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老虎机和分子生物学(13) 分子生物学的摇篮
送交者: 苦行僧 2019年03月23日17:51:28 于 [教育学术] 发送悄悄话

      一个天才根据老虎机激发的灵感,设计实验在人类历史上首次从分子(基因)水平上证明了达尔文的自然选择学说比拉马克的用进废退或获得性遗传学说更加合理,而这一证明的可靠性又由另一个天才建立的数学模型进一步确认和推广。这一发现让科学家们利用细菌或噬菌体为实验材料从分子水平研究基因的遗传规律——即细菌和病毒的遗传学研究——有了一个坚实的理论基础。

      然而,一门新的学科的兴起决不可能是由一两个天才人物的灵光一现就可能完成。于是,Luria和Delbrück做出了一个重大的决定:通过设立噬菌体技术课程,吸引更多的天才科学家加入自己的研究行列。

      这一设想首先由Luria提出,并立即得到了Delbrück响应。在时任冷泉港实验室主任MiIislav Demerec(他自己也将研究兴趣从果蝇转移到细菌和噬菌体上)的大力支持下,首届噬菌体技术课程于1945年(Luria-Delbrück实验发表后的第三年)夏天在纽约长岛的冷泉港实验室正式面向全球的科学家开放。

      具有巨大个人魅力、无私奉献精神和超强的组织能力的Delbrück亲自组织和设计了第一期的噬菌体技术课程。从第一次噬菌体课程要求学员们必须有一定的数学基础而不需要其他的实验经验来看,Delbrück是希望能从物理学界和化学界吸引人才进来研究生物学界面临的基因属性方面的问题。

      通过在冷泉巷实验室设立的噬菌体技术课程,Delbrück(虽然Luria也参与了其中的某些讲座,但Delbrück无疑是最重要的领导组织者)为噬菌体的研究制定了很多规则,让全世界关于噬菌体方面的研究成果可以彼此借鉴,共同促进这一学科的发展。

      首先,规定在研究用的噬菌体只能选用从T1到T7噬菌体(T是Type的简称)中的一种,任何研究者都可以从课程中免费获得这七种噬菌体。如现在分子生物学中常用的T7启动子是从T7噬菌体克隆出来的。T4 DNA连接酶是由T4噬菌体产生的。试想如果Geo Rita在Tiber河水中分离出来的噬菌体,Delbrück在加州湾区的下水道里分离出来的噬菌体和Luria在纽约的哈德逊河上分离出来的噬菌体分属不同的类型,因而得出不同结果,那这么结果有何可比性呢?

      其次,所有参与这个噬菌体课程的人都将采取相同的无菌操作、细菌培养平板、培养基、噬菌体的生产和稀释的过程的规定等。严格地将参加噬菌体课程的研究者和没有参加噬菌体课程的研究者的成果区分开,甚至拒绝评审没有接受这些课程培训的学者的论文,虽然Delbrück有时也觉得做出这种决定很痛苦。

      此后,Delbrück坚持定期在冷泉港实验室或加州理工学院组织噬菌体技术课程,前后经历了26年,为分子生物的发展培养了大量的人才,著名分子生物学家Mark Adams, Martha Baylor, Seymour Benzer, Robert Edgar, Herman Kalkar, Aaron Novick, Frank Stahl, Gunther Stent 等都是其中正式注册学员。因发现DNA双螺旋结构而获得诺贝尔奖的James Watson和因研究DNA肿瘤病毒而获得诺贝尔奖的Reneto Delbecco不仅直接在Luria获得学习和研究的机会,也积极参与了其中的很多活动。

      正是这些由Delbrück一手建立和执行的规定保证了分子生物学家们能够集中力量,解决最激迫的问题,让分子生物学能够迅速发展起来。这些课程也增加了不同学科的科学家们相互交流的机会,如James Watson就是因此获得去欧洲学习的机会的,并在英国剑桥大学的卡尔迪许实验室破解DNA的双螺旋结构模型。

      另外,由于"噬菌体帮"的组织壮大,帮中成员的一些新的发现和新的观点也就会很快被科学界接受。其中一个明显的例子就是:科学家们虽然对Oswald Avery在1944年发现DNA可能是遗传物质的结论一直有所保留,而在1953年Alfred Hershey和Martha Chase发表了证明Avery的结论是正确的Hershey-Chase实验之后,DNA是遗传物质、承载着可在后代中传递的基因的信息的结论立即被科学家广泛接受。当然,Hershey的结论能立即被科学界接受的另一个重要因素是:Hershey-Chase实验中噬菌体的遗传信息的传递是在天然的状态下发生的,实验非常容易重复。而Avery在实验中用光滑型肺炎球菌的DNA转化粗糙型肺炎球菌的方法是在人为状态下完成的,比较复杂。科学家们当时因无法用Avery的方法成功地转化其他细菌,因而对他的结论有一定的保留。Hershey-Chase的这一发现也更加坚定了还在剑桥大学作为访问学者的James Watson继续研究DNA结构的决心,加速了DNA双螺旋结构模型的完成,这也是分子生物学发展中的另外一个里程碑。


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