鲍林发表dna论文

一 【孟德尔】现代遗传学之父，是这一门重要生物学科的奠基人。1865年发现遗传定率。 1822年7月22日，孟德尔出生在奥地利的一个贫寒的农民家庭里，父亲和母亲都是园艺家。孟德尔受到父母的熏陶，从小很喜爱植物。 当时，在欧洲，学校都是教会办的。学校需要教师，当地的教会看到孟德尔勤奋好学，就派他到首都维也纳大学去念书。 大学毕业以后，孟德尔就在当地教会办的一所中学教书，教的是自然科学。他能专心备课，认真教课，所以很受学生的欢迎。1843年，年方21岁的孟德尔进了修道院以后，曾在附近的高级中学任自然课教师，后来又到维也纳大学深造，受到相当系统和严格的科学教育和训练，为后来的科学实践打下了坚实的基础。孟德尔经过长期思索认识到，理解那些使遗传性状代代恒定的机制更为重要。 从维也纳大学回到布鲁恩不久，孟德尔就开始了长达8年的豌豆实验。孟德尔首先从许多种子商那里，弄来了34个品种的豌豆，从中挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状，例如高茎或矮茎、圆料或皱科、灰色种皮或白色种皮等。 孟德尔通过人工培植这些豌豆，对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微的观察、计数和分析。运用这样的实验方法需要极大的耐心和严谨的态度。他酷爱自己的研究工作，经常向前来参观的客人指着豌豆十分自豪地说：“这些都是我的儿女！” 8个寒暑的辛勤劳作，孟德尔发现了生物遗传的基本规律，并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“孟德尔第一定律”和“孟德尔第二定率”，它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。 孟德尔开始进行豌豆实验时，达尔文进化论刚刚问世。他仔细研读了达尔文的著作，从中吸收丰富的营养。保存至今的孟德尔遗物之中，就有好几本达尔文的著作，上面还留着孟德尔的手批，足见他对达尔文及其著作的关注。 起初，孟德尔豌豆实验并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是希望获得优良品种，只是在试验的过程中，逐步把重点转向了探索遗传规律。除了豌豆以外，孟德尔还对其他植物作了大量的类似研究，其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等，以期证明他发现的遗传规律对人多数植物都是适用的。 从生物的整体形式和行为中很难观察并发现遗传规律，而从个别性状中却容易观察，这也是科学界长期困惑的原因。孟德尔不仅考察生物的整体，更着眼于生物的个别性状，这是他与前辈生物学家的重要区别之一。孟德尔选择的实验材料也是非常科学的。因为豌豆属于具有稳定品种的自花授粉植物，容易栽种，容易逐一分离计数，这对于他发现遗传规律提供了有利的条件。 孟德尔清楚自己的发现所具有的划时代意义，但他还是慎重地重复实验了多年，以期更加臻于完善、1865年，孟德尔在布鲁恩科学协会的会议厅，将自己的研究成果分两次宣读。第一次，与会者礼貌而兴致勃勃地听完报告，孟德尔只简单地介绍了试验的目的、方法和过程，为时一小时的报告就使听众如坠入云雾中。 第二次，孟德尔着重根据实验数据进行了深入的理论证明。可是，伟大的孟德尔思维和实验太超前了。尽管与会者绝大多数是布鲁恩自然科学协会的会员，中既有化学家、地质学家和牛物学家，也有生物学专业的植物学家、藻类学家。