紀(jì)念DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型正式發(fā)表50周年——DNA與遺傳學(xué)(中國(guó)科學(xué)院)

jianggzh 2007-11-29

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     編者按:今年4月25日，是美國(guó)科學(xué)家J·沃森和英國(guó)科學(xué)家F·克里克合作提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型并正式發(fā)表50周年。正是這一重大發(fā)現(xiàn)，揭開了生命科學(xué)的新篇章。為普及生物學(xué)知識(shí)，推動(dòng)現(xiàn)代生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，本報(bào)從今天起發(fā)表系列文章，以紀(jì)念這個(gè)科學(xué)史上具有深遠(yuǎn)意義的事件。

    1953年4月25日出版的英國(guó)《自然》雜志刊登了三篇有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的論文。第一篇是沃森和克里克的《核酸的分子結(jié)構(gòu)———脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)》，在這不到兩頁的短文中，提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。另外兩篇?jiǎng)t是威爾金斯、斯托克斯和威爾遜合寫的《脫氧戊糖核酸的分子結(jié)構(gòu)》以及弗蘭克林和她的學(xué)生戈斯林署名的《胸腺核酸鈉的分子構(gòu)象》，各自發(fā)表了DNA螺旋結(jié)構(gòu)的X光衍射照片及數(shù)據(jù)分析。九年后，沃森和克里克以及威爾金斯因?qū)Πl(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)做出的卓越貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

    DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)年并未引起很大的轟動(dòng)，用科學(xué)史家奧爾貝的話來說是“雙螺旋悄然登場(chǎng)亮相”。英國(guó)只有一家全國(guó)性的報(bào)紙《新聞紀(jì)事》在1953年5月15日頭版報(bào)道了這一消息，用了一個(gè)非常醒目和富有想像力的標(biāo)題：“你為什么是你———逼近生命的奧秘”，引述了凱文迪許實(shí)驗(yàn)室主任布拉格的評(píng)價(jià)，指出“這是發(fā)現(xiàn)了使眼睛顏色、鼻子形狀乃至智力等遺傳特性世代相傳的一種化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)”，“這是開辟了研究生命奧秘的一個(gè)全新領(lǐng)域”，并且預(yù)言“要發(fā)現(xiàn)這些‘化學(xué)撲克’如何洗牌和配對(duì)，夠科學(xué)家再忙乎五十年”。

    預(yù)言得到應(yīng)驗(yàn)。沃森和克里克以DNA雙螺旋模型中四種堿基配對(duì)(腺嘌呤同胸腺嘧啶配對(duì)，鳥嘌呤同胞嘧啶配對(duì))的原則，揭示了“遺傳物質(zhì)復(fù)制的可能機(jī)制”，回答了DNA如何在遺傳信息的復(fù)制和傳遞過程中起作用。在解決這個(gè)有關(guān)生命本質(zhì)的最基本問題之一以后，關(guān)于DNA的結(jié)構(gòu)和功能的研究如同春雨潤(rùn)土，滲入并滋養(yǎng)著包括遺傳學(xué)在內(nèi)的生命科學(xué)領(lǐng)域中各個(gè)學(xué)科，使研究思路、方法和技術(shù)發(fā)生了根本性的變革。人們開始從DNA水平上來考察絢麗多彩的生命現(xiàn)象的由來，從中尋找出作為復(fù)雜多樣性基礎(chǔ)的簡(jiǎn)明的同一性，從而開創(chuàng)了分子生物學(xué)的新時(shí)代。

    DNA是遺傳物質(zhì)，DNA構(gòu)成的遺傳密碼決定著蛋白質(zhì)分子的合成，地球上所有的生物，從簡(jiǎn)單的病毒到包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物用的都是同一個(gè)密碼本。這為生物起源于一個(gè)共同祖先的進(jìn)化學(xué)說提供了又一有力佐證。DNA構(gòu)成了基因，DNA序列改變就造成基因突變，最后改變了生物的某些性狀。在自然選擇壓力下，有些變異保留下來，有些則被淘汰，生物由此開始趨異分化，最終導(dǎo)致新種的形成。DNA記錄了基因和生物嬗變演替的軌跡，由此可追溯生命的起源和物種間的親疏關(guān)系，打開了探究生命本質(zhì)的大門。

