生命之迷

对生命过程的认识

孟德尔遗传学


  孟德尔遗传学的重新发现,拉开了二十世纪人类解开遗传之谜的序幕。在二十世纪,遗传学的发展经历了三个阶段:首先,是摩尔根小组代表的经典遗传学阶段,此时主要以动植物为研究对象,从细胞的角度来探索生物遗传的规律,解释遗传的本质;此后是以噬菌体小组等为代表的过渡阶段,主要以微生物为研究对象,从生物化学的角度探讨遗传的机理,引入了遗传信息的概念;最后一个阶段以双螺旋的发现为代表,深入到了分子的层面,发现了遗传信息传递的机理。


  19世纪50-60年代,奥地利牧师、业余科学家孟德尔在捷克的一所修道院里,对于豌豆观察研究了8年,从而发现了生物遗传的规律。后来,人们尊称他为“遗传学之父”。但是,他的这一发现并不能被当时的人所理解,直到20世纪,人们才能理解他的发现的意义。根据豌豆各种各样的生长变化,孟德尔向人们展示了什么是遗传的显性定律、分离定律和独立分配定律。

  孟德尔遗传定律的重新发现者,荷兰的德弗里斯(H. De Vries )、德国的科伦斯(C. Correns)和奥地利的契马克(E. Seysenegg-Tschermak)。

染色体学说美国科学家摩尔根


  美国科学家摩尔根和他的学生一起用果蝇作材料,证明了遗传变异与细胞中染色体的变化是密切相关的,创立了遗传的染色体学说。他因此而获得了1933年诺贝尔奖。1946年,摩尔根的学生穆勒(H. J. Muller)也因为发现X射线可以引起生物变异而获得诺贝尔奖。玉米夫人麦克林托克,她在30年代发现基因可以跳跃,与孟德尔一样,她的这一发现也长期得不到人们的理解。但是,她终于在有生之年得到了承认,1982年,麦克林托克如愿获得了诺贝尔奖。

  他们的发现为分子生物学的诞生铺垫了道路,比德尔和塔特姆的研究将遗传学推进到生物化学的层次,他们发现基因通过控制酶的作用来控制生命过程,为此,他们获得1958年诺贝尔奖。德尔布吕克是一位于杰出的物理学家,他的杰出之处是将现代物理学与现代生物学相结合,将信息的概念和定量的方法引入到遗传的研究当中。1969年,他和卢利亚因在40年代通过噬菌体的研究而发现基因的作用,荣获诺贝尔奖。

 

 

迎接分子生物学的时代

DNA双螺旋结构


  1953年,沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构,开启了分子生物学时代。分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜”被打开,人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。在以后的近50年里,分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明,DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。克里克与沃森
  1953年,发现了DNA双螺旋的沃森只是个刚刚离开校门的大学生,克里克是个不得志的物理学家,说到学识造诣,他们并不是诺贝尔奖桂冠最合适的人选,但是他们独一无二的开阔眼界和敏捷思维,使沃森和克里克当之无愧地获得了1962年诺贝尔奖。
  就是这一双链构造的发现,引发了一场科学革命,然而,其中所蕴含的更伟大的意义还要等到21世纪才能充分显现出来。
  克里克是位对知识的狂热永远难以满足的科学家。二战时期,他痴迷于雷达的研究与改进;1953年,他发现了DNA双螺旋;1957年,他提出了分子生物学中的重要定理——“中心法则”,说明了遗传信息传递的途径,是 生命信息从基因单方向传递到蛋白质;60年代末,他将目光转向宇宙中的生命起源问题;进入80年代,他又突然跳到了神经科学领域。 1961年,雅可布和莫诺发现,即使是构造简单的大肠杆菌,其基因的调节过程也很复杂,他们因此获得了1965年的诺贝尔奖。然而,生物基因调节的复杂过程究竟是什么样子的,至今还没有被彻底搞清楚。莫诺还是一名哲学家,他从新的生物学成果得到了启发,对于偶然性与必然性这一古老的问题提出了新的见解。

基因工程

内森
  70年代,内森和史密斯、阿尔伯发现了限制内切酶的在分子遗传中的作用,为基因工程奠定了基础。伯格在70年代桑格初发现了人工重组DNA技术,开创了基因工程的时代。桑格于70年代发明了DNA碱基测序方法,这项技术的深远影响在20世纪末人体基因组计划中得到了充分的体现。

  基因工程正在改变我们的生活,创造出了自然界从来没有过的生命。转基因动物,转基因鱼,转基因植物。


克隆技术

多利羊


  在90年代,一只名叫多利的羊成为家喻户晓的明星,它是一种利用人工克隆技术创造出的奇迹,它和它的母亲长的一模一样。

 

 

人类基因组计划


  现在轮到人类自身了。1988年美国政府投资30亿美元,争取到2005年测序人体细胞23条染色体上的全部结构基因,这就是人体基因组计划。人体基因组计划是一项国际合作的重大科技工程。随着许多国家和企业斥巨资和人力加入,今明两年,就可以测定人体细胞中的全部10万个结构基因,不过这些基因只占人体基因的5%,还有95%属于调节或其他基因,这些基因的功能基本上还属于人类未知的领域。