然而，听众对连篇累续的数字和繁复枯燥的沦证毫无兴趣。他们实在跟不孟德尔的思维。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉他的秘密，时人不能与之共识，一直被埋没了35年之久！ 孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友，布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔说：“看吧，我的时代来到了。”这句话成为伟大的预言。直到孟德尔逝世16年后，豌豆实验论文正式出版后34年，他从事豌豆试验后43年，预言才变成现实。 随着20世纪雄鸡的第一声啼鸣，来自三个国家的三位学者同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律。1900年，成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年。从此，遗传学进人了孟德尔时代。 今天，通过摩尔根、艾弗里、赫尔希和沃森等数代科学家的研究，已经使生物遗传机制——这个使孟德尔魂牵梦绕的问题建立在遗传物质DNA的基础之上。 随着科学家破译了遗传密码，人们对遗传机制有了更深刻的认识。现在，人们已经开始向控制遗传机制、防治遗传疾病、合成生命等更大的造福于人类的工作方向前进。然而，所有这一切都与圣托马斯修道院那个献身于科学的修道士的名字相连。二【童第周】童第周是我国著名的生物学家、优秀的教育家，生前曾担任过中国科学院副院长、动物研究所所长。 童第周出生在浙江省鄞县的一个小村里，家庭生活十分贫困，没有钱进学校读书，只能在家里边做些农活，边跟父亲学点文化。直到17岁，才在二哥的帮助下，进了宁波师范予科。可是第一学期考试成绩总平均分没有及格，学校让他退学或降级，经童第周再三请求，学校勉强答应试读半年。童第周发誓，一定要把成绩赶上去。童第周坚持顽强的学习。终于取得了好成绩。在进入上海复旦大学以后，他更加勤奋学习，临近毕业时，他已经成为生物系的高材生了。童第周认识到，世界上没有天才，天才是用劳动换来的。要攀登生物学的高峰，需要付出更艰苦的劳动。 1930年童第周在亲友们的资助下，远度重洋，来到北欧比利时的首都－－布鲁寒尔。在欧洲著名生物学者勃朗歇尔教授的指导下，研究胚胎学。当时，他发现有的外国留学生对中国人抱着一种藐视的态度，说“中国人是弱国的国民”。和他同住的一个洋人学生，公开说：“中国人太笨。”听到这些，童第周再也压抑不住满腔的怒火，对那个洋人说：“这样吧，我们来比一比，你代表你的国家，我代表我的国家来和你比，看谁先取得博士学位。” 童第周憋着一股气，在日记中写下了自己的誓言：“中国人不是笨人，应该拿出东西来，为我们的民族争光！” 研究胚胎学，经常要做卵细胞膜的剥除手术，有一次做实验，教授要求学生们设法把青蛙卵膜剥下来，这是一项难度很大的手术，青蛙卵只有小米粒大小，外面紧紧地包着三层象蛋白一样的软膜，因为卵小膜薄，手术只能在显微镜下进行。许多人都失败了，他们一剥开卵膜，就把青蛙卵也给撕破了。只有童第周一人不声不响地完成了这项实验任务。 布朗歇尔教授知道后，特地安排了一次观察实验，把学生们都找来看。实验开始了，童第周不慌不忙地走到显微镜前，熟练地操作着。人们看到，他象钟表工人那样细心，象绣花姑娘那样灵巧，象高明的外科医生那样一丝不苟。在显微镜下，他先用一根钢针在卵上刺了一个小洞，于是胀得圆滚滚的青蛙卵马上就松驰下来，变成扁圆形的，再用钢镊往两边轻轻一挑，青蛙卵的卵膜就从卵上顺利地脱落下来了。