当前位置: 6165.com > 现代文学 > 正文

1916年6月8日 DNA发现者弗朗西斯·克里克出生

时间:2019-12-12 22:03来源:现代文学
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

  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。

沃森和克里克1953年发现DNA结构,改变了科学的面貌

  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。

弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克(Francis Harry Compton Crick 1916.6.8——2004.7.28)

  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。

生于英格兰中南部一个郡的首府北安普敦。小时酷爱物理学。1934年中学毕业后,他考入伦敦大学物理系,3年后大学毕业,随即攻读博士学位。然而,1939年爆发的第二次世界大战中断了他的学业,他进入海军部门研究鱼雷,也没有什么成就。待战争结束,步入而立之年的克里克在事业上仍一事无成。1950年,也就是他34岁时考入剑桥大学物理系攻读研究生学位,想在着名的卡文迪什实验室研究基本粒子。

  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。

这时,克里克读到着名物理学家薛定谔的一本书《生命是什么》,书中预言一个生物学研究的新纪元即将开始,并指出生物问题最终要靠物理学和化学去说明,而且很可能从生物学研究中发现新的物理学定律。克里克深信自己的物理学知识有助于生物学的研究,但化学知识缺乏,于是开始发愤攻读有机化学、X射线衍射理论和技术,准备探索蛋白质结构问题。1951年,美国一位23岁的生物学博士沃森来到卡文迪什实验室,他也受到薛定谔《生命是什么》的影响。克里克同他一见如故,开始了对遗传物质脱氧核糖核酸DNA分子结构的合作研究。他们虽然性格相左,但在事业上志同道合。沃森生物学基础扎实,训练有素;克里克则凭借物理学优势,又不受传统生物学观念束缚,常以一种全新的视角思考问题。他们二人优势互补,取长补短,并善予吸收和借鉴当时也在研究DNA分子结构的鲍林、威尔金斯和弗兰克林等人的成果,结果经不足两年时间的努力便完成了DNA分子的双螺旋结构模型。而且,克里克以其深邃的科学洞察力,不顾沃森的犹豫态度,坚持在他们合作的第一篇论文中加上“DNA的特定配对原则,立即使人联想到遗传物质可能有的复制机制”这句话,使他们不仅发现了DNA的分子结构,而且丛结构与功能的角度作出了解释。

  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。

1962年,46岁的克里克同沃森、威尔金斯一道荣获诺贝尔生物学或医学奖。

  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。

后来,克里克又单独首次提出蛋白质合成的中心法则,即遗传密码的走向是:DNA→RNA→蛋白质。他在遗传密码的比例和翻译机制的研究方面也做出了贡献。1977年,克里克离开了剑桥,前往加州圣地亚哥的索尔克研究院担任教授。

  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?

2004年7月28日深夜,弗朗西斯·克里克在与结肠癌进行了长时间的搏斗之后,在加州圣地亚哥的桑顿医院里逝世,享年88岁。

  噬菌体头部含有DNA,其他部分都是蛋白质,现在的问题是要区分它进入大肠杆菌后是靠哪一部分遗传繁殖的。好个搞原子物理的德尔布吕克,他立即从物理学的武库里借来了放射性同位素标记法,和生物学家赫尔希等人设计了一个极妙的试验。

克里克对生物上的两个问题很感兴趣:一,分子是如何从没有生命的物质变成有生命的生物的;二,大脑是如何产生思想的。他后来意识到他所受到的教育很适合他成为一名生物物理学家。当时,他受到了很多来自一些着名物理学家,如鲍林和薛定谔等人,的影响。理论上,共价键可以将生物分子连接起来,成为基因的基础。但是,实际上,生物学家们仍然需要知道到底是哪个分子使得整个结构具有生命。对于克里克来说,只要将达尔文从自然选择所得出的进化论和孟德尔在基因方面所做的研究加起来,就能得到生命的秘密。不过当他意识到自然地形成生命有多么困难时,他说:“一个诚实的人,不管知道多少,也只能说生命的起源几乎是一个奇迹,因为有多少条件需要被达到啊!”总之,他称自己为“强烈倾向于无神论的怀疑论者”(a strong inclination towards atheism)。

