《基因杀手异界风流》
500年后巨乌贼露真容
巨型乌贼是地球上最神秘的生物之一,曾是众多传说和小说里的深海怪物。它们一生的绝大部分时间都生活在黑暗冰冷的大洋底部,自从人类500年前首次见过以后,它就很少被人发现,没有人知道它们如何行动,住在哪里,吃什么食物以及如何繁殖后代。在过去的100多年里,科学家见到过的巨型乌贼要么肢体残缺,要么已腐烂成一堆臭肉,因此,当伦敦自然历史博物馆达尔文中心不久前展出一条世界上保存最完整的巨型乌贼标本时,立刻引起了无数参观者的巨大兴趣。
不是最大却最完整
据称,这条巨型乌贼长约9米,有8条粗壮的“手臂”,两条伸开后长达6米的触须,上面排列着用来诱捕猎物的吸盘。它的身体苍白得吓人,身体的顶端是让人不寒而栗的嘴巴,科学家称,乌贼用嘴巴将猎物撕碎。由于它的食管很短,因此食物到达胃部前,必须经过大脑在内的身体各主要器官。它还有一只直径为25厘米的大眼睛,阴森森地盯着前方。据科学家所知,任何其他动物的眼睛都没有这么大。就长度而言,这条巨型乌贼虽然不是人类见过的最大的,但却是保存最完整的。
巨型乌贼被保存在一个玻璃箱子中,箱子里是4000升盐水和福尔马林混合而成的保护液。从外面看上去,它更像是艺术家戴门·赫斯特的一件雕塑作品,或者是用于拍摄恐怖电影的道具。不过,英国科学家指出,他们不希望仅仅把巨型乌贼当做供人们参观的怪物,他们想要充分利用这一难得的标本研究该生物的秘密。
出水后进了冰库
阿尔波特是英国自然历史博物馆软体动物馆馆长,他指出:“早在1530年,北欧人就见到了巨型乌贼。自那以后,世界各地又陆续出现了很多类似的报告。然而,迄今为止,没有人亲眼看到活的巨型乌贼,关于它的大部分看法都是来自于猜测和想象。”
2004年4月,一群渔民在大西洋的福克兰群岛(也称马尔维纳斯群岛)捕获了这条乌贼,随后把它保存在冰库中。由于当地研究机构没有能力长期保存它,因此在5月份将它交给了英国自然历史博物馆。阿尔波特说:“我们知道消息后,立刻答应接收这条乌贼。不过,一开始,我们并没有考虑其中的困难。当我们看到了它的庞大身躯后,我们才意识到这是一件多么艰巨的任务。”
时刻担心会腐烂
不过,让科学家欣慰的是,这条乌贼保存完好,看上去它死的时候身体很健康。为了保存这只乌贼,科学家花了7个月的时间。科学家首先让乌贼自然解冻,接下来测量了它的尺寸,然后研究了它的性别,这是件比较麻烦的事情,因为外部特征无法帮助判断乌贼的性别。阿尔波特认为,触须上的吸盘形状也应该是判断依据之一。随后,他们制作了一个能容纳4000升液体的玻璃箱,在里面加满盐水和福尔马林的混合液体。在此期间,科学家将定时给乌贼浸水,防止它的身体因缺水而干裂。最后,他们把乌贼放入玻璃箱的保护液内。
科学家指出,由于乌贼的细胞组织非常紧密,因此溶液充分渗透到乌贼体内至少需要一个月。即便这样,科学家仍然担心溶液无法进入乌贼的内脏器官中,为了防止内部腐烂,他们把10升溶液注射到乌贼体内。做完这些后,科学家还是不能放松警惕,他们必须时刻注意乌贼是否会分解或者腐烂。(张运贵编译)
揭秘
暖水使它生不如死噪音让它找不着北
尽管科学家们现在不仅保存了比较完整的巨型乌贼标本,还拍到了它在深海的真面目,但对巨型乌贼的研究仍然是一个非常头痛的问题,因为人们迄今仍未捕获一只活生生的巨型乌贼。为什么巨型乌贼这么脆弱呢?
