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对生命的了解_高尚荫文选

时间:2020-02-09百科知识联系我们
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对生命的了解

■ 高尚荫

“在原子的核内我们已接触物质与能量的核心,在细胞的核酸我们已接触生命的核心。”

Rober Sinsheimer,1981(“The DNA Story”,146页)

最近,有机会读了几本很有启发性的书,其中包括Schrodinger的“What is life”,1945(《生命是什么》);Luria的“Life—An Unfinished Experiment”,1973(《生命——一个未完成的实验》);Lewis Thomas的“The life of a cell”,1975(《一个细胞的生命》);Watson的“The Double Helix”,1968(《双螺旋》);Curins,Stent和Watson的“The phage and the Origins of Molecuar Biology”,1966(《噬菌体和分子生物学的起源》);特别是其中两篇文章,Delbruck的“A Physicist looks at Biology”(《一个物理学家观察生物学》),Bienc的“Waiting for the paradex”(《等待着矛盾》)等。这些书激发了我对生命问题的兴趣,认识到生命的统一性和多样性(Univcy and disersity)。从Schrodinger提出生命是什么后的近半个世纪以来,我们对生命的了解深化了,而这次报告会的总题是“生命科学在前进”。作为这次报告会的组织者,我冒昧地先发一个言,主要是重温一个世纪以来有关生命的了解的过程,作为这次报告会的前言,同时提出在阅读过程中接触到的对我们目前科研工作有现实意义的一些问题的看法,我武断地称之为“Philosophy of scientific research”,包括科学道德,同行间的关系,科研工作的组织和合作,发表论文的准则,科学上重大突破的因素等(关于Philosophy of scientific research的提法,曾向一位历史学家朋友请教过,他认为用英文是可以的并且比较确切,如用中文“科学研究的哲学”,似不妥,我同意他的意见,所以没有用“科学研究的哲学”,而借用了philosophy of scientific research,特此说明)。

1944年,理论物理学家Erwin Schrodinger写了一本小册子《生命是什么》。一位著名的量子力学奠基人为什么在那个时候提出这个问题,让我们先说明一下当时的历史背景。中世纪哲学家的所谓“活力论”(Vitlism)迅速地被科学家们否定后,物理学家Niels Bohr认为有些生命现象无法完全用经典物理学概念来解释。在形成原子结构的量子力学时,Bohr发展了更具普遍意义的见解,就是从常规的物理学范畴的观点不可能说明量子的作用,因而称它为“不合理性”(irrationality),“不合理性”的说法似乎很难理解,但在科学史中,遇到无可争辩而又和公认的观点不符合时,往往把似乎互相矛盾的现象统一到更广泛、更高一级水平上来。Bohr认为在研究生命时应记住这种可能性,虽然认识到原子的特征在生物体起作用的重要性,但对生命现象还不足作出全面的解释,争论的问题是:分析生命现象是从物理学经验的基础认识生命之前,是否还缺乏某些基本特征。Bohr暗示遗传学是生物学研究的一个领域,用物理学的和化学的解释可能是不够的。他的学生M.Dulbruck 1935年在“基因突变和基因结构”一文中将这个观点表达出来了。他指出在物理学中所有度量应归根到地点和时间的度量。但是遗传学的基本概念如性状的区别没有一个例子可用绝对单位来表达。根据Dulbruck的意见,遗传学是独立的,不能和理化概念混为一谈。但是,他承认从果蝇的研究导致对基因大小的估计,它们可以和具有特殊结构的最大已知的分子相比较,结果导致学者们考虑基因不过是一种特别类型的分子,虽然还不了解它们的详细结构。

