(陈月艳)徐徐展开遗传学历史的美丽画卷2

1、徐徐展开遗传学研究史的美丽画卷 活的有机体的具有精确自我复制和自我组装的能力，这正是生命现象的精髓所在分子的聚集体执行着一种程序，其最终结果是这种程序的复制以及这种分子聚集体的延续，简而言之，这就是生命！ 美国David L. Nelson和Michael M.Cox1993生物化学原理一、我读过的那些书生物学思想发展的历史美.恩斯特.迈尔 涂长晟等译四川教育出版社被誉为世界科学史的史诗The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution and Inheritance 以广博的文化史为背景的生命科学史书生命科学史薛定谔著 被称为分子生物

2、学上的汤母叔叔的小屋 。沃森、克里克、威尔金斯都受过此书的影响生命是什么1944“我们对于生物的 遗传变异几乎一无所知。”达尔文称进化为可传代的 变异物种起源詹姆斯.沃森 著 正如劳伦斯.布拉格爵士在给本书做的序中写道:这个故事中还有人的意义双螺旋狂热的追求科学发现之我见弗朗西斯.克里克“我猜想女人比男人多一根肋骨”“我从不在伤心或悲泣时哭泣，但欢乐的结局往往使我控制不住自己。当新娘满心欢喜地走过教堂的通道，管风琴奏出欢乐的音乐时，尽管我很不情愿，也很窘迫，泪水仍然会夺眶而出”老虎机与破试管卢里亚著，房树生译“我现在知道，这群小魔鬼，每个家伙都带有几十个到几百个基因。”“我就像一只移动中的阿米

3、巴原虫，不时地伸出伪足，只知道前进到一个新的落脚处”基因论摩尔根著他喜欢在实验室里专心搞研究,常说自己是“一条实验室里的虫子”他说他虽是1966年出生的,但是他的生命是在1965年孕育的DNA 生命的秘密詹姆斯.沃森2011年8月“我和克里克很快就体会到我们的发现在思想意义上的重要性,但是我们怎么也料想不到,双螺旋竟会对待科学和社会造成爆炸性的影响”二、假说演绎法是遗传学研究的最重要方法之一 1. 科学假说 科学假说不仅是科学研究的一般成果，而且是科学创造的一种重要思维形式或研究方法，还是自然科学发展的 一个重要环节或必经阶段。 （是经验证据和科学思维的产物） 科学假说的基本要素：事实基础；背

4、景知识；进行猜测；形成预见。 “ 一个好的理论不但要给出预言而且要给出惊人的预言” 科学假说的一般特性： 科学性: 以一定的科学事实为依据; 以已知的 科学原理为前提,按照事物自身的内在逻辑提升和推断的 (因为所以) 。 假定性: 假说是在不完全、不充分的经验事实基础上推论出来的，或科学资料不很充分、检验条件不完备的基础上提出来的，带有假定的成分。 易变性: 对于同一问题或现象，占有材料不同，看问题角度不同,知识背景研究方法不同，可能会提出不同的假说. 预见性(如果那么) 可检验性 2. 假说演绎法 如果说形成假说往往是归纳与综合方法的结果，那么检验假说则是演绎与分析方法的开端。 因此科学哲学

5、家把从检验假说到形成理论的步骤称之为假说演绎法。 假说演绎法是科学家为了获得对某一未知问题的答案，往往要通过自己的知识、经验和想象力提出一种假说，来解释这一未知的问题。从知识和经验上看，这种假设似乎是正确的，但要成为能被人们广泛接受的理论，还必需根据假说进行演绎推理得到一定的预期结果，再通过实验检验演绎推理的预期结果。如果实验结果与假说预期的结果一致，则说明假说是正确的，可以上升为理论；如果实验结果与假说预期的不一致，则还需要继续研究。（如果.那么) 假说的验证不仅有实验实证，还包括逻辑的论证，是在两者协同，互补中实现的。 在实验的实证中，将假设与客观事实直接进行比较即直接实证。 但对一些抽象

