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蒋世禄的生物课堂内外

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【引用】克里克:改行改出科学奇迹【图版】  

2011-11-04 21:41:13|  分类: 教学参考资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(摘自《方舟子带你走近科学》,陕西师大出版社2007年11月出版)
克里克:改行改出科学奇迹【图版】 - fangzhouzi_vip - 方舟子的博客 

   2004年7月28日,当代最伟大的生物学家之一、DNA双螺旋结构的共同发现者克里克(FrancisCrick)在美国圣地亚哥逝世。克里克晚年在圣地亚哥的索尔克生物学研究所工作,我曾经在该所做过博士后研究,与他有数面之缘,聆听过他的教诲,不过给我印象最深的,还是他那辆挂着“ATCG”(表示DNA的碱基配对)车牌的宝马车总是早早地停在专用车位上。9月27日,索尔克研究所举行追悼仪式,在该所工作的一个中国人来函建议我写一篇纪念文章。我正在构思的时候,10月6日,又传来了威尔金斯(MauriceWilkins)逝世的消息。这两名英国生物学家在1962由于他们在1953年发现核酸(DNA)的分子结构及其在生物物质信息传递中的作用,而与美国生物学家沃森(JamesWatson)分享诺贝尔生理医学奖,现在他们又在同一年先后逝世,而且两人年纪相同,都出生于1916年(克里克早出生半年)。但是两人的共同之处还不止于此:与沃森是科班出生的生物学家不同,克里克和威尔金斯原来是物理学家,在第二次世界大战结束之后才转行搞生物学研究。

克里克:改行改出科学奇迹【图版】 - fangzhouzi_vip - 方舟子的博客

(克里克奠定了分子生物学的一系列理论基础,为分子生物学的确立做出了无与伦比的贡献。)

克里克:改行改出科学奇迹【图版】 - fangzhouzi_vip - 方舟子的博客

(“双螺旋的第三人”威尔金斯。)

 

   第二次世界大战在某种意义上说,是一场科技战争,尤其是像英国这种人力和物力资源都缺乏的岛国,更倚重科技的进步来改变战争的进程。大批的物理学家、数学家被征召为军方服务,破译密码,研制雷达、声纳、计算机、核武器。克里克1937年从伦敦的大学学院物理系本科毕业后,又开始攻读物理博士学位,但是1939年战争爆发,他被迫中断学业,为英国海军部工作,研制磁性水雷和感音水雷。威尔金斯比克里克晚一年获得物理学士学位(剑桥大学),但在1940年读完了物理学博士(伯明翰大学),其论文与雷达有关,在战争期间他参与研制雷达,1943年又到美国伯克利参与曼哈顿计划研制原子弹。战争结束后,这些曾经为战争的胜利立下汗马功劳的物理学家的出路成了问题。许多人必须改行。其中不少年轻的物理学家,在大物理学家波尔和薛定锷的激励下,投身到生物学的研究。此时的物理学界,在经历了相对论和量子力学两场革命后,进入了所谓“常规科学”时期,似乎已没有重大问题可解决,满足不了雄心勃勃的年轻物理学家的求知欲。而生物学相对来说还是一块未开垦的神秘领域,特别是生物的遗传,在当时还是一个谜。波尔和薛定锷都认为通过研究生命现象有可能发现新的物理定律,向物理学家们发出了号召。克里克和威尔金斯后来都强调薛定锷在1944年出版的《生命是什么?》一书对他们的影响,使他们从事生物物理研究——用物理方法研究生命现象。克里克先是研究细胞中磁性颗粒的运动,在听说剑桥大学卡文迪许实验室新成立了一个研究组用X射线衍射法测定蛋白质的结构后,便要求转到那里做博士论文。差不多同时,威尔金斯也到伦敦的国王学院用X射线衍射法测定DNA的晶体结构,以后又来了一位女化学家弗兰克林(RosalindFranklin,1920-1958)与他一起工作。当X射线照射到生物大分子的晶体时,晶格中的原子或分子会使射线发生偏转,根据得到的衍射图象,可以推测分子大致的结构和形状。不过,不理解DNA的生物学功能,单纯根据晶体衍射图,有太多的可能性供选择,是很难得出正确的模型的。

克里克:改行改出科学奇迹【图版】 - fangzhouzi_vip - 方舟子的博客

(沃森在获得诺贝尔奖以后,成为了分子生物学的领军人物,在1968年担任冷泉港分子生物学实验室主任,将它变成了研究分子生物学的世界中心。)