1945年,第二次世界大战后,Schrodinger写了《生命是什么》这本小册子,他向物理学家指出生物学研究的新纪元已到来,而生命是什么值得他们深思。当时物理学家们面对研究方向上的苦闷,渴望引向新的领域。他认为现代的物理和化学显然没有能力解释生物体中发生的事件,但也没有理由怀疑它们最终会被解释的。Schrodinger的观点鼓舞了某些物理学家并向他们提出了挑战。因而他们中有些人放弃自己熟悉的领域转向遗传学的研究(Dulbruck是一个突出的例子)。遗传学的历史特别是基因是科学史中最突出的问题之一,是长期以来探索的目标,从孟德尔和他的豌豆到摩根和他的果蝇,到J.W.Watson和F.H.C.Crick的DNA双螺旋,遗传学家阐明表面上似乎十副局长的妩媚女下属们分复杂而实际上比较简单的遗传规律,他们以特殊的物质实体——基因——解释这些规律。生命的关键性特征在于维持高度的有序(order),这是由于生物体能通过被基因所控制的多样化化学作用,从环境中吸取能量,基因本身能持续地存在并起作用,给予生命能继续存在的能力,依赖于DNA的特殊的化学性质。1958年双螺旋结构被发现时,Watson说过“这(指DNA)是一个奇怪的模型且有平常的特性,因而DNA是一种非常物质,我们毫无踌躇地采取大胆推断”,(DH)基因是DNA的一片段,因此了解DNA是了解生命本质的关键。本文试图简单地回顾一个世纪以来对DNA认识的深化,也就是说生命的了解比1944年Schrodinger提出“生命是什么”时前进了一步,但我们必须认识到解决“生命之谜”还有很大的距离。

一、核酸的发现和早期工作

核酸是Friedrich Miescher在1869年发现的,虽然后来认识到它是遗传物质,但在发现它后才认识到这一点。并在此又过10年后一般学者才接受这一观点。当时称之为核质(nuclein),核酸这名称是1889年Pichand Altmann命名的。

有关核酸的早期工作者主要是Albrecht Karl Luding Martin Leonard Kossel和Phocbus Aaron Theodor Leverne。前者鉴定核酸的四种碱基、五碳糖和磷酸,后者作了详细的化学分析并提出核酸有两种RNA和DNA。由于从1909年和1904年发现核酸含有等量的四种碱基成为无可争论的信条导致核酸结构的所谓“四核苷酸假设”(Tetra—nucleotide hypothesis)。这名称可能是Kolssel提出的,但Leverne长期坚持这一假设,直到E.chargaff报告DNA碱基比率的定量关系才把“四核苷酸假设”否定了,但是Chargaff未能认识这显著的规律性,因而不可能提供任何解释。我们知道这一规律后来启发了Watson和Crick的双螺旋的碱基配对思想。

核酸在1869年被发现后,为什么在相当长的时间内认识不到它的重要性,有人认为这是科学史上的讥讽之一。分析其原因可能有两个方面:(1)方法学上的——缺乏一种对核酸具有的特异性的直接生物学测定方法;(2)理论上的——有机化学认为核酸是均一的多聚物,缺乏信息的多样性的简单模型。结果,虽然长期以来了解它和染色体的关系,但似乎没有方法把它联系细胞的功能,更谈不上在医学、农业和工业上的应用。

回顾早期的研究可以分为三个阶段:在19世纪末从植物和动物组织中分离到某些不太了解其重要性的天然产物;第二,Kossel等后来证明这些产物是核酸的组分或有关部分;第三,Kossel和Leverne工作的启发导致后核酸的化学和结构的研究。

二、一个基因——一种酶学说

20世纪初期Archibald Garrod注意到所谓“代谢的先天性错误”引起的病,如“尿黑酸尿症”最早把遗传学和化学联系起来,但是当时学者们并没有体会其重要性,包括著名遗传学家如H.J.Muller和R.Goldschricdt等,主要原因可能是Garrod走在时代的前面。1920年Alfred Stuevant的雌雄复合果蝇(gynondrosorph)眼颜色观察的意外发现启发G.Beadle(先和B.Ephrarrac后和E.T.Tatum)从1953年起进行代谢反应的遗传控制研究。由于用果蝇作为材料,组织移植作为手段遇到困难,他改变材料,选择链孢霉为对象,Beadle创造性地提出解决问题的途径,不是从遗传的差别鉴定化学反应而是从选择链孢霉的突变型以已知化学作用反过来检查遗传学的作用从而把遗传学和生化反应紧密地联系起来。经过几年的努力,在1940年形成所谓“一个基因——一种酶学说开创了生化遗传学”。这个学说的名称什么时间由谁提出的,Beadle本人说他始终没有查出来,虽然他和Tatum早有这想法(POMC)。这里必须指出,生化遗传学仍属于经典遗传学范畴,因为它并没有暗示基本指令氨基酸装配成蛋白质一级结构的多肽,更没有阐明基因的本质,这些都是分子遗传学的工作。但是Beadle和Tatum的学说是经典遗传学到分子遗传学的有力桥梁,对基因的作用提供了初步的认识,并且无疑地对后来遗传学的“真正核心”的思想具有深远的影响。正因为这样Beadle和Tatum获得1958年诺贝尔奖金。