    DNA承載的遺傳信息最終要轉(zhuǎn)化為性狀。在人類，幾千種遺傳性疾病、癌癥、心血管病等無不同DNA有關(guān)。DNA的研究，使醫(yī)學(xué)首先對(duì)病因的認(rèn)識(shí)發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變；基因的克隆，分析和轉(zhuǎn)移表達(dá)則為藥物設(shè)計(jì)以及基因診斷和治療提供了有用的工具。同樣地，動(dòng)植物的分子育種、體細(xì)胞工程和生物工程的崛起，無一不是DNA結(jié)構(gòu)和功能研究結(jié)出的碩果。

    DNA還滲入了社會(huì)人文科學(xué)領(lǐng)域和人們的日常生活。“DNA指紋”是親子鑒定和識(shí)別罪犯的有力證據(jù)；DNA包含的個(gè)人遺傳信息的隱私權(quán)，同商業(yè)、法律、婚姻等息息相關(guān)。生殖細(xì)胞的基因治療、由哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆聯(lián)想到人的克隆、胚胎干細(xì)胞的研究與應(yīng)用等，更是引發(fā)了倫理學(xué)的爭(zhēng)議。

    年年都有重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，可是很少有像DNA分子那樣不僅在過去五十年間始終成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而且在今后仍將是如此。這是因?yàn)镈NA催生的基因組研究，將著力解決困惑當(dāng)今科學(xué)家的一個(gè)難題：DNA所包含的遺傳信息是如何轉(zhuǎn)化為生物體的表型？這里涉及在DNA層面上與環(huán)境相互作用的具體過程和細(xì)節(jié)。這就要求科學(xué)家在錯(cuò)綜復(fù)雜、相互交織的基因表達(dá)調(diào)控通路中，在基因組的背景下理清彼此間的關(guān)系，使呈現(xiàn)出清晰的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。從而為闡明發(fā)育過程和腦的功能奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，DNA仍將是醫(yī)學(xué)、制藥和分子育種所需遺傳信息的來源。而且納米工程、信息科學(xué)等也要用DNA作為研究對(duì)象。

    正如英國(guó)《自然》雜志為紀(jì)念DNA雙螺旋模型發(fā)表五十年而在今年1月23日出版的一期增刊中有人說的，DNA雙螺旋的圖片就像是一幅“科學(xué)的蒙娜·麗莎肖像”，“銘刻在科學(xué)、藝術(shù)、音樂、電影、建筑和廣告”等各個(gè)方面；而要窮盡DNA所蘊(yùn)藏的所有“潛在利益”，還得再花上五十年。

    DNA是一個(gè)“不朽的分子”，這決非溢美過譽(yù)之詞。

    為此，各國(guó)學(xué)術(shù)界都有紀(jì)念DNA雙螺旋模型發(fā)現(xiàn)五十周年的活動(dòng)。沃森也已應(yīng)中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)之邀將在今秋訪問我國(guó)，屆時(shí)必有一番盛況?，F(xiàn)在謹(jǐn)就個(gè)人的感受談幾點(diǎn)想法：

    一、遺傳學(xué)要在多學(xué)科的交叉和互動(dòng)中發(fā)展

    DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，正是物理學(xué)、化學(xué)介入生物學(xué)的結(jié)果。在生物學(xué)方面，決定生物性狀的遺傳因子———基因，從抽象的符號(hào)到推測(cè)為“有機(jī)的化學(xué)實(shí)體”，最終確定為DNA分子。在物理學(xué)方面，二十世紀(jì)三十年代以后，一批物理學(xué)家懷著兩個(gè)目的進(jìn)入了生物學(xué)領(lǐng)域：現(xiàn)有的物理學(xué)定律能否解釋生命現(xiàn)象？能否從生命現(xiàn)象中找到新的物理學(xué)定律？1937年起，他們開始研究噬菌體的復(fù)制，因?yàn)槭删w只有核酸和蛋白質(zhì)，沒有高等生物復(fù)雜的遺傳系統(tǒng)但照樣能復(fù)制遺傳信息，而復(fù)制正是生命的基本屬性。經(jīng)過“噬菌體小組”課程學(xué)習(xí)的沃森，同從事生物大分子結(jié)構(gòu)X光衍射分子研究的晶體學(xué)家克里克合作，物理學(xué)家解決了生物學(xué)家提出的問題，生物學(xué)家賦予物質(zhì)結(jié)構(gòu)以生物學(xué)意義。物理學(xué)和生物學(xué)的結(jié)合，信息與結(jié)構(gòu)的結(jié)合，引發(fā)了生命科學(xué)的一場(chǎng)革命。

