互动科普

 “未来，我们可以制造一种纳米颗粒，在上面安插一些工具，选择性地杀灭病变细胞或定点释放药物，用于诊断和治疗一些重大疾病，而不会影响人体健康。”

纳米细菌有没有生命，曾引起科学界的长期争论。杨定一教授带领的研究团队，用了不到1年的时间，就破解了这个20年未解的科学悬案：纳米细菌不是生命体，而是由矿物质和蛋白质构成的晶体颗粒。更重要的是，他的发现为纳米细菌的进一步研究及其在医学、纳米技术领域的应用指明了方向——按照杨定一的话来讲，“我们在纳米细菌上的发现，将会开创一个全新的研究领域。”

破解悬案

从上世纪90年代初开始，对于“纳米细菌有没有生命”，科学界有两个截然相反的观点，支持不同观点的科学家为此展开了激烈的争论，但论战双方谁也拿不出令对方信服的证据，这个问题便成为近20年来科学界的一大悬案（参见本期文章《纳米细菌传说的破灭》）。

作为一位涉足医学、免疫学、生物化学、细胞生物学等多个领域的科学家，纳米细菌的相关研究和争论自然是杨定一的关注范围。不过，他没有轻易加入论战，因为他真正感兴趣的是“非传统研究领域”。杨定一认为，从纳米细菌的各种特性来看，这些能生长和自我复制的微小颗粒可能隐藏着生命起源的秘密。于是，他决定从这个角度，以中立者的姿态介入纳米细菌研究。

2007年，杨定一和自己的学生马奕安启动研究计划，他们选择的首个研究材料是一种简单而常见的无机分子——碳酸钙（CaCO3）。这不仅因为碳酸钙分子天然具有结晶的倾向，更重要的原因是，这个分子仅含有一个碳原子。“生命是从无机分子起源的，因此透过碳酸钙形成纳米颗粒的过程，或许可以弄清楚在原始地球上，碳原子如何一个个地连接在一起，最终形成关键生命物质的化学机制。”

杨定一很快就通过研究发现，无机矿物质的结晶会主动与蛋白质、DNA等有机分子结合，产生“核化”（nucleate）现象，形成“纳米细菌”似的颗粒，会像细胞一样自我复制，让人误以为它们在分裂。这些矿物质与蛋白质或其他有机分子的复合物，可能与软组织钙化、血管硬化等疾病有关。

2008年4月，《美国国家科学院院刊》、《自然》、《科学》等国际著名学术刊物相继报道杨定一在纳米细菌上的发现，他不仅破解了一大科学悬案，还指出此前论战双方的观点均不正确（纳米细菌没有生命，但科学家在这些颗粒上检测到的蛋白质和核酸并非源于污染，而是由于它们主动与有机分子结合）。

这项研究也为纳米颗粒的应用指明了方向：在医学上，纳米颗粒可以作为一个健康指标，反映器官的衰老程度和人体代谢机制是否异常；在纳米技术上，我们可以控制纳米颗粒的形成过程，制造出预期的纳米材料……而且，这项研究也将改变人类对很多疾病的认识和治疗方式，催生一门新的学科“纳米病理学”。以结石病为例，“以前人们都认为这是一种局部疾病，但从纳米颗粒的形成过程来看，结石病应该是一种全身性疾病，治疗方式也应该发生相应改变。”

不过，杨定一并不急于开展纳米颗粒的应用研究，因为他认为当前更重要的研究，是要彻底弄清纳米颗粒的结构和其他特征，以及除了人体外，地球上还有哪些情况或地方会产生纳米颗粒。“以前，科学经常‘犯错’，就是因为科学家还没有把一种新技术或新发现完全弄清楚，就开始进行应用研究，现在我们应该以此为鉴，做足了基础研究才能避免犯错。”

“神童”