他干得又快又利落。 “成功了！成功了！”同学涌上去祝贺，勃朗歇尔教授更是激动万分，这是他搞了几年也没有搞成的项目啊！他抑制不住内心的喜悦，连声称赞：“童第周真行！中国人真行！”童第周剥除青蛙卵膜手术的成功，一下子震动了欧洲的生物界。4年之后，通过答辩，比利时的学术委员会决定授予童第周博士学位。在荣获学位的大会上，童第周激动地说：“我是中国人，有人说中国人笨，我获得了贵国的博士学位，至少可以说明中国人决不比别人笨。”在场的教授纷纷点头，有的还伸出大姆指。而那位洋人学生却一篇论文也没有，更谈不上当博士了。 1937年抗日战争爆发，童第周谢绝了专家和同学们的挽留，毅然回到了灾难深重的祖国。他来到四川宜宾一个村镇教书。在紧张的教学中始终没有忘记搞科学研究。可是，这里没有科学仪器，连一架显微镜也没有，没办法继续开展胚胎学的研究工作。一次意外的发现给他带来了希望：在小镇的旧货摊上他们看到了一架旧显微镜，但要价太贵，当时他们夫妻俩掏尽了口袋还凑不足一半，又向别人借了一些还不够，最后只好把他们的衣服拿去典当，好不容易才买回这架旧显微镜。 有了显微镜，但没有所需要的灯光照明，还是不能进行操作。他们只好把显微镜搬到室外，冬天利用雪地微弱的反光，他忘记了寒冷在聚精会神地工作着。夏天烈日当头，汗流浃背即使汗水滴在视镜上模糊了视线，或是风把一粒小沙子吹进了载物器，甚至占据了整个视野……童第周仍然坚持攻关。一般说来，每一个试验数据都要重复一、二次，而他往往要重复五、六次。然而，就在这简陋的显微镜下，在这低矮的小土屋里，童第周却撰写了一篇篇具有学术价值的论文，震惊了国内外生物界的学者。 1973年，在周总理的亲切关怀下，童第周和他的伙伴们开始了细胞遗传学的研究工作。他在解剖显微镜下，用比绣花针还细的玻璃注射针，把从鲫鱼的卵细胞中取出来的遗传因子，注射到金鱼的受精卵中。金鱼的卵还没有小米粒大，做这样的实验该有多难啊！可是童第周成功了，结果孵化出的幼鱼中，有一条鱼披着金色的鳞片，长着鲫鱼那样的单尾巴，说明鲫鱼的遗传基因，已经在金鱼卵中发生了作用。这种鱼因为是童第周创造出起的，因此，人们叫它“童鱼”。童第周的实验成果，给生物学作出了巨大贡献。 1978年，童第周光荣地加入了中国共产党，他虽已76岁高龄，却以年轻人的朝气投入了工作。他亲手制定了科研项目规划，绘制了美好的兰图。1979年3月，在浙江省科技大学的讲台上，他突然眩晕，从此一病不起。他为祖国科学事业的振兴，实践了他的誓言：“愿效老牛，为国捐躯！”

生物学家：沃森和克里克 1953年2月28日，在英国剑桥一家名叫Eagle的酒廊里，弗朗西斯·克里克一进来就兴奋地嚷道，他和詹姆斯·沃森已经“找到生命的秘密”了。在场的人都知道他在说什么。因为在过去两年里，两人不分昼夜设法寻找DNA结构的秘密。这一天早上，他们终于解开了谜团，也结束了当时生物科学界对这项研究的角逐战。他们搭建的DNA双螺旋结构模型充分显示了DNA是如何完成传递细胞遗传信息的使命的。 也许沃森和克里克不一定是最聪明的科学家，也不一定最有经验。在当时的科学界，默默无闻的他们没有最好的设备，甚至不具备很多生物化学知识。但是，他们伟大的发现改变了后半世纪自然科学和医学的发展，揭晓了分子生物学中最基本的奥秘。 沃森最初的理想是成为一名博物学者，他后来转向遗传学发展的主要原因是在芝加哥大学上三年级时读了著名的量子物理学创始人薛定谔写的《生命是什么》一书，决心要解决这一问题。 1951年春，沃森在意大利那不勒斯召开的一次会议上听到了伦敦国王大学莫里斯·威尔金斯教授的报告，他在会上展示了一张表明DNA是有规则的晶体结构的X射线衍射图片。