理查德·阿克塞爾（美國醫學家，揭示了人類嗅覺系統的奧秘）

理查德·阿克塞爾是一名美國醫學家，他由于在嗅覺方面的卓越研究與琳達·巴克一起獲得2004年諾貝爾生理學或醫學獎。

人物經歷

理查德·阿克塞爾，1946年7月2日生于美國紐約。1967年在美國哥倫比亞大學獲得學士學位，1970年取得美國約翰斯·霍普金斯大學醫學博士學位，現就職于美國哥倫比亞大學霍華德·休斯醫學研究所，任生物化學、分子生物物理學和病理學教授。

1967年，理查德·阿克塞爾在美國哥倫比亞大學獲得學士學位后，又在美國約翰霍普金斯大學醫學院獲得碩士學位。1970年在該學院獲得醫學博士學位。1978年任美國哥倫比亞大學教授。1983年成為美國國家科學院成員。1984年在哈佛大學醫學研究所任研究員。

理查德·阿克塞爾博士還是美國國家科學院，美國學者協會，美國藝術與科學研究院成員。他曾經獲得過美國和國際科學界的多項殊榮，例如生物化學方面的禮來獎，國家科學院的理查德·勞恩斯貝利獎等等。另外阿克塞爾還因為在神經系統研究方面的杰出成就獲得了百時美施貴寶獎，以及蓋爾德納國際基金。

成就榮譽

理查德·阿克塞爾實驗室的主要研究內容是感覺信息在大腦中的表現。嗅覺神經細胞怎樣在保持空間位置不變的情況下將一個特定的受體目標傳遞給大腦，并為嗅覺信息繪制圖表。

2004年的諾貝爾生理學或醫學獎授予兩名美國科學家：58歲的理查德·阿克塞爾（Richard Axel）和57歲的琳達·巴克（Linda B.Buck），他們在氣味受體和嗅覺系統組織方式研究中做出貢獻，揭示了人類嗅覺系統的奧秘。

研究成果

2004年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

阿克塞爾和巴克于1991年聯合發表論文，宣布他們發現了包括約1000種不同基因的一個基因大家族，以及這些基因對應著的相同數目的氣味受體種類。之后兩人各自獨立研究，從分子層面到細胞組織層面清楚地闡明了嗅覺系統的工作原理。

在人類諸種感覺中，嗅覺產生機理一直是最難解開的謎團之一。人能夠分辨和記憶約1萬種不同的氣味，但人具有這種能力的基本原理是什么，2004年度諾貝爾生理學或醫學獎獲獎者、美國科學家理查德·阿克塞爾和琳達·巴克，通過自己開拓性的工作找到了解開這一謎底的鑰匙，清楚地闡明了人類嗅覺系統的工作方式。

兩位科學家的研究揭示，有氣味的物質會首先與氣味受體結合，這些氣味受體位于鼻上皮的氣味受體細胞中。氣味受體被氣味分子激活后，氣味受體細胞就會產生電信號，這些信號隨后被傳輸到大腦的嗅球的微小區域中，并進而傳至大腦其他區域，結合成特定模式。由此，人就能有意識地感受到比如茉莉花的香味，并在另一個時候想起這種氣味。

阿克塞爾和巴克發現，人體約有1000個基因用來編碼氣味受體細胞膜上的不同氣味受體，這占人體基因總數的約3%。他們的研究顯示，人的嗅覺系統具有高度“專業化”的特征。比如，每個氣味受體細胞僅表達出一種氣味受體基因，氣味受體細胞的種類與氣味受體完全相同。氣味受體細胞會將神經信號傳遞至大腦嗅球中被稱為“嗅小球”的微小結構。人的大腦中約有2000個“嗅小球”，數量是氣味受體細胞種類的2倍。“嗅小球”也非常的“專業化”，攜帶相同受體的氣味受體細胞會將神經信號傳遞到相應的“嗅小球”中，也就是說，來自具有相同受體的細胞的信息會在相同的“嗅小球”中集中。嗅小球隨后又會激活被稱為僧帽細胞的神經細胞，每個“嗅小球”只激活一個僧帽細胞，使人的嗅覺系統中信息傳輸的“專業性”仍得到保持。僧帽細胞然后將信息傳輸到大腦其他部分。結果，來自不同類型氣味受體的信息組合成與特定氣味相對應的模式，大腦最終有意識地感知到特定的氣味。

