第70章:第七十回破密码 遗传谜底终揭晓,大溶合 科学深处无疆
上回说到摩尔根在他的《基因论》一书的末尾预言了基因是化学实体的假设。但是摩尔根总是念念不忘他的老本行——胚胎发育学,他作此预言之后就离开对细胞遗传学的研究而重操旧业去了。
这科学的研究总是从现象到本质,从宏观到微观,就如那物理从牛顿探讨天体运行,直到卢瑟福打碎原子,这生物学自从达尔文创立进化论,孟德尔、摩尔根发现遗传规律之后,又渐渐追根到细胞内,进而又研究细胞核的结构。就如物理学进入核物理阶段一样,生物学也进到了一个新阶段-分子生物学,它要对生物细胞的分子结构进行探索,从而来破基因之谜。
其实在摩尔根之前就有人在作这样的探索,不过当时未能引起人们的注意。1869年,瑞典人米歇尔发现细胞核主要由含磷物质构成,20年后人们发现这种物质是强酸,便称为核酸。德国人科赛尔将核酸水解,又发现它含有三种成份:核糖、磷酸和有机碱。而有机碱又含有四种成份:胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)。这名字有点别扭,我们只要记住那四个字母就行,下面还会有用。这细胞核真像一个竹笋,到此为止已被剥掉好几层皮了。但是科赛尔的学生美国化学家莱文接过竹笋又剥了一层,他发现核酸里的糖比普通糖少一个碳原子,就叫它核糖。他又发现有些核糖少一个氧原子,就命为脱氧核糖。这样,核酸就有了两种:核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。好,现在笋皮已经剥光,下一步且看摩尔根的继承者怎样在这个DNA上作文章。
科学发展到二十世纪,和十九世纪以前相比,其研究方式已有了明显的不同。一是,一个课题很难由本学科单独完成,出现了多学科交叉。比如原子核的裂变便需要许多费米、哈恩一流的物理学家、化学家共同参予才能发现。二是,一个难题由一个科学家单独解决越来越不可能,需要有庞大的实验室、研究中心,要有许多科学家的通力协作才能完成。这个DNA就在这样的时刻被托到解剖台上,而首先举起解剖刀的却是几个物理学家。
三十年代中期,正是玻尔领导的哥本哈根学派在与爱因斯坦大论战,他们新创立的量子力学正蓬勃向上。这批物理学家不满足于只用物理现象来解释自己的理论,探索的触角又向生物学伸来。
话说1932年夏天,哥本哈根正在召开一个国际光疗会议。作为物理学家的玻尔不怕人说班门弄斧,竟到会在各国医学家、生物学家面前作了一个《光与生命》的演讲。他别出机杼,没有就生物论生物,而是从量子力学出发,大谈物理与生物的互补原理,使在场的许多专家听得茅塞顿开,犹如久坐密室忽然打开窗户,吹进一股清新的凉风。单说这时在台下有一位叫德尔布吕克(1906-1981)的青年。他虽然才26岁,但正是一位原子物理学家。德尔布吕克本是德国人,曾就读于著名的哥廷根大学,这时正在丹麦玻尔的实验室里工作。当时他听了玻尔的讲话,忽然觉得和物理学相比生物学的微观世界远远没有被人涉足,而物理学的一些研究方法和原理正可以用于这门新学科。生理现象是比物理现象复杂,这原因就是它是生命的体现,而生命之谜正在遗传,这是一个多么诱人的题目。于是,德尔布吕克暗下决心,改弦更张,由物理转入生物学研究。
这次大会不久,欧洲大陆战云密布,科学家们纷纷避难美国。前面我们说到玻尔也去美国参加研究原子弹去了。他的学生德尔布吕克也到了美国,但是他并没有参加曼哈顿工程,而是一头扎到摩尔根的研究基地-加利福尼亚理工学院。这时他看到实验室里在使用一种“噬菌体”做细菌和病毒研究的材料。这噬菌体是一种病毒,它的结构简单得出奇。它有一个六角形的头,头部中心含有DNA,头部后面拖着一条尾巴,尾巴稍上又有六根尾丝。当噬菌体感染细菌时,先用六根尾丝牢牢地粘附在细菌壁上。这时它的尾部放出一种譗,把细菌的细胞壁溶解开一个洞,然后就可钻入。噬菌体与其他生物的细胞染色体的基因有一样的物理、化学属性,但是它又极简单,就是一层蛋白质外壳包了一组基因。而且它繁殖得很快,侵入大肠杆菌内后,只要20分钟就可繁殖数百个后代。德尔布吕克见到这东西心中不觉一喜。选择最简单而又典型的对象来研究,不是物理学中常用的方法吗?要研究自由落体规律,就用一枚石子;要研究原子结构就先从只有一个质子、一个电子的氢原子入手。现在要研究基因,何不就从这个噬菌体身上突破呢?