书城科普读物站在巨人肩上-从沃森谈分子生物学
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第4章 他们同样灿烂

莱德伯格,1925年5月23日生于美国蒙特克莱市,美国遗传学家,细菌遗传学的创始人之一。1944年获哥伦比亚大学学士学位,以后曾在医学院学习,不久转入耶鲁大学,于1947年获博士学位。1947~1959年任威斯康星大学副教授、教授、遗传学系主任;1959~1962年任斯坦福医学院教授兼遗传学系主任。1962年任肯尼迪分子医学实验室主任。

1946年,他在耶鲁大学期间,和塔特姆发现细菌的遗传重组。即把两个需要不同生长因子的大肠杆菌营养缺陷型混合培养在基本培养基上时出现了野生型,而分别培养时则从未出现,这一发现说明了遗传重组的普遍性。继细菌遗传重组的发现,他和他的学生、同事又在细菌遗传学方面作出了一系列的重要贡献。1952年发现细菌的F因子,揭示了作为供体细胞的细菌可以把遗传物质传递给作为受体细胞的细菌。1952年发现沙门氏菌中的普遍性转导,揭示了一个细菌的遗传物质能够以噬菌体为媒介传递给另一个细菌。1953年发现大肠杆菌的温和噬菌体λ在染色体上占有一定位置,1956年发现λ噬菌体能进行局限性转导。他们的研究工作还包括应用细菌的有性生殖和转导进行细菌的免疫学和代谢作用等方面的研究,包括1953~1956年间关于沙门氏菌的鞭毛相转变机制的研究和1960年关于半乳糖代谢方面的研究等。此外,他还证实了一个动物细胞只产生一种抗体,为免疫学中的克隆选择学说提供了有力的证据。

莱德伯格的研究工作开创了细菌遗传学,并给其他一些领域带来重要的影响。后来运用基本上相同的方法,发现不产生有性孢子的放线菌和半知菌也能进行遗传重组;大肠杆菌和它的噬菌体中的遗传学分析推进了人们对于基因的本质、基因突变和基因的功能的认识;细菌遗传学的研究方法被引用到真核生物的研究中,发展了高等动植物的体细胞遗传学;出现了分子遗传学;在此基础上又发展出遗传工程。他还利用人口调查数据研究人类生物学;应用计算机和数学方法研究有机化合物的鉴定和分类;参与了地球外生命的讨论。1958年他和比德尔和塔特姆共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

埃弗里,1877年10月21日生于加拿大新斯科舍哈利法克斯。1887年随作牧师的父亲迁入美国纽约市。1904年毕业于哥伦比亚大学医学院,后到布鲁克林的霍格兰实验室研究并讲授细菌学和免疫学。1913年转到纽约的洛克菲勒研究所附属医院工作,直到1948年退休。1955年2月20日卒于美国田纳西州纳什维尔,美国细菌学家。

1944年,他和麦克劳德、麦卡锡共同发现不同型的肺炎双球菌的转化因子是DNA。1928年英国微生物学家F.格里菲思就发现:将已经死亡的Ⅲ型肺炎双球菌和活的Ⅱ型菌分别注射入小白鼠体内,小白鼠表现正常;若将两者混合注入,则小白鼠死亡,并从其尸体中可分离出活的可致病的Ⅲ型肺炎双球菌。格里菲思由此推测,在Ⅲ型的死菌体中必有一种转化因子,能使Ⅱ型转化为Ⅲ型,而且这种转化可以遗传给后代。埃弗里和他的同事则进一步从被高温杀死的Ⅲ型菌中分离出蛋白质、荚膜的成分和DNA,将这几种成分分别同活的Ⅱ型菌混合培养,发现只有DNA能使活的Ⅱ型转化为Ⅲ型,即无荚膜、不致病的可转化为有荚膜、能致病的肺炎双球菌。证明了格里菲思所说的转化因子就是脱氧核糖核酸(DNA)。这项实验第一次证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。虽然这一发现,曾引起争论和怀疑,但的确推动了DNA的研究,直至1953年DNA双螺旋结构的发现。