兩位科學家在研究中發現，每個氣味受體細胞會對有限的幾種相關分子作出反應。絕大多數氣味都是由多種氣體分子組成的，其中每種氣體分子會激活相應的多個氣味受體，并會通過“嗅小球”和大腦其他區域的信號傳遞而組合成一定的氣味模式。盡管氣味受體只有約1000種，但它們可以產生大量的組合，形成大量的氣味模式，這也就是人們能夠辨別和記憶約1萬種不同氣味的基礎。

阿克塞爾和巴克所發現的嗅覺系統組織原理，對研究人體其他感覺系統也具有價值。例如，他們發現，鼻上皮其他區域還存在能夠檢測信息素的受體，這些受體與氣味受體存在相似。另外，科學家們還發現，舌頭味蕾中也存在與氣味受體類似的受體。

琳達·巴克和她的導師理查德·阿克塞爾一直在努力找出人類嗅覺和味覺的秘密，而且已經在這方面工作了14年。1991年，巴克取得了第一個突破。她在哥倫比亞大學和導師理查德·阿克塞爾發現了包含鼻子里的氣味感受器的基因圖譜。氣味感受器在鼻子后部，是一種在鼻腔細胞表面的蛋白質分子，通過與特殊的氣味分子結合來識別氣體。這一研究的難點在于與氣味有關的基因數量很大，在總共大約5萬個基因里有1000個左右與氣味有關，占了2%。

突出貢獻

破解嗅覺之謎

諾貝爾基金會表示，把大獎頒發給這兩位科學家是因為他們在研究中發現了包含1000個不同基因的大型基因家族，清楚地闡釋了人類的嗅覺系統是如何運作的。這使得我們能夠理解“人類為什么能夠自覺感受到春天紫丁香的香氣，并在任何時候都能提取出這種嗅覺上的記憶。”

理查德·阿克塞爾在美國哥倫比亞大學霍華德·休斯醫學研究所工作。琳達·巴克現任職于美國西雅圖的弗雷德·哈欽森癌癥研究中心。阿克塞爾和巴克在1991年共同公布了在基因領域的發現。此后，他們又在對嗅覺系統的各自獨立研究中做出了新的貢獻。巴克就職的弗雷德·哈欽森癌癥研究中心表示，巴克還沒有就此事與他們聯系，不過該中心的發言人說：“這一事件非常令人興奮。”琳達·巴克此前談到她的研究項目時說：“在長久的研究歷程上，我一直努力嘗試，進行過無數次試驗，卻沒有任何值得欣慰的發現。所以，當在1991年發現了新的基因后，我簡直不敢相信這是真的！特別是這些基因以前從來都沒有人見過。它們與此不同，但是彼此間又保持著緊密聯系。這一發現給了我極大的成就感。”

三個假設帶來驚人突破

巴克大膽想像使研究取得巧妙的新進展

琳達·巴克在對人體所有功能感覺的研究中，嗅覺一直是最神秘的領域。科學家們已經發現，味覺比視覺記憶更長久。視覺記憶在幾天甚至幾小時內就可能淡化，而產生嗅覺和味覺的事物卻能令人記憶長久。在某種特殊氣味刺激下，人們記憶的閘門突然打開。

但是，對復雜嗅覺的形成原理和過程的研究還一直處在探索階段。對于嗅覺系統如何辨別一萬種以上氣味的基本原理仍然不能完全解釋。而理查德·阿克塞爾和琳達·巴克在這一領域的前沿性研究能幫助我們進一步深入了解嗅覺系統。他們獲得諾貝爾獎的主要研究成就是發現了一個大型基因組群，其中有1000個不同的基因（這個數量占所有人類基因的3%），這也同時帶來了對相同數量受體蛋白的發現。

