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老虎機和分子生物學(13) 分子生物學的搖籃
送交者: 苦行僧 2019年03月23日17:51:28 於 [教育學術] 發送悄悄話

      一個天才根據老虎機激發的靈感,設計實驗在人類歷史上首次從分子(基因)水平上證明了達爾文的自然選擇學說比拉馬克的用進廢退或獲得性遺傳學說更加合理,而這一證明的可靠性又由另一個天才建立的數學模型進一步確認和推廣。這一發現讓科學家們利用細菌或噬菌體為實驗材料從分子水平研究基因的遺傳規律——即細菌和病毒的遺傳學研究——有了一個堅實的理論基礎。

      然而,一門新的學科的興起決不可能是由一兩個天才人物的靈光一現就可能完成。於是,Luria和Delbrück做出了一個重大的決定:通過設立噬菌體技術課程,吸引更多的天才科學家加入自己的研究行列。

      這一設想首先由Luria提出,並立即得到了Delbrück響應。在時任冷泉港實驗室主任MiIislav Demerec(他自己也將研究興趣從果蠅轉移到細菌和噬菌體上)的大力支持下,首屆噬菌體技術課程於1945年(Luria-Delbrück實驗發表後的第三年)夏天在紐約長島的冷泉港實驗室正式面向全球的科學家開放。

      具有巨大個人魅力、無私奉獻精神和超強的組織能力的Delbrück親自組織和設計了第一期的噬菌體技術課程。從第一次噬菌體課程要求學員們必須有一定的數學基礎而不需要其他的實驗經驗來看,Delbrück是希望能從物理學界和化學界吸引人才進來研究生物學界面臨的基因屬性方面的問題。

      通過在冷泉巷實驗室設立的噬菌體技術課程,Delbrück(雖然Luria也參與了其中的某些講座,但Delbrück無疑是最重要的領導組織者)為噬菌體的研究制定了很多規則,讓全世界關於噬菌體方面的研究成果可以彼此借鑑,共同促進這一學科的發展。

      首先,規定在研究用的噬菌體只能選用從T1到T7噬菌體(T是Type的簡稱)中的一種,任何研究者都可以從課程中免費獲得這七種噬菌體。如現在分子生物學中常用的T7啟動子是從T7噬菌體克隆出來的。T4 DNA連接酶是由T4噬菌體產生的。試想如果Geo Rita在Tiber河水中分離出來的噬菌體,Delbrück在加州灣區的下水道里分離出來的噬菌體和Luria在紐約的哈德遜河上分離出來的噬菌體分屬不同的類型,因而得出不同結果,那這麼結果有何可比性呢?

      其次,所有參與這個噬菌體課程的人都將採取相同的無菌操作、細菌培養平板、培養基、噬菌體的生產和稀釋的過程的規定等。嚴格地將參加噬菌體課程的研究者和沒有參加噬菌體課程的研究者的成果區分開,甚至拒絕評審沒有接受這些課程培訓的學者的論文,雖然Delbrück有時也覺得做出這種決定很痛苦。

      此後,Delbrück堅持定期在冷泉港實驗室或加州理工學院組織噬菌體技術課程,前後經歷了26年,為分子生物的發展培養了大量的人才,著名分子生物學家Mark Adams, Martha Baylor, Seymour Benzer, Robert Edgar, Herman Kalkar, Aaron Novick, Frank Stahl, Gunther Stent 等都是其中正式註冊學員。因發現DNA雙螺旋結構而獲得諾貝爾獎的James Watson和因研究DNA腫瘤病毒而獲得諾貝爾獎的Reneto Delbecco不僅直接在Luria獲得學習和研究的機會,也積極參與了其中的很多活動。

      正是這些由Delbrück一手建立和執行的規定保證了分子生物學家們能夠集中力量,解決最激迫的問題,讓分子生物學能夠迅速發展起來。這些課程也增加了不同學科的科學家們相互交流的機會,如James Watson就是因此獲得去歐洲學習的機會的,並在英國劍橋大學的卡爾迪許實驗室破解DNA的雙螺旋結構模型。

      另外,由於"噬菌體幫"的組織壯大,幫中成員的一些新的發現和新的觀點也就會很快被科學界接受。其中一個明顯的例子就是:科學家們雖然對Oswald Avery在1944年發現DNA可能是遺傳物質的結論一直有所保留,而在1953年Alfred Hershey和Martha Chase發表了證明Avery的結論是正確的Hershey-Chase實驗之後,DNA是遺傳物質、承載着可在後代中傳遞的基因的信息的結論立即被科學家廣泛接受。當然,Hershey的結論能立即被科學界接受的另一個重要因素是:Hershey-Chase實驗中噬菌體的遺傳信息的傳遞是在天然的狀態下發生的,實驗非常容易重複。而Avery在實驗中用光滑型肺炎球菌的DNA轉化粗糙型肺炎球菌的方法是在人為狀態下完成的,比較複雜。科學家們當時因無法用Avery的方法成功地轉化其他細菌,因而對他的結論有一定的保留。Hershey-Chase的這一發現也更加堅定了還在劍橋大學作為訪問學者的James Watson繼續研究DNA結構的決心,加速了DNA雙螺旋結構模型的完成,這也是分子生物學發展中的另外一個里程碑。


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