我认为Beadle和Tatum的工作给我们两条重要的启示:一、在基础理论研究中,也就是揭露事物发展的规律,实验材副局长的妩媚女下属们料(或对象)的选择是非常重要的,甚至可以说起决定性作用的。从果蝇改为链孢霉,才有条件提出一个基因——一种酶学说,果蝇的研究对经典遗传学,噬菌体的研究对分子遗传学的发展所起的作用充分说明这一点。当然关于应用研究的材料那是另一件事了;二、研究工作中的突破来源于创造性的学术思考。爱因斯坦说过:“发展独立思考和独立判断的一般能力,应该始终放在首位。而不应当把获得专业知识放在首位。如果一个人掌握他的学科的基础理论并且学会了独立地思考和工作,他必定找到自己的道路而且比起那种主要的获得细节知识为其培训内容的人来,他一定更为适应和有贡献。”对一个问题从已知的根据进行推测(speculation),推测导致理论性假设(hypothesis),假设又是获得成功设计的主要步骤。

三、Avery发现作为一个遗传分子的DNA

1934年我在美国耶鲁大学读研究生时,在一次学术会议上第一次听到A.O.Avery提到他的肺炎球菌转化工作。10年之后,1944年,Avery,Cnlin,Macheod和Mcclyn Me Carly正式发表他们有关肺炎球菌的第一篇论文(J.Exp.Med.79:137—158,1944)。为什么相隔10年之久才发表,可能有两个原因,第一,Avery治学严谨,不轻易发表他认为还不成熟的工作,他说过:“吹气泡是很有趣的,但是聪明的办法是在别人戳破气泡以前自己先戳破它”(ACD);第二,当时一般认为,蛋白质是遗传物质,对Avery等的工作表示怀疑,未被接受,特别是他所在研究所的同事A.E.Mirsk。其实早在1928年英国一位Frederieh Griffith曾观察到这些现象,但没有提出或暗示这种转化现象与核酸有关。科学发展中重要的发现,在当时往往不被人们所接受,有时还受到怀疑,这可能与当时的学术空气不适合有关,并且有些人认为简单概念必然是错误的,举几个大家都熟悉的典型例子:Wohler合成尿素,达尔文的进化论,孟德尔的遗传规律,Garrod的基因——酶——反应概念,Sumner的尿素酶结晶,Stanely的烟草花叶病毒的结晶,Watson-Crick的DNA结构。Avery的工作确实是非常重要的,Lederberg认为是“现代生物学的科学性的革命开始(DS),也可以说是基因工程的先导(DS)”。

四、噬菌体与分子生物学

1946年病毒研究工作已进行了近50年,噬菌体(细菌病毒)工作已有25年,但由于两位“病毒学外行”科学家加入研究阵营(Max Delbruck和Salvador E.Luria),噬菌体工作进入了一个革命性的阶段。他们的合作以及逐步扩大研究队伍形成自称所谓“噬菌体组”(Phage group)是该组作出贡献的原因之一,该组的研究目的非常明确,正如Delbruck在1944年说明的:“记住,我们研究增殖过程(噬菌体)是要弄清楚在一个病毒进入细菌后很短时间内产生几百个子代究竟是怎么回事,我们所要做的一切工作都围绕这个中心问题”(根据我当时做的记录)。当然,要达到这个目的,需要了解病毒各有关方面的知识,换句话说,主要是鉴定病毒的遗传物质,也就是基因是什么。1953年DNA双螺旋结构发现后,对了解噬菌体的遗传物质提供了基础,从而导致其高速发展。到1960年后Delbruck自己认识到他们开辟的噬菌体研究基本上达到原定目标,噬菌体复制的机理和指挥病毒蛋白质合成等问题大致已弄清楚,在Delbruck 60岁生日时,噬菌体组成员祝贺他生日,献给他一本包括有关噬菌体研究工作的主要原始论文集(“噬菌体和分子生物的起源”)。这本书不仅记载有噬菌体研究工作的过程和主要成果,并且通过论文可以领会该组人员的学术思想和工作作风,特别是同行科学家之间的友谊和合作。