他想，一定有什么简单的方法能测定这种结构。一旦DNA的结构被揭晓，就能更好的理解基因是怎样发挥作用的。沃森意识到需要尽快地掌握X射线衍射技术并期望能与威尔金斯一起做DNA工作，但却一直未曾有这样的机会。后来，已经获得博士学位的沃森设法在剑桥大学的卡文迪什实验室谋取到了一个职位，参加一个由从事蛋白质三维结构研究的物理学家和化学家组成的小组工作。当时卡文迪什实验室主任布拉格爵士是X射线晶体学奠基人之一。 沃森和克里克的初次见面也在这里。同威尔金斯一样，克里克也是后来转向生物学研究的物理学家，但实际上他并没有立刻投入DNA的世界。二战爆发时，他同其他科学家一样参加了战争，已经开始攻读博士学位的工作被迫中断。直到他与沃森见面时，35岁的他仍是一位博士生，在从事血红蛋白X射线衍射的研究工作。 尽管他们都在做着蛋白质晶体结构的研究工作，但两人都对“基因到底是什么”有兴趣。他们深信一旦解读了DNA的结构，对搞清真相将很有帮助。沃森在《双螺旋》一书中这样写道，“现在克里克在实验室老想同我讨论基因问题；他也不想再把有关DNA的问题束之高阁了。要是他一周仅仅花费几个小时考虑DNA，并帮助解决一两个非常重要的问题，我想也不会有人介意的。” 显然，他们非常的投机。克里克在《疯狂的追逐》一书中是这样阐述原因的，“吉姆(克里克对沃森的昵称)和我一拍即合，一部分原因是我们的兴趣惊人的相似，另外，我想，我们的身上都自然地流露出年轻人特有的傲慢、鲁莽和草率。”此外，两人都喜欢大声讲话，无论是沿着河边散步、吃饭，还是在Eagle酒廊聊天，一口气能说好几个小时。更重要的是，两人意志坚定，一旦他们下定了决心要解决DNA的结构问题就不会放手，直到他们找到了答案或是别人捷足先登为止。他们最钦佩的人是当时世界首席化学家鲍林，他在化学键研究上颇有成就。事实上，在沃森到卡文迪什的前几个月，鲍林就因先提出了角蛋白的α螺旋模型，而使卡文迪什在建立蛋白质结构的角逐中陷入了窘境。在沃森借助X射线晶体仪诠释分子水平的活动时，鲍林则更多的依靠自己对原子间结合方式的深刻理解，搭建蛋白质的三维模型并不断地进行改良。 卡文迪什实验室固执的走另外一条路，结果证明是失败的。克里克和沃森担心这种失败可能还会再次发生。因为鲍林当然会意识到DNA结构将是他下一个最大的挑战。一旦他投入全部精力，肯定会有所收获。沃森写道，“在我到达后的几天之内，我们就知道要干些什么：模仿鲍林并且以其之矛攻其之盾。”要这么做，就需要有DNA的X射线图。由于卡文迪什的结晶学家只对蛋白质有兴趣，因此他们不得不到伦敦国王大学去，那里的主要研究领域才是DNA。 幸运的是，克里克与威尔金斯的私交还不错。然而，威尔金斯与他一起做DNA项目的同事罗莎琳德·富兰克林关系却非常不好。富兰克林是世界上最优秀的结晶学家之一。她深信实验数据才是科学研究中第一位的。她认为鲍林用铁皮玩具似的模型解决蛋白质分子结构问题可能只是运气好。她清楚地认识到要建立DNA结构的惟一办法是使用纯晶体学手段。尽管名义上她与威尔金斯还是合作者，但两人已经不说话了。为了解她的研究近况，威尔金斯后来组织了一次研讨会并邀请了沃森参加。 回去之后，沃森向克里克简要讲述了他所听到的信息。由于过于自信，他没做任何笔记。在《双螺旋》中他写道，“如果我对一个课题感兴趣的话，常常会回忆起我所需要的东西。但这一次，因为我不太懂晶体学的行话，我们陷入了麻烦。”特别是他记不清富兰克林测量的DNA样品中水的精确含量。他告诉克里克的很可能是错的。