6、的、微观的、动态的假设量的实证由于其抽象与复杂程度，它们与可观测事实之间的跨度较大，在直接实证显得困难的情况下，“就必须借助逻辑的力量，利用演绎推理等逻辑论证的方法将假设与可观测的事实间接联系起来，最终达到实证的目的。 3. 遗传学科学史中假说-演绎法的典型实例 “ 一般认为，事实尤其是实验事实,不仅是理论的铺垫,更是理论得以建立的前提和先导。进化论的创设就是以大量的事实作为铺垫的。而追踪分子生物学的成长史,能让我们触目所及的是，由高超严谨的想象力编织的理论不仅引出事实,规范事实,而且在一个有意义的理论体系中,事实得以暴露真相 ”问题或事实假说证实F1和F2代性状表现的原因孟德尔遗传因子假说测

7、交验证基因的行为和染色体行为一致性萨顿博维里“遗传的染色体学说”摩尔根果蝇杂交实验核素的提取；DNA含量的稳定性及与染色体数量变化的一致性DNA组分和遗传性传递直接有关DNA是遗传物质的经典实验DNA的物质组成X射线衍射图像等DNA双螺旋模型现代生物技术和化学分析DNA如何能保证世代遗传信息的连续性半保留复制假说大肠杆菌密度梯度离心基因作用机理中心法则遗传密码的破译等 混沌一片的遗传现象，由于孟德尔的精确以数学统计为基础，孟德尔的坚韧历时8年的杂交试验，孟德尔的大胆假设可见的性状为不可见的遗传因子控制，孟德尔的巧妙实验验证不可见的因子为可见的性状，而真相大白，其思维的精巧，推理的严密，实证的严

8、肃，充分展示了科学的理性美。p非糯性水稻 糯性水稻 DDF1D (蓝黑) Dd(蓝黑)含支链淀粉碘液染红褐色 含直链淀粉碘液染蓝黑色dd d(红褐)配子(花粉)D (蓝黑) d(红褐)对自由组合现象解释的验证测交实验yyrr YR Yr yR yrF1黄圆豌豆 绿皱豌豆 YyRr黄圆 黄皱 绿圆 绿皱1 : 1 ：1 ：1 yrYyRrYyrryyRryyrr配子子代基因型子代表现型预测比例P方 式正 交反 交亲本组合F1黄圆 绿皱F1黄圆 绿皱Ft表型(粒数)黄圆 黄皱 绿圆 绿皱 31 27 26 26黄圆 黄皱 绿圆 绿皱 24 22 25 26论证依据实验结论F1减数分裂时，一对等位基

9、因与另一对等位基因之间的分离或重组互不干扰实验结果：F1产生4种数量相等的雌、雄配子 “像物理学家和化学家假定电子一样，遗传学家假定了基因,因为这在假定基础上形成的理论能够帮助我们作出科学预测,所以它有存在的价值。 “我冒昧地把这些原理(三大遗传规律)称为基因论，这些原理是我们在最严格的数字基础上研究遗传学问题，又容许我们以很大的准确性来预测任何一定条件下将会发生什么事情，在这些方面，基因论完全满足了一个科学理论的必要条件。” 从内格里、魏斯曼到贝特森的所有遗传学家之所以没有能够提出一个完善的遗传学说是因为他们想同时解释遗传（遗传物质的逐代传递）和发育现象。他们想这样做并不奇怪，因为他们几乎都

10、是从胚胎学角度研究遗传学问题。 摩尔根的明智就在于他将发育生理问题搁在一边而集中全力于遗传物质的传递。 “如果说所有基因在任何时候都发挥作用，每个细胞都有相同的基因，为什么有些细胞成为神经细胞，有些细胞成为肌肉细胞？基因论1934” 薛定谔(1943)：象受精卵细胞核这样小的物质微粒，怎么能包含了涉及有机体未来的全部发育的精细的密码正本呢？.这种物质结构提供了各种可能的排列，在它的一个很小的空间范围内足以体现出一个复杂的“决定”系统。在这种结构里，不必有大量的原子就可产生出几乎是无限的可能的排列。为了把问题讲清楚，就想到了莫尔斯密码如果密码有5种不同的符号，只挑出25个符号的组合，而且只挑出由

11、五种不同的符号、每种符号都是五个所组成的那种组合，粗粗地算一下，组合数是62330000000000个 我们看到，整个发现过程，就如同一个猜谜游戏，沃森和克里克利用别人已提供的线索，在最快的时间内求得了正确答案。所以，他们的工作更多地不是在实验室或图书馆完成的，而是在办公室聚餐以及湖面泛舟时以闲聊的方式一步步接近答案的。难怪布拉格在为双螺旋写序时戏称他俩是“站在巨人的脚趾上”，用该书译者的话来说，他们连爬上巨人肩膀上的功夫都没花，此言妙极。而沃森在剑桥的导师佩鲁茨对沃森的评价是这样的：我们羡慕他们的不劳而获，其实是混淆了艰苦的工作与艰苦的思维之间的关系。沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像

12、力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。对此，别人只能望尘莫及。 在全部生物学历史上还几乎没有比发现双螺旋更具有决定意义的突破。因为从这一结构中，科学家门可以推测“DNA怎样在每一个世代细胞中复制自己，怎样在个体发育和机体功能上起作用，怎样经历了那种作为有机进化基础的突变过程 “我们未曾忽略,我们提出来的碱基特异性配对的原则立即展示出遗传物质可能的复制机制。”核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模型 克里克把这一句子称为“妥协”。虽然克里克想讨论这一模型的遗传含义，但沃森却感到担忧，生怕这个结构也许是错的，会由此闹出笑话。克里克坚持要把这个联想加进去，因为他们不这样做，别人也会这样做，

13、这意味着他们自己是“如此地缺乏洞察能力以至于看不出这一点来。” 甚至在得出DNA结构以前，沃森就为自己写下了一条预测：“DNA RNA 蛋白质。” 他用胶布把这条“公式”贴在他办公桌上方的墙壁上。 这个预测中的箭头“并不意味着化学的转换，而是表示：在DNA分子核苷酸顺序中的遗传信息是怎样传递到蛋白质中的氨基酸顺序上的。” “进化是可传代的变异我深深感到对变异法则的无知”、“为什么有些杂交后代出现中间类型，而有些却只和亲代相同” 1859年三、生命的延续性是模块教学的核心主线1865年植物的杂交实验生物的遗传章教学顺序的安排性状遗传现象what基因及传递规律减数分裂染色体及行为基因定位在染色体上

14、再发现遗传的分子基础how性状遗传现象生殖细胞受精作用细胞核细胞分裂 配子 受精作用where 1905年,贝特森从生殖一词的词根(gene-)创造了遗传学这个词(genetics)四、基因的传递规律 （一）一个精子就能使卵细胞受精是孟得尔假说的基础之一。 如果躯体的一切部位都由细胞组成，则性腺（卵巢和睾丸）是否也是如此？雄性和雌性的“种子物质” 是否也由细胞构成？ 1824年两位瑞士生理学家JLPrevost和J.BDuma研究蛙的生殖证明了精子是使卵受精的要素，精液只是精子的载体。 1856年NPringsheim通过对淡水藻Oedogonium的观察研究，就受精过程作出决定性结论：新个体

15、的第一个细胞（合子）是由雄配子与卵细胞融合而成；受精作用只要一个游动精子就能完成。 （二）孟德尔的名著，将作为科学实验和对数据资料的深遂理解的范例永世长存 显性，回复，正反交的同一性，第一代杂种的一致性以及第二代的变异性等等在孟德尔以前已经有很多学者阐述过。孟德尔在植物杂交实验的序言中的一段话： “在所有已做的大量实验中，没有一个是以这样的规模和这样的方法，以便能确定杂种后代中各种类型的数目，或是很有把握地把每一代出现的类型进行分类；或是确定这些类型的统计学关系。要从事这么大规模的工作是需要勇气的，但这样的工作，看来是我们最后解决问题的唯一正确方法，这个问题对有机类型进化史上的重要性是难以估量

