科学网“雾霾”:在朋友圈里是如何传播的?_草根站长

科学网“雾霾”:在朋友圈里是如何传播的?

2018-01-21 18:27 来源:草根站长

在DNA双螺旋结构的发现过程中,DNA晶体的X光衍射图像起到了关键的作用。最精湛地掌握这项技术的人并不在剑桥的开文迪什实验室,而是在五十英里外的伦敦。然而,伦敦的小组没能首先发现DNA双螺旋结构,其中有许多原因。华森与科瑞克成功的原因,也就是威尔金斯与罗莎琳没有成功的原因。首先,威尔金斯与罗莎琳坚持X光图像为最重要的手段,这样就排斥了其它的方法与途径。在某种程度上,相对于美国文化而言,他们的这种想法是出于欧洲文化相对的保守性。

这一切均缘于两个原因,其一是华森到了欧洲相当长一段时间了并没有找到自己的研究方向,正在寻求新科学思想的生长点;其二是当时生物化学家与晶体学家对DNA的研究还处于盲人摸象的状态,双方是各行其事,相互还没有真正的沟通与了解。

达尔文①出身一个医生世家,他的祖父是医生,英国皇家学会会员,颇有著述。达尔文的父亲也是皇家学会会员,他不但医术高超,且善于投资,在股票上大有收益。因而达尔文终生没有经济上的不便,他全凭爱好与成就一番事业的追求,完成了他科学上的成就。就这一点而论,达尔文在科学上的动机与成就的取得如同古希腊人一般,只是他们财富的来源不同。如果不是这样,生物进化理论的桂冠就会被华莱士②独享了。

生命是神奇的,不多的几种元素组成的两条DNA螺旋相连接,便具有了自我复制功能,使生物的特性代代相传。几十亿年前,最初的生物便已经在地球上出现。因为DNA复制过程中偶发的随机变化,或自然界的各种粒子或电磁辐射导致DNA中基因的变化,使每一代生物产生一些微小或巨大的变异。环境对这些变异的选择性作用,导致了生物进化的发生。从单细胞生物开始,在进化的作用下,生物的复杂性在增加,直到产生了最复杂的人类。说人类在所有生物中最为复杂,似乎是我们人类以自我为中心的观点,然而不能不承认,人类至少在一个方面——人类的大脑——是所有生物中最为复杂的。

⑤ 亨斯罗(John Stevens Henslow,1796—1861),牧师,英国皇家学会会员,先后任剑桥矿物学与植物学教授,对植物学、昆虫学、化学、矿物学和地质学有深入研究。

在美国,科学在文化上占有重要地位,这可以看作是一种文化意义上的进化。

美国人鲍林对蛋白质结构的研究显示了美国人直接了当的作风,即使在科学研究中也是如此。他并非借助理论计算,或者X图像分析,而是主要借助构造模型来进行研究。华森和科瑞克决定模仿鲍林,用构造模型的方法来研究DNA的结构。在伦敦的威尔金斯小组看来,这种方法简直就是小孩子的玩意儿。由此可见,虽然美国文化出自欧洲传统,两者之间还是有着非常大的差异。在DNA的研究上,还是美国方式更胜一筹,首先取得了成功。

当时开文迪什的领头人布喇格爵士,他与他的父亲是X光衍射技术的发明者,DNA双螺旋结构在由他主持的实验室被发现,这不是偶然的。

鲍林对蛋白质的结构研究直接激发了华森与科瑞克对DNA双螺旋结构的研究。在鲍林的模型方法中,涉及结构化学的知识,这在之后的DNA结构研究中也显示出至关重要的作用。

第四十二章  基因与进化

达尔文八岁丧母,这不但没有给他的性格里增添悲愁的色彩,反而可能因为缺少母亲的温情照料,使达尔文具有了更加自由放浪的性格。在很大程度上,很可能也因为这同一原因,达尔文对于学校里的学习并不很用心,但是他却能在短期的努力下取得好的成绩,说明他的智力超常。

与亨斯罗⑤教授的友谊,影响了达尔文的一生。

第四十一章  发现双螺旋的启示

地球上最简单的生物是单细胞生物,但是,生物界主要的大多数种类的生物都是多细胞生物。在一个生物个体中,不同的细胞构成各种不同的功能器官,形成一个生命体。依进化程度的不同,地球上存在各种不同复杂程度的生物。人类与其它生物一起,共同组成了地球上的生命系统。

   在天地人至纯至净的交融中,我忘了心怀天下,忘了家国情怀,忘了纲常伦理,甚至忘了父母妻子,忘了柴米油盐。能概括这种体验的词,英文中难以找到对应,中文中却准备了很多,有“采菊东篱下,悠然见南山”这样的隐者风骨,有“宠辱不惊”,“物我偕忘”这样的士人情趣,有“本来无一物,何处惹尘埃”这样的佛家偈语。这种体验是典型的典型的中国意识,美国人不可能有,生活在大城市里的现代中国人难得有。我是何其幸运!无论身处地球上哪个角落,面对完全不同的自然景观和文化现象,做出一个个中国化的再解构,这是我在北美最神秘的内心体验,也是中国人独处的魅力所在。

在两年的时间内,华森本人参加的各种国际学术会议就有六次之多,还有他没参加但是与其研究有关的会议也在他的书中被提及;各种正式或非正式的访问、讲座与报告则更为频繁,更不用说那些数不清的,随时与周围和有关人员的讨论。在西方科学界,即使在休闲时间,也脱离不了科学的话题,就像农民之间脱离不了农作物、农产品与天气话题一样。

就像华森所说,“关于蛋白质和核酸的三维结构……方面的工作虽然已经进行了15年之久,”但是依然没有明确的结果。相关的化学、生物化学、晶体学与遗传学的研究则有着更为久远的历史。研究资料已经有了足够的积累,突破的时刻已经到来。蕴含了丰富知识的最终科学发现以意想不到的方式——儿童式拼积木的方法得到了。

  我常常一个人在离家不远的LakeJohnson边上跑步。很美的一个湖,开车离家就五分钟,会开车了之后我第一站就去了那里。没有人售票,没有管理处,只有公路边的一个游船码头孤零零漂在那里。有一条公路跨湖而过,从公路上下来就是湖边的停车场。沿湖岸修了一条环湖路,我一般逆时针开始跑。起点处是一座木桥,这个是垂钓者的好去处。不知道湖底下生长着什么品种的鱼,总之每次去都能看见几个悠闲的垂钓者。跑过木桥,环湖路就弯弯曲曲地伸展开了,道路起伏不定,时而要上坡用力,时而要下坡减速,心脏要时刻做出调整,这是跟健身房里的匀速跑最大的不同,所以哪怕跑得不快,也会很快落下汗来。每隔三四分钟,就会有和我一样的跑步者擦肩而过,各种肤色,各种面孔的都有。大多数当地人,都会牵一条狗,这是发达地区常见的现象,因为人和人之间的松散关系,许多人选择养条宠物填补感情上的空白,在北京的小区养狗也是经常的事情。罗利地处北卡州的沿海平原,冬天的凤吹过来没有山脉的遮挡,冬天里空气显得异常的清冽。一个人跑在路上,两旁是十几米高的杉木,随意恣意地生长着,没有人工的干预,它们的形态很杂乱,倒下的枯枝枯干堆叠在路旁,上面覆盖着深色发酵的落叶。

华森在芝加哥大学主修生物学,他的兴趣是鸟类,因为对于生物的热爱,他对基因发生兴趣。当他到了印第安纳大学研究院时,他的博士导师卢里亚(Salvador Luria)是一位意大利训练出来的微生物学家,从事有关噬菌体的研究。噬菌体是一种最简单的病毒,可以杀死细菌。在20世纪40年代,许多的科学家研究噬菌体,他们认为病毒是一种赤裸的基因,希望通过噬菌体的研究揭示基因如何控制细胞的遗传。这个群体中的领头人除了卢里亚,还有生于德国的加州理工学院教授,理论物理学家德布路克(Max Delbruck),他是卢里亚的朋友。

卡尔喀曾在1945年夏天到纽约听过德布路克的细菌病毒讲座。卢里亚与德布路克都认为,结合化学与遗传学的技术,将会使生物学得到收益。从最终的结果来看,他们的目的是达到了,然而其过程则远比他们计划与想象的曲折。