    遺傳學(xué)與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)和工程科學(xué)，以及遺傳學(xué)同生命科學(xué)領(lǐng)域中其他學(xué)科的結(jié)合和互動(dòng)，則是遺傳學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。

    二、給基礎(chǔ)研究以更大的空間和關(guān)注

    自然科學(xué)基礎(chǔ)研究，實(shí)質(zhì)上就是認(rèn)識(shí)和闡明某種自然現(xiàn)象的本質(zhì)，研究的具體課題應(yīng)該是探索逐個(gè)解決認(rèn)識(shí)過程中的一些模糊問題，不一定非得要有應(yīng)用前景為前提。遺傳學(xué)史上孟德爾研究豌豆雜交，摩爾根觀察果蠅的眼色和翅形，沃森和克里克解析DNA的結(jié)構(gòu)，誰也不是預(yù)見到了這些研究會(huì)產(chǎn)生如此巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效益才去研究的。

    三、審慎地排除非自然科學(xué)因素對(duì)自然科學(xué)研究的干擾

    在紀(jì)念DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)五十周年時(shí)，人們不由地會(huì)聯(lián)想到遺傳學(xué)在我國(guó)的坎坷經(jīng)歷。1953年，在“唯心的”、“反動(dòng)的”、“資產(chǎn)階級(jí)偽科學(xué)”的帽子下，傳統(tǒng)遺傳學(xué)的教學(xué)和科研在我國(guó)絕跡。1973年重組DNA問世時(shí)，我國(guó)還處在“文化大革命”的動(dòng)蕩中。以后也或多或少受到過干擾。一些非自然科學(xué)的因素往往會(huì)干擾自然科學(xué)的順利發(fā)展。在遺傳學(xué)同人們生活密切相關(guān)的今天，在許多方面涉及到科學(xué)與倫理的關(guān)系。倫理是道德的同義詞，也是處理人的關(guān)系所應(yīng)遵循的道德和準(zhǔn)則，道德是一種社會(huì)意識(shí)形態(tài)，不同時(shí)代、不同社會(huì)、不同文化背景和不同階層的人不會(huì)持同一的道德標(biāo)準(zhǔn)；因此，在處理生命科學(xué)中的倫理問題時(shí)，不制訂一定的規(guī)范與準(zhǔn)則是不行的，但一味強(qiáng)調(diào)與國(guó)際接軌也是不可取的。政治、社會(huì)以及倫理等應(yīng)該是促進(jìn)和保護(hù)科學(xué)發(fā)展的因素。當(dāng)然，真正的科學(xué)是不可能被埋沒的，更遑論禁止和扼殺。即使一時(shí)一地遭遇挫折，最后終將閃爍其光芒，科學(xué)史上這樣的事例還少嗎？

    四、歷史是由事實(shí)而不是由名聲鑄就的

    1953年，諾貝爾獎(jiǎng)得主化學(xué)家萊斯特·鮑林同羅伯特·科里合作提出DNA應(yīng)該是三螺旋的假說。可是，當(dāng)時(shí)默默無名的兩個(gè)年青人仍照樣創(chuàng)建出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型而名留青史。同樣地，寫弗蘭克林傳記的作家勃林達(dá)·馬道克斯在今年的紀(jì)念文章中重又提及沃森和克里克的成功，不僅是由于他們具有敏銳的洞察力和彼此間的默契，而且是建立在“弗蘭克林未發(fā)表的實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上”，而這些證據(jù)卻是他們“通過非常規(guī)途徑獲得的”?？茖W(xué)史上的這一樁公案，歷史想必也會(huì)有個(gè)公正的了斷。

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來自： jianggzh > 《方法論》

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