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饶毅的科学成就

2011-09-29
饶毅的科学成就,分子社会生物学,神经元极性的形成,神经元迁移的分子机制,神经细胞轴突生长的调控,社会行为的神经机理
饶毅的科学成就
从1985年出国留学,饶毅先后师从著名科学家旧金山加州大学的詹裕农和哈佛大学的Doug Melton。其后在华盛顿大学和西北大学任教,饶毅二十多年基本上是一位发育神经生物学家。饶毅实验室对科学的贡献主要有以下几个方面:
神经细胞轴突生长的调控,1999年,饶毅,Tessier-Lavigne和Goodman三个实验室在同一期《细胞》上发表三篇论文,报告Slit对轴突生长的调控,成为当时科学界的一个重大突破。饶毅在这场与国际一流大师的竞争中脱颖而出,展示了其独到的科学洞察力和坚实的原创实力。
神经元迁移的分子机制;在大脑发育过程中的一个有趣现象是,脑神经元出生于大脑皮层的最下层,然后迁移到达其最终的位置。一百多年前,科学家们就猜想大脑皮层中的神经元是迁移而来的。1961年,Sidman首次直接观察到大脑发育时神经元的迁移。。。科学家们一直想找到能够控制神经元迁移的细胞外分子。。。饶毅实验室随后又发表了一系列论文,证明Slit不仅调控多种神经元的迁移,而且能指导白细胞和血管细胞的迁移,从而对炎症和血管形成有重要调节功能。因此,饶毅的Slit研究工作对细胞迁移的理论有普遍意义。
神经元极性的形成;神经元具有多个接收信号的树突和一个输出信号的轴突。早在19世纪,神经科学的鼻祖卡哈尔就发现,神经元是极性化的细胞,有多个输入,一个输出。他将此称为神经元定律。为什么一个神经元只长一个轴突呢?2002年,因为中科院上海神经科学研究所一个实验室的搬迁,饶毅开始接手指导留下的研究生蒋辉,郭伟,梁新华,通过一系列精巧的实验证明,细胞内的信号分子GSK3β对控制神经元极性至关重要。他们发现GSK3β具有抑制轴突形成的功能。当神经元内GSK3β活性增高时,轴突不能形成。反之,GSK3β活性受到抑制时,会形成多个轴突。更有趣的是,当他们对已经长了3天的神经元加GSK3β抑制剂时,能够使已经形成的树突转变为轴突。这项工作2005年在世界顶级学术刊物《细胞》上发表。

2004年,饶毅在北京生命科学研究所建立了实验室,除了继续神经元极性研究外,开始了社会行为的分子基础方面的研究。2007年全职回国后,饶毅把主要研究方向从神经发育分子机制转到社会神经生物学,即社会行为的神经机理分析。研究领域的转型非常耗时且极具挑战性。但饶毅以兴趣广泛知识面博大著称,他研究生时期打下的果蝇遗传学基础,使他能很快进入这个全新的研究领域。

而社会生物学则要研究动物之间的相互作用,例如竞争,侵略性,友谊,同情心,求偶,性取向,等等。这个领域的研究始于20世纪初,但近百年来几乎没有什么实质性进展,对社会行为的神经环路和分子机制的了解极少。而饶毅经过几年的努力,发表了三篇有影响的论文。
1、第一篇论文于2008年发表在《自然—神经科学》,揭示了一种叫鱆胺神经递质(神经元之间传递信息的分子)对果蝇之间争斗的作用。
2、社会交往对动物的行为甚至生理功能都有影响。在群居动物中有一个有趣的现象,即从小一起长大的雄性动物之间不会打架,而独养长大的雄性则非常好斗。2011年,饶毅小组又在《自然—神经科学》发表第二篇打架机理方面的论文,发现群养的雄性果蝇会释放一个叫cVA的挥发性外激素分子,作用于对方嗅觉系统中含Or65a受体的神经细胞,起到抑制打架的作用。
3、2011年在《自然》发表的论文。该文研究的是性选择问题。异性相吸是生儿育女和种族的延续所必需的。但同性和双性性行为在低等和高等动物中都有报道。饶毅和他的同事们将合成五羟色胺(5HT)的酶Tph2在脑中去除,雄性小鼠便失去了对雌性的兴趣,而显示出对同性的性行为。如果给它们注射5HT的前体5HTP,30分钟后动物便恢复了对异性的兴趣取向,说明成年动物的脑也是非常可塑的。这项工作第一次在哺乳类发现了脑中控制性选择的分子机制,无论对生物学知识的扩充还是对社会学研究都有重要意义。

饶毅的科学成就

鲁白 文汇报9月28日
近期,享有国际声誉的神经科学家饶毅,在中国科学院院院士评选中,没有进入生命科学与医学部的30名候选人名单,引起国内外媒体讨论及公众热议,甚至海外华人社会的关注。此番热议也引出一个问题:饶毅的学术水平究竟如何?不少读者和学界人士也希望对饶毅的科学成就有所了解。作为一个与饶毅一起出国留学,并在学术界同行28年的神经科学家,我想就饶毅对科学的贡献作一简单介绍。

从1985年出国留学,饶毅先后师从著名科学家旧金山加州大学的詹裕农和哈佛大学的Doug Melton。其后在华盛顿大学和西北大学任教,饶毅二十多年基本上是一位发育神经生物学家。饶毅实验室对科学的贡献主要有以下几个方面:

神经细胞轴突生长的调控:

神经细胞(也叫神经元)用以输出信号的轴突(一种很长的细胞突起)是怎样生长的?轴突很长,在脑的发育过程中,轴突是按严格的路线来生长的。例如,脊髓中的中介神经元,先要从脊髓背外侧向腹内侧生长,在中线处要克服阻力走向对侧,过对侧后又急转向上,长向中脑。神经轴突为什么能如此精确地生长,是发育神经生物学中的一大难题。

1990年代初,旧金山加州大学的年轻教授Marc Tessier-Lavigne一举找到了轴突跨越中线的吸引性指导分子,叫netrin。随后,斯坦福大学的Corey Goodman也发现了另一组轴突调控蛋白,叫samopholins。当时,Tessier-Lavigne是公认的科学界的大明星(2005年当选美国科学院院士,现为洛克菲勒大学校长),Goodman 则是功成名就的大师,很年轻时就是美国科学院院士了。他们两家实验室几乎主导整个领域。所以,在他们主攻第三类轴突调控分子Slit时,根本没有想到过会有对手,而这个对手还是初出茅庐的饶毅。当时Tessier-Lavigne和Goodman 分别在小鼠和果蝇模型上寻找在中线上的排斥性的指导分子,并不约而同地找到了分泌蛋白Slit。饶毅实验室则独出奇境,发现嗅球细胞的轴突生长,也受到排斥性分子的调控。根据果蝇slit突变体的表型,他们猜想到这个排斥分子可能就是Slit。于是他们设计实验证明,嗅球神经元轴突上表达Slit的受体Robo,而Slit则表达在嗅球神经元轴突要经过的隔区,对其起排斥作用。这样,他们用不同的体系证明了Slit通过Robo介导神经轴突的生长。1999年,饶毅,Tessier-Lavigne和Goodman三个实验室在同一期《细胞》上发表三篇论文,报告Slit对轴突生长的调控,成为当时科学界的一个重大突破。饶毅在这场与国际一流大师的竞争中脱颖而出,展示了其独到的科学洞察力和坚实的原创实力。

神经元迁移的分子机制:

在大脑发育过程中的一个有趣现象是,脑神经元出生于大脑皮层的最下层,然后迁移到达其最终的位置。一百多年前,科学家们就猜想大脑皮层中的神经元是迁移而来的。1961年,Sidman首次直接观察到大脑发育时神经元的迁移。神经元的迁移的精确性对神经环路建立至关重要,迁移的错误将导致严重的神经疾病。因此,科学家们一直想找到能够控制神经元迁移的细胞外分子。直到1999年,饶毅实验室报告了第一个调控神元迁移的分子-Slit。他们发现Slit对迁移中的神经元起到一个排斥的作用,使它们沿着一定的轨道走而不会“脱轨”。Slit是一个分泌蛋白。饶毅和他的同事们设计了一个非常漂亮的实验。他们将迁移神经元放在两块表达Slit的组织之间。发现如果放在靠左,神经元就向右走,反之则反。如果放在正中,神经元就直线走。这就证明了迁移神经元能够感受其左右的Slit的浓度梯度,来决定其走向。饶毅实验室的这项研究成果,在调控神经元迁移的分子机制的认识方面意义重大,是可以进教科书的工作。饶毅实验室随后又发表了一系列论文,证明Slit不仅调控多种神经元的迁移,而且能指导白细胞和血管细胞的迁移,从而对炎症和血管形成有重要调节功能。因此,饶毅的Slit研究工作对细胞迁移的理论有普遍意义。

神经元极性的形成:

神经元具有多个接收信号的树突和一个输出信号的轴突。早在19世纪,神经科学的鼻祖卡哈尔就发现,神经元是极性化的细胞,有多个输入,一个输出。他将此称为神经元定律。为什么一个神经元只长一个轴突呢?2002年,因为中科院上海神经科学研究所一个实验室的搬迁,饶毅开始接手指导留下的研究生蒋辉,郭伟,梁新华,通过一系列精巧的实验证明,细胞内的信号分子GSK3β对控制神经元极性至关重要。他们发现GSK3β具有抑制轴突形成的功能。当神经元内GSK3β活性增高时,轴突不能形成。反之,GSK3β活性受到抑制时,会形成多个轴突。更有趣的是,当他们对已经长了3天的神经元加GSK3β抑制剂时,能够使已经形成的树突转变为轴突。这项工作2005年在世界顶级学术刊物《细胞》上发表。也是该刊自1980年发表中科院微生物研究所陆德如等三位学者关于大肠杆菌Tn2转座子转座性质的文章后的25年来第一篇全部在中国国内做出来的研究论文。需要指出的是,该发现不能算是揭示调控神经元极性化的分子机制的首创。日本的Kabuchi实验室在几年前已经发现了几个与GSK3β在同一个信号通路上的分子,并在同一期《细胞》上也报告了GSK3β对神经元极性的调控。尽管如此,饶毅实验室的该项工作证实了一条控制轴突发起的信号通路。因此被认为是发育神经生物学中一项重大发现。

2004年,饶毅在北京生命科学研究所建立了实验室,除了继续神经元极性研究外,开始了社会行为的分子基础方面的研究。2007年全职回国后,饶毅把主要研究方向从神经发育分子机制转到社会神经生物学,即社会行为的神经机理分析。研究领域的转型非常耗时且极具挑战性。但饶毅以兴趣广泛知识面博大著称,他研究生时期打下的果蝇遗传学基础,使他能很快进入这个全新的研究领域。他在分子和发育神经生物学方面的多年积累,也使他进入该领域不久就有独到的建树。

分子社会生物学:

迄今为止绝大多数的生物学研究都集中在生物个体内部,如肝脏是怎么工作的,脑怎样调控心脏,甚至脑中哪一部位参与个体的学习记忆、逻辑思维,等等。而社会生物学则要研究动物之间的相互作用,例如竞争,侵略性,友谊,同情心,求偶,性取向,等等。这个领域的研究始于20世纪初,但近百年来几乎没有什么实质性进展,对社会行为的神经环路和分子机制的了解极少。而饶毅经过几年的努力,发表了三篇有影响的论文。

第一篇论文于2008年发表在《自然—神经科学》,揭示了一种叫鱆胺神经递质(神经元之间传递信息的分子)对果蝇之间争斗的作用。竞争行为对种系的进化极为重要。优胜劣败,种系内的争斗,导致了优胜者对资源的控制及和异性交配方面的优势,从而使种系得以生存和进化。这种争斗行为是由什么神经递质介导的?饶毅和他的学生们证明,脑内没有鱆胺的果蝇打架减少,而增高脑内鱆胺则激发果蝇的攻击行为。他们还精确到发现5个鱆胺神经元的重要性。

社会交往对动物的行为甚至生理功能都有影响。在群居动物中有一个有趣的现象,即从小一起长大的雄性动物之间不会打架,而独养长大的雄性则非常好斗。今年,饶毅小组又在《自然—神经科学》发表第二篇打架机理方面的论文,发现群养的雄性果蝇会释放一个叫cVA的挥发性外激素分子,作用于对方嗅觉系统中含Or65a受体的神经细胞,起到抑制打架的作用。单独饲养的雄蝇从未闻过cVA,故好斗。但单养的雄蝇如果长期接触到群养雄蝇的cVA,其攻击水平也会降低。cVA作为外激素被认为可以急性诱导雄蝇打架。饶毅小组的工作揭示长期接触cVA还可以抑制群养的雄性果蝇之间的争斗。同一个外激素分子,在不同时程作用于不同受体细胞,起相反的作用。足见生物世界的奇妙。 

我以为,饶毅回国后做的最精彩最重要的工作,是今年在《自然》发表的论文。该文研究的是性选择问题。异性相吸是生儿育女和种族的延续所必需的。但同性和双性性行为在低等和高等动物中都有报道。饶毅和他的同事们将合成五羟色胺(5HT)的酶Tph2在脑中去除,雄性小鼠便失去了对雌性的兴趣,而显示出对同性的性行为。如果给它们注射5HT的前体5HTP,30分钟后动物便恢复了对异性的兴趣取向,说明成年动物的脑也是非常可塑的。这项工作第一次在哺乳类发现了脑中控制性选择的分子机制,无论对生物学知识的扩充还是对社会学研究都有重要意义。

分子社会生物学是一门崭新的学科。饶毅在短短几年中,完成了研究领域的转换,在分子和神经通路的水平上,解释动物之间的相互作用,包括性取向,竞争,群居等社会行为,取得了骄人的成绩。饶毅实验室已经在分子社会生物学领域取得国际主导地位。他们的工作,不仅对神经科学有重要的贡献,还对社会的现实问题有潜在意义。

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