很多科学家称赞说，杨定一在纳米细菌上的发现“给人留下了深刻的印象，解决了一个重大的科学难题，是一个非常了不起的成就”。而这些成就与他小时候的经历密不可分。

由于受到战争的影响，杨定一在6岁时，他的父亲、著名生物医学工程学家杨正民就带着全家移民巴西。

刚到巴西时，不论是英语还是葡萄牙语，杨定一一窍不通。但不到一年时间，他就学会了葡萄牙语和英语，可以熟练地与当地人对话。

小学阶段，老师都不喜欢杨定一，不愿他呆在自己负责的班级，原因很简单：他总是逃课。为了增加杨定一的出勤率，老师们想方设法“刁难”他：加大考题难度，如果得分过低，就可以逼他留级或离开。然而，老师们一次次失望了——不论用什么考题，杨定一的得分总是满分，反而逼得老师使出更绝的一招：动用高一年级的考题，希望能难住他。结果同样是失望：杨定一仍得到满分。

有趣的是，老师从失败中找到了“赶走”杨定一的理由：既然杨定一做高一年级的考题都能得到满分，证明他完全可以跟上高一年级的课程进度，那为什么不向学校提出申请，让他跳级呢？就这样，杨定一开始了跳级的历程，有一年甚至创纪录的连跳三级，直到他13岁高中毕业。

不过，老师们不知道的是，杨定一逃课并不是贪玩，相反他非常勤奋，有时一天只睡三四个小时——对于小学生而言，这样长的学习时间实在难以想象。

从五六岁开始，杨定一不仅自学功课，还阅读大量国学经典。他读书的方式非常奇特：同时阅读6本甚至更多的书籍，因为这样有助于刺激记忆力，“读书时，你必须记住每本书读到什么地方，内容是什么，当你下次再读这本书时，才可能继续读下去，否则又要从头开始”。

读书之外，杨定一的另一件要事，就是坐下来静静地思考。“这是一个重要过程，通过思考，可以好好理解记住的东西，把它们融会贯通。而且，注意力集中，学习会很快”。后来的事实证明，阅读和思考的习惯对杨定一的学术生涯产生了非常大的影响。

录取风波

1971年，当年仅13岁的杨定一与年长五六岁的高中同学共同走进巴西高考考场时，他并未感到紧张，因为在过去几年里，他以自己特有的方式获得的知识，锻炼出来的思维能力，已经远超当时的巴西高中生，甚至超过高考对考生的要求。

毫无意外，杨定一的高考成绩名列巴西第一，进入巴西任何一所大学似乎都没问题。

问题恰好出在这里。

当时，巴西并不允许少年大学生的存在，也就是说，学生必须一步一个脚印走向大学校园，不能跳级。这就意味着，每年都会跳级的杨定一不能被巴西的任何一所大学录取，他得重新回到中学校园，一直读到十七八岁。

幸好，当时的巴西大学校长非常欣赏这个13岁的天才少年，而这位毕业于美国麻省理工学院、受过多年国外教育的老校长思想开放，他认为没有任何理由去阻止一名如此优秀的少年进入大学学习。在老校长和父亲（当时，杨正民先生是巴西大学教授）的努力下，巴西政府终于同意改变相关规定，允许巴西大学医学院录取杨定一，使他成为巴西大学有史以来最年轻的大学生。

一个国家为一位学生改变规定，这样的重磅消息自然逃不过媒体的灵敏嗅觉。全巴西，甚至南美其他国家的媒体都蜂拥而至，采访这位改变了国家规定的少年。一时间，关于杨定一的报道铺天盖地，在南美引起极大反响。

南美刮起的“杨定一旋风”，也让各大厂商意识到这位巴西最年轻大学生将给他们带来的好处，厂商代表们纷纷赶来，请求杨定一为他们公司拍摄广告。一名厂商代表甚至直接开来一辆轿车，作为他拍广告的报酬。杨定一教授向记者介绍，当年他拍的电视广告在巴西持续播放了一年半时间，40年后，一位曾与他有合作关系的巴西科学家都还记得13岁的他在电视广告中的模样。

然而，“名利”双收的杨定一并不高兴，因为他想去的地方不是巴西大学，而是科技更发达的美国。实际上，在参加巴西高考之前，他已经参加过美国的大学入学考试（ACT），得分也是满分。这样的成绩，很容易就得到普林斯顿、哥伦比亚、耶鲁等世界顶级名校的青睐。但当他开始憧憬美国大学生活，收拾行装准备前往梦想中的地方时，由于父亲担心他年龄太小，难以适应美国生活，不允许他去美国读书，只是答应让他进入巴西大学学习。“当时很失落，很生气，也非常不理解，为什么不能去美国读书？多年以后我才明白父亲的良苦用心。”