  原来DNA中只存在磷,不存在硫,而蛋白质中大多是硫,只有极少的磷。于是他们用放射性磷(P-32)和放射性硫(S-35)来分别给DNA和蛋白质作了记号。然后用作了记号的噬菌体去感染大肠杆菌。带有放射性的噬菌体就像背了一个发报机一样,人们随时可以接收到它发回的信号,掌握其行踪。果然,这一着很灵。他们发现,当噬菌体侵入细菌内部时是将身体外壳留在细胞壁外,而将DNA渗入细胞内,这通过记录到的P-32和S-35就可以分得一清二楚。确实是只有DNA进入大肠杆菌内。但是20分钟后生成的噬菌体仍和原来一模一样,这就再清楚不过地证明只有DNA才是真正的遗传物质,执行遗传任务的并不是蛋白质。德尔布吕克因这项发明而获得1969年的诺贝尔医学和生理学奖。他半路出家,善借他山之石,终于有此殊勋,被后人尊称为“分子生物学之父”。

  DNA就是遗传物质,那么它是一个什么样的结构,怎样实现遗传呢?这个生物学中的大难题却又是一个物理学家首先来作答案。读者还记得,1900年这个年头发生了两件事,一是孟德尔遗传学说被重新发现,二是普朗克创立能量子概念。想不到40多年后这两条各不相干的河流却流到了一起。1944年量子力学家薛定锷写了一本研究生物学的书《生命是什么?》。他指出遗传物质可能是由基本粒子连接起来的非周期结晶。它就像电报中的电码,通过“•”和“——”组合成一种口令,这种生命的口令被复制,传给后代,这就是遗传。真是无独有偶,薛定锷这本书和玻尔的那篇演讲同样出手不凡,很快成为名着广为流传。在为这本书所激动的许多读者中也有一位青年物理学家叫克里克(1916-),他本毕业于伦敦大学曾专攻物理,但看到薛定锷的书后就如德尔布吕克一样决心转攻生物,便来到剑桥的卡文迪许实验室。这时克里克又遇到了从美国来的华生(1928-),他本是学动物的,也是受到薛定锷那本小册子的影响来探索遗传之谜。于是两人合兵一处开始探求DNA的结构。

6165.com,  话说当时一起向DNA这个神秘王国进军的共有三支人马。

  这第一支人马是伦敦大学的威尔金斯领导的一个小组。他也是用物理办法,请X射线来帮忙。因为DNA是生物高分子,普通光学显微镜根本看不到它的分子结构。X射线波长很短,穿过DNA分子时,射线打在分子的不同位置,造成在一些方向上加强,在另一些方向上减弱,这叫衍射。分析这种衍射图样,就可以确定原子间的距离和排列,这样就可以弄清它的分子结构。威尔金斯就用这种办法拍到了一张DNA晶体结构的照片,这上面是一片云状的圈圈点点,他不敢立即下结论,只猜想DNA的结构大概是螺旋形的。

  这第二支人马是美国的结构化学权威波林(1901-)领导的小组。1951年夏天他先用X射线探测蛋白质的结构,顺利地得出阿尔法螺旋模型,眼看离探清DNA的结构也只有一步之遥了。

  这第三支人马就是半路出家的华生和克里克了。论实验条件是威尔金斯实验室最好,论知识底子是波林最雄厚,但是论年龄却是华生和克里克最年轻,思想也最少保守。

  却说这两个年轻人日夜苦干,决心打破这三军鼎立的局面,首先夺魁。也合该他们得胜,机会终于到来。1951年5月华生在一个科学会议上遇见威尔金斯,威尔金斯身边正带着几张DNA的X光衍射照片。华生为喜异常,立即要了一张。威尔金斯倒不保守,同他们诚恳地谈了自己的猜想。

  再说华生得了这张照片,回到卡文迪许实验室立即喊克里克快来。两人伏在案头好一阵切磋。DNA的结构是螺旋形,看来确定无疑了。这时华生拿起一个放大镜仔细扫视图面,突然他把目光停在一个十字状的地方说道:“这地方有个交叉,我看这种螺旋很可能是双层的,就像一个扶梯,旋转而上,两边各有一个扶手。”

  “对,很有道理。根据我们掌握的资料,威尔金斯小组的弗兰克林也认为它是一种双链同轴排列。现在看来这个问题就只差一层窗户纸没有捅破了。到底在这个双螺旋体里T、C、A、G这四种物质怎样组合排列,弄清这个也就弄清了DNA的模型。”克里克说着也感到很兴奋。

编辑:现代文学 本文来源:1916年6月8日 DNA发现者弗朗西斯·克里克出生

关键词: