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肺炎双球菌转化实验(肺炎双球菌转化实验出处)

tiger 2024-05-20 03:02 将经验 4685
狂热的追求:科学家眼中的科学发现

自1953年DNA双螺旋结构发现至今已过了半个多世纪,它的发现者沃森(J.Watson)、克里克(F.Crick)和威尔金斯(M.Wilkins)也于1962年共同获得了诺贝尔奖。如今双螺旋图像已融入现代文化中,成为一种象征和符号。而在当事人的回忆录中,我们借助亲历者的视角,又将看到更多的戏剧性场景。

双螺旋往事:谁是发现者?

虽然DNA双螺旋结构的发现使得沃森和克里克声名大噪,他们被人称为“DNA之父”,但实际上,他们既非DNA分子的发现者,也非确定DNA为遗传物质的先驱。早在20世纪初,科学家们已经知道了基因与染色的联系,也知道染色体是由DNA和蛋白质组成,但是他们发现,DNA(脱氧核糖核酸)只有四个亚基,而蛋白质有至少有20个结构单元,因此从复杂性来讲,蛋白质似乎更像是用以储存遗传信息的载体。

《狂热的追求:科学发现回忆录》,[英]弗朗西斯·克里克著,傅贺译,湖南科学技术出版社2019年12月第一版,39.00元

DNA的特殊性一直要到1944年以后才被重视,美国科学家艾弗里及其同事通过肺炎双球菌实验揭示了DNA是具有遗传效应的“转化因子”,这个结论虽没有立即被同行们接纳,但是该实验所产生的影响以及越来越多的其它证据都在逐渐暗示着——DNA也许就是那把解开生命奥秘的钥匙。沃森和克里克等人的工作正是在这一历史背景下展开的,当时想要攻克这一问题的主要有来自三个不同实验室的学者。

一是美国加州理工大学的莱纳斯·鲍林,当时科学界最顶尖的化学家,他把量子力学的最新成果引入化学,并且将这种方法推广到了分子生物学,在DNA双螺旋结构被揭示之前,他已经成功地发现了蛋白质的阿尔法螺旋结构。二是伦敦国王学院的威尔金斯和富兰克林,他们所在的兰道尔实验室致力于用X射线探测DNA,通过分析衍射图像来确立DNA的晶体结构,这是当时测验分子结构最重要的技术。

最后才是剑桥卡文迪许实验室的沃森和克里克,此时23岁的沃森来到剑桥做关于烟草花叶病毒的博士后课题,而35岁的克里克则还是个刚从物理学转行到生物学的研究生,主要研究多肽和蛋白质晶体结构。与前面两个实验室的专业性相比,这两个人的组合显得像是“业余选手”。

当时,沃森和克里克暗自把他们的“学术偶像”鲍林视为竞争对手,而这位远近闻名的大化学家压根就没留意这两个毛头小子的存在。在鲍林发现蛋白质结构不久后,他又发表了DNA的“三螺旋”假说,然而年轻的沃森和克里克很快发现,他们眼中的“大神”竟犯了一个低级错误——“三螺旋”在化学机制上是不可能的!他们很快意识到,以鲍林的能力和资源,发现和解决这个漏洞只是时间问题,于是两人决定立马行动起来,争取在最短的时间内找到解决DNA结构的方案。

受鲍林的启发,沃森和克里克也采用了建模的方法。这时沃森已经搞清楚了碱基的配对性质,这使得双螺旋结构模型基本得以确立下来。与此同时,兰道尔实验室的美女科学家富兰克林拍出了她那张经典的X光DNA照,这张照片是当时最好的DNA结构衍射图像。现在回过头来看,她应该是当时最接近揭开DNA之谜的人选。而远在美国彼岸的鲍林在听闻伦敦的研究有新进展时,敏锐地察觉到这张照片的重要性,当他想要火速飞往英国一探究竟的时候,却被意外告知,美国政府以共产党员嫌疑之名禁止他出境!最终导致鲍林与这项判决性证据失之交臂。相比之下,剑桥实验室这边就幸运多了,沃森在威尔金斯那里看到了富兰克林的这张照片,这意味着他们的猜想得到了进一步的确证,而且很快他和克里克就在Nature杂志上发表了双螺旋的论文,取得了成果的优先权。

“胜利属于犯错较少的那一方”

当沃森和克里克的论文在Na ture杂志发表以后,很长一段时间,他们都不敢相信自己的成功,更没有预料到日后会如此的成功。按克里克的描述,“他们是误打误撞地做出了这项重大发现”。有趣的是,这篇影响生物学进程的论文篇幅特别短,除了提出双螺旋猜想以外,唯一有价值的信息是结论之处暗示了碱基配对所蕴含的复制机制。而这也是几番妥协的结果,沃森认为模型并没有被完全证实,万一搞错了,这一过度推论就会成为历史笑柄。而克里克则认为,万一他们的模型是正确的,却没有提到它的遗传学意义,也会被人指责混水摸鱼。实际上,他们两个人的担心不无道理,一开始他们的模型比较粗糙,且有不少细节错误(比如连结G、C的氢键个数以及碱基距离中心的位置等),一直要到1980年代随着DNA纤维的深入研究,双螺旋模型才最终得到确证。

另一方面,富兰克林的工作无疑是十分出色的,然而女性科学家在当时并没有得到应有的重视。威尔金斯甚至将她的到来误认为是实验室安排的助手,之后他们在研究问题上也出现了不少的争执。威尔金斯是一个保守派,而富兰克林机敏又强势,坚持按最高的学术标准来要求自己,这也是为什么她能做出那张载入史册的X光照片,但也正因为这份认真,导致她没能大胆地迈出猜想的那一步。

