯·艾諾特：
我非常喜歡和中國學者一起工作，這些年來，我有很多來自中國的學生，他們表現非常優秀。有些人回到了中國，有些人留在了美國，有些人自己也有很多研究生，成為了教授。中國學生富有創造力、勤奮、有好勝心，能和他們一起工作太棒了。
【中國科學報】： 你如何看待全球日益嚴重的學術不端現象？
法蘭西斯·艾諾特：
每個人都會犯錯，無論是學生還是教授。當出現錯誤或發表了不真實的東西時，必須承認錯誤並糾正文獻。這種事也曾發生在我身上，在2019年，我不得不撤回一篇論文。我馬上就撤回了。我說，是的，我錯了。世界說，好吧，那很好。
相反，當你試圖隱藏你的錯誤時，你就會遇到麻煩，你會損害年輕人的職業生涯。比如，我知道有些學生會借鑒我的論文，而錯誤的論文會浪費他們的時間。所以糾正錯誤很重要，這樣其他人就不會浪費寶貴的時間。
【中國科學報】： 你對現在的科學家有什麽建議？
法蘭西斯·艾諾特：
科學是我們共同的語言，在中國、俄羅斯、美國、埃及和非洲是一樣的。我們共同面臨著氣候變遷、水和糧食安全問題。我希望我們能在科學上使用共同的語言，一起努力來解決這些問題。
