DNA结构发现的启示意义.doc

1、从科学发展的角度，论述 DNA 结构 发现的启示意义 姓名:沈存忠 学院：生物工程学院 专业：生物化工 学号：09043113 发现的背景： （一）社会背景： 上世纪最重要的三个大的发现，就是相对论、 量子力学和 DNA 双螺旋结构，这是 20 世纪自然科学最伟大的三个发 现，都是在物质条件，不是太好的情况下产生的。DNA 双螺旋结构 在英国发现的，是 1953 年，也是在第二次世界大战以后的英国，那 个时候相对来讲，它比美国是困难多了，美国当时是惟一没有受到 战争影响的一个大国，而且由于战争的关系，使得美国非常重视科 学，所以在“二战”以后，美国大量投钱来发展科学。而英国，这 个实验室和这批

2、科学家，是处于一个很困难的境地，但是尽管如此， 他们还是发现了 DNA 双螺旋结构 （二）科学背景：20 年代至 30 年代，量子力学的发展很快，新的 思想对遗传学的发展产生了重要影响，并且有一大批物理学家加入 到遗传学的研究之中。同时，由于物理学家的介入，对遗传学的实 验技术发展也产生了很大的推动作用，特别是 x 射线结晶技术。它 不仅仅在研究蛋白质结构的工作中发挥了重要作用，而且在分析 dna 结构的工作中也发挥了极其重要的作用。 各研究小组 一：DNA 的结构起源可能要上溯到在弗兰克林和威尔金斯之前的 阿斯特伯里，他在 20 世纪 40 年代通过 X 射线结晶衍射图认为，DNA 分子是多

3、聚核苷酸分子的长链排列。然而阿斯特伯里所发现的 DNA 图片极其不清楚，并不能真实反映 DNA 清晰的图像。 二：接力捧随后传到了英国的威尔金斯和弗兰克林小组。在 40 年代末，威尔金斯的研究小组就测定了 DNA 在较高温度下的 X 射线 衍射，纠正了阿斯特伯里发现的缺陷，而且初步认识到 DNA 是一个 螺旋形的结构。但是后来随着研究的发展，威尔金斯似乎再也无法 深入到更深层面了解 DNA 的真实结构。这时弗兰克林这位具有非凡 才能的物理化学家加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计 了更能从多方面了解物质不同现象的实验方法，如获取在不同温度 下的 DNA 的 X 射线衍射图。把这些各种局部

4、的结构形状汇总，DNA 的衍射图片越来越清晰，越来越全面。本来，如果弗兰克林与威尔 金斯继续合作下去，胜利果实既不会遥远，也不会让与别人，即克 里克和沃森来摘取。但是弗兰克林由于与威尔金斯性格不合而时常 发生矛盾，最终弗兰克林从威尔金斯小组中分离了出来，另立门户 单干。两强的分离使得研究的实力大大减弱，速度也大大减慢。 三：就在威尔金斯和弗兰克林对 DNA 结构进行研究时，一位名声 更大的人物美国化学家鲍林从 1951 年起就在用同样的 X 射线晶体 衍射方法研究蛋白质的氨基酸和多肽链，最后发现了血红蛋白多肽 链为 螺旋链，为此他获得 1954 年的诺贝尔化学奖，并因此而成 为全球的 X 射线

5、晶体衍射权威。对科研极其敏感的鲍林随即就将注 意力转到了 DNA 上来，并获得了一些 DNA 的 X 射线晶体衍射图片。 也许是由于实验的问题，也许是由于指导思想的问题，鲍林一直认 为 DNA 是三螺旋结构。这让他进入了一个误区，从此再也没有走出 这个死胡同，否则他会三次获诺贝尔奖(第二次是获 1962 年的诺贝 尔和平奖)。 四：由于弗兰克林、威尔金斯和鲍林在当时都没能获得较大的进 展，于是天降大任于克里克和沃森。但是承担这一大任的克里克和 沃森在后来都承认，他们是站在了巨人的肩上。这巨人就是威尔金 斯和弗兰克林，尤其是后者。1951 年，美国的沃森代表导师卢里亚 前往意大利参加生物大分子结