男性科学家往往让自己处在一个竞争与协作的群体网络之中,而女性科学家在当时则属于边缘群体,与沃森、克里克那种俱乐部式的学术交流不同,富兰克林实际上是处在一个相对封闭的研究环境中。当然,除此之外,富兰克林没能做出重大发现还有另外一个重要的原因:她没有完全理解这张照片背后的全部深意。也就是说,尽管她拍出了如此上乘的衍射图,但她没有立马联想到这会是揭开DNA谜团的判决性证据。因为本质上富兰克林是一位化学家,她之前研究的是煤炭的晶体结构,由于所受的生物学训练有限,对DNA背后的运作机制并不甚了解。

不仅富兰克林如此,当宇宙学家伽莫夫想要以双轨平行的DNA模型反驳沃森和克里克时,也犯了类似的错误,伽莫夫的模型与实际衍射图是有出入的。在科学哲学中,这种现象就叫作“观察渗透理论”——只有带着背景知识,才能看到更多的东西,我们的观察总是伴随着某种理论的指导。科学史上这样的例子并不少见:早在1610年伽利略发现月球环形山之前,英国人托马斯·哈里奥特就已经在1609年使用望远镜观测月球了,但他只看到了一枚“凹陷的牛肉派”。而伽利略——这位被科学事业耽误的艺术家——很快就理解了月球上光线变化的原理,这要得益于佛罗伦萨人的艺术天赋,伽利略在早年的绘画经历中就已对透视技法了然于心。

生物学出身的沃森能够深刻理解DNA的运作机制,而克里克又具备良好的晶体衍射学功底,更重要的是他们一开始就有非常敏锐的问题意识,即通过DNA结构来理解基因,并且采用了模型推导与数据验证的方法去反复试错。所以尽管他们也走了很多弯路,但最终还是抓住了解决这一问题的核心要素。

科学就像一场激烈的战斗。双螺旋的发现史同样应验了拿破仑的那句名言:“战争中每一方都会犯不同的错误,但胜利永远属于犯错误较少的那一方。”

毁誉参半:科学家的社会角色

“永远热烈,等待着情人的宴飨;永远热情地心跳,永远年轻”,克里克借用英国诗人济慈的浪漫主义抒情诗《希腊古瓮颂》中的意象,把科学比作自己的情人,并将这本回忆录命名为《狂热的追求》。

克里克沉迷于他的科学事业,在完成双螺旋发现后他又接着研究遗传密码,60岁又转向神经生物学。他在回忆录中谈到,人在年过花甲后想要尝试一门新的领域并不容易,只是他没想到自己会如此幸运,在有生之年就看到了分子生物学的大厦建成,这样他就有余力重拾年少时想要研究脑意识的宏愿。正是这份孜孜不倦的追求,使得克里克在仙逝后仍然留得了伟大科学家的美名。而他的搭档沃森或许就没有那么幸运了,甚至还面临着“晚节不保”的危险。

在这本回忆录中,克里克对沃森的评价则是“聪明有余,可靠不足”。当然,这只是戏谑之辞,实际两人私交一直很好。不过这倒确实是沃森性格的真实写照,沃森是极聪明的一个人,但是生性好玩,口无遮拦,说话做事很少顾及他人颜面,甚至还要从别人过度严肃的自尊心上取乐。例如,在沃森的自传《双螺旋》(原名《诚实的吉姆》——吉姆是沃森的小名),他事无巨细地记录了各个实验室的八卦新闻,甚至直言不讳地说克里克恃才傲物,威尔金斯为人刻板保守,闹得克里克和威尔金斯两个人都非常尴尬,最后不得不委托哈佛出版社别让沃森的书问世。但事实是,沃森的书不但出版了而且立马就变成了畅销书,读者在他笔下看到了科学家们如此世俗的一面,这种纪实的笔法在那个年代可以说是非常前卫了。沃森在书中还不无嘲讽地形容了剑桥的绅士们:“大多数的科学家不仅思想狭隘、乏味无趣,而且还不见得太聪明。”不难想象,他该有多招同行嫉恨。

晚年的沃森继续他一贯玩世不恭的作风,不久前因为发表一些政治不正确的言论,在媒体上引起轩然大波。沃森认为黑种人的基因不够优越,不仅遭到了社会人士的口诛笔伐,连老东家冷泉港实验室也当即与他划清了关系,最终在舆论施压下,他不得不兜售自己的诺贝尔奖章来维持经济收入。

事后沃森在接受访谈时透露,当时他在家中接见了一个女性朋友,相处颇为融洽,因此没有任何设防地跟对方讲了自己的一些想法。后来才知道这位朋友竟然是一位卧底记者,她把这次私人谈话公之于众,导致了很多负面的影响。这时媒体又犀利地反问到:“那你本人对种族的态度是什么?”沃森回答到:“目前没有任何证据表明不同人种在基因水平上是相等的,虽然我也希望是,但这个预设在科学上是不合理的。”结果可想而知,公众对沃森的回答更为恼火了。

作为科学家,沃森当然有权提出他的个人观点,对于未被证实的结论,科学家有权保留自己的怀疑。公众之所以会如此愤懑,部分原因就在于人们对科学寄予了过多的道德期盼,事实上“科学”和“道德”这两个场域并非完全重合:科学不是必然等于政治正确。当然,作为一名公众人物,沃森对此类敏感问题轻率表态,难免被舆论所利用,引发不好的社会影响。

沃森最后没有收回他的话,但年过九旬的他多少有些失意,在家中接受访谈时他正播放着50年代卡文迪许实验室的录像带,并说到:“每当这个时候我就特别怀念克里克,很难再找到像他那样聪明博学的人,不仅能瞬间领会我的思想,并且知道我这个人说话从无恶意。”(曾莉莉)