16、的。” 他的实验全部设计、方法的说明以及试验材料的选择，推测他在实验的早期思想中，已经有了一个构思完整的学说，他的试验实际上就是为了检验这一学说。 他的简短论文，植物杂种试验，正如Curt Stern所描述的那样，“是人类思维所取得的伟大胜利之一。它不仅是宣告了通过新的观察和实验方法发现了重要事实。更确切地说，在最高级的创造性活动上，它将这些事实以概念系统的形式呈现出来，这就使之具有普遍意义”（三）遗传的细胞学基础有赖于对生殖的研究性状遗传现象what基因及传递规律减数分裂染色体及行为基因定位在染色体上再发现遗传的分子基础how性状遗传现象生殖细胞受精作用细胞核细胞分裂 配子 受精作用wher

17、e 1905年,贝特森从生殖一词的词根(gene-)创造了遗传学这个词(genetics)案例. 减数分裂问题串 为什么说减数分裂是特殊方式有丝分裂(时间、部位、过程) 有丝分裂能实现亲子细胞染色体数目恒定(等数分裂)的原因 是什么? 减数分裂使染色体数目减半的可能过程是怎样的（学生提 出两种假设：不进行染色体的复制,一次分裂,平均分配；一 次复制,两次连续的细胞分裂） 若不进行染色体复制,一次分裂,平均分配；你认为染色体怎 样分配? 一个精原细胞减数分裂能产生四个染色体数目减半的精子,这说明什么问题? 原始生殖细胞如何经过一次复制两次分裂实现数目的减半?(什么时候复制?) 经过这样一些问题的

18、思考后，允许学生按照自己的想法构建减数分裂过程的模型。 “一次复制,两次连续的细胞分裂”和“不进行染色体复制,一次分裂,平均分配”相比，有什么优势？为什么复制不是发生在减数第二次分裂之前？ 学生通过讨论，达成共识，从而深刻理解减数分裂过程的生物学意义。 孟德尔将论文送给多位科学家后,发现他完全被科学界忽略。他写信给他认识的当代科学大师慕尼黑生物学家内格里，请他重复自己的实验，并附上140包清楚标示的种子。内格里认为这位默默无闻的修士应该帮助自己做实验，因此将自己最喜欢的山柳菊种子送给孟德尔。 结果可想而知，山柳菊植物并不适合重复孟德尔豌豆的实验结果。1870年7月3日，孟德尔致信内格里说：我观

19、察到山柳菊的杂交行为与豌豆的正好相反。但我认为山柳菊是个别现象，而豌豆中发现的是更高的、更根本的规律，因为去年我做了另外四种植物其杂交后代行为都和豌豆一样。（四）哪些现象与孟德尔性状遗传表现不符？ 1、显性的相对性如何证明不完全显性现象符合孟德尔遗传规律？ 2、基因型、表现型的相互关系 3、基因之间的相互作用 4、伴性遗传 5、基因的连锁互换拓展分析 粒色Y-R-3/43/4yyR-1/43/4Y-rr 3/41/4yyrr 1/41/4杂合体（）自交，基因型和表现型 1/4 YY 2/4Yy /4yy 1/4RR 2/4Rr1/4rr1/16YYRR 2/16 YyRR 1/16yyRR 2

20、/16YYRr 4/16YyRr 2/16yyRr1/16YYrr2/16Yyrr 1/16yyrr粒形基因互作非等位基因的相互作用F2的基因型1AABB、2AABb2AaBB、4AaBb1AAbb2Aabb1aaBB2aaBb1aabb类例孟德尔式比率9黄圆3黄皱3绿圆1绿皱豌豆子叶基因互作类型互补作用9紫花7白花香豌豆累加作用9扁盘6圆形1长形南瓜果实重叠作用15三角1卵圆荠菜果实显性上位12白毛3黑毛1褐毛狗隐性上位9黑色3浅黄4白化家鼠抑制作用13白羽3色羽家鸡摩尔根果蝇杂交实验P 纯种灰身长翅 纯种黑身残翅灰身长翅F1实验1：P F1灰身长翅 黑身残翅实验2：子代 灰身长翅 黑身残翅