美国噬菌体组的工作取得很大的成就,成员中有五人获得诺贝尔奖金。他们在科学上的严密性,学术思想上的独创性以及成员之间的合作、经常不断地交流经验和教训是该组成功的主要因素。但是他们的问题也是突出的,他们自成一派(有人称之为“俱乐部”),和别的学者来往不多。他们态度傲慢,不相信别的学者说过的或做过的任何东西,坚持他们自己去解决问题,不相信生物化学家和较前期的微生物学家。噬菌体组吸引人们的注意到了不相称的程度,但必须指出这些问题并不能低估他们在学术上的成就,更不能说他们的科学态度不严肃。我认为在资本主义国家里,科学界出现这种情况并不奇怪,而我们应该引以为戒,应特别警惕!

五、双螺旋结构的发现

由于围绕核苷酸主链中许多化学键的可能旋转,DNA就有许多不同的三维排列,如果是这样,我们就不能了解基因是怎样的,要解决这个问题,必须利用X射线衍射法。

1953年,J.D.Wacson和F.Crick提出现在出名的DNA是一个双螺旋。在这螺旋中,走向相反的两条多核苷酸链的碱基对之间被氢键连接。其中腺嘌呤(A)往往与胸腺嘧啶(T),鸟嘌呤往往与胞嘧啶(C)以氢键相连,在键的任何一点,能插入四个核苷酸中的任何一个,获得AT,TA,GC,CG碱基对。因此双螺旋结构是适合所有可能的DNA序列,这些大家是非常熟悉的。

1953年Watson和Crick发表他们的论文(Nature 71:737—738),文章仅900余字,说明科学论文的质量不在论文的长短,其内容才是重要的,近年来我感觉到国内有这样一个趋向,论文越长越好,一些无关的东西也包括在内,这是值得我们注意的。他们的工作在1952年获得诺贝尔奖金,但受到不少学者的批评,认为他们利用了别人的数据,这是事实。根据Porrugal和Cohen(ACD),别人的数据包括以下几点:1)核苷和核苷酸的化学性质,部分是Leverne的工作(1909~1937年),而核苷酸间的键的性质是A.R.todd等提出的(1945~1952年);2)Casperssan等(1933年以后)指出DNA是极其巨大的分子;3)DNA甲嘌呤和嘧啶碱基的定量关系是E.Chargaff和Wyatt(1948年以后)测定的;4)DNA的遗传重要性是由Avery等提出的(1944年以后),并由Hershey和Chase证实(1952);5)Cochran,Crick,Vand和Stokeo阐明螺旋的X射线衍射学说(1952);6)Astbury和Bell(1936年)以及Wilkins和Gosling(1950)的X-射线相片表明碱基重叠的一种结晶纤维式样;7)核苷的Furberg结构表明碱基环与糖环是垂直的,从而导致DNA结构是一条单链螺旋的假设(1949年);8)从结晶纤维衍射式样,Wilkion和Gosling(1951年)认为DNA是螺旋的,他们估计了螺旋的螺距和直径的数字;9)Frankli和Gosling和Gosling有关DNA水化作用的X-射线衍射研究表明有两种形式,磷酸盐——糖主键在外部,碱基在内部,并指出分子是双股或三股的,并有二元轴对称式(1951~1953年);10)用碱基间的氢键来解释DNA滴定曲线,是由Gulland等建议的(1948年);11)碱基的正确互变异构是Donohue(1953年)向他们指出的。上述重要事实确由许多学者在不同时期提出的,但是把所有这些事实统一起来考虑DNA的结构并不是轻而易举的。虽然这些事实大家都知道,但不等于说这领域里的所有人在当时都了解其重要意义,同时也应注意在Watson的“双螺旋”的一书中指出了别人的有关贡献。当他们的论文在Nature上发表时,同时也发表了与他们工作有关的论文,即Wilking,Stokes和Wilson的论文(Nature 171:738—740)和Franklin和Gosling的论文(Nature 171:740—741),对DNA双螺旋的发现,化学家L.Pauling的评价是“我相信双螺旋的发现以及发现后的发展是最近百年来对生物和对生命了解的最大进展”(ACD),遗传学家C.H.Woddington指出“他们的工作当然是20世纪在生物学中最大的发现”(Nature 221:318—321,1969)。综观近30年来有关社会科学的迅速发展,以及对生命的了解,可以认为DNA双螺旋的发现是自达尔文进化论后的最大突破。(www.anred.net.cn)

