如何认识生物学的研究成果与发展方向

1925年摩尔根“基因论”的发表，确立了基因是遗传的基本单位，它存在于细胞的染色体上，决定着生物体的性状。但关于基因的化学本质是什么，它通过什么方式影响生物体的遗传性状，仍然不清楚。揭示基因的本质及其作用方式就成了当时生物学研究的核心问题。对这个问题的研究，开创了分子生物学这门新学科。分子生物学的建立和发展是生物学中信息学派、结构学派和生化遗传学派研究成果结合的产物，是科学史上一次成功的由学科交叉融合而引起的科学革命。发现DNA双螺旋的故事已为人们广为传颂，并作为生物学史上最具传奇色彩的伟大发现而载入生命科学史册。

1．信息学派：信息学派主要是由一群对遗传信息世代传递感兴趣的物理学家组成，其代表人物是德尔布吕克（Max Delbrück）。德尔布吕克德国物理学家，1930年在美国洛克菲勒基金资助下，到丹麦哥本哈根理论物理研究所，跟随著名物理学家玻尔（Niels Bohr）作博士后研究。1932年，玻尔在哥本哈根举行的国际光治疗大会上作了“光与生命”的演讲。演讲中玻尔提出了认识生命的新思路，认为对生命现象的研究有可能发现一些新的物理学定律。德尔布吕克深受玻尔思想的影响，决定转入生物学研究。他认为，研究遗传信息的世代传递的机制，基因是最好的切入口。德尔布吕克离开哥本哈根回到柏林后，与遗传学家列索夫斯基（Nikolaï. Vladimirovich. Timofeeff-Ressovsky）、生物物理学家齐默尔（Karl. G. Zimmer）合作，从量子理论的角度研究辐射与基因突变的关系，并于1935年出版了《关于基因突变和基因结构的本质》的小册子。书中，他们用量子理论分析讨论了辐射诱导的基因突变的规律，并给出了“基因的量子力学模型”。此模型认为，基因如同分子一样，具有几个不同的，稳定的能级状态。突变被解释为基因分子从一个能级稳态向另一个能级稳态的转变。文章还根据计算，推断了基因的大小。这就是著名的“三人论文”。“三人论文”是一篇完全用物理学的理论和方法对基因进行研究的文章。这篇文章的意义不在于其结论的正确与否，而在于它使许多年轻物理学家们相信，基因是可以通过物理学方法来进行研究的，从而推动了一大批杰出物理学家投入生物学研究。“三人论文”后来成为薛定锷（Erwin. Schrödinger）“生命是什么”一书讨论的基础。

2．结构学派：20世纪30年代起，在生物学领域还有一群物理学家开始从事生物大分子的结构研究，这就是被称为“结构学派”的物理学家。结构学派是由英国卡文迪许实验室的布拉格父子，亨利·布拉格（William. Henry. Bragg）和劳伦斯·布拉格（William. Lawrence. Bragg）创立的。20世纪初，他们发现用X-射线照射结晶体可以在背景上获得不同的衍射图像。通过对衍射图像的分析，就可以推出晶体的结构。他们用这个方法成功地确定了一些盐类（如氯化钾）等的分子结构。1915年，布拉格父子同时获得诺贝尔物理学奖。1938年，劳伦斯·布拉格出任卡文迪许教授，开始将X-射线衍射技术推广应用到对生物大分子（蛋白质、核酸）的三维结构研究。50年代初，当时在卡文迪许实验室的佩鲁兹（Max Peruts）领导下，正在进行二种蛋白质的结构分析。一是他自己领导的研究小组，进行血红蛋白的结构研究；另一个是肯德鲁（John Kendrew）领导的研究小组，进行肌红蛋白的结构分析。此外，在伦敦的国王学院（King’s College）的威尔金斯（Maurice Wilkins）和富兰克林（Rosalind Franklin）的研究小组正在进行用X-射线衍射的方法研究核酸的结构，并取得了很多有意义的成果。结构学派的生物学家们主要对生物大分子的结构感兴趣，对功能研究则较少涉及。

3．生化遗传学派：自从1900年孟德尔定律被重新发现之后，“基因是怎样控制特定的性状”的问题就成了遗传学研究的主要问题之一。1902年，英国医生伽罗德（Archibald Garrod）发现一些病孩患尿黑酸症，病人的尿一接触空气就变成黑色。很快这种尿变黑的化学物质就被鉴定出来，即是由酪氨酸转变而成的一种物质。伽罗德对患黑尿病患者的家谱分析发现，此病按孟德尔规则的方式遗传。在进行一系列研究后，1909年伽罗德出版了《新陈代谢的先天缺陷》一书，指出黑尿病患者代谢紊乱是因为酪氨酸分解代谢的第一阶段，即苯环断裂这一步无法进行。因而伽罗德认为，苯环断裂是在某种酶的作用下发生的，病人缺乏这种酶，所以出现黑尿症状。这样就把一种遗传性状（黑尿）与酶（蛋白质）联系起来了。但对遗传因子与酶的这种预测性的设想，却无法得到实验证实。