  周国平说,“孤独、寂寞和无聊是三种不同的境界,分别属于精神、感情和事务的层面;只有内心世界丰富的人,对精神与灵魂有着执着追求的人,对人间充满挚爱的人,才可能体验真正的孤独;孤独产生于爱。孤独是高贵的,是内心的思想的充实,寂寞是平庸是感情上的匮乏。”我觉得这段话是对独处者最好的注脚。在我眼里,与蹦迪、喝酒、搓麻将一样,独处就是一种娱乐方式,没有高下之别,遑论善恶美丑,只是不同层面的精神活动而已而已。

② 华莱士(Alfred Russell Wallace,1823—1913),英国自然科学家,与达尔文共同提出生物进化的自然选择原理。

在剑桥的业余生活,似乎是达尔文日后科学活动的一个预演。

从三十亿年前地球上出现最简单的生物开始,在之后的很长时间内生物没有多大的变化。直到六亿年前的寒武纪大爆发,地球上开始了第一次生命多样性的进化,在海洋中出现了各种有壳的或无壳的软体动物。直到3百万年前,直立行走的人类出现。约10万年前,现代人类出现。这是我们关心的生命进化史。这整个过程,都是由于DNA中基因的变化。

#p#分页标题#e#X光衍射技术在发现DNA双螺旋结构过程中起的作用已无须再强调,它直接涉及晶体学的知识。在螺旋分子的晶体学理论上,科瑞克与开文迪什实验室的一位晶体学家就共同提出了一个正确的解释。

华森在哥本哈根并没有跟随卡尔喀从事生物化学研究,而是继续从事噬菌体的研究。但是在1951年春天,在卡尔喀的提议下,华森陪同卡尔喀到那不勒斯去。在那里的一次会议上,华森对X射线工作发生了兴趣,这甚至是他自己也没有料到的,只是因为X射线同DNA有关,自从他到了欧洲,他便开始关注有关DNA的工作了。

①《西方人文主义传统》阿伦·布洛克著,董乐山译,三联书店,1997年10月第一版。

在剑桥的三年中,达尔文发展了对于绘画与音乐的鉴赏能力,在教堂里,音乐的力量甚至令他感动得脊背发抖。

在剑桥的最后一年,达尔文阅读了一些对他产生重要影响的科学著作,使他产生为科学做出贡献的愿望。

即使达尔文并未将心思花在学习上,他却非常爱好阅读。在中学时期,达尔文和他的哥哥热衷于化学实验。达尔文的其它爱好是同大自然紧密相联的,他喜好狩猎,收集昆虫标本,研究岩石。这同他祖父与父亲追求学问的家风一脉相承,并非只是追求享乐。

在发现DNA双螺旋结构的过程中,涉及了许多学科的知识与技术。科学发展到20世纪,各学科相互渗透,已经越来越成为一个整体。

1953年,生命的秘密在生命元素的最基本层面——分子水平上被揭示出来。比那个时候更早94年,1859年,生物进化的规律就已经在宏观上被达尔文(Charles Robert Darwin,1809—1882)揭示。