六、关于遗传信息

1953年双螺旋发现后到1966年全部遗传密码建立的13年中,对DNA的了解有了一系列的重要发现:

(1)从遗传学实验了解到DNA的遗传信息是由四个碱基的序列传递的。基因突变代表碱基序列的改变,V.Lngram(DG)(1956年)发现的遗传病,镰刀形红细胞贫血病的病因就是一个例子。

(2)M.Meselson和F.Stahl(P.N.A.S,44:671—682,1958)用15N同位素标记DNA,进行转移实验,令人信服地证明DNA复制是“半保留”的复制过程(Semicoservative)。在这个过程中两条亲代链(重)打开作为它们互补链(轻)的模板,从而每个子代分子有一重一轻的双链。至于复制前互补链是否全部打开还不了解,但近年来在电镜中观察到丫形复制叉表明链的打开和复制是同时进行的。

(3)20世纪50年代通过转移实验努力研究DNA复制的A.Kornberg(DNA Synthesis,W.H.Frunian,San Francisso,1974)采用完全不同的实验途径发现试管中合成DNA的酶,Kornburg的儿子T.Kornberg后来发现的两种新的DNA多聚酶,现称为“DNA多聚酶Ⅱ”和“DNA多聚酶Ⅲ”。DNA多聚酶Ⅱ在体内的作用还不了解,除了它的活力能被“基因DolB”突变法去掉,但是DNA多聚酶Ⅲ确实在细菌染色体复制中起主导作用,是名副其实的DNA多聚酶。至于细菌中为什么存在几种DNA多聚酶,是否还有更多的聚合酶,以及它们怎样起作用,现在还不清楚。

(4)1959年发现RNA聚合酶,这是将DNA的遗传信息转录到(mRNA)的一种酶(以及表现其他功能的RNA分子)。mRNA是生命过程中的一个中心环节,它担任着从DNA到RNA的模板作用的转移任务,使蛋白质能在体内的任何部分制成,更重要的是它提供扩增作用,由于RNA多聚酶能制成基因的许多转录本而不需要基因的增殖,这样就有可能通过不同细胞内或不同环境中由多聚酶制成的转录数目的调节来调节个别基因的功能。

其实从DNA到蛋白质合成过程中,涉及三种形式的RNA。首先是核糖体RNA(rRNA),核糖体由两个大小不同的亚单位组成,每个亚单位包含几乎等量的蛋白质和RNA。出乎意外,rRNA的两种不同组分不起模板作用,真正起模板作用的是细胞质RNA的一分段,含量约2%。由于它带着基因的特异特性转移到细胞质中,所以称为“信息RNA”(mRNA)。同样重要的另一RNA,是合成蛋白质前,氨基酸与之连接的一小RNA分子,就是转移RNA(tRNA),这是Crick提出的(Biochem Soc.bym.14:25,1957)所谓“适应物”(adaptor),后来的研究说明适应物在蛋白质合成过程中的详细情况与Crick的原意有很大差别,但他的想法对了解这一复杂过程起了很大促进作用。

七、遗传密码的破译

遗传密码的研究者先遇到的是编码问题,DNA的四种核苷酸怎样决定20种氨基酸的排列。最初提出密码是三联体的是A.Dovnce(ACD),但他只是推测(虽然后来证明是正确的),后来通过噬菌体T,突变型的遗传学研究导致S.Brenner和F.Cick肯定每个密码子是三联体,从而解决了编码问题。

