[演講後雜感] 新領域和生物力學家的誕生

自從中山大學莫顯蕎教授來 BJC 演講後，就一直很想跟大家分享一些小故事，是關於演講中多次提到研究盲鰻 slime 的生物力學家 John Gosline，和生物力學研究是如何在美國杜克大學 (Duke University) 動物學系裡展開的...

在 Duke 唸書時，我見過 John Gosline 三次，都是他受邀來演講的場合-- 第一次他講的是馬蹄，第二次是蜘蛛絲，第三次就是盲鰻的slime。因著他研究的主題，到研究內容的廣度、深度，當時就對這位玩各種奇特生物材料的生物力學家十分崇拜。由演講中，到之後追溯他發表的文章裡，不難看出他對每種生物材料，都深入探討 "What" (力學特性)與 "How" (材料特性的形成機制，多與巨分子結構與化學性質相關，以及基因調控等)～如此紮實完整的研究，方能成為後世仿生科技參考的重要文獻。除了蜘蛛絲和盲鰻的 slime 外，他的學生也研究過貽貝足絲的力學特性～說老實話，當年我在讀那些 papers 時，心中不免嘀咕著：「研究足絲要做什麼？有什麼用？」多年之後才發現，貽貝足絲的黏附特性，已成為當紅水陸兩用膠的仿效對象。

Gosline 是生物力學大師 Steve Wainwright 的開門弟子，大概也是 Duke 動物系產生的第一個生物力學博士吧（我大概是最後一個！）！Wainwright 在 UC, Berkeley 念博士時，Gosline 正是該校的大學部學生，就這樣認識、並追隨 Wainwright 來到了 Duke 攻讀博士。當時的 Wainwright，是個新任的助理教授，尚在摸索未來的研究方向-- 據他說，在 interview 時，他告訴當時的系主任 Knut Schmidt-Nielsen，他將以物理觀點和方法，來研究生命現象 -- 數年後 Seven Vogel 加入，就這樣，Wainwright 和 Vogel 成了三、四十年的工作夥伴，一同培養出許多生物力學家。

話說當時的 Gosline，選擇了以海葵體壁的結締組織做為材料，探討其力學特性，並提出巨分子模型來解釋量測到的現象。他原本就對化學很在行，但材料力學卻是動物學背景的師徒二人所陌生的領域。因為研究需要，老師開了門生物材料力學的課，帶領 Gosline 和其他研究生，一同學習這門未曾碰觸過的知識，除了自學基本材料力學知識外，每個學生負責不同的生物材料，開始進行文獻搜尋和閱讀。就這樣，一群門外漢開啟了Duke 動物系在生物材料力學的研究領域。Gosline 畢業後，Mimi Koehl 繼續以海葵體壁結締組織做為材料，進一步探討其力學性質對海葵適應不同海流環境時的影響，自然而然地，將 Vogel 的流體力學專長，整合進原本師承 Wainwright 材料結構力學的研究架構中。就這樣，從 1960 年代中葉以降，Duke 的生物力學研究主題持續演化中，也引領著美國比較生物力學的風潮... 演變的驅動力，正來自研究生的創意、熱情，以及樂於和學生一同學習成長的指導教授。

而在那堂師生一同學習的課中，所累積的許多珍貴文獻資料，讓已畢業的 Gosline 與老師 Wainwright 決定寫本書，來介紹生物的力學設計（Mechanical Design in Organisms），並邀請材料力學專家 (W.D. Biggs) 和骨骼力學專家 (J. D. Currey) 合力完成。這本書成為許多生物材料力學的門外漢（包括我自己），認識這個領域的重要著作。

在 Gosline 畢業後幾年，還有這麼一段插曲... 有一位優秀的大學生跟著 Wainwright 做實驗，做出興趣來。大學畢業前夕...

Steve Wainwright 問他："So, what's your next step?"

他回答："I CAN'T go to school forever."

這個回答讓 Wainwright 有點錯愕...一個前途似錦的大學生，該不會失去持續的動力吧！

學生接著回答："I need to DO something."

就這樣，他在大學畢業後，留在 Wainwright 的實驗室裡一年，進行了蜘蛛絲力學性質的研究。一年後，他追隨大師兄 Gosline 到加拿大 U. British Columbia 攻讀博士（沒錯，又一位開門弟子！）。他的研究成果，在一個月內雙雙刊登在 Nature 和 Science，顛覆了過去對黏液在腹足動物（如蝸牛）運動中所扮演的角色的了解。這個大學生，就是 Mark Denny～相信我們實驗室的夥伴們，對他應該不陌生！

[其他關於 Duke 動物系是如何培養生物力學人才，以及來自該系的幾位生物力學家的小故事，請見 Vogel 的訪談報導（將刊登在今年六月、八月的物理雙月刊中）]