  每一个在美国的中国访问学者可能都有这种感觉。初到美国,面临一个巨大的,完全陌生的世界,不知道未来的生活该如何展开,就像一只小老虎面对一头巨大的水牛,不知道从哪里下嘴。这时他们会寻求帮助,也会有许多中国人愿意帮助他们,因为他们最明白初来的中国人面临的难处是什么,所以中国人往往还是和中国人在一起出现的,文化上的同质性是一方面,更多的是现实的需要。等到逐渐适应了身边的环境,开始能够独立处理生活、交通的大多数事项时,尤其是在当地买了车,解决了交通问题之后,就开始逐渐获得完全的独立性,并且作为一个外来者,既没有政治权利,也没有政治义务,除了跟买车相关的,基本上不需要与公共部门发生关系,有大把的时间安排自己的私人生活。另一方面,因为原来国内的人际关系都留在了大洋彼岸,包括你爱的和你恨的都远在天边,所以从来到美国开始整个情感世界基本上是从零开始重新搭建的,少了他人的关心也少了他人的牵绊。这个时候每个人的天性被完全的激发出来,原来的陌生感转化为新鲜感,进而转化为探索欲。有的人选择向未知的外部世界扩大自己的搜索范围,在美国的留学生特别喜欢出去旅游,我实验室的同学们几乎一有长假就会开车或者坐飞机去外地,在国内旅游的频率也远没有这么频繁;有的人选择独自一人,回归内心世界去寻找真实的自己。同学们都说,到美国来一趟,还不多走走,多转转嘛,否则不浪费机会。其实我倒觉得安静独处的状态是在国内人口密度高,公共生活繁忙的环境里极少感受到的,论珍贵程度,我觉得不逊于到迈阿密海滩看比基尼美女,到纽约百老汇体验花花世界。对于我这样纯粹的中国人来说,虽然与人共舞、建功立业注定是今生激昂的交响乐,但是偶然的离群索居又何妨成为一支悠扬的蒙古长调,只在静谧的夜里响起。

在科学传统浓厚的英国,科学就是爱好科学的人们的生活内容。达尔文是皇家医学会会员,他参加学会的活动,因为对医学不是很感兴趣,所以并不太重视。但是,除此之外,他还参见魏尔纳学会④的聚会,聚会的内容是讨论自然史问题。达尔文还参加过爱丁堡皇家学会的活动。

晶体学家关于蛋白质与核酸的三维结构的研究已经多年了,但是他们的工作并不为生物化学家们所了解。因此,华森作为一个生物学家,进入了晶体学家的工作领域,他的行为算是出格了。

华森是一个生物学家,进而研究噬菌体,对遗传学很感兴趣;科瑞克本来是一个物理学家,转而研究生物学,原因之一是他受到理论物理学家薛定谔②《生命是什么?》一书的影响,对生命的奥秘发生兴趣。

1825年,达尔文尊父命进入爱丁堡大学学医,可是他并不喜爱医学。这时,达尔文同几位爱好自然科学的青年结为知交,开始接触拉马克③的进化观点。这种观点对于达尔文来说并非初次听闻,在达尔文已读过的他祖父的著作中,亦有类似的论述。他们也到海上收集海洋生物,进行研究。在研究中,达尔文有一个有趣的新发现,他在大学生的普林尼学会上宣读了有关发现的论文。

在离开剑桥之前的一段时间,亨斯罗教授引导达尔文研读地质学,达尔文并且与一位地质学教授在北威尔士地区进行了一次地质考察。

科瑞克的博士研究方向是血红蛋白,DNA也不是他的方向。因此,在开文迪什,可以说华森科瑞克两人都是在他们的正业之外研究DNA,这得益于剑桥宽松的,在某种程度上是放任的研究方式。

后来,华森费了一番周折,来到了剑桥开文迪什实验室。华森为着DNA研究来到了剑桥,但是他并不能直接向着目标前进。他被接受来到开文迪什是从事马的肌红蛋白研究,对此华森自然没有足够的热情,他在寻找从事DNA研究的机会。当初次在DNA研究上受挫之后,华森又转向烟草花叶病毒的研究,这项研究有助于DNA研究。华森对自己的这种做法并没有许多后顾之忧,因为他是作为博士后研究来到欧洲的,他在欧洲的研究活动受到了美国几个基金会接续的经费支持。虽然到欧洲后,因为研究地点与研究方向的变化,他也受到了基金会方面的质疑。来到剑桥之后,华森则是全凭着美国人的一股子闯劲儿,才和他的颇具美国气质的合作者科瑞克取得了最后的成功,发现了DNA的双螺旋结构。