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(弗兰克林因为长期接触X射线,患癌症过早地逝世。)

 

   但是这两位测定DNA结构的人,当时却对DNA的重要性,DNA究竟在细胞中干什么一无所知,对他们来说,DNA无非是一种普通的生物大分子,能测定一种生物大分子的结构就算得上有了科研成果,如此而已。克里克的论文题目是“多肽和蛋白质:X射线研究”,与DNA更无关系。1951年,23岁的年轻的遗传学家沃森从美国到剑桥大学做博士后,挂着的课题项目是研究烟草花叶病毒,其真实意图却是要研究DNA分子结构,因为他深知DNA的重要性。沃森碰巧与克里克分享一个办公室,便说服他一起研究DNA分子模型,因为他需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识。据他的回忆,他到剑桥后发现克里克也是“知道DNA比蛋白质更为重要的人”。但是按克里克本人的说法,他当时对DNA所知不多,并不觉得它在遗传上比蛋白质更重要,只是认为DNA做为与核蛋白结合的物质,值得研究。对一名研究生来说,确定一种未知分子的结构,就是一个值得一试的课题。正是因为沃森坚信DNA是遗传物质,并且理解遗传物质应该有自我复制、携带遗传信息和突变的特性,很快就做出了重大发现。1953年,在威尔金斯和弗兰克林拍摄到的DNA衍射照片的基础上,沃森和克里克提出了DNA双螺旋模型,给生物学带来一场革命。1958年,年仅38岁的弗兰克林因患癌症逝世(因为长期接触X射线引起的),使得1962年诺贝尔奖委员会给这个发现颁奖时,已无需因为一次最多只能奖给三个人而为取舍大伤脑筋了。在这三个人中,威尔金斯可以说是稀里糊涂得了诺贝尔奖(他的自传的题目叫《双螺旋的第三人》,很准确地反映了这一点),克里克则是在沃森的鼓动下被动地获奖,而只有沃森一开始就志在必得。

克里克:改行改出科学奇迹【图版】 - fangzhouzi_vip - 方舟子的博客

(弗兰克林拍摄的DNA的X射线衍射照片表明DNA是双螺旋,成了沃森和克里克构建DNA双螺旋模型的重要依据。沃森是背着弗兰克林偷看了这张照片的。)

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(沃森和克里克在他们搭建的DNA模型前合影,此时他们已功成名就。)

 

   测定DNA的结构,是威尔金斯科研生涯的顶点,也是终点,从那以后,他基本脱离了科研,忙于教学、行政工作和从事反对核武器等社会活动。沃森和克里克则成为了分子生物学的领军人物,特别是克里克,为分子生物学的确立做出了无与伦比的贡献。在1957年,克里克预言了基因控制蛋白质合成的机制,指出遗传信息仅仅体现在DNA的碱基序列上,还需要一种连接物将碱基序列和氨基酸连接起来。这个“连接物假说”,很快就被实验证实了:后来发现的转运RNA就是克里克预言的连接物。1958年,克里克提出了两个学说,奠定了分子生物学的理论基础。第一个学说是“序列假说”,它认为一段核酸的特殊性完全由它的碱基序列所决定,碱基序列编码一个特定蛋白质的氨基酸序列,蛋白质的氨基酸序列决定了蛋白质的三维结构。第二个学说是“中心法则”,遗传信息只能从核酸传递给核酸,或核酸传递给蛋白质,而不能从蛋白质传递给蛋白质,或从蛋白质传回核酸。在1961年,克里克等人在噬菌体中用遗传学方法证明了蛋白质中1个氨基酸的顺序是由3个碱基编码的(称为1个密码子),在破译遗传密码的问题上也做出了重大的贡献。到1970年代,克里克认为分子生物学的基本问题都已解决,分子生物学研究也将进入乏味的“常规科学”时期,于是改而探索另一个未知领域:意识。这也许是一个很合乎逻辑的选择,因为克里克最重要的研究工具就是思考,利用别人获得的数据,靠推理和建构模型来解决问题。

   现在也有大批物理系的毕业生改行从事分子生物学研究,原因还是出路问题。当前的生物学研究要比物理学研究活跃得多,工作机会也多得多。但是他们当中恐怕没有多少人有像他们的前辈们那样要在生物学领域进行一场革命的雄心壮志了,分子生物学也已非常成熟,早就过了可以由其他领域的人士来从事革命的草创时期。克里克这样的天才的出现,终究只是一个不可再现的科学奇迹。
2004.10.14.

 

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