一般来说,一只巨型乌贼在海面上被人发现时,它很可能正在死去。这是因为对巨型乌贼来说,它体内的血蓝蛋白(运输氧气的化合物)在温暖的海水里会变得效率低下,当它一点一点地浮上海面时,水温也一点一点地升高,肌肉也慢慢地变得松弛无力。可想而知,它的命运也就一点一点地被注定了。此外,巨型乌贼的一对直径达25厘米的大眼睛在黑暗的深海里得到进化,不可能适应海面上的强光,因此,当它浮出海面时会因为大量光线而致盲,变得脆弱不堪。这就是为什么人们不能捕捉到或看到活生生的巨型乌贼的原因。
西班牙海洋研究所的科学家认为,造成巨型乌贼死亡的还可能是人类制造的噪声。2001年至2003年间在西班牙沿海发现的所有9条已死亡的巨型乌贼都没有外伤痕迹,只是有内伤,而且它们的听力器官都受到了伤害,其中两条乌贼还出现心脏破裂和肌肉破碎。恰好在这期间地质学家在该地区进行地震研究,勘探石油和天然气,为此使用了声纳超过200分贝和频率低于100赫兹的声音脉冲。科学家们认为,地质学家制造的噪声使巨型乌贼迷失方向,迫使它们浮游到海洋表面,在海洋表面因喘不过气来直至窒息,因为海洋表面的海水对于巨型乌贼血液中的载氧分子来说温度偏高。
巨型乌贼一出海面不仅很快死去,而且它们娇嫩的身体组织极易腐败,而且用来保存它们的化学物质还会使这些组织的有机结构永久改变。因此,每当一个样本送到科学家的手中时,他们只有几天的研究时间。在一般情况下,科学家先是对这些样本进行物理测量,然后把结果归纳起来再与相似物种的已知特征进行比较,从中找到新的知识。奇怪的是,在这些样本中几乎没有雄性和幼年巨型乌贼,这仍然是个谜。(综合)
档案
巨型乌贼不是长大的普通乌贼
乌贼被归入软体动物门下的头足纲。在乌贼种群里,有650个不同的物种。值得注意的是,巨型乌贼不是由普通乌贼长大的,而是乌贼家族中的一个特有种类。
长度:目前纪录为183米(包括触须),重1吨;一般成年巨型乌贼可长到612米,重50300公斤。
寿命:约为5年
食物:海底的双壳类、甲壳类动物,以及智利鲈鱼、竹荚鱼等,可能还包括章鱼和小乌贼。
天敌:抹香鲸
生殖:1996年几只身体完好无损的雌性巨型乌贼被抓住时,科学家发现其中一只的肢体里被植人了许多精囊,这些精囊在皮肤的开口下呈放射状排列。科学家设想,有可能雄性乌贼把自己的生殖器当做一只“射钉枪”,在交配时以极大的动力把精囊打入雌性体内。如果事实确是如此,则表明巨型乌贼过着孤独的生活,只是偶尔在暗无天日的深海里相遇时才交配。(综合)
惊鸿一瞥:500张写真照
首次成功偷拍巨乌贼记
巨型乌贼是深海中最大的谜团之一,100多年来,尽管不断有死掉的巨型乌贼被冲上海岸,但人们从未有机会一睹它的水底真面目。2004年的一天,日本科学家终于通过一根1000多米长绳索上悬着的照相机,在深海中首次拍下了500多张这一“深海怪物”8米多长的恐怖身影。
抹香鲸引出大乌贼
英国权威杂志《皇家学会生物学分会学报》2005年9月28日发表了日本科学家的最新研究报告。报告中日本科学家写道,“我们拍摄到了自然生存状态中的野生活体巨型乌贼,这是有史以来的第一次”。