两人就这样带着这一关键性的错误信息开始了充满激情的工作。“也许一星期不断地摆弄分子模型是很必要的，这使我们确信自己找到了正确的答案。很显然，鲍林不是世界上能真正洞察出生物分子结构的惟一一个人。”沃森写道。 几星期后，克里克和沃森已相当肯定他们的结论：DNA是有三条链的螺旋结构。他们邀请威尔金斯来看模型。出乎他们意料的是，富兰克林也来了。很快，沃森记忆错误的后果就显露出来了。DNA分子中水的含量几乎是他假定的十倍。而这对于克里克和沃森充满自信的结构来说是不可能。 他们的错误致使布拉格禁止他们继续从事DNA研究。懊恼之余的沃森和克里克把模型的装配架给了威尔金斯和富兰克林，并劝说他们制作模型。他们想，如果他们不能有所发现，希望威尔金斯和富兰克林能够继续。但是，威尔金斯和富兰克林的看法已定，认为建模型不是解决DNA结构的方法。因此，他们从未使用过这些元件。沃森极不情愿地转向了烟草花叶病毒结构的研究，克里克则继续以前的血红蛋白研究。即使这样，也阻止不了他们谈论DNA的问题。尽管这次的失败使他们很沮丧，但并没使他们气馁。 与此同时，国王大学也在推进他们对DNA的研究工作。富兰克林一直在为完善她的X射线图像而努力工作。1952年5月，她得到了最为重要的一个X射线衍射图片，但直到她去世也没能认识到这一点。她和她的研究生通过增加实验仪器的湿度，发现DNA能呈现出两种构型。当湿度足够大时，分子将会伸展、变薄，产生的图片比以往任何图片都更加清晰。她把这种DNA叫做B型DNA。这也引起了威尔金斯的兴趣；这些照片使他更加坚信DNA分子是螺旋结构。但是富兰克林却仍然认为没有证据证明她照片中的DNA是螺旋结构。 1952年整个夏秋，沃森和克里克都在谈论有关DNA的一些毫无关联的结论并试图将它们结合到一起。其中一个就是生化学家埃尔文·查迦夫在早些年做出的一个发现。他通过分析很多不同有机体的DNA，发现4种DNA碱基的总比例因物种不同而变化，但腺嘌呤的数量总是同胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等。 但研究的进展依然缓慢。“有几次散步时又谈到了DNA，我们的热情又高涨起来。一回到办公室，我们竟又忍不住地摆弄起模型来。但是克里克几乎立刻发现，曾经引起我们一线希望的那种推论其实仍旧无济于事……我独自常常坚持工作半小时或更长的时间，但没有克里克喋喋不休的议论和鼓励，我显然是不能解决DNA的三维结构问题的。”沃森写道。 1952年12月，他们得到了一个坏消息。鲍林在给剑桥读研究生的儿子彼得的信中表明他很快要发表一篇关于DNA结构的论文。一个月后，彼得收到了父亲的论文并告诉了沃森和克里克。“没等克里克提出想看看那个副本，我就抢先从彼得的外衣口袋里把它抽了出来，急切地翻阅起来。”沃森写道。 鲍林提出的模型是一个以糖和磷酸骨架为中心的三条链的螺旋结构。沃森几乎立即意识到这是毫无意义的。他写到，“很快就觉察到他的模型有点不对头，可又指不出错在哪里。我又仔细地把示意图研究了一番，才恍然大悟。原来鲍林模型里的磷酸基团没有离子化……从某种意义上来说，鲍林的核酸根本就不是一种酸。” 但是，DNA当然是一种酸。鲍林，这个世界上最伟大的化学家居然犯了一个常识性的错误。与此同时，沃森和克里克也比以前更紧张了。论文预定在3月发表。到那时，一旦他觉察出自己的错误，是不会轻易罢休的。等他回过头来再全力研究DNA结构时，他们至多只能争取到六个多星期的时间。沃森也想到要提醒一下威尔金斯。他去了国王大学。在闲谈中，威尔金斯拿出了一张富兰克林称为“B型”DNA的照片副本。