核糖体本身是非特异性的,它不过把mRNA结合起来依次建成特异性RNA,导致两位青年科学工作者M.Nirenberg和H.Hatthaei进行大家熟悉的具有历史意义的密码翻译的实验。他们的工作最初由Nirenberg在1961年莫斯科国际生化会上宣读时引起了“触电般”的反应。所以有这样的反应是由于这项工作意义重要,而Nirenberg又是一位“不出名的,没有发表过论文”的青年(当年仅34岁,Hatthaei 31岁)(他们的论文发表在Biochem.Biophys,Res.Commun 4:707,1961)。1966年遗传密码的大部分翻译出来了。在H.Gobind Korana发现用重复的多聚物(如GUGUG……AAGAAG……GUGU……)建成密码子,才能建立其他还未鉴定的密码子,到1966年6月遗传密码的探索工作宣告结束。我们现在确实知道:(1)所有密码子包括三个连续的核苷酸;(2)许多氨基酸由一个以上的密码子编码;(3)四个碱基的三联体的64种可能组合中,61个用来编码特异性氨基酸;三个组合UAA,UAG,UGA是例外,它们不编码任何氨基酸,但发现它们是肽链的终止信号。终止三联子的发现,使人自然推测到可能有特异性的起始三联子,特别是由于逐渐肯定了所有蛋白质是从甲硫氨酸开始的,密码中又只有一个甲硫氨酸的密码(AUG),它是为肽链内部甲硫氨酸编码的,但同时也是起始三联子。

除Nirenberg和Hatthaei外,在密码问题上进行工作的还有其他学者,其中包括更有经验或更成熟的科学家,如S.Ochon等。他们之间的竞争,有人认为“比科学史上任何一次竞争更激烈”(ACD)。为什么Nirenberg成功地突破了遗传密码呢?我认为下列几个因素值得注意:(1)Nirenberg年轻,研究经验虽不足,但勇于探索,敢于在学术上与一位已成名的科学家挑战;(2)刻苦钻研,不怕困难,对所进行的工作有很大的热情和信心;(3)学术环境对他们有利。他们的工作单位是美国国家卫生研究院,不仅经费比较充足,仪器设备比较先进,更重要的是有机会向本单位的各方面专家请教;(4)朋友和同事的鼓励。Nirenberg在科学上的成就值得我们重视。

多年的工作说明,所有研究过的生物的遗传密码都是三联密码,出乎意外的事实是,所有生物——从病毒到人的密码是相同的。我们有理由想像上亿年的进化过程中,密码的特性应该发生许多变化,但事实并不如此。

对这种情况我们可以提供部分的解释。生物的演化在于它们的作为功能工具的蛋白质——许多是生化反应中的催化剂或酶——的合格性。每种蛋白质的功能保存或毁灭或由于一种或几种氨基酸的替换的变化,密码的演化必然找到一种使一个DNA的“字”转译成为和原来氨基酸不同的另一种氨基酸的方法,如果这种方法由突变而产生,则不是一种蛋白质而是一切蛋白质都会发生变化,不仅在它们结构中的一点而且在许多点上,翻译机器的改变等同于每个单独基因的改变,它将给生物的所有蛋白质带来大破坏(正如一架印刷机的缺陷使一本中文字典完全不能用),酶不起作用,则整个生物体就分解。改变转译的机理是致命的,这种突变的破坏性的结果必然是从早期的生物一直到今天的生命保存遗传密码的关键。

遗传学家和生物化学家发现遗传密码的特性和真实详情,可以说是继DNA双螺旋发现后的又一次突破,确实是惊人的。更值得注意的是遗传密码的破译需要表面上似乎各不相关的研究工作和结论的汇总——从病毒的提纯和化学分析,到不正常的核酸合成的酶的分离,对噬菌体一个单独基因的多年遗传学工作,到在试管中合成蛋白质的10余年的工作。但比遗传密码更重要的是这工作对基因的功能提供比较完整和详细的前景,而且也有可能对遗传病提出直接矫正。