据称,两位日本科学家是靠跟踪抹香鲸才发现那只巨型乌贼的。巨型乌贼虽然身躯庞大,生性凶猛,但也并非所向无敌,抹香鲸就是它的克星。日本“国家科学博物馆”的洼寺恒和“小笠原岛鲸鱼观察协会”的森恭一经过多年的观察发现,每年9月到12月期间,抹香鲸会在距离东京1000公里处的小笠原岛附近觅食,于是就在它们身上安装了深度记录器。追踪结果显示,抹香鲸经常深潜至海下1000米深处,科学家认为,那里正是巨型乌贼可能的觅食范围。
大如巴士乌贼上钩
于是这两名科学家准备了一套系统,其中包含水下照像机、深度感应器、照明设备、计时器等工具,并将连接着该系统的两个饵钩沉入海底,两个钩子上分别吊着一袋酱状的虾饵。
到达预定地点后,水下摄影机每30秒自动开启一次快门。2004年9月30日上午9时15分,在900米深的幽暗海底,一只大如巴士的庞然大物张牙舞爪地来了,它有八条长触须和两条短触须,身躯长度超过8米。虾的香味让它马上对饵袋发起了进攻,它用两只长触须缠住饵袋,像巨蟒缠绕猎物那样,彷佛要把猎物活活勒死。但是,它并没有意识到这是科学家为它设置的一个陷阱。很快,它的一只长触须被钩子钩住了。
被缠4小时断须而逃
意识到上当以后,它开始奋力挣扎,然后,努力了一个多小时之后,它仍然无法把触须拔出来。4个多小时后,为了逃生,这只巨型乌贼只好采取“壮士断腕”的办法,将一截55米长的触须留在钩上,然后狼狈地逃走了。
日本科学家总共拍摄了500多张照片。他们称,从拍到的照片上看,这只巨型乌贼的身体呈紫红色。科学家在研究报告中指出,当乌贼被拉向海面时,它试图用触须抓住甲板和船员,触须上的吸盘有一圈尖锐的小牙齿。
1873年的遭遇战
1873年,巨型乌贼在纽芬兰附近的“葡萄牙”海湾被发现,当时一艘小船遭到了这个浮在水面上的大家伙的突然袭击,试图将小船拖入海底,幸亏船主用斧头砍下了它的一根长5米、直径约03米的触须,才侥幸逃脱。此后,人们就开始追踪巨型乌贼的踪迹,但它很少在浅海露面,当它浮出水面的时候不是已经死亡就是奄奄一息,在人们展开研究前就死去了。
上世纪90年代以后,很多国家的科学家都试图追踪巨型乌贼,有的使用携带摄像机的深海小型潜艇,有的通过追踪抹香鲸,但全部以失败告终。(张运贵编译)
发现
其实它要凶得多
日本科学家拍到的巨型乌贼照片澄清了人们此前的一些误解,给科学家们的部分争论作出了结论。
此前科学家们曾猜测巨型乌贼是一种昏昏欲睡、行动迟缓的动物。但事实证明,它比人们想象的要活跃,而且攻击性很强。美国生物学家科林斯指出,这些照片可以帮助人们了解巨型乌贼的运动和捕食方式。他指出:“从图像中看,这种乌贼非常活跃,这回答了人们长期争执不休的问题。”科林斯解释说,研究巨型乌贼的专家分为两派,第一派认为,乌贼不太活跃,只是在深海处飘来飘去,并用垂在身体下方的触须捕获游经身边的猎物。另一派认为,它们非常活跃,攻击性强。日本科学家的发现证明第二派是正确的。
报告还指出,巨型乌贼的大眼睛表明视力对它们很重要。而深海生物的眼睛通常都很小,看看鱼类就知道了。由于它们生活在漆黑一团的深海中,一年四季不见阳光,科学家据此推测,它们依赖其他光源发现猎物,最有可能的就是其他动物身上发出的光。此外,巨型乌贼的数量应该不少,并非像以前所猜测的那样,是一种濒临灭绝的物种。(张运贵编译)
预测
巨乌贼明天要断粮?
