DNA双螺旋结构发现的背景.doc

双螺旋结构发现的背景遗传机制一直是生物学家关注的重大课题，早在年，孟德尔通过 豌豆子代性状显示的规律，首先发现了由亲代向子代遗传，并能一代一代遗传下去。但他的工作在相当长的时间内未受到足够的重视，所写的文章不为人所知。到 年，他得出的结论又被科伦斯（ ）、弗里耶（ ）和切尔马克（ ）重新发现。世纪年代，生化学家分析了的分子构成，发现它是由种核苷酸分子（胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤 及去氧核糖和磷酸根）组成。同期，格里菲思（ ）发现了转移因子，使原来不致病的链球菌株转变为致病的菌株。此 后，生物学家开始研究转移因子究竟是碳水化合物、脂肪、蛋白质，还是作为化学分子，比较简单，而蛋白质分子种类繁多，构造复杂，分子量大。一 般认为，太简单不会是转移因子的载体。到年，阿韦里（ ）、麦克劳德（ ）和麦卡蒂（ ）初步认定转移因子包含在中。但直到二战结束，生物学家仍然没有最后确定到底是还是蛋白质是遗传物质，甚至多数人仍然倾向于蛋 白质是遗传物质的载体。年，查戈夫（ ）指出，中核苷酸分子腺嘌呤和胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤的数目是相等的。到了这个时候，发现分子结构的时机已经成熟，敏感的 科学家和研究机构从二战后就着手进行研究。到年，赫尔希（ ）和蔡斯（ ）用放射化学的原子示踪方法，最终确定了是遗传基因的载体以后，在生命活动中的重要性已经一目了然，且竞争变得更为激烈，分 子结构的发现已经指日可待，而花落谁家则是学识、战略、学术氛围、竞争与合作关系等综合实力的较量结果了。 卡文迪什实验室和双螺旋结构发现的经过卡文迪什实验室是英国剑桥大学内设的物理学实验室，在世纪初的物理学革命中扮演了重要的角色。从 年开始，由发现电子的著名物理学家汤姆逊领导，直到年，改由发现原子结构的著名物理学家卢瑟福领导。二战前，卡文迪什实验室在原子物理、 原子核物理领域是当时世界最著名的研究中心，不仅出了许多重要的科研成果，而且形成了使之长盛不衰的学术风格和传统。二战时，卡文迪什实验室的科学家们转 向军事研究，对雷达、核武器等的发展做出了重要贡献。二战结束后，鉴于核科学研究对国家安全的重要性已不适宜在大学的实验室进行，卡文迪什实验室的核研究 转移到新成立的国家实验室，于是卡文迪什实验室面临经费短缺，研究目标丧失的困境。实验室主任布拉格（ll ）当机立断，将卡文迪什实验室的发展方向从纯物理研究转向用战时发展出的雷达探测技术发展射电天文和由他父亲和他本人在卡文迪什实验室发展起来 的射线晶体分析技术进行生物大分子结构的跨学科研究。他支持赖尔（）和拉特克利夫（）收集军队废弃的雷达组成了原始的射电望远 镜，他从医学研究委员会争取到一笔经费，组成了由肯德鲁（ ）和佩鲁茨（ ）为首的研究蛋白质晶体结构的小组。后来，这几位科学家都由于其突出的成就获得了诺贝尔奖。克里克作为研究生和沃森作为博士后不久加入了研究 蛋白质晶体结构小组，他们两人在参与组内分配工作的同时，对分子结构具有浓厚的兴趣，密切合作，共同讨论，坚持不懈，最后发现了双螺旋结构。 双螺旋结构发现产生的社会条件 一个重大理论成果的诞生需要多学科的交叉生物科学的每一次突破都是其自身发展到一定阶段的 产物，但它同时也是不同学科新理论、新技术相互渗透融合的结果，对双螺旋结构的发现做出重大贡献的科学家有克里克、沃森、威尔金斯和富兰克林位， 在这位科学家中，沃森毕业于生物学专业，克里克和威尔金斯毕业于物理学专业，而富兰克则毕业于化学专业，他们具有不同的知识背景，在同一时间都致力于研 究遗传基因的分子结构，在又合作又竞争、充满学术交流和争论的环境中，发挥了各自专业的特长，为双螺旋结构的发现做出了各自的贡献。这是科学史上由学科交 叉产生的重大科研成果。 一个重大理论成果的诞生需要有良好的学术氛围年沃森在诺贝尔授奖宴会上代表医学生理学奖位获得 者的答谢词中说过，他们获得如此崇高的荣誉，非常重要的因素是有幸工作在一个博学而宽容的圈子中，科学不是某个人的个人行为，而是许多人的创造。沃森在美 国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学研究的，他们希望通过噬菌体来搞清楚基因如何控制生物的遗传。