八、重组DNA的出现

DNA双螺旋的发现和遗传密码的破译带来了重组DNA的出现,重组DNA并不是一般技术方法的进展,它和DNA序列分析结合构成一种生化技术的重要研究工具。这项技术的出现使正在研究细菌取得很大成功的经典遗传学和生化技术已不再适应于研究有关真核细胞和它们基因的复杂性,没有重组DNA,要进一步发展有关高等生物的分子遗传学存在很大的困难,而重组DNA无疑地提供了一种工具加速对DNA的进一步研究。正如1975年由美国科学家基金和美国科学院主持下召开的“Asil副局长的妩媚女下属们nolar(美国加州的一个小城)会议”讨论重组DNA实验是否应立法限制问题。到会的几位诺贝尔奖获得者,如James D.Watson,Joshua Lederberg,Paul Berg,David Baltinore等都认为重组DNA对人类健康并无危害,相反不论在实践和基础理论上都会给人类带来非常有益的前途。

回忆1977年作为我国高等教育代表团成员赴美访问时,我曾到加州斯坦福大学医学中心生物化学系会见Paul Berg和Stanley Cohn两位教授,他们热情接待,并在参观实验室时比较详细地介绍他们进行有关质粒(Cohn)和重组DNA的首创工作(Berg),当时,“我的脑里没有准备”(Pastur:“My mind was not prepared”),他们给我上了一课。但在1977年后的短短几年中,重组DNA研究的进展令人吃惊。我国也重视这一新技术,几年来已有许多综合性文章介绍,以及在各种有关学术会上的“进展”和“现状”的报告中往往包括遗传工程和重组DNA的内容。据我所知,国内有不少单位正在或准备进行这方面的工作。

在重组DNA建立过程中创建了许多新技术和方法,如现在大家都熟悉的限制酶的发现(Linn和W.Arder,1965(DS),Harmilton Smith,1970(DS)),高度特异性的限制图的制作(N.Nathans,1971(DS));发现限制片段导致DNA序列分析的有力的新方法(F.Sanger,1975,W.Gilbert,1977,F.Sanger,1977(DS)),连接酶的发现(Bernard wciss等,1976(EDS)),质粒作为外来基因扩增的载体(S.Cohsn和H.Boyer,1973(DS))。

九、结 束 语

从1896年Friedrich mirscher发现核质到现在已有一个世纪了,通过DNA的认识,我们对生命的了解可以说比1944年Schrodinger写《生命是什么》时大大前进了一步,特别明白基因是什么,基因概念是生物学的核心(Luria,1973)。

由于对DNA工作向纵深发展,近年来认识到双螺旋并不像过去想像的那样简单,1952年发现双螺旋时,对它似乎非常清楚,以为在不太长的时间内可以了解Watson称之为“奇怪的,非常特殊的模型”。但30年过去了,DNA的结构看来并不简单。Watson当时的话是正确的,对DNA进行工作的科学家必然体会到需要有勇气和创造性的探索才能发现螺旋构型的不断出现的极端复杂性副局长的妩媚女下属们。DNA不仅能在酶的严格控制下超螺旋或负螺旋,可以转向左,也可以转向右。由于这些复杂性并不是实验室的假象,但事实上是对生物体的遗传物质的功能进一步提供分子基础,无疑地,各种形式的DNA的进一步研究对目前有关基因的性质等问题提供了更精确的解释,如移动的遗传控制部分(move-legenetic control element)、基因簇(gene cluster)及其基因进化的含义;体细胞重组引起有功能的抗体基因;高等生物的隔裂基因(split gene)。对生命的认识已前进了一步,但我们还没有发现所谓“其他物理学规律”,正如Stent和Caleuder说的:“了解遗传物质的功能不过是氢键的形成和破坏而已。”(1978,DS)。但必须指出,我们到现在所了解的仅仅是简单生物体,如噬菌体和细菌的基因性质,它们没有包括未知的物理学规律,但是高等生物体怎样呢?我们怎样能说明多细胞生物体的有序的形态发生过程呢?我们要问对DNA知识的累积究竟有没有限度?需要多少时间达到顶点?上面提到DNA的极端复杂性,许多问题须等待我们去了解和解释。从一个世纪以来DNA研究的曲折过程来看,未来的一个世纪的研究估计会出现更多激动人心的发现。谁说下个世纪生命科学不会在自然科学中处于领先地位?不会发现其物理学规律?“生命之谜”终有一天会得到了解!

(1983年)

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