近年来,越来越多的渔船涌入南极地区捕捞巨型乌贼的主要食物智利鲈鱼(一种稀有的海洋鱼,价格昂贵,被称为“白色黄金”,在日本和美国极受欢迎),英国南极勘察组的海洋生物学家保罗·罗德哈乌斯担心巨型乌贼未来要挨饿。他说:“智利鲈鱼可以长到2米长,是巨型乌贼以及抹香鲸的主要食物之一。它们是深海生态系统的重要组成部分。然而,随着商业捕捞力度的不断加大,巨型乌贼将会面临食物短缺。”
不过,罗德哈乌斯并不担心巨型乌贼会成为人类的盘中餐。他指出,普通的乌贼或许是人们喜欢的美食,但巨型乌贼体内含有大量氨,因此其味道和地板清洁剂差不多,估计没有人会喜欢。(张运贵编译)
尼斯湖水怪
尼斯湖水怪,是地球上最神秘也最吸引人的谜之一。
关于水怪的最佳记载可追溯到公元565年,爱尔兰传教士圣哥伦伯和他的仆人在湖中游泳,水怪突然向仆人袭来,多亏教士及时相救,仆人才游回岸上,保住性命,自此以后,十多个世纪里,有关水怪出现的消息多达一万多宗。但当时的们对此并不想念,认为不过是古代的传说或无稽之谈。
直到1934年4月,伦敦医生威尔逊途经尼斯湖,正好发现水怪在湖中游动。威尔逊连忙用相机拍下了水怪的照片,照片虽不十分清晰,但还是明确的显出了水怪的特征:长长的脖子和扁小的头部,看上去完全不像任何一种的水生动物,而很像早七千多万年前灭绝的巨大爬行动物枣蛇颈龙。
蛇颈龙,是生活在一亿多年前到七千多万年前的一种巨大的水生爬行动物,也是恐龙的远亲。它有一个细长的脖子、椭圆形的身体和长长的尾巴,嘴里长着利齿,以鱼类为食,是中生代海上的霸王。如果尼斯湖水怪真是蛇的话,那它无疑是极为珍贵的残存下来的史前动物,这一发现也将在动物学上占有重要地位。
因此这张照片刊出后,很快就引起了举世轰动,伴随着二十世纪的“恐龙热”,人们开始把水怪与蛇颈龙可能仍然生存着联系起来,对此给予极大关注。1960年4月二3日,英国航空工程师丁斯德在尼斯湖拍了五十多英尺的影片,影片虽较粗糙,但放映时仍可明显地个黑色长颈的巨形生物游过尼斯湖。有些原来对此持否定态度的科学家,看了影片后改变了看法。皇家空军联合空中侦察情报中心分析了丁斯德的影片,结论是“那东西大概是生物。”
进入七十年代,科学家们开始借助先进的仪器设备,大举搜索水怪。1972年8月,美国波士顿应用一些利用水下摄影机和声纳仪,在尼斯湖中拍下了一些照片,其中一幅显示有一个两米长的菱形鳍状肢,附在附加一巨大的生物体上。同时,声纳仪也寻得了巨大物体在湖中移动的情况。
1975年6月,该院再派考察队到尼斯湖,拍下了更多的照片。其中有两幅特别令人感兴趣:一幅显示有一个长着长脖子的巨大身躯,还可以显示该物体的两个粗短的鳍状肢。从照片上估计,该生物长65米,其中头额长27米,确实像一只蛇颈龙。另一幅照片拍到了水怪的头部,经过电脑放大,可以看到水怪头上短短的触角和张大的嘴。诮用结论是“尼斯湖中确有一种大型的未知水生动物。”
1972年和1975年的发现曾轰动一时,使人感到揭开水怪之谜或者说捕获活的蛇颈龙已迫在眉睫了。此后英、美联合组织了大型考察队,派24艘考察船排成一字长蛇阵,在尼斯湖上拉网式地驶过,企图将水怪一举捕获。但遗憾的是,除了又录下一些声纳资料之外,一无所获。
由于追捕水怪的失败,持否定的观点又流行起来。一位退休的电子工程师在英国《新科学家》杂志上撰文称:尼斯湖水怪并不是动物,而是古代的松树。他说,一万多年前,尼斯湖附近长着许多松树。冰期结束时“湖水上涨,许多松树沉入湖底。由于水的压力,使树干内的树脂排到表面,而由此产生的气体排不出来。于是这些松树有时就会浮上水面,但在水面上释放出一些气体后又会沉入水底。这在远处的人看来,就像是水怪的头颈和身体。”
但这种观点无法使那些声称亲眼目睹了水怪的人们信服。而且在七十年代后期,又有人几次拍下了水怪的照片。
那么,为什么人们至今还不能捕获水怪呢?