21、 灰身残翅 黑身长翅比例 41.5% 41.5% 8.5% 8.5% aA Ba b b BAdDdDAaaABBbbAAaaBbBb五、早期分子遗传学的那些故事 1. 格里菲斯本人似乎没有意识到他的观察中有遗传物质的传递。 1928年格里菲斯的研究现象使人们感到不解，而不是使人有所顿悟。格里菲斯没有对细菌菌株的转化现象做进一步的研究，而更为遗憾的是他也没能在生前看到他的工作最终表现出来的意义。1941年，一颗炸弹摧毁了他那破旧的实验室，当时他和他的助手正在里面工作，两人同时身亡。 2. 艾弗里（1955年去世）“若是他再多活几年，肯定可以拿到诺贝尔奖”DNA，生命的秘密。 艾弗里复制格里菲斯

22、的实验，经过10余年的研究，从而证明了DNA是转化因子。这些发现的冲击就像电击一般。很多人都深信这已经最后论证了DNA是遗传物质。著名免疫学家Burnet在1943年访问了艾弗里的实验室后曾写信给他的妻子：“艾弗里刚刚完成了一桩非常激动人心的发现，十分直率地说，这决不亚于以脱氧核糖核酸的形式分离了一个纯基因。”单在1946年它就是六个重要学术会议的论题。 当然，也并不是每个人都改变了态度，很多生化学家对DNA分子能否复杂到储存庞大的生物信息表示存疑。好在卢里亚相信艾弗里的实验，沃森相信艾弗里的实验，查伽夫相信艾弗里的实验，这导致他们后来在DNA研究方面取得了重大的成就。正如查伽夫后来所说的，艾

23、弗里的研究结果引起了一场真正“雪崩”式的核酸研究热潮。查伽夫本人就谈到，他扔下了手头的一切工作从事核酸研究。 几年后我对于自己轻率地猜测蛋白质是噬菌体的遗传物质而感到内疚，这次出丑，使我觉得十分惭愧，就像做了某种粗鲁和不礼貌的举动一样老虎机与破试管3. 噬菌体小组就是在这样的场合,分子遗传学这一新的学科才获得它的躯体和灵魂。 噬菌体碰上了德尔布吕克经过长期物理学方法论训练的有准备的头脑，德尔布吕克深厚的物理学背景知识使自己马上认识到了噬菌体的重要性：噬菌体在分子生物学中的地位，犹如氢原子在玻尔量子力学模型中的地位。 1940年末在美国费城召开的物理学会会议之后，德尔布吕克和卢里亚因为共同对噬菌

24、体的关注，在纽约卢里亚的实验室，进行了两天的实验，按卢里亚的话说，他们玩噬菌体度过了元旦，这次的相遇奠定了他们后来十多年合作的基础。 1941年夏天，德尔布吕克邀请卢里亚共同前往冷泉港举行的年度学术会议，以便在会后的时间继续实验，卢里亚接受邀请，噬菌体小组就正式诞生。 1943年，德尔布吕克邀请在华盛顿大学进行噬菌体研究的赫尔希到范德比尔大学共同做一些实验，噬菌体小组3个核心人物真正走到了一起。 他们三个人互相配合，奠定了成功的基础。他们各有自己的学术背景和研究方法，能够对一些根本问题展开真正的“集中攻击”，他们各自独立工作，但又保持密切的联系。 他们所创造的富有启发性的学术气氛吸引了一些来自

25、不同领域、有着许多不同观点的有才华的科学家,开展卓有成效的细胞遗传学研究工作。此小组的杰出人物还包括DNA螺旋结构的发现者沃森和1975年获奖的诺贝尔奖的杜尔贝科等。 1965年诺贝尔奖得主之一，70年代上半期法国巴斯德研究所所长J.L莫诺曾经写道：就是在这样的场合(冷泉港噬菌体学术年会),分子遗传学这一新的学科才获得它的躯体和灵魂。 赫尔希“这笑话，不仅好笑，而且是真的” 如果说艾菲里的文章标志着DNA黑暗时代的终结, 1952年赫尔希和蔡斯的研究真正让这种黑暗才被完全驱散。 4. DNA的发现“这么简单美丽的构造，一定错不了” 莱文以其错误被后人所了解 莱文是美国国家科学院院士，对核酸、糖