6、构会议。就在这个时候，威尔金斯和 弗兰克林关于 DNA 的 X 射线晶体衍射图分析报告吸引了沃森。可以 说这是对沃森研究 DNA 结构的启蒙。博士毕业，沃森被导师推荐到 欧洲。在英国的卡文迪什实验室，他与克里克相遇并共同研究 DNA 的结构。虽然受到自威尔金斯和弗兰克林的报告的启发，但是，DNA 具体是一个什么样的螺旋结构，是双链、三链还是四链的，说实话， 沃森和克里克心中并没有谱。是在 1953 年 2 月 14 日与威尔金斯的 讨论中，威尔金斯出示了一幅弗兰克林于 1951 年 11 月在研究时获 得的非常清晰的 DNA 晶体衍射照片。1953 年 4 月 25 日自然杂 志发表了沃森与克

7、里克的 DNA 双螺旋结构假说的短文，并配有威尔 金斯和弗兰克林的两篇文章，以支持沃森和克里克的假说。后来鲍 林和其他科学家的研究也从不同方面证明了 DNA 双螺旋结构。 发现双螺旋结构的影响是多方面的。本文拟就发现者当年的经历， 谈一些可能仍然具有现实意义的看法。以古鉴今，或非空谈。 一个重大理论成果的诞生，需要有良好的学术氛围 1962年沃森在诺贝尔授奖宴会上代表医学生理学奖3位获得者的 答谢词中说过，他们获得如此崇高的荣誉，非常重要的因素是有幸 工作在一个博学而宽容的圈子中，科学不是某个人的个人行为，而 是许多人的创造。 沃森在美国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学研究 的，他们希

8、望通过噬菌体来搞清楚基因如何控制生物的遗传。派他 出国学习并没有生硬地规定课题，甚至他从一个国家的实验室到另 一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了威尔金斯 的学术报告，看到 DNA 的 X 射线衍射图片后，认定一旦搞清 DNA 的结构，就能了解基因如何起作用。于是他不等批准，就决定先斩 后奏从丹麦去伦敦学习 X 射线衍射技术了。至于克里克，他是个不 拘小节又相当狂妄的聪明人，不太受老板布喇格欢迎，甚至一度有 可能被炒尤鱼，但是，当因为学术问题引起的误会消除后，老板照 样关心他的工作，在那篇划时代的论文写成后，布喇格认真修改并 热情地写信向自然推荐。这种现象在一个以学术为重的研究机

9、 构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。 沃森擅自选择，后来和克里克一起在那里作出划时代贡献的研 究机构，在当时已经是一个闻名全球的单位 英国剑桥大学卡 文迪许实验室。这个实验室创立于1874年，麦克斯威尔、卢瑟福、 玻尔等一批物理学大师都在这里工作过。创立至今，先后造就了近 30位诺贝尔奖获得者。在这里，沃森遇到了物理学家克里克，又得 到机会向威尔金斯、富兰克林等 X 射线衍射专家学习，还有包括著 名蛋白质结构专家的儿子在内一批科学家和他经常交换各种信息和 意见，又得到实验室主任布喇格等老一辈的指导和鼓励，这些都是 他取得成就的重要因素。而直接导致沃森集中精力从事 DNA 结构

10、研究的契机，则是他得到美国主管部门资助去参加在拿不勒斯召开 的学术会议，在那里他看到了威尔金斯的 X 射线衍射图片。 早在上世纪初，物理学家汤姆森领导这个实验室时，就形成了 一个“TeaBreak”习惯，每天上午和下午，都有一个聚在一起喝茶的 时间，有时是海阔天空的议论，有时是为某个具体实验设计的争论， 不分长幼，不论地位，彼此可以毫无顾忌地展开辩论和批评。历史 证明这种文化氛围确实有利于学术进步，所以这种习惯现在已经被 国外许多大学和研究机构仿效，就连国际学术会议的日程安排中， 这个节目也是必不可少的。近十几年来，国内个别大学和科研单位 的领导人也在试图推广这种做法。如果能够长期坚持下去，必

11、有收 获。 创新者必须破除迷信，敢于向权威挑战 1953年沃森和克里克都是名不见经传的小人物，37岁的克里克 连博士学位还没有得到。受到前人的影响，他们原来按照3股螺旋的 思路进行了很长时间的工作，可是既构建不出合理模型，也遭到结 晶学专家富兰克林的强烈反对，结果使工作陷于僵局。在发现正确 的双股螺旋结构前2个月，他们看到蛋白质结构权威鲍林一篇即将发 表的关于 DNA 结构的论文，鲍林错误地确定为3股螺旋。沃森在认 真考虑并向同事们请教后，决然地否定了权威的结论。正是在否定 权威之后，他们加快了工作，在不到两个月内终于取得了后来震惊 世界的成果。 两位年轻科学家没有迷信权威，而且敢于向权威挑战