这要从尼斯特殊的地质构造谈起。原来尼斯湖水中含有大量泥炭,这使湖水非常混浊,水中能见底不足三、四尺。而且湖底地形复杂,到处是曲折如迷宫般的深谷沟壑。即使是体形巨大的水生动物也很容易静静地其间,避过电子仪器的侦察。湖中鱼类繁多,水怪不必外出觅食,而该湖又与海相通,水怪出入方便,因此,想要捕获水怪,谈何容易。
但只要没有真正找到水怪,这个谜就没有揭开。真到现在,人们对于水怪是否存在的不休,谁也不能妄下结论。对此,英国作家齐斯特说道:“许多嫌疑犯的犯罪证据,比尼斯湖水怪存在的证据还少,也就绞死了。”这倒不失为古今对水怪之谜的一个幽默而又巧妙的评价。
尼斯湖水怪再度现身(最新)
据美联社报道英国一男子上周六(2007年5月31日)在尼斯湖拍下一段视频,尼斯湖水怪观察者认为该段视频中出现了苏格兰这一最神秘的湖泊中的神秘生物尼斯湖水怪。
拍下这段视频的男子名叫戈登赫尔墨斯,是英国约克郡一名55岁的实验室技师。他表示称:&ot;当我看见这个全身乌黑、长达45英尺的东西在水中相当迅速的游动时,我简直不敢相信我的眼睛。&ot;
尼斯湖水怪观察者、海洋生物专家艾德里安希内在观看这段视频后表示,他希望在接下来几月内进行相应的适当分析。
他还表示:&ot;我是一个怀疑主义者,对于在这个湖中所发生的一切,我不抱有任何个人的主观看法。这段视频确实是我看过的最好的视频。&ot;
赫尔墨斯称,在水中呈直线移动的生物速度达到了每小时6英里左右。他说:&ot;我最初认为这可能是一只非常大的鳗鱼,鳗鱼本身就有着蛇一样的体征,而且也似乎可以解释近年来有关尼斯湖水怪所有的观察情况。&ot;希内也表示称:&ot;对于尼斯湖中观察到的情况,可以有着许多可能的解释。它可以是某种生物,但也有可能只是水面的波浪,或者仅仅是由于我们的心理作用使得它变成了我们所希望看到的东西。&ot;
自上个世纪30年代尼斯湖水怪被首次拍下来以来,我们已经有着近4000份所谓尼斯湖水怪的目击材料。不管尼斯湖水怪是真实的还是虚拟的,尼斯湖水怪都将成为苏格兰的一个象征。尽管苏格兰媒体对尼斯湖水怪的故事持怀疑态度,但是赫尔墨斯的视频质量很高。
基因的一些知识
人类基因组计划(huproject,hgp)是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序,发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置,破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。
2000年6月26日,参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国国和中国的6国科学家共同宣布,人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构,序列错误率低于万分之一。95常染色质区域被测序,每个gp小于150kb。完成图将于2003年完成,比预计提前2年。
美国和英国科学家2006年5月18日在英国《自然》杂志网络版上发表了人类最后一个染色体——1号染色体的基因测序。
在人体全部22对常染色体中,1号染色体包含基因数量最多,达3141个,是平均水平的两倍,共有超过223亿个碱基对,破译难度也最大。一个由150名英国和美国科学家组成的团队历时10年,才完成了1号染色体的测序工作。
科学家不止一次宣布人类基因组计划完工,但推出的均不是全本,这一次杀青的“生命之书”更为精确,覆盖了人类基因组的99.99%。解读人体基因密码的“生命之书”宣告完成,历时16年的人类基因组计划书写完了最后一个章节。
自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后,人们又提出了一个问题:遗传因子是不是一种物质实体?为了解决基因是什么的问题,人们开始了对核酸和蛋白质的研究。
早在1868年,人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩·赛勒的实验室里,有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔(18441895),他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣,因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康,与病菌&ot;‘作战&ot;而战死的白细胞和被杀死的人体细胞的&ot;遗体&ot;。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来,并用胃蛋白酶进行分解,结果发现细胞遗体的大部分被分解了,但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析,发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩·赛勒用酵母做实验,证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为&ot;核素&ot;,后来人们发现它呈酸性,因此改叫&ot;核酸&ot;。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。
20世纪初,德国科赛尔(18531927)和他的两个学生琼斯(18651935)和列文(1869--1940)的研究,弄清了核酸的基本化学结构,认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种(腺瞟吟、鸟嘌吟、胸腺嘧啶和胞嘧啶),核糖有两种(核糖、脱氧核糖),因此把核酸分为核糖核酸(rn)和脱氧核糖核酸(dn)。
