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老虎机和分子生物学(3) “一流的葬礼”
送交者: 苦行僧 2018年11月04日16:33:53 于 [教育学术] 发送悄悄话


      Max Delbruck出身德国的名门望族,父亲是著名的历史学家。从小就对天上的星体充满好奇。在父母的支持下,Delbruck 常常在夜深人静时在自家房子后面的阳台上架着一个巨大的望远镜,探索宇宙的奥秘。

      大学时选择天文学作为自己专业的Delbruck在准备以新星形成机理方面的研究作为自己的毕业论文时发现,当时世界上唯一一本关于新星方面的书籍是由一名英国科学家用英文撰写的。由于他英语水平不可能在当时有限的时间内无法提高到阅读专业文献的水平,只好放弃这个题材。当时在德国兴起的一场由于量子力学革命也是Delbruck研究兴趣发生转移的另一个重要因素,并因此获得去当时世界物理研究的中心的哥庭根大学师从著名物理学家、诺贝尔奖获得者Max Born学习的机会。由于过分相信其他同学的经验之谈,信心满满的Delbruck没有充分准备、好好研究每位答辩委员会成员的研究工作就去参加博士学位论文答辩。因为对某位教授在答辩中提出的问题全无所知,Delbruck的论文答辩未获通过。经过短暂失落和重新准备后,Delbruck终于在1930年取得了理论物理学博士学位。

      博士毕业后,在丹麦访学的Delbruck受Niels Bohr关于量子的互补理论的启发,希望用这种互补的思想来研究生物界的遗传和变异的机理。在完成去英国、瑞典和丹麦的学术访问后,Delbruck于1932年回到柏林,担任德国历史上第一位物理学女教授、犹太裔的Lise Meitner(和Otto Hahn合作发现铀的核裂变)的助手。其间Delbruck经常召集不同学科的学者到自己父母在柏林郊区的家中交流讨论学术问题,因此结识了当时旅居德国的俄国遗传学家N.W. Timofeeff-Ressovsky。

      当时,美国的遗传学家在Thomas Hunt Morgan的带领下,以果蝇为研究对象发现,在父母将基因传给下一代的时,不同基因之间并非完全象Gregor Mendel在豌豆杂交实验中描述的那样完全自由地重组。某些性状总是相伴一起向后代传递,不同基因之间发生交换形成新的组合的概率各不相同。根据这些新出现的基因组合之间的概率的多少,Morgan及其合作者们将果蝇的基因在染色体上进行了定位,绘制了果蝇的遗传基因图谱。这是人类历史上第一个生物基因定位图,虽然当时人们还不知基因究竟是一种什么东西。

      1926到1927年间,Morgan的学生和合作者Hermann Joseph Muller发现高能辐射,如X光射线照射,可以大大提高果蝇基因突变的机率。在Muller看来,Renest Rutherford于1919年发现的化学元素的蜕变让科学家们开始研究和认识原子核结构,他发现的X光诱导基因变异将帮助人们更好地了解基因的属性和生命的本质。然而,Muller的发现在当时的遗传学家里并没有发生多少共鸣。对X光性质不太了解,对基因的属性一无所知的Muller决定去欧洲特别是德国寻找物理学家们的帮助,希望能解决X光辐射引起基因突变的机理。

       受美国遗传学家Hermann Joseph Muller的影响,遗传学家N.W. Timofeeff-Ressovsky、实验物理学家K.G. Zimmer和理论物理学家Delbruck三人合作,用果蝇作实验材料,以X光辐射为诱导因素,尝试着去研究基因的属性。

      在这篇合作的论文中,遗传学家N.W. Timofeeff-Ressovsky负责果蝇实验的设计,实验物理学家K.G. Zimmer主要提供X光射线处理及其量化设计,Delbruck 则从事理论分析,在1935年并共同发表了那篇后来被Delbruck自嘲为"一流的葬礼"式的论文《关于基因突变的属性和基因的结构》。该文率先提出了基因是一种分子的概念,并推测了基因的大小大约为9μ,认为在接受到X光线传递的能量后这种分子本身会跃升至一个更高的能量状态,表现出突变的性状。

      从现在我们对基因的理解来看,这篇文章最少有两个方面的错误:1)它推测的基因体积比我们现在理解的基因大60倍;2)X光诱导没有产生一个能量状态更高的突变基因,而是造成了DNA分子的断裂,异位等,进而发生性状改变。

      然而,当遗传学家们在相对孤立的环境里(缺乏同其他学科的交流)苦思基因的属性时,Delbruck把当时物理学家、化学家、天文学家们正在研究的原子和分子的概念介绍进来,确实为遗传学的研究打开了另外一扇窗户。虽然处在外面的遗传学家们没法通过这扇窗户看清屋内的摆设,但它却将室内的物理学家们的目光吸引到了外面丰富多彩的生物界。

      为了进一步验证Delbruck的"量子跳跃"模型,正在Enrico Fermi实验室学习放射物理学的Salvador Luria找到了理想的实验材料一一一细菌和噬菌体,并在1943年与Delbruck合作发表了那篇奠定分子生物学基础的关于细菌突变的论文。著名的物理学家Erwin Schrödinger在他1945年出版的《什么是生命》一书中更是用"如果Delbruck关于基因的画面是错的,那我们应该放弃这方面的研究",这让Delbruck名声大噪。

      Delbruck 的这篇文章也得到了Muller的认可。在德国纳粹政权组织的思想灌输训练营中,Delbruck因为两次拒绝表示无条件效忠而基本丧失了在自己的祖国从事科学研究和教学的机会。得知Delbruck 处境后,作为洛克菲勒基金会驻欧洲的官员的Muller主动地联系到Delbruck,说服Delbruck寻找洛克菲勒基金会资助,在1937年9月成功踏上美国大陆,并于1938年在加州理工学院的地下室里发现了自己梦寐以求的"生物界的原子"一一一细菌和噬菌体。


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  好看,顶一个!急等下回分解  /无内容 - 五十肩 11/05/18 (83)
    谢谢花时间阅读并留言。我正在怀疑是否应该继续  /无内容 - 苦行僧 11/06/18 (73)
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