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老虎机和分子生物学(4) 发现"生物物理学的圣杯"
送交者: 苦行僧 2018年11月11日06:16:41 于 [教育学术] 发送悄悄话

      读了Max Delbruck及其两位合作者发表的题为《关于基因突变的属性和基因的结构》的学术"葬礼"式的论文后(大约在1938年),Luria意识到"Delbruck的发现打开了通向生物物理学圣杯(Holy Grail of Biophysics)的通道,而自己就是那个拿着圣杯的骑士"。然而,当Luria试图联系Delbruck,准备和他一起研究基因的本质时,Delbruck由于无法接受德国政府灌输的纳粹主义理念而不得不离开德国,在洛克菲勒基金会的资助下,来美国寻找用来研究基因和遗传本质的更好的实验材料。Luria和 Delbruck的相遇不得不因此往后推迟了三年。在此期间,两位科学巨人分别在两个不同的地点同时将目光聚焦到了一对微小的生物体一一一细菌和噬菌体一一一上。

      在1938年的某天,还在罗马的 Fermi 实验室学习物理的 Luria 象平常的日子那样准备乘火车去上班。由于突然停电,同时被滞流在火车站的Luria 和细菌学家Geo Rita开始攀谈起来。Geo Rita当时利用一种被称为噬菌体的细菌寄生虫来研究Tiber河水中的痢疾杆菌(dysentery bacilli,Shigella或志贺氏菌?)存在情况。从来没有听说过噬菌体的Luria听到Geo Rita的介绍后,对它简直是一见钟情,于是在火车运行恢复正常后直接到Rita的实验室里学习怎样培养细菌和噬菌体。

      噬菌体可以象寄生虫一样寄生在痢疾杆菌里,当一个痢疾杆菌内部的噬菌体达到一定数目后,痢疾杆菌会裂解并将噬菌体释放出来,进而感染周边的痢疾杆菌。在长满痢疾杆菌的平板上有噬菌体存在,被噬菌体裂解的痢疾杆菌就会变成一个透明的空洞。通过调查单位体积的河水里有多少噬菌体存在,可以间接了解河水中痢疾杆菌的污染情况。

      根据Delbruck在他的"葬礼"论文中推断基因的大约为9μ,也就是说如果一个噬菌体就是一个基因,那么用普通光学显微镜(10x 的目镜和100x 的油镜)放大1000x 倍后,噬菌体应该有9毫米大小,这完全在人类的视觉能辩别的范围之内。然而,用当时生物学研究中常用的光学显微镜根本无法观察到这种噬菌体,说明噬菌体比Delbruck 推测的基因这种人类当时还不太熟悉的分子还要小。更重要的是它还能自我复制。在Luria看来,如果要证明Delbruck关于基因性质的"量子跳跃"模型,他应该找到一种体积足够小一一一最好象基因一样小、能够在几个小时之内在数目上迅速增殖数十亿倍、可以准确进行量化记数、简单而且容易操作。

      根据Luria的方法估计:如果一个细菌的大小为1 μm,那么一个1 mm大小的细菌菌落大约有10亿个细菌。据此类推,如果一个细菌被裂解时会产生200个噬菌体,那么一个1 mm大小的噬菌斑里大约含有2000亿噬菌体。就这样,Luria 终于找到了自己梦寐以求的、理想的生物实验材料一一一噬菌体。

       于是Luria申请了由意大利政府资助的奖学金,决定去美国留学一年。得知自己的申请已获得主管部门批准和Delbruck在加州理工学院的消息后,Luria于1938年7月17日决定调整原来准备的去Berkeley 学习放射生物学的计划,改到加州理工学院与当时正在那里留学的Delbruck一起合作。然而就在第二天Mussolini发布的臭名昭著的"种族宣言"(Racial Manifesto),Luria 留学美国的事宜从此了无音信,他在意大利寻求科学研究的道路被牢牢地堵住了。1938年11月9-10日在德国发生的"水晶之夜"(Kristallnacht)更是让Luria 意识到:在墨索里尼领导下的法西斯主义意大利和希特勒领导的纳粹主义德国越来越相互靠近之际,等待意大利犹太人的将不再是简单的非暴力羞辱,或仅仅失去从事科学研究的机会。

      在征得父母的支持后,孤身一人的Luria离开了罗马,在研究高真空物理学的物理学家Fernand Helweck的帮助下获得了法国国家研究基金的奖学金,开始在巴黎从事物理学研究。直到1940年德国占领巴黎的前一天,Luria 才离开巴黎、途经葡萄牙的里斯本移民到美国。

      到达纽巴后,Luria 得到了Enrico Fermi 的大力帮助。凭借Fermi在推荐信中简单的一句"我相信他会好好利用你给他提供的任何帮助",Luria 获得了洛克菲勒基金会的奖学全(Rockefeller Foundation Fellowship)资助在纽约的哥伦比亚大学医师和外科医生学院(College of Physicians and Surgeons at Columbia University)担任外科手术微生物方面的研究助理。


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