列文急于发表他的研究成果,错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的,从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸,以此为基础聚合成核酸,提出了&ot;四核苷酸假说&ot;。这个错误的假说,对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用,也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为,虽然核酸存在于重要的结构细胞核中,但它的结构太简单,很难设想它能在遗传过程中起什么作用。
蛋白质的发现比核酸早30年,发展迅速。进入20世纪时,组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现,到1940年则全部被发现。
1902年,德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论,1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是,有的科学家设想,很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用,也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此,那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。
1928年,美国科学家格里菲斯(18771941)用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注人老鼠体内,结果他发现老鼠很快发病死亡,同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质,使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢?格里菲斯又在试管中做实验,发现把死了的有美菌与活的无荚菌同时放在试管中培养,无荚菌全部变成了有荚菌,并发现使无荚菌长出蛋白质荚的就是已死的有荚菌壳中遗留的核酸(因为在加热中,荚中的核酸并没有被破坏)。格里菲斯称该核酸为&ot;转化因子&ot;。
1944年,美国细菌学家艾弗里(18771955)从有美菌中分离得到活性的&ot;转化因子&ot;,并对这种物质做了检验蛋白质是否存在的试验,结果为阴性,并证明&ot;转化因子&ot;是dn。但这个发现没有得到广泛的承认,人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质,残留的蛋白质起到转化的作用。
美籍德国科学家德尔布吕克(19061981)的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒,个体微小,只有用电子显微镜才能看到它。它像一个小蝌蚪,外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘,头的内部含有dn,尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时,先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上,然后将它体内的dn全部注人到细菌细胞中去,蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面,再没有起什么作用了。进入细菌细胞后的噬菌体dn,就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的dn和蛋白质,从而复制出许多与原噬菌体大小形状一模一样的新噬菌体,直到细菌被彻底解体,这些噬菌体才离开死了的细菌,再去侵染其他的细菌。
1952年,噬菌体小组主要成员赫尔希(1908一)和他的学生蔡斯用先进的同位素标记技术,做噬菌体侵染大肠杆菌的实验。他把大肠杆菌t2噬菌体的核酸标记上32p,蛋白质外壳标记上35s。先用标记了的t2噬菌体感染大肠杆菌,然后加以分离,结果噬菌体将带35s标记的空壳留在大肠杆菌外面,只有噬菌体内部带有32p标记的核酸全部注人大肠杆菌,并在大肠杆菌内成功地进行噬菌体的繁殖。这个实验证明dn有传递遗传信息的功能,而蛋白质则是由dn的指令合成的。这一结果立即为学术界所接受。
几乎与此同时,奥地利生物化学家查加夫(1905)对核酸中的4种碱基的含量的重新测定取得了成果。在艾弗里工作的影响下,他认为如果不同的生物种是由于dn的不同,则dn的结构必定十分复杂,否则难以适应生物界的多样性。因此,他对列文的&ot;四核苷酸假说&ot;产生了怀疑。在1948-1952年4年时间内,他利用了比列文时代更精确的纸层析法分离4种碱基,用紫外线吸收光谱做定量分析,经过多次反复实验,终于得出了不同于列文的结果。实验结果表明,在dn大分子中嘌吟和嘧啶的总分子数量相等,其中腺嘌吟与胸腺嘧啶t数量相等,鸟嘌吟g与胞嘧啶c数量相等。说明dn分子中的碱基与t、g与c是配对存在的,从而否定了&ot;四核苷酸假说&ot;,并为探索dn分子结构提供了重要的线索和依据。
1953年4月25日,英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的研究成果:dn双螺旋结构的分子模型,这一成果后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现,标志着分子生物学的诞生。