26、类、蛋白质、脂质等都有研究，特别对核酸的贡献最大。 测定了两种核酸中两种戊糖的性质和结构； 1909年首次证明酵母核酸中戊糖为D核糖； 1929年，用酶解的方法处理DNA，得到脱氧核苷酸，经稀酸处理后，得到结晶的D-2脱氧核糖； 1936年澄清了脱氧核糖是戊糖而不是己糖。 1909年利用酸、碱条件下分别水解肌苷酸的实验，证明核苷和核苷酸的关系，说明核苷酸是核苷的磷酸酯。 根据酵母DNA、RNA中四种碱基都是等量存在、并且当时测得的核酸分子量（1500）恰好相当于一个四核苷酸的证据，提出了错误的核酸结构的“四核苷酸假说”四核苷酸假说莱文（ Phoebus Levene）G = A = C = T

27、 亚历山大.托德研究组1951年设想的DNA片段。作为化学家，他们知道这些原子是如何联系在一起的，留给晶体学家的问题是这些原子构成的三维结构。 沃森： “它太美了，你们看，太美了！”当然，它确实很美！狂热的在追求 克里克：科学世界里的游侠 “闲聊与兴趣” “等到我长大后，会不会所有的东西都被发现了呢” “我从来没见过弗朗西斯.克里克谦虚过” “我对生命和非生命之间的界限的偏爱是有依据的.从事一项新的专业只有一次机会了,我不能因为有人给我提供工作的偶然机会而改变我的方向。 威尔金斯曾经参加了美国的“曼哈顿计划” 曾考虑放弃科学，到巴黎去当画家，但生物学引起了他的兴趣他也读过薛定谔的书。 威尔金斯

28、在揭示DNA双螺旋结构中的贡献，不仅仅是提供了清晰的DNA X染色图片的证据。 1951年那不勒斯的那次会议 克里克曾被介绍去威尔金斯的实验室，这使得他们之间建立了持久的友谊。鲍林他讲起话来活脱一个终身的演员 “鲍林以他惯用的演戏似的方式进行讲演。讲起话来活象是个终身从事戏剧演出的行家。他用一块帷幕掩盖着他的模式图，直到他的讲演快要结束时，他才得意洋洋地展现了他的最新创作。这时，目光炯炯的鲍林地解释起他那无与伦比的模型蛋白质螺旋的各种特征。.全世界再没有哪一个人象鲍林那样能抓住听众的心。他那奇妙的头脑与有感染力的露齿微笑相得益彰。他的许多教授同事们却怀着混杂的心情观看着他的表演。他们看着鲍林在

29、讲台上穿梭并挥舞着他的手臂，活象一个魔术师要把一只兔子从他的靴子里掏出来。富兰克林她还是位旅行家和高级厨师 她很愿意向朋友们展示法式烹饪技术和香料，用橄榄油、大蒜和奶酪来点缀沉闷的饮食。朋友们从她那里知道了不少法国的厨房技巧，如把一只手指放在奶酪上，一只手指放在眼皮上，如果两者硬度一样，说明奶酪可以了；还有在菜里放咖喱粉等，尤其她父亲来家里作客时，他最恨咖喱，但却从未查觉在他女儿做的自己最爱吃的烤牛肉中有咖喱粉。罗莎琳德来自于伦敦的上流社会，相对于大多数的科学家，她属于高尚的社交界，在工作台辛苦一整天后，她偶尔会脱下实验室的外套，换上优雅的晚礼服，消失在夜色中。Photo 51 1952年5月

30、富兰克林获得一张B型DNA的X射线晶体衍射照片，称做“照片51号”，曾经被X射线晶体衍射先驱之一约翰.贝尔纳形容为：“几乎是有史以来最美的一张X射线照片”。 沃森在双螺旋一书中对富兰克林有这样的评价：“她在国王学院从事的X射线衍射的研究工作越来越被认为是杰出的，她区分出DNA的A型和B型结构本身就足以赢得声誉。更为出色的是，她在1952年就曾运用帕特林重叠法证明磷酸基团必定是在DNA分子的外部。2003年，国王学院将新大楼命名为罗莎琳德威尔金斯馆时，沃森在命名演说中说道：“她的贡献是我们能够有这项重大发现的关键 罗西马上就接受了我们的结构模型,它象其他人一样,也认识到了碱基对的吸引力.并且承认