十幾年前的重大發現

1991年巴克還是阿克塞爾領導的實驗室的一名博士后研究員時，兩人共同發現了決定氣味受體編碼的一大基因家族。氣味受體處于鼻腔上部的嗅覺細胞中，它們能探測吸入氣體中的氣味分子。每一個氣味受體細胞內只會包含一個類型的氣味受體；而每一種氣味受體能察覺一定數量的氣味物質。

尋找氣味受體蛋白

人體的嗅覺體系包含5百萬嗅覺神經，它們直接把收到的嗅覺信息發送給大腦的嗅覺區。嗅覺神經將神經纖毛深入鼻腔黏膜中，科學家們相信，這些纖毛上一定有專門探測氣味分子的蛋白質。

一直以來，科學家們都在力求找到這些特殊的受體蛋白質，因為受體蛋白是解答嗅覺兩大問題的關鍵所在。科學家們還不知道嗅覺系統怎樣把上千種的氣味分子區分開來；其次，科學家還在探索大腦怎樣處理不同的嗅覺信息來區分不同的氣味。

不同尋常的假設

而阿克塞爾與巴克著重于基因方面的研究給這一領域帶來了全新的進展。他們在研究中并沒有直接針對受體蛋白，而是轉向嗅覺細胞中決定蛋白質的基因。巴克首先取得了一個“非常巧妙的”新突破。她做的三個假設極大縮小了研究范圍，她首先依據實驗室的研究成果，假設受體在形態上和功能上的一些特性，這就能縮小研究范圍。其次，她假設氣味受體是一個相互關聯的蛋白質家族中的成員，這樣就可以從大型蛋白質族群入手研究。另外，她主張鎖定只對嗅覺細胞中出現的基因進行研究。阿克塞爾稱，巴克的大膽假設為他們的研究至少節省了好幾年的時間，這使得研究小組就能集中對一些可能專門為受體蛋白質而編碼的基因進行研究，從而取得較大進展。

獲獎秘訣

美國哥倫比亞大學、科學家理查德·阿克塞爾，因發現人類嗅覺的基因作用機理，榮獲2004年度諾貝爾生理學或醫學獎。他在10月4日接受本報記者電話采訪時表示，他認為保證科學研究成功的關鍵因素在于：深入細致的、耐心的科研方法與態度，以及眾人合作的科研氛圍。

阿克塞爾教授在回答作為一個成功的科學家，認為保證科學研究成功的關鍵要素是哪些時說：“保證科學研究成功有很多因素，我可以告訴你我所做的一切，我的經歷，讓你來判斷。我認為，要使科學研究成功因素在于：深入細致、耐心與合作。”阿克塞爾教授接著說：“就像我們從事人類嗅覺基因作用機理的研究一樣，這一科研的成功取決于很多人的努力。我們就是在實驗室營造出了這樣的合作的氛圍，使得科研人員喜歡在實驗室搞科研，喜歡在實驗室搞交流與合作。”

當其他記者問到教授為什么選擇人類嗅覺這一研究領域時，阿克塞爾教授回答說：“與人相關的一切問題，包括基因如何影響人的嗅覺、聽覺以及心理情緒與行為，特別是有關人腦的機能研究，這些均成為科學家們急需了解的問題。為什么不去做這樣的研究呢。”

阿克塞爾教授在新聞發布會臨結束時表示，他將繼續有關人類嗅覺方面的深入研究。他說：“我將用我的一生來從事人類嗅覺領域的研究，估計這一領域的問題，我用自己一生的時間也研究不完。”

人物評價

2004年10月4日清晨，電臺里播放的一條消息：“兩位美國科學家，哥倫比亞大學的理查德·阿克塞爾和哈欽森癌癥中心的琳達·巴克，獲得了今年的諾貝爾生理或醫學獎，?”使人振奮，理查德·阿克塞爾獲得了諾貝爾獎。 理查德是愈從容的導師。

很久以來，理查德就被認為是一個天才。他當上教授時僅27歲，37歲就被選為美國科學院院士。1991年，他與琳達·巴克一起分離出了嗅覺受體的基因家族。這一發現指導著人們現今對于嗅覺的研究和理解。