生命科学的变革


  20世纪,生物学深受物质科学的影响,从描述阶段走向实验阶段,从定性研究走向定量研究,从对生物个体和细胞水平的研究走向对生物大分子的结构和功能关系的研究,直接深入到生命的本质。这一深刻的变化使新的生命科学不断涌现,同时,促进传统学科发生了深刻的变革。生物学在人类的生存和发展中日益显示出至关重要的作用。
  生理学的创始人哈维逝世正好200年,谢灵顿诞生,而且他成为可以和哈维比肩的伟大生理学家。谢灵顿因为20世纪初对于神经细胞功能的一系列重大发现,获得1932年诺贝尔奖。巴甫洛夫的研究晚于谢灵顿,却幸运地在1904年就获得了诺贝尔奖。

胚胎研究


  胚胎研究被视为生命科学中最为复杂的科学,从20世纪仅有两组科学家因为胚胎研究而获得诺贝尔奖这一点就可以得到证明。20世纪的胚胎学留给后人的不仅是遗憾,而且也是挑战。斯佩曼因为发现胚胎发育中的组织者效应而获得1935年诺贝尔奖。时隔60年后,借助分子生物学的手段和方法,刘易斯等人因为证明基因如何控制果蝇的早期胚胎发育而获得1995年诺贝尔奖。这或许是一个良好的兆头。

新陈代谢的奥秘


  他们发现了物质在体内是如何消化的。瓦伯因为发现呼吸酶的性质和作用而获得1931年诺贝尔奖。圣乔其因为发现生物的燃烧过程而获得1937年诺贝尔奖。细胞能量转换柯里夫妇因为发现糖原的转化而获得1947年诺贝尔奖。

  他们揭示出新陈代谢的奥秘,发现了吃进的食物如何转化成能量。克雷布斯和李普曼因为发现三羧酸循环而获得1953年诺贝尔奖。

 

 

生命科学与医学
  

科学与健康


  利用科学解决人类生活和健康中的问题,是科学家义不容辞的责任,这一点在诺贝尔医学生理学奖中得到了充分的体现。20世纪,医学的发展由传统的经验医学,发展为对于疾病机理的探讨,而且医学研究本身在解决了许多临床问题的同时,秉承了19世纪医学的传统,通过临床问题探讨了一些科学的问题,并因此而促进了微生物学、生理学等学科的发展。

诺贝尔奖与医学


  冯·贝林前5次诺贝尔医学与生理学奖中有4次颁发给了医学家。而且这些获奖者的工作几乎都是在19世纪开始或完成的,这也算是20世纪的科学家向19世纪科学家的一种致敬方式吧。 冯·贝林(第一届),治疗白喉;罗斯(第二届),治疗疟疾、芬森(第三届),治疗狼疮,科赫(第五届),治疗结核病。无论从19世纪的角度看,还是从20世纪的角度看,这些获奖者的成就及其意义都令人肃然起敬。
  由于他们的发现,人类对许多疾病不再惧怕。

 

 

弗莱明与青酶素


 

  弗莱明因发现青霉素而获得1945年诺贝尔奖,青霉素的发现开辟了一条新的致病途径,拯救了成千上万条人命。弗洛里因为深入研究了青霉素的致病机理而获得1945年诺贝尔奖。

 

 

胰岛素

 

  班廷和麦克劳德因为发现胰岛素而获得1923年诺贝尔奖。胰岛素及其功能的发现,解释了困扰人类数千年的糖尿病问题,并为治疗糖尿病奠定了坚实的科学基础。


人工合成胰岛素

人工合成胰岛素

心脏导管术

 

  

  他们的发现使我们开辟了新的治病途径。1956年,库南德等人因为发现心脏导管插入术而获得诺贝尔奖。

 


心脏病手术

器官移植

 

器官移植手术
  用人工代替神工,1954年,人类开始器官移植,先是肾脏,再是心脏,然后就是……默里和托马斯因为开启了器官移植这一神奇的领域而获得1990年诺贝尔奖。

 

 

 

如何征服艾滋病

 

  

  艾滋病是20世纪我们无法擒获的恶魔,但愿21世纪能够征服它。
  多尔蒂和津克纳格尔,1996年诺贝尔奖获得者,他们发现免疫系统如何识别受病毒感染的细胞,这项工作为人类最终征服艾滋病等病毒病奠定了一定的科学基础。

爱滋病病毒

爱滋病病毒

洛伦兹与行为学

 

  洛伦兹等人因为开创了科学的行为学研究,而获得1973年的诺贝尔奖。

 

K. Lorenz与动物嬉戏

K. Lorenz与动物嬉戏

丰富进化论


  有些生物学家他们虽然没有获得诺贝尔奖,但是他们的发现仍然是世界级的。杜布赞斯基和迈尔,他们在30-40年代提出的综合进化论,丰富了达尔文理论,开创了进化生物学的新时代。

探索生命起源


  20世纪,借助新的科学思想和研究手段,进化论这一19世纪的重大发现得到了进一步的发展,同时,人类研究的触角跨越了进化,开始探讨生命的起源。
  奥巴林于20年代第一次提出科学而系统的生命起源设想,创立了一个新的学科,然而到了20世纪末,这种理论的基础却发生了动摇。我们对于生命的是如何起源的仍有很多问题没有得到解决。1953年,米勒利用这个装置,模拟原始大气的条件,从无机物中生成了有机物,当时他还是一名在校的研究生。
  在20世纪,我们基本搞清楚了我们的祖先所走过的历程,在21世纪,我们能够确定我们未来的方向吗?