31、这样的结构非常精妙,不会有错误.罗西十分高兴地给弗朗西斯看了她的数据,而弗朗西斯也是第一次认识到罗西关于糖和磷酸骨架是在分子外部的坚定言论非常可靠.因此,她过去在这个问题上的坚定言论所反映出来的正是第一流的科学 明显影响罗西转变的是她认识到我们之所以致力于建造模型,所表达的是一种科学的方法,而不是为了逃避诚实的科学事业所需要的艰苦工作而采取的一种偷懒办法 在诺贝尔奖100余年的历史上，好像没有哪个科学发现像X射线那样具有传奇色彩。伦琴因为发现这一射线成为第一个诺贝尔物理学奖得主，但这仅仅是百年传奇的开始。此后的100多年，从物理到化学再到生理医学领域，X射线被广泛应用，引发了一系列诺贝尔奖传奇

32、。 X 射线晶体衍射技术是指利用电子对X 射线的散射作用, 可以获得晶体中电子密度的分布情况, 再从中分析获得原子位置的信息, 即晶体结构。 卡文迪什实验室第四任主任劳伦斯.布喇格几乎花了40年时间一直在尝试利用X射线衍射办法解决分子结构，成为最年轻的诺贝尔物理学奖获得者（1915年，25岁）。同时，父子两代因为研究共同的问题同获一个诺贝尔奖，这在历史上绝无仅有。 肯德鲁和佩鲁兹于1960年分别因用X射线结构分析肌红蛋白和血红蛋白的结构同获诺贝尔化学奖。 威尔金斯和弗兰克林的DNA结构x衍射研究给沃森和克里克的假说一锤定音。 * 三位科学家都采用了射线蛋白质晶体学的技术，标识出了构成核糖体的成

33、千上万个原子。这些科学家们不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。 “WC”拥有什么？ “他们似乎什么都不曾有，却拥有了全部。但是，历史的事实是，确实是他们俩，涉足DNA的研究不到两年的年轻人发现了DNA的双螺旋结构。” 就象17世纪到19世纪很多人都观察到了细胞，但是一定有人站在一个更高的角度去概述细胞是生命的基本单位从而建立细胞学说一样，当很多的物理的、化学的成果已经揭晓，也一定需要有人把物理和化学的研究资料放到生物学背景上去考虑，建立一个能揭示生命的秘密、有生命灵魂的DNA分子结构。 沃森和克里克所做的显然不是一般意义上的实验研究，而是对已有的关于DNA

34、的实验与观察资料进行审视与评判，再将它们融会在一起，形成一个有崭新的科学思想的整体。这使人想起一位先哲的话：To see what everyone has seen and think what no one has thought。 “我想，詹姆斯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。” “科学地讲，发现双螺旋过程是普通的，重要的不是发现的途径二是发现 的对象至今也没有人写过有关胶原蛋白三螺旋发现过程书,尽管身体中三分之一的蛋白质是胶原蛋白。与其说是沃森和克里克得出了DNA的结构，不如说是D

35、NA结构造就了沃森和克里克。” 克里克在发现DNA结构的模型的当即，在他和沃森常去的老鹰酒吧扬言，他们已经发现了生物的秘密。沃森后来评价说：克里克是对的，我们的发现平息了自古以来的争论：生命的本质是奥妙神秘不可捉摸，还是象自然科学课上的化学反应一样，只是物理和化学作用下的产物，细胞的生命是否源自神圣力量的运作，双螺旋结构断然指出，答案是否定的。 我们不难理解沃森另以本书的名字为什么是DNA,the Secret of Life它不仅可以解释遗传信息的代代相传和在个体中遗传性状的表达，更在分子水平给生物学带来了统一的理论，DNA储存世代相传的遗传信息,掌管极其复杂的生命世界。生命的秘密或者说生命

36、的本质，的确蕴含在这个美妙的螺旋结构之中。 “我和克里克很快就认识到我们的发现在思想意义上的重要性，但我们怎样也料想不到，双螺旋竟对科学和社会产生爆炸似的影响。”15N 全重全中14N/14N15N/14N15N/15N世代 0 1 2 3轻中重14N 5. 1958年梅所森和史塔尔的密度梯度离心实验被称为“生物学上最完美的实验”之称。学生阅读DNA半保留复制实验方法（1958)年后的问题串 1.概括验证DNA半保留复制实验的原理 2.如何使亲代大肠杆菌DNA分子都被放射 性同位素15N标记 3.亲代大肠杆菌被标记后继续培养的培养 基N源的类型是什么? 4.取样测定DNA种类时,对取样时间的要

37、求是什 么?为什么? 5.预测第一、第二、第三代DNA分子的组 成。如何进行检测? 6. 大肠杆菌繁殖六代, 带有15N同位素标记的DNA分子比例是多少?6. “DNA结构(给我们提供了一个理论框架）给我们的 启示是：DNA中碱基顺序决定了相应蛋白质的氨基酸顺序。” 盖莫夫建立了而20人组成的“RNA领带俱乐部”（1955）， 克里克提出“连接体假说” “只需要得到遗传学证据来证明某一突变能以孟德尔式遗传,也就证明它属于一个核基因。” “一滴眼泪有惊人的效果” “英格拉姆证明事实上只是一个氨基酸的改变,即谷氨酸变成缬氨酸,就使血红蛋白空间结构改变,导致镰刀型贫血病。 直到那时,大多数遗传学家和

38、蛋白质化学家从没考虑过他们的研究领域之间的关系。一个好的例子抵上一堆的理论,有了它,连接不同领域的桥梁很快就被急于想加入新的研究的科学家挤得水泄不通了。假设：“当时的人们已经了解到，蛋白质合成旺盛的细胞RNA含量较高，RNA主要存在于核糖体中，人们设想每一个核糖体只合成一种蛋白质，而核糖体RNA正是Mrna，这在自然不过了。” 矛盾：一个正在生长的细菌细胞中,核糖体RNA似乎从不更新;核糖体RNA大小只是固定的两种。实验结论：“巴斯德研究所的PaJaMo（帕迪、雅各布、莫诺）研究半乳糖苷酶的诱导生成。结果是基因导入后不久半乳糖苷酶就以很高的速率持续合成。 布伦纳利用T2噬菌体感染细菌的实验找到

39、了问题的答案，rRNA不可能是信使。 如果mRNA与rRNA不是一种物质，我们之前为什么没有发现它？ 有两件事情是难以用语言表述的：一是当这种想法隐约产生时，正确的解释如电光般从脑海中掠过的情景难以忘却；二是他如此轻易地解决了那么多的难题。仅仅是一个错误的假设，就使我们的思维完全陷入混乱，仿佛我们是在浓雾中摸索。那天早晨醒来时，我的头脑中还存在有关DNA合成控制的一系列糊涂概念，而当夜里就寝时，所有的困难都不存在了，闪闪发光的答案清晰地展现在我们面前。当然要确立这些正确的概念需要数月甚至数年的工作，但是我们不再感觉在丛林中迷失了道路，我们可以环顾广阔的平原而且清楚地眺望远处的群山。 因为人们可

40、以设想象核糖体中加入特殊的信使（可以天然，也可以人工合成，所以新的概念为遗传密码破译的关键实验开辟了道路。 遗传密码是4个字母的核酸语言和20个字母的蛋白质语言的相互关系的小字典。* 三位科学家都采用了射线蛋白质晶体学的技术，标识出了构成核糖体的成千上万个原子。这些科学家们不仅让我们知晓了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核糖体功能的机理。*150亿年前105现在0地球的形成RNA的世界RNA+蛋白质的世界DNA+RNA+蛋白质的世界哺乳动物首次出现太初宇宙大爆炸后的生物进化。我们可能永远无法确定生命起源的确切时间，但是最早的生命形态很可能以RNA为基础，RNA很可能既是“鸡”，又是“蛋”。六. 制造突变是遗传学研究的重要手段摩尔根的白眼果蝇突变遗传性状的研究基因和染色体的关系1941年比德尔和塔特姆在实验中用 X射线照射链孢菌“一个基因一种酶”的学说1956年，英格拉姆(Ingram)发现镰刀型贫血病原因是一个氨