能夠攻克的課題都不吸引人

幾乎每個認識理查德的人都能感覺到他那超人的智力。他仿佛能將人穿透的眼神會使人感到不舒服，但他那不可思議的理解力卻又深深吸引著你。見過他的人都會對他留下深刻的印象。這是一個充滿熱情，酷愛歌劇，熱衷文學的人；他喜歡并收藏了許多當代畫家的作品；但最能吸引他的還是科學。

在同他一起工作的8年中，他每天從早9點工作到晚9點，一周7天，很少間斷。他在工作中閱讀大量的文獻，花很長時間與學生、博士后討論問題。生活中，實驗室是令他感到最刺激也最放松的地方。

理查德很容易對已知的事物失去興趣，他感興趣的都是那些從來沒有人接觸過的或者是別人認為太難而根本不可能解決的問題。他經常說的一句話是：“那些真正吸引人的課題都是不可能攻克的，那些能夠攻克的都不吸引人。”

早在上世紀80年代，在哥倫比亞大學另一位諾貝爾獎獲得者埃里克·坎德爾（Eric Kandel）的影響下，理查德開始對神經生物學產生了興趣。從基因和分子水平上來解析大腦的功能可以提供一個科學解釋人類行為的突破口。這一類實驗的關鍵在于確定大腦中哪些分子在起作用。從80年代中期開始，他著手分離編碼神經遞質受體的基因，希望借此來深入探討信息在大腦中的流通過程。在不懈的努力下，他的實驗室最終分離出5HT（5－羥色胺）受體和NMDA受體。這兩個基因分別對控制人的情緒和對人的學習、記憶起著關鍵作用。為了分離出受體基因，他發明了表達克隆的方法。這種方法已被廣泛應用于基因的確定。

與此同時，他開始對嗅覺的發生機制產生了興趣。在對嗅覺系統極少了解的情況下，他直覺地認為這是一個非常有趣的問題。人類能夠識別上萬種氣味。這些氣味含有成千上萬種不同的化學成分。這些氣味是怎么被感知的，感覺信息是如何從鼻子傳到大腦中并且最終引起我們行為上的反應的。1988年，琳達·巴克（當時是我們實驗室的博士后）也對嗅覺問題產生了興趣。采用當時最新的分子生物學研究成果———多聚酶鏈式反應（PCR）進行研究，理查德和琳達應用減并PCR（degenerate PCR）的方法分離出了嗅覺基因。這個發現以及后來相關的工作最終被諾貝爾獎評審委員會認同。

他的科研是由興趣引導的

當“嗅覺是如何產生的”這個問題吸引他注意力的時候，這完全是個謎。關于這個問題，學術界有許多假設：有人認為每一種氣味對應一個受體；也有人認為只有少數幾種受體，每種受體能接受多種氣味的刺激。理查德認為解決問題的根本在于確定受體基因。實驗證明哺乳動物的氣味受體約有1000種。他和琳達后來分別證明了每個神經元表達一種受體基因，每種受體神經元只對幾種特定的分子產生應答。每種氣味都是由多種不同的分子混合而成的，不同的氣味會刺激特定的、不同組合的受體神經元。這組被刺激的神經元將信號傳至大腦，再由大腦分析整合，最終產生了嗅覺。

在對嗅覺產生機制不懈的研究中，理查德從一名分子生物學家轉變成為神經生物學家。他的科研向來是由興趣引導的，從不受研究領域的制約。從分子生物學到癌癥，從免疫學到艾滋病，直到最近的神經生物學和神經發育生物學。

在過去的5年中，他不再滿足于僅僅理解神經元信號傳導相關的離子和通道，而是開始關注神經生物學領域最具挑戰性的課題———神經的密碼。人腦有一千億個神經元，信息通過感覺神經傳入大腦，經過分析、編輯后引起人的行為。這些感覺信息是如何被編碼而又如何被解密的呢？這個關鍵問題吸引了一代又一代的科學家。理查德決定用果蠅作為動物模型，通過研究嗅覺系統的作用機制來攻克這一問題，而這一設想也隨著另一名清華畢業生王競的到來成為可能。理查德等人一起花了大量的時間來閱讀文獻，然后我們討論模型并設計實驗。最終，付出得到了回報———王競的實驗取得了很大的成功，而理查德的模型也漸漸得到了該領域內的廣泛認同。