①《达尔文回忆录》,达尔文著,毕黎译,商务印书馆,1982年4月第一版。

当1944年薛定谔正在写作他那本著名的书时,纽约洛克菲勒研究所的细菌学家艾弗里(Oswald·T·Avery)发现,DNA能够在细菌之间传递遗传特性。

达尔文和他同在基督学院的姑表兄弟,还有三一学院的两个青年,结为至交,他们一同以采集甲虫作为消遣。达尔文在路灯下、树皮中和河岸边采集甲虫。他对采集甲虫怀着强烈的热情与浓厚的兴趣,甚至雇佣工人收集货船底部的垃圾,在冬天为他从老树皮上刮下青苔,因为里面藏有甲虫。一次,达尔文在撕下一块树皮时发现了两只甲虫,他马上用两只手分别捉住它们,这时他又发现了第三只,于是他将手中的一只咬到了嘴中,可是那只甲虫喷射出的液体灼伤了达尔文的舌头。

北美洲,实际上主要是美国,作为欧洲人眼中的新大陆,是一块没有什么久远历史的土地。美国人自己也是这样认为的,因为事实上就是如此。从1492年哥伦布发现新大陆算起,也才过去了500多年。从1620年第一批英国移民驾驶“五月花号”到达北美洲,至今不足400年的历史。当然,在那之前印第安人的历史也是美洲的历史,然而在文化上,从那时之后美国的历史则全然是一个新的开始。

1831年1月,达尔文以第十名的优良成绩从剑桥毕业。

③ 拉马克(Jean Baptiste Lamarck 1744—1829)法国科学家,最早提出生物进化学说。

大西洋两岸的三个小组,在发现DNA双螺旋结构的科学道路上竞跑,这种既有竞争又有合作的氛围,避免了科学的固步不前,刺激与催发了新的科学理论的诞生。

在剑桥大学,达尔文对数学与几何学产生过兴趣。为了得到文学士学位,将来从事牧师职业,他对神学课程也很感兴趣,因为里面的逻辑论证类似几何学。达尔文也十分有兴趣去听植物学课程。

华森做的正是两个学科之间沟通与结合的工作。

然而,从更为广泛的角度来看,美国文化继承了欧洲文化,它们是一体的,同时在某些特性上也是互补的。就DNA双螺旋结构的发现而言,X光衍射技术功不可没,美国人不拘一格的思想与实验方法在加速了这一发现也是不争的事实。因而,DNA双螺旋结构的发现可以说是整个西方科学技术的成功。

鲍林能够首先通过制作模型的方法研究蛋白质结构,与他是离子结构化学方面的权威是分不开的。在华森与科瑞克的工作中,他的《化学键性质》一书在计算与确定化学键的长度时起到了必不可少的作用。

因为达尔文对医学不感兴趣,达尔文的父亲提出要他去剑桥学习,将来做一个牧师。达尔文经过认真考虑,同意了父亲的这一安排。1828年初,达尔文进入剑桥大学基督学院。

虽然如此,也尽管来到美洲的欧洲移民从文化上是欧洲传统的反叛者,并且美国最终脱离了英国的统治,他们却摆脱不了自己的欧洲文化之根。可以说,美国人抛弃的是欧洲传统文化的桎梏,发扬的是欧洲文化的精髓,那就是科学主义。在西方占统治地位的三种传统思想体系,宗教、人文与科学传统①,在美国都得到了继承,其中最为彰显发扬的就是科学的进步。

多学科知识的共同作用,多个研究团体共同努力与互相促进,世界范围内的学术交流,以至于相距甚远的学科间的启发,成为发现DNA双螺旋结构必不可少的因素。

按照达尔文自己的说法,“在剑桥大学这三年,可以说是我一生中最幸福最快乐的日子。”

美国文化与欧洲有千丝万缕割不断的联系,华森在科学上的成就就是一个最充分的例子,美国的文化之根在欧洲。

#p#分页标题#e#亨斯罗教授每个周末在家中举行一次聚会,时常参加聚会的有爱好自然科学的大学生,还有几位教职员。亨斯罗教授学识渊博,对许多自然科学学科都有深入研究,他善于根据长期积累的观察资料得到结论。达尔文与亨斯罗教授成为忘年交,亨斯罗教授无疑成为了达尔文日后研究工作的榜样。