派他出国学习并没有生硬地规定课题，甚至他从一 个国家的实验室到另一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了威尔金斯的学术报告，看到的射线衍射图片后，认定一旦搞清的结构， 就能了解基因如何起作用。于是他不等批准，就决定从丹麦去伦敦学习射线衍射技术了。至于克里克，他是个不拘小节又相当狂妄的聪明人，不太受老板布喇格欢 迎，甚至一度有可能被炒尤鱼，但是，当因为学术问题引起的误会消除后，老板照样关心他的工作，在那篇划时代的论文写成后，布喇格认真修改并热情地写信向 自然推荐。这种现象在一个以学术为重的研究机构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。 创新者必须破除迷信敢于向权威挑战 年沃森和克里克都是名不见经传的小人物，岁的克里克连博士学位还没有得到。受到前人的影响，他们原来按照股螺旋的思路进行了很长时间的工作，可是既 构建不出合理模型，又遭到结晶学专家富兰克林的强烈反对，结果使工作陷于僵局。在发现正确的双股螺旋结构前个月，他们看到蛋白质结构权威鲍林一篇即将发 表的关于结构的论文，鲍林错误地确定为股螺旋。沃森在认真考虑并向同事们请教后，决然地否定了权威的结论。正是在否定权威之后，他们加快了工作， 在不到两个月的时间内终于取得了后来震惊世界的成果。两位年轻科学家没有迷信权威，而且敢于向权威挑战，这需要勇气，更需要严肃认真的实验工作和 深厚的科学功底。 原始性创新是原创性技术发展的基础第一流理论性突破，也就是我们今天常说的原始性创新，是原创性技术发展的基 础。年来的实践生动地表明，正是双螺旋结构的发现和随后年中的大量科学实验，奠定了基因分子生物学的坚实基础，在世纪年代基因工程 才得以应运而生，而且迅速形成了今天前途光明的生物技术产业。理论上的原始性创新成就和产业上的应用通常相距很遥远，有时甚至在相当长的时间或相 当广的空间内难以预料这些成就的应用前景。可以说，第一流的理论突破总是和急功近利无缘的。许多面向世界科学前沿的可能是原始科学创新的课题常常是无法估 测经济效益和社会效益的。试问沃森和克里克当年能预见现在生物技术产业上千亿元的产值吗？ 从双螺旋结构的发现过程中获得的有益启示（） 知识创新常常来源于知识的交流、共享和融合。将一个学科发展成熟的知识、技术和方法应用到另一学科的前沿，能够产生重大的创新成果。学科交叉产生的知识流 动和人员流动是创新思想的主要源泉。物理的光结构分析方法和化学关于分子结合键的知识对建立正确的双螺旋结构模型起到了决定性的作用。加快知识的 交流和共享是一个单位在竞争激烈的环境下，快速应对、快速决策、快速适应必须加以解决的课题。是两次获得诺贝尔奖、有丰富经验的化学家，如 果他有机会早一点看到结构的光分析照片，也可能率先发现的双螺旋结构。这也说明加快知识交流和共享对促进新发现的作用。克服知识交流和共享 过程中存在的障碍是知识管理的重要内容。（）科学创新是一个知识不断积累、认识不断深化的过程。善于学习和鉴别，对已有的结论经过去粗取精，去 伪存真，有选择地继承并加以发展，才能做出重大创新。重大的发现和发明并不会孤立地出现，在它之前必然已经有前人大量的探索，积累了大量知识，不断突出矛 盾，不断扫清外围和清除错误观念，等待着幸运儿的出现。因此，只有掌握了前人发展的全部关键知识，又不盲从，不迷信权威，相信自己的智慧，依靠自己的判断 加以选择，才能站在巨人的肩膀上，抓住机遇，实现突破。（）宽松的人文环境是重要条件。创新需要想象力和主动性，需要强烈的兴趣和自由思考的空 间，要有内在的紧迫感和自主的动力，重大创新不可能在被动的外界压力下产生。（）要敢于争论，更善于合作。沃森和克里克之所以能最后成功，在于 他们之间有良好的人际关系，既能顽强地坚持己见，又能灵活地倾听对方意见，在争论中互相尊重，发挥各自的长处，最后服从真理，很快达成一致。善于在竞争中 合作，使他们能从皇家学院得到重要的实验数据，善于向周围科学家请教和学习使他们最快地得到正确的核苷酸配对方式。然而，尽管富兰克林是一位极富创意的女 科学家，但在当时英国学术界大男子主义的统治下，她受到很不公平的对待，可能也因此使她不愿和男性科学家合作，孤身奋斗，最后功亏一篑。（）要 有高明的学术领导人。如布拉格，善于利用自身积累的知识优势，发现学科交叉的切入点，及时开辟新的发展方向。他领导的集体有宽松的学术环境，支持青年的创 意，在完成指定工作之余进行自由选题。 结语综上所述，当重大发现的时机已经成熟，在何时何地由何人发现则是由很多因素综合决定的，其 中社会因素发挥