他很早就知道肺炎双球菌,并研究过肺炎双球菌的免疫性。提出肺炎双球菌可根据其免疫的专一性来进行分类,而这种免疫专一性是由于不同菌型的荚膜中所含的多糖引起的。由此他建立起对不同型肺炎双球菌的灵敏检验法。

1938年,在美国洛氏基金会工作的数学家韦弗在一份支持生物学研究的文件中首次使用了“分子生物学”这一名词。20世纪40年代被认为是分子生物学的孕育时期。1941年,曾在摩尔根实验室工作过的美国遗传学家比德尔同美国生物化学家塔特姆合作,把生物化学引进了遗传学。他们用粗糙脉孢菌为材料,用X射线诱发多种营养缺陷型突变体,并进一步研究这些突变特性在遗传上的传递规律,从而推导出“一个基因一种酶”的新概念,20世纪40年代中期被普遍承认,从而建立了生物化学遗传学。研究成果促进了分子生物学的发展。一项是,由德国移居美国的物理学家德尔布吕克和其同事们在1946年发现不同种的噬菌体在一定条件下能进行基因交换重组。德尔布吕克从研究基因的自我复制出发,选中了噬菌体这种极简单又具有自我复制能力的微生物作为研究对象。他是美国“噬菌体小组”的主将,在40年代后期举办了多次噬菌体暑期讲习班,宣传他的学术思想和普及噬菌体的实验技术。另一项是,1946~1947年,美国微生物学家莱德伯格同塔特姆合作,以大肠杆菌为材料,也发现了基因分离和重组现象。这两项突破以及他们对噬菌体和大肠杆菌的一些基本研究,对分子生物学的发展起了十分重要的作用。

1944年,美国细菌学家埃弗里发现DNA是不同种的肺炎双球菌之间的转化因子。第一次证明DNA携带着遗传信息。这一十分重要的成果却引起很大争论,一方面受传统思想的影响,很多人怀疑他所分离出的DNA不纯,可能还是混杂的蛋白质在起作用,但是这一成就无疑地也刺激了人们对DNA化学组成和晶体结构的研究。同年,奥地利物理学家、量子力学的奠基人之一薛定谔在英国出版了名为《生命是什么》的小册子,其副标题是“活细胞的物理观”。该书用量子力学的观点论证基因的稳定性和突变发生的可能性。书中提出必定有一种由同分异构的连续体构成非周期性的晶体,其中含有巨大数量的排列组合,编排成遗传密码。该书还用统计物理学中的“有序”、“无序”和“熵”等概念来分析生命现象。薛定谔在这本书中还明确指出,生命物质的运动必然服从于已知的物理学定律。但他写这本书的唯一目的却是想从复杂的生命物质运动中发现未知的物理学定律。虽然他的物理学家的目的至今未能实现,但却启发了人们用物理学的思想和方法去探讨生命物质的运动。其中对生命问题提出的一些发人深思的见解,吸引了不少生物学家和对生物学感兴趣的物理学家。一些知名的分子生物学家都在自己的回忆中提到这本书对他们的影响,于是有人把这本书誉为“从思想上唤起生物学革命的小册子”。

英国生物大分子晶体分析学家W.T.阿斯特伯里于1950年,以“分子生物学”为题在美国作公开讲演。以后随着工作的开展,分子生物学得到普遍承认。分子生物学是生物化学和生物物理学研究发展的必然结果。生物大分子结构和功能的研究正是50年代以来生物化学和生物物理学面临的中心问题。但在研究功能时必然与遗传学、免疫学等学科相结合,从而发展为分子遗传学、分子免疫学等。在实验材料上选中了微生物,从而应用了微生物学的原理和方法。从1953年以后,分子生物学取得了一系列巨大的突破,开创了一个新的广阔的研究领域。