12、，这需要 勇气，更需要严肃认真的实验工作和深厚的科学功底。在科学界经 常遇到的是年轻人对权威无原则的屈服，甚至沃森在开始知道鲍林 提出的是三螺旋模型的一刹那，也曾后悔几个月前放弃了自己按三 螺旋思路进行的工作。不过他们没有从此打住，而是为了赢得时间， 加快了工作。因为他们相信这是智者鲍林千虑之一失，很快本人就 会发现错误并迅速得出正确结论。 科学史中某个重大发现总能留给后辈许多启发。我们今天纪念 DNA 双螺旋结构发现，正是为了以古鉴今，找出那些有利于我们今 后发展的有益经验。我们期待着在实际工作中有更多体现。 原始性创新，是原创性技术发展的基础 第一流理论性突破，也就是我们今天常说的原始性创

13、新，是原 创性技术发展的基础。50年来的实践生动地表明，正是 DNA 双螺 旋结构的发现和随后20年中的大量科学实验，奠定了基因分子生物 学的坚实基础，在20世纪70年代基因工程才得以应运而生，而且迅 速形成了今天前途光明的生物技术产业。 理论上的原始性创新成就和产业上的应用通常相距很遥远，有 时甚至在相当长的时间或相当广的空间内难以预料这些成就的应用 前景。可以说，第一流的理论突破总是和急功近利无缘的。当 DNA 结构刚发现时，也许少数从事研究工作的人能够朦胧地认识它的重 大意义，但没有在社会上引起多少轰动。即使稍有报道，也要带上 一句：“看来一时半会不会有什么实际用处。 ”实际上，揭示基本

14、自然 规律的重大发现，常常是来自那些“象牙塔” 里，从事发现研究的科 学家也多数是一些“书呆子 ”。虽然他们不一定富有，但决不会为衣 食牵累，因而他们只做自己感兴趣的探索，并不计较个人的荣辱得 失。例如当年在发现 DNA 双螺旋结构的研究中起主要作用的沃森， 这位20出头的小伙子在博士后阶段游历过几个国家的不同领域的实 验室，并没有哪位领导人要他去解决“基因是什么” 的难题，但从大 学高年级起就产生了这个疑问的他，为了找到答案，竟可以不要奖 学金。甚至到了他功成名就的老年，他还坚持主张人类基因组的研 究成果要向全人类公开。 早在建国初期，中国科学院第一任院长郭沫若曾经指出：“科学 研究自然是应

15、该和实际配合的，但在这儿也有种种不同的历程。有 的研究和实用的历程很短，研究成果立即可以见诸实用。但有的却 有相当长远的历程，一时是看不出成效来的。例如原子能的研究、 宇宙线的研究及其它纯理论的科学研究便不能期待今天从事研究， 明天就见诸实用。 ”他还尖锐地批评道： “我们的眼光有时太短，而算 计有时打得太紧。 ”20年后，周恩来曾经给物理学家张文裕写信指出： “科学院必须把基础科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究同 科学实验结合起来。 ”可见我国领导人即使在非常时期也对原始性创 新的重要性有清醒的认识。可是，我们只要简略地回顾一下50年来 我国科学研究状况，就会发现，由于种种干扰，这个早

16、就确定的方 针经常会发生偏移。 必须明确，对于那些探索性的基础理论研究，不能急功近利， 不能一上来就要他们估测经济效益。否则，只能束缚他们的创新思 维，影响科学研究的深度。不久前，我们的科学工作者在填写基础 研究的经费申请表时，还要回答“经济效益和社会效益的预测” 。这 无疑是一种导向，作为发展中国家的科学工作者，将大部分力量投 入经济发展、国防建设和社会进步，尽快取得效益，是必要的。然 而，许多面向世界科学前沿的可能是原始科学创新的课题常常是无 法估测经济效益和社会效益的。试问沃森和克里克当年能预见现在 生物技术产业上千亿的产值么？ 上世纪末，在全球知识经济蓬勃兴起的潮流中我们痛感原始创 新，特别是重大理论性突破的贫乏，以至于属于我国自主知识产权 的原创性技术稀少。我们下决心建立国家创新体系，并开始切实注 意加强对原创性研究的支持。我们相信，在不久的将来，局面将会 有大的改观，坚持下去，就有可能会出现像沃森和克里克这样的人 才。