沃森(1928一)在中学时代是一个极其聪明的孩子,15岁时便进入芝加哥大学学习。当时,由于一个允许较早人学的实验性教育计划,使沃森有机会从各个方面完整地攻读生物科学课程。在大学期间,沃森在遗传学方面虽然很少有正规的训练,但自从阅读了薛定愕的《生命是什么?活细胞的物理面貌》一书,促使他去&ot;发现基因的秘密&ot;。他善于集思广益,博取众长,善于用他人的思想来充实自己。只要有便利的条件,不必强迫自己学习整个新领域,也能得到所需要的知识。沃森22岁取得博士学位,然后被送往欧洲攻读博士后研究员。为了完全搞清楚一个病毒基因的化学结构,他到丹麦哥本哈根实验室学习化学。有一次他与导师一起到意大利那不勒斯参加一次生物大分子会议,有机会听英国物理生物学家威尔金斯(1916)的演讲,看到了威尔金斯的dnx射线衍射照片。从此,寻找解开dn结构的钥匙的念头在沃森的头脑中索回。什么地方可以学习分析x射线衍射图呢?于是他又到英国剑桥大学卡文迪什实验室学习,在此期间沃森认识了克里克。
克里克(1916)上中学时对科学充满热情,1937年毕业于伦敦大学。1946年,他阅读了《生命是什么?-活细胞的物理面貌》一书,决心把物理学知识用于生物学的研究,从此对生物学产生了兴趣。1947年他重新开始了研究生的学习,1949年他同佩鲁兹一起使用x射线技术研究蛋白质分子结构,于是在此与沃森相遇了。当时克里克比沃森大12岁,还没有取得博士学位。但他们谈得很投机,沃森感到在这里居然能找到一位懂得dn比蛋白质更重要的人,真是三生有幸。同时沃森感到在他所接触的人当中,克里克是最聪明的一个。他们每天交谈至少几个小时,讨论学术问题。两个人互相补充,互相批评以及相互激发出对方的灵感。他们认为解决dn分子结构是打开遗传之谜的关键。只有借助于精确的x射线衍射资料,才能更快地弄清dn的结构。为了搞到dnx射线衍射资料,克里克请威尔金斯到剑桥来度周末。在交谈中威尔金斯接受了dn结构是螺旋型的观点,还谈到他的合作者富兰克林(19201958,女)以及实验室的科学家们,也在苦苦思索着dn结构模型的问题。从1951年11月至1953年4月的18个月中,沃森、克里克同威尔金斯、富兰克林之间有过几次重要的学术交往。
1951年11月,沃森听了富兰克林关于dn结构的较详细的报告后,深受启发,具有一定晶体结构分析知识的沃森和克里克认识到,要想很快建立dn结构模型,只能利用别人的分析数据。他们很快就提出了一个三股螺旋的dn结构的设想。1951年底,他们请威尔金斯和富兰克林来讨论这个模型时,富兰克林指出他们把dn的含水量少算了一半,于是第一次设立的模型宣告失败。
有一天,沃森又到国王学院威尔金斯实验室,威尔金斯拿出一张富兰克林最近拍制的&ot;b型&ot;dn的x射线衍射的照片。沃森一看照片,立刻兴奋起来、心跳也加快了,因为这种图像比以前得到的&ot;型&ot;简单得多,只要稍稍看一下&ot;b型&ot;的x射线衍射照片,再经简单计算,就能确定dn分子内多核苷酸链的数目了。
克里克请数学家帮助计算,结果表明源吟有吸引嘧啶的趋势。他们根据这一结果和从查加夫处得到的核酸的两个嘌吟和两个嘧啶两两相等的结果,形成了碱基配对的概念。
他们苦苦地思索4种碱基的排列顺序,一次又一次地在纸上画碱基结构式,摆弄模型,一次次地提出假设,又一次次地推翻自己的假设。
有一次,沃森又在按着自己的设想摆弄模型,他把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然,他发现由两个氢键连接的腺膘吟一胸腺嘧啶对竟然和由3个氢键连接的鸟嘌岭一胞嘧啶对有着相同的形状,于是精神为之大振。因为嘌吟的数目为什么和嘧啶数目完全相同这个谜就要被解开了。查加夫规律也就一下子成了dn双螺旋结构的必然结果。因此,一条链如何作为模板合成另一条互补碱基顺序的链也就不难想象了。那么,两条链的骨架一定是方向相反的。
经过沃森和克里克紧张连续的工作,很快就完成了dn金属模型的组装。从这模型中看到,dn由两条核苷酸链组成,它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起,很像一座螺旋形的楼梯,两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架,而踏板就是碱基对。由于缺乏准确的x射线资料,他们还不敢断定模型是完全正确的。
下一步的科学方法就是把根据这个模型预测出的衍射图与x射线的实验数据作一番认真的比较。他们又一次打电话请来了威尔金斯。不到两天工夫,威尔金斯和富兰克林就用x射线数据分析证实了双螺旋结构模型是正确的,并写了两篇实验报告同时发表在英国《自然》杂志上。1962年,沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学和生理学奖,而富兰克林因患癌症于1958年病逝而未被授予该奖。
20世纪30年代后期,瑞典的科学家们就证明dn是不对称的。第二次世界大战后,用电子显微镜测定出dn分子的直径约为2n。
dn双螺旋结构被发现后,极大地震动了学术界,启发了人们的思想。从此,人们立即以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年,遗传密码全部被破解,基因从而在dn分子水平上得到新的概念。它表明:基因实际上就是dn大分子中的一个片段,是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。在这个单位片段上的许多核苷酸不是任意排列的,而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的dn,