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老虎機和分子生物學
送交者: 苦行僧 2018年10月22日19:07:04 於 [教育學術] 發送悄悄話


引言

      遺傳物質是一種被稱為脫氧核糖核酸(DNA)的物質現在已經成為人類的共識。而直接證明遺傳物質是DNA而不是蛋白質的科學實驗是由Alfred Hershey 和 Martha Chase於1952年完成的,因此被稱為Hershey-Chase實驗。

      Hershey-Chase實驗中最重要的實驗材料是一種名為T2噬菌體的病毒,它只由DNA和蛋白質兩種物質組成的,其中的DNA由蛋白質外殼包裹在裡面。根據DNA和蛋白質的組成成分的區別,他們選擇用放射性同位素32P來標記噬菌體的DNA,或用放射性同位素35S來標記噬菌體的蛋白質外殼。當用放射性同位素標記的噬菌體感染大腸桿菌後,Alfred Hershey 和 Martha Chase的團隊發現用32P來標記噬菌體的DNA可以進入細菌的體內,並指導合成新的噬菌體,而用35S標記的噬菌體的外殼蛋白則留在細菌外面,從而證明遺傳物質是DNA而不是蛋白質。憑着這一重大發現Alfred Hershey與Max Delbrück以及Salvador E. Luria分享了1969年諾貝爾生理醫學獎。

      生於好奇,我於是利用古歌搜索了Salvador Luria這位我並不熟悉的科學巨匠的研究工作,發現Luria原來是現代分子生物學的奠基人。這一發現讓我深感慚愧:一種從中國最好科研機構之一一一一中國科學院一一一取得遺傳學博士學位,並長期從事研究的科學工作者對自己無知的自責。於是,我查閱了他發表的有重大影響的文章、自傳和美國國立醫學圖書館對他的科學簡介,並決定把他的事跡寫出來,與有興趣的朋友們分享,希望以此彌補自己無知之過,也讓其他同行們看了之後能有所收穫。

      其次,這是我教育孩子和自我提升的一部分。兒子現在是高中二年級的學生,科學課正在學習生物學。當我問他:你怎麼知道遺傳物質是DNA而不是蛋白質或其他分子?他無法正確回答。雖然我是學生物出身,並在中國取得過遺傳學博士學位,但要很好的對一個中學生解釋清楚這個問題對我來說並非易事。首先,我在國內使用的教材全是中文的,雖然在美國從事研究的十幾年中與同事的交流時的英文不是問題,但我對美國的中學課本不熟悉,我知道很多專業詞彙的中文名稱,可以認識其英文名稱,但常常不知道怎樣講。其次,對於剛剛開始學習生物的兒子,我需要對每一個概念有更清楚的理解,更準確的講解這些知識。最後,我也不知道應該給孩子講多深才合適,因為美國中學課本里的內容有很多是我到大學才學習的,讓孩子在一年的時間裡學習和完全撐握一本780頁厚、A4紙大小的教科書裡的內容實非易事。然而在兒子帶回家的教科學書的前言中有這樣一句話:雖然我們在編寫這套教科書時不得不將其中的內容按線性的方式排列起來,但生物學本身就象一張由相關的概念織成的網,既沒有起點,也沒有規定的途經。這種觀點與我在哈佛醫學院從事研究的其間的老闆-來自歐洲的考克斯教授-的觀點很相似。考克斯教授曾在我面前提到有一種名為 pointillism (點畫)的畫派,這一派的畫法是通過用不同的模式將很多點組成一幅畫,他認為在探索生命本質的研究應該象畫一幅點畫一樣,如果能解決好一個科學難題的某些關鍵的點,一幅科學的畫面就會顯現出來,其他細節可以留給別人去完成。這種觀點在我的心裡產生了很大的共鳴,那我為什麼要按照課本中規定的內容來給孩子傳授生物學的概念呢?

      "學習一門學科最好的方法就是去教它"。這是"只知道一種細菌和兩種噬菌體,而沒有系統受過微生物學訓練"的Luria在接收印地安納大學聘用為講師,為大學生們講授微生物學課程後得出的結論。我在大學畢業後的三年中學教師工作中對此深有體會。學習這些科學巨匠們的研究經歷,並把這些新學的知識寫出來,與大家分享,可以加深自己對這些知識的認識,使自己也不斷提高,對我來說也是一件輕鬆愉快的事。

      最後,Luria的學習經歷和愛好和我有一些交叉之處。Luria大學時學習醫學,由於缺少興趣,他後來轉而去學物理學,再轉而從事遺傳學研究,並為現代分子生物學的發展奠定了基礎。我在中學時熱愛物理學卻鬼使神差地被大學錄取去學習生物學。期待有一天可能轉入物理系的我在大學一年級時開始自學物理學,但苦於沒有良師指點,加上自己天賦有限,最後不得不被迫放棄。除了給自己內心留下一點遺憾,對物理學的愛好沒有給自己後來在生物學方向的專業發展帶來什麼實質性的幫助。Luria 去世前生活在我們家現在居住的小鎮一一一美國的革命聖地萊剋星屯,是曾經和/或現在仍然生活在本鎮的九位諾貝爾獎獲得者之一。這也是我對介紹他的工作有很大的興趣的另一個原因,把相關的事情聯繫起來可以加強對發生的事件的記憶。

      但是,我沒有興趣把他的自傳翻譯一遍。也沒有精力去查找他成名以前的意大利文的記錄,也沒法去核實Max Delbrück用德語寫的、生物學領域幾乎沒有什麼人看、現在被證明是錯誤的、但對Luria的科學生涯產生了巨大影響的"量子跳躍"理論的原始文獻。對於這些缺陷,有興趣的朋友可以自己去想法彌補。


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