沃森在《双螺旋》写道，“我一看照片，立刻目瞪口呆，心跳也加快了。无疑，这种图像比以前得到的图像要简单得多。而且，只有螺旋结构才会呈现在照片上是那种醒目的交叉形的黑色反射线条。”在回剑桥的火车上，沃森想在双螺旋结构和三条链结构中作出选择。后来他决定要作一个双链模型。其实，使沃森和克里克感到兴奋的不只是富兰克林图片的清晰。每34埃就重复一次的图谱特征使他们领悟到分子间结合角度的重要信息。更有意义的是，图像表明连接到骨架上的碱基是一个挨一个整齐地堆积起来的。但同时也冒出了新的问题，糖—磷酸骨架是在内部还是外部呢?沃森认为应把骨架放在中心，但克里克认为两种可能都应该考虑。沃森花了几天时间尝试，结果发现似乎没有什么理由能站得住脚。他写道，“当我拆毁了一个使人讨厌的以骨架为中心的分子模型时，我断定花几天时间制作一个骨架在外部的模型并不会有什么害处。” 1953年2月8日，克里克夫妇邀请威尔金斯和沃森到家里吃午饭。克里克和沃森了解到国王大学已经准备好了一份关于DNA研究的报告并从威尔金斯那里拿到了副本。这份报告里面有许多重要的线索，其中包括DNA的结构具有特殊的对称性。这就意味着DNA分子是由反向的两条链组成。但面临的问题仍然是如何将碱基有机的结合在一起。沃森坚持用“同类碱基配对”的原则。可是，碱基在大小形状上的不同不是使模型的碱基间产生缺口就是形成的骨架变形。更糟的是，当沃森把他的看法说给暂在卡文迪什工作的一位美国结晶学家杰里·多纳休时，遭到了他的反对并指出沃森所参考的教科书中的碱基化学形式是不正确的，结果证明他的说法是正确的。 一星期后，沃森告诉卡文迪什机械车间他们要做新模型了。但他已经急不可待了。前一天，他用了一下午时间从硬纸板上剪切碱基零件。第二天便开始用它们再次“同类配对”。“突然，我发现一个由两个氢键维系的腺嘌呤—胸腺嘧啶对竟然和一个至少由两个氢键维系的鸟嘌呤—胞嘧啶对有着相同的形状”，沃森写道。如果碱基以这种方式结合，骨架就不会凹突不平了。而且，这样的排列能够很好的解释查迦夫的发现。A总是和T配对，自然它们的数量就相等，这对G和C也同样适用。 “更令人兴奋的是，这种双螺旋结构还提出了一种DNA复制机制，腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对。这说明两条相互缠绕的链上碱基序列是彼此互补的。只要确定其中一条链的碱基序列，另一条链的碱基序列也就自然确定了。因此，一条链怎样作为模板合成另一条具有互补碱基序列的链，也就不难设想了。”于是，他马上询问了多纳休对于这些碱基对的看法，这回没有得到反对意见。接着，他又迫不及待地告诉克里克说他们已经掌握了全部的答案。尽管还剩下一些细节问题需要解决，但沃森担心会重演以前的惨败。“当克里克飞快地跑进Eagle酒廊，用所有在场吃午饭的人都能听得见的声音宣布我们已发现了生命的奥秘时，我感到多少有点不大舒服。”他写道。 但是，无疑他们已经成功了。威尔金斯和富兰克林在随后几天内将得到通知。全世界的人们也将通过1953年4月25日刊登在《自然》杂志上的一页文字获知DNA双螺旋结构的秘密。 回头想一想，沃森和克里克的发现如此简单易懂，像鲍林、威尔金斯、富兰克林或是别的什么人完全也有可能提出。但是我们之所以记得他们的理由，用克里克自己的话说，“我想，吉姆和我最值得称赞的是我们选对了问题并坚持不懈地为之奋斗。为了找到黄金，我们一路跌跌撞撞，总是犯错误，这是真的，但事实是我们仍在一直寻找黄金。”

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