古怪天才

理查德的古怪是出了名的。他長得又瘦又高，每天穿過走廊沖著人大叫“數據，有數據嗎”有時他會盯著你問：“難道你沒有什么有意思的事情要告訴我嗎”如果你的回答引起了他的注意，他就會坐下來和你一起很有邏輯地分析問題，并經常討論后續的實驗設計。當我們在忙著做實驗或整理數據時，我們也會直截了當對他說：“走一邊去，理查德，我很忙。”他就會走開，但走之前還要給你講個笑話。

雖然他也能夠表現得像個十足的紳士，但是在實驗室———一個讓他感覺無拘無束的地方，他從不注意社交禮節。他不會放過任何一個奚落、嘲笑和貶低別人的機會。他經常會在和別人交談時陷入沉思，然后毫無歉意地走開。他會對一些問題做出這樣的答復：“這是我所聽到過的最愚蠢的想法。”

理查德有時就像一個淘氣的孩子。他經常發脾氣，心情不好時會對別人大嚷大叫。他也會戲弄別人。他最喜歡的就是聊天時現編“數據”，并能說得像真的一樣。當別人被這個“新發現”驚呆了，他就會在一旁咧著嘴笑，享受著他的小惡作劇所帶來的樂趣。我們這些和他很熟識的人能很快地發現“數據”是編出來的，于是便幫著他一起“騙人”，在裝出一副討論“重要發現”的同時欣賞那些毫不懷疑的受害者們有趣的反應。

正是這種孩子氣使他保持了孩子一樣的好奇心，不輕信權威和已有的成果。他在實驗室創造了一種能夠培養寬闊眼界、豐富創造力和獨到見解的氣氛。這種氣氛促使實驗室里的每個人都主動去思考新奇的問題并尋找新穎的解決方法。

“堅如磐石”的科學研究

理查德的苛刻也是出了名的。在他的實驗室中充斥著兩種氣氛：一種是不斷追求新的發現和提出新的問題；另一種也是極其重要的就是敢于對任何想法都毫不留情地批判。

他會直視你的眼睛，毫不留情地告訴你實驗結果很糟糕。他會讓你回去在設置嚴格對照的條件下把實驗整個重做一遍。所有的實驗結果都要在幾番仔細核對后才能最終發表。我在實驗室工作期間，他一直堅持核查所有的原始數據，有時他會檢查我的實驗記錄或在顯微鏡下直接看我的結果。

別的科學家可能一年發表十幾篇文章，而理查德一般每年只發表1～2篇。由于課題的難度大，對實驗數據的要求高，在他實驗室工作的學生或博士后在一個研究項目中平均要花費七八年的時間。他所發表的文章經得起時間的考驗，很多成為經典之作。他說過：“我不僅要得到正確的答案，我要用實驗無可置疑地證明這些答案的正確性。”正是這種嚴謹的治學態度，理查德的一些同事形容他的科學研究“堅如磐石”。

未來是你們的

2004年10月6日，理查德從加利福尼亞歸來，實驗室全體人員為了慶祝他獲得諾貝爾獎，舉辦了慶功宴。席間，他優雅地向大家敬酒，說：“這個榮譽不屬于我，而屬于你們。我只是代表你們去領獎的。”回想到這些年來實驗室里獲得的新發現所帶來的那些振奮人心的時刻，他說：“在找到新發現的時候，我就已經得到了我的獎勵。科學研究中最美好的事情就是發現以前沒有被發現的東西。”

他環顧坐在桌子四周的學生們，接著說，“還有就是看到自己的學生取得成功。”

事實上，他已經培養出了很多成功的學生。在他的學生和博士后當中，有20多人在一流的大學和研究所中任教，有5人成了霍華德·休斯（Howard Hughes）醫學研究所的成員，還有5人被選入美國國家科學院，其中琳達·巴克與他共同獲得了諾貝爾獎。

在過去的13年中，理查德共招了4個來自中國的學生和博士后，其中3人成了獨立的研究人員。這3人都來自清華大學生物系，而愈從容等三個人都同他一起發表過質量非常高的文章。

正像理查德多次說的那樣：“科學的未來屬于你們，年輕的中國人，去努力爭取吧。