② 薛定谔(Erwin Schrodinger,1887—1961),奥地利理论物理学家。

在DNA的一条链里,含有4种不同碱基A、T、G、C成分的核苷酸以各种组合顺序相连接,如果取3个核苷酸的排列来看,有43=64种排列顺序,多于氨基酸的种类。(42=16,2个核苷酸的排列顺序不足以表示氨基酸的种类。)大自然是节俭的,研究表明,基因的编码正是这样,3个核苷酸的排列决定了一个氨基酸的合成。一段核苷酸的序列构成一个特定的基因,决定着我们身体的某一个性状,例如牙齿的形状,或者是否易患龋齿等某种疾病。当然,氨基酸合成的过程并不是简单的。氨基酸组成蛋白质,构成了生命。氨基酸的合成只是DNA最主要的基本功能之一,基因在任何一个细节上都决定着人体的功能与状态,在整体上控制人的生命,包括生命的始终。

DNA是物质世界的实在,必须以最直感的方式去对待它。

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基因决定了生命,基因最基本的功能就是决定氨基酸的合成。

④ 全名为“爱丁堡魏尔纳自然科学会”,1808年创立,1839年停止活动。

要用几种元素的原子模型相互之间联结起来,组成一个有着复杂结构的模型,需要考虑各方面的有关知识,从最基本的原子特性,到大分子功能团的性质,都要符合已知的研究结果。从元素方面,要考虑各种原子的相对大小、原子间作用力的大小和联结键的长度等等,涉及原子与离子最基本并且准确的数据与知识;从另一方面上来讲,原子功能团的空间形状与数量关系还都要符合实验所得到的数据。另外,还要考虑DNA结构与遗传学功能的关系。因而DNA双螺旋结构的发现涉及从基本化学、晶体学、生物化学到遗传学等许多学科当时几乎所有最基本与最新的研究成果。

在爱丁堡大学,达尔文曾经去听地质学与动物学课程。达尔文还结识了爱丁堡自然博物馆的馆长,讨论自然史是他们共同感兴趣的话题。对自然的兴趣发自达尔文的内心深处,即使在假期的狩猎季节,达尔文对每一支猎获的鸟都作了详尽的纪录。

细胞由细胞质与细胞核组成。细胞质的主要成分是蛋白质,蛋白质由20种氨基酸构成。细胞核中主要的物质就是染色体,例如人的体细胞内就有23对染色体。在初期的研究中,从细胞核里分离出了一些物质,这种物质易于被染上颜色,于是这种物质得到了染色体的名称。染色体就是具有螺旋双链结构的DNA,生命的基因编码就在这两条链上。

威尔金斯与罗莎琳的高质量X光图片对他人有所保留,不仅因为X光的拍摄技术需要有一些专门的诀窍,并不是容易得到的。另外还必须要有生物化学家们的支持,提供的高纯度DNA结晶样品。

  跑到大概三分之二的时候,会看到一个水坝,水坝不大,只有几十米长。许多人喜欢在水坝露出水面的部分上躺着晒太阳。我觉得这个地方是整个环湖路上风景最美的地方。坝的两边延伸出去,像极了两只手臂把一汪碧水拥入怀中。倒影和树林的实物构成了一幅极致的对称画,自然界对称的奇妙正在于此。如果把头向左偏九十度,可以看到水平方向两只手臂及其倒影的轮廓又恰好构成了一棵大树的形象,在这里,微观与整体的惊人一致似乎是上帝疏于抹去的记号,无意间向我们透露出深邃的创世玄机。我等凡人只能细细品匝,终究难以领会。

就在达尔文结束了在剑桥的学习生活的时候,又是亨斯罗教授介绍达尔文加入了贝格尔舰的航行。达尔文在历时五年的考察中,观察物种的变异证据,而后又经过多年的研究,完善生物进化理论,写出了他的巨著《物种起源》。

德布路克希望通过遗传学方法就能解决问题,而卢里亚则认为只要搞清楚病毒的化学结构,问题就会有答案。于是卢里亚将他的学生华森送到了哥本哈根,在生物化学家卡尔喀(Herman Kalckar)那里做博士后研究,以增加他的化学知识,解开基因之谜。

在以实验与观测为主要科学发现手段的现代,交流与讨论是科学研究中必不可少的一个环节。每个人或每个小组的研究领域只是一个学科分支里的微小局部,要把握总体,只有交流讨论,融会贯通各部分的知识与结果。

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