书城历史刷新世界的100个技术发明(下)
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第13章 揭示生命奥秘的金钥匙——1953年DNA的破译

1953年2月28日,生物学家沃森与克里克在剑桥宣布:“我们已经发现生命的秘密。”3月7日,世界上第一个生命遗传的基因物质——DNA的双螺旋结构模型问世。它被世界公认为是20世纪生物学上最重要的发现之一,可与20世纪上半叶爱因斯坦的相对论相媲美,它标志着现代遗传科学的诞生。

“嗯!这孩子真漂亮,完全综合了他爸爸妈妈的优点。”“这肯定是老张的女儿,不用看长相,只要看那神态,就能断定。”街坊大妈在茶余饭后,常有类似的议论。无论男孩还是女孩,在他们的身上都能或多或少地看到父母的影子。这就是生命的遗传现象,真所谓“种瓜得瓜,种豆得豆”。但要说清楚其中的道理,并不是一件容易的事。

人类虽然在地球上繁衍生息了两百多万年,但对后代为什么既像爸爸又像妈妈这样的问题,直到20世纪中叶才搞清楚。在英国的大学城剑桥,两位年轻的科学家,沃森和克里克,率先发现了这生命的奥秘——脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构。从此,人们对生命现象的探索迈入一个崭新的时期。

最初,科学家是从脓的细胞里发现这种物质的,因为它呈酸性,所以称它为核酸。后来,人们发现所有生物的细胞中都含有核酸。还发现,核酸有两种:一种是只存在于细胞核中的脱氧核糖核酸,简称DNA;另一种是除了存在于细胞核中,还分布在细胞质中的核糖核酸,简称RNA。这两种物质的结构与功能都不相同。DNA主要是携带和传递由“上一辈”传下来的遗传信息。RNA则是转录DNA携带的信息,并据此指导合成新一代的蛋白质。孩子像父母,就是因为父母的遗传信息通过DNA传下来,再由RNA“翻译”合成为新的一代蛋白质的结果。因此,核酸就是“生命的使者”。

1953年初,沃森和克里克根据自己的研究和分析,综合各方面对DNA研究的信息,得到一个共识:DNA是一种双链螺旋结构,于是,他们从1953年2月22日到3月7日,在实验室中搭建了一个DNA双螺旋模型,这个模型被公认为是世界上第一个最正确地反映出DNA分子的结构。

1953年4月25日,英国权威的科学杂志《自然》发表了沃森和克里克的《核酸的分子结构》论文。至此,“DNA双螺旋结构”这一研究成果正式公诸于世。从此,遗传学和生物学的历史从细胞阶段进入了分子阶段。为此,他们两人与证实他们的发现的英国生物学家威尔金斯博士同获1962年的诺贝尔生理学医学奖。

自从沃森和克里克弄清了DNA的双链双螺旋结构之后,分子生物学像雨后春笋般蓬勃发展起来。许多科学家的研究成果,使人们基本了解了遗传信息的流动方向:DNA→信使RNA→蛋白质。也就是说蛋白质由信使RNA指导合成,遗传密码应该在信使RNA上。从而证明,生命的本质就是基因传递以及基因与基因间,基因与蛋白质间的相互作用。

由于DNA双螺旋结构的发现,诞生了分子遗传学和分子生物学,使古老的生命科学返老还童,焕发出新的活力,导致分子生物学领域出现了一系列鼓舞人心的突破:如1957年发现了DNA聚合酶,1960年发现了信使核糖核酸,1966年破译了全部的遗传密码,1967年发现了DNA连接酶,1970年发现了第一个限制性内切酶和逆转录现象。

目前,根据DNA双螺旋结构的原理,正在顺利推进的“人类基因组计划”,更是一项可与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”相媲美的创举,是生命科学领域的头号工程。这个工程就是要将人的所有遗传基因的位置、结构、功能及作用方式,弄个一清二楚,并将其编制成册。这样的基因图谱,就是一部有关人的“生命百科全书”。有了它,人类的生、老、病、死可以更有效地控制,真正实现健康长寿。

但是,这些生命科学的理论要完全付诸实践,真正成为可以直接造福于人类的生物学技术,还是一个崭新的课题。