第十九讲分子生物学的建立和发展1938年，在美国洛氏基金会工作的数学家W.韦弗在一份支持生物学研究的文件中首次使用了“分子生物学”这一名词。英国生物大分子晶体分析学家W.T.阿斯特伯里于1950年，以“分子生物学”为题在美国作公开讲演。以后随着工作的开展，分子生物学得到普遍承认。分子生物学是生物化学和生物物理学研究发展的必然结果。生物大分子结构和功能的研究正是50年代以来生物化学和生物物理学面临的中心问题。但在研究功能时必然与遗传学、免疫学等学科相结合，从而发展为分子遗传学、分子免疫学等。在实验材料上选中了微生物，从而应用了微生物学的原理和方法。从1953年以后，分子生物学取得了一系列巨大的突破，开创了一个新的广阔的研究领域。一.分子生物学的孕育时期20世纪40年代被认为是分子生物学的孕育时期。1941年，曾在摩尔根实验室工作过的美国遗传学家G.W.比德尔同美国生物化学家E.L.塔特姆合作，把生物化学引进了遗传学。他们用粗糙脉孢菌(Neurospora)为材料,用X射线诱发多种营养缺陷型突变体，并进一步研究这些突变特性在遗传上的传递规律，从而推导出“一个基因一种酶”的新概念（后来有所修改）,40年代中期被普遍承认,从而建立了生物化学遗传学。研究成果促进了分子生物学的发展。一项是，由德国移居美国的物理学家M.德尔布吕克和其同事们在1946年发现不同种的噬菌体在一定条件下能进行基因交换重组。M.德尔布吕克从研究基因的自我复制出发，选中了噬菌体这种极简单又具有自我复制能力的微生物作为研究对象。他是美国“噬菌体小组”的主将，在40年代后期举办了多次噬菌体暑期讲习班，宣传他的学术思想和普及噬菌体的实验技术。另一项是，1946～1947年，美国微生物学家J.莱德伯格同E.L.塔特姆合作，以大肠杆菌为材料，也发现了基因分离和重组现象。这两项突破以及他们对噬菌体和大肠杆菌的一些基本研究，对分子生物学的发展起了十分重要的作用。1944年,美国细菌学家O.T.埃弗里发现DNA是不同种的肺炎双球菌之间的转化因子。第一次证明DNA携带着遗传信息。这一十分重要的成果却引起很大争论，一方面受传统思想的影响,很多人怀疑他所分离出的DNA不纯，可能还是混杂的蛋白质在起作用；但是这一成就无疑地也刺激了人们对DNA化学组成和晶体结构的研究。同年，奥地利物理学家、量子力学的奠基人之一E.薛定谔在英国出版了名为《生命是什么?》的小册子,其副标题是“活细胞的物理观”。该书用量子力学的观点论证基因的稳定性和突变发生的可能性。书中提出必定有一种由同分异构的连续体构成非周期性的晶体，其中含有巨大数量的排列组合，编排成遗传密码。该书还用统计物理学中的“有序”、“无序”和“熵”等概念来分析生命现象。E.薛定谔在这本书中还明确指出，生命物质的运动必然服从于已知的物理学定律。但他写这本书的唯一目的却是想从复杂的生命物质运动中发现未知的物理学定律。虽然他的物理学家的目的至今未能实现，但却启发了人们用物理学的思想和方法去探讨生命物质的运动。其中对生命问题提出的一些发人深思的见解，吸引了不少生物学家和对生物学感兴趣的物理学家。一些知名的分子生物学家都在自己的回忆中提到这本书对他们的影响，于是有人把这本书誉为“从思想上唤起生物学革命的小册子”。二.分子生物学的诞生和发展1953年4月25日在英国的《自然》杂志上刊登了美国的J.D.沃森和英国的F.H.C.克里克在英国剑桥大学合作的结果──DNA双螺旋结构的分子模型。这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。40年代后期，由于DNA的遗传功能逐渐明确，关于核酸的化学结构和晶体结构的研究也随之取得进展，1948～1952年美国哥伦比亚大学的出生于奥地利的生物化学家E.查加夫对核酸的4种碱基含量进行了重新测定。他利用精确的微量分析方法，取得了与P.A.T.列文不同的结果：在DNA分子中嘌呤和嘧啶的总分子数量相等。这一重要发现为DNA双螺旋结构的碱基配对原则奠定了基础。关于DNA的晶体结构分析的工作,一部分由英国伦敦国王学院的M.H.F.威尔金斯和R.E.富兰克林分别从1950年开始系统地进行；另一部分由美国加州理工学院的化学家L.C.波林从40年代末开始进行，并不断取得阶段性成果。毕业于芝加哥大学动物系的J.D.沃森，由于对遗传学