杨定一选择医学专业，也是父亲的要求。在杨正民教授看来，学医不仅可以学到技术，赚钱养家糊口，而且将来还能帮助自己和家人改善健康——杨老教授的想法并没有错，多年后，杨定一成为了自己的岳父、台塑集团董事长王永庆先生的私人健康顾问。但在当时，杨正民教授或许并不知道，儿子感兴趣的不是医学，而是经济学和物理学。

轰动美国

尽管学术水平可能与美国名校存在差距，但巴西大学仍给杨定一提供了更宽广的舞台。

进入大学后，杨定一对物理学上的兴趣有增无减，在医学专业课程之外，他专门选修了电机和物理学课程。选修课程似乎还无法满足杨定一对物理知识的渴求，他还把家里及学校图书馆的相关藏书找出来，细细研读，几乎成了半个物理专业的学生。

同时，杨定一也未放弃前往美国，追求更高学术成就的梦想。刚一进入大学，他就到图书馆借阅美国大学名录，详细了解美国各所大学的情况，为自己的梦想寻找落脚点。当他翻到美国洛克菲勒大学这一页时，关于学校情况的介绍深深吸引了他：全球唯一一所纯研究型大学，学校中一半以上的教授都是美国科学院院士，创校以来已培养出10多位医学与化学领域的诺贝尔奖得主（到2009年共有23位），很多重大科学突破都诞生于该校实验室。

洛克菲勒大学由此成为杨定一奋斗的目标，他开始刻意收集与该大学相关的资料。一次，在洛克菲勒大学出版的知名学术期刊《实验医学杂志》（journal of experimental medicine）上，他读到一篇由主编赞维尔·A·科恩（Zanvil A. Cohn）教授撰写的文章，这位免疫学界的大师级人物在字里行间表露出的智慧以及对科学问题的独到见解，折服了年轻的杨定一。他立即拿来纸笔，写下一封热情洋溢的信，除了表达对洛克菲勒大学的向往，还汇整出科恩教授发表过的所有研究论文，并对未来可行的研究方向提出了建议。

让杨定一感到意外的是，信件寄出后不久就收到了回信：科恩教授在信中鼓励杨定一好好学习专业知识，为未来的学术生涯打下基础，并欢迎他在大学毕业后成为洛克菲勒大学的一员。这封信成为杨定一新的前进动力。

18岁，杨定一从巴西大学毕业，他终于得到父亲许可，只身前往能实现自己的科学梦想、能尽情挥洒才华的地方——洛克菲勒大学，他的导师正是《实验医学杂志》的主编科恩教授。直到今天，杨定一仍能清楚记得当年收到回信时的情景，也很怀念他在科学界的引路人科恩教授，更为这位伟大的科学家感到惋惜：1973年，科恩发现了树突状细胞（Dendritic cell, DC），这是免疫学领域的重大突破，“可惜他过早去世，否则在洛克菲勒大学的诺贝尔奖获得者名单上，肯定会有他的名字”。

由于导师是免疫学界的泰斗，杨定一的研究自然转向免疫学。当时，免疫学界最热门的研究课题，是弄清楚免疫细胞如何识别肿瘤细胞等病变细胞，好几位科学家都因为这类研究获得了诺贝尔奖。如果杨定一跟随前辈的脚步，从事免疫细胞识别病变细胞的机制，或许也能取得一定的成就，然而他并未选择跟从，在决定研究方向的问题上，他再次展现出非凡的一面。

系统回顾了前辈们做过的研究后，杨定一发现了一个问题：大家都在一窝蜂地研究免疫细胞如何识别病变细胞，而对于识别之后，免疫细胞的杀灭过程却没人过问，也没人知道这个过程是如何进行的。在杨定一看来，弄清楚免疫细胞的杀灭机制极为关键，因为不管免疫细胞的识别机制如何，它们最终目的都是要杀灭这些病变细胞。如果不弄清楚这个过程，科学家将来如何诱导免疫细胞保护机体呢？

杨定一采用的研究方法让同行感到非常意外：他把电机技术运用到了免疫学上，这是前所未有的事！利用电机技术，他检测到包括白血球在内的一些免疫细胞会制造一种蛋白质——穿孔素（perforin），而这些蛋白质能破坏病变细胞的细胞膜，使之出现孔洞，引起细胞膜内外电位和各种离子浓度的变化，从而杀死病变细胞。为了使结果更为可信，杨定一还测出了病变细胞的细胞膜出现孔洞后，电位、水分子和离子浓度变化的具体数值。

让他始料未及的是，在一次学术会议上，当他首次向与会科学家宣布自己的研究结果，描述杀伤细胞杀灭病变细胞的机制时，得到的并非赞誉之辞，而是一番劈头盖脸的批评。很多科学家认为，免疫细胞会像西部牛仔一样“开枪”杀死细胞的说法荒谬之极，“这位年轻人的想象力实在太丰富了”。杨定一告诉记者，当时绝大多数与会科学家都对他提出了批评，面对这些丝毫不留情面的批评之声，“意志不坚定的人很可能会失去研究的信心”。

但他坚持了下来。由于研究方法极具创新性，《自然》、《科学》、《细胞》等杂志相继刊登了他的研究成果，而他的结论也不断得到后续研究的支持。尤其是基因技术出现以后，杨定一在很多动物甚至植物体内检测到大量“钻孔蛋白”，而且这些蛋白具有同源性，证明杀伤细胞的杀灭机制是广泛存在的。如今，免疫细胞的杀伤效应已广泛用于消灭癌细胞以及被病毒感染细胞。

由于在科学研究上的杰出表现，杨定一不仅在21岁轻松获得博士学位，还在6年后，以27岁的年龄升任洛克菲勒大学分子免疫及细胞生物学系主任，在美国科学界引起了极大的轰动效应。后来，他又鉴定出数个与细胞凋亡相关的基因，阐明了炎症反应的分子机制，也引起了不小的反响。如今，杨定一已发表了200多篇重要研究报告，硕果累累。

角色转变

个人取得极大成功之后，杨定一希望带领更多的人走向成功。

1999年，由于不认同现有教育理念，认为当前教育方式给儿童施加了太大的压力，对他们期望太大，要求太高，不利于孩子的成长，杨定一与来自德国、美国、瑞士、法国等国家的37位科学家一道，成立了国际儿童联盟，希望借此帮助各国儿童在一个相对宽松的环境下健康成长。目前，该联盟已在多个国家设立了分支机构。

在我国大陆地区，杨定一及其同事把匡扶目标锁定为贫困地区的儿童。他和妻子王瑞华女士协助台塑集团创办人王永庆先生投资修建的明德小学已超过2,300所，200多万农村儿童在里面读书。在明德小学，杨定一主张全人教育理念，也就是说，除了日常功课以外，他鼓励学生全方位发展。为此，他在学校中添置了很多新设备，比如修建模拟工厂，让孩子们亲自搞绿化，打扫清洁，训练他们的动手能力，让他们变得更勤劳更朴实。

根据自己的人生经验，杨定一还在明德小学推广读经活动，让儿童每天抽出一定时间朗诵经典书籍——从唐诗宋词到四书五经，再到莎士比亚等国外大家的作品都在“经典之列”。在他看来，阅读经典书籍不仅可以增长知识，还能锻炼表达和思维能力，最直接的好处是，阅读后儿童很快就会进入专注状态，学习效率更高。

在帮助贫困儿童，为他们提供良好教育机会的同时，杨定一也通过其他方面的努力帮助穷人。危地马拉气候宜人，是中南美洲的瑞士，但该国原住民占了全国人口的70%，经济条件相当落后，很多人没有合适的房屋居住。

杨定一和朋友经过多年研究，开发出一种纳米建材，用它能建造出比水泥建筑更坚固更抗震的房屋，而且冬暖夏凉，非常舒适。1999年，他们用这种建材在危地马拉盖了一栋四层楼的小学，捐给当地原住民使用。从使用的情况看，这套技术完全可以较低的成本，建造出较舒适的房屋。

经过几年发展，他们修建的房屋越来越多，第一阶段完工的房屋有200多栋，还包括公园、学校、马路、加工厂和小机场等配套设施。杨定一和朋友把下一阶段的计划称为“光之城市”，目前正在修建的房屋超过2,000栋。为了兴建这么多房屋，他们购买的土地从原有的几十公顷扩大到几百公顷，不仅可兴建2,000 栋房屋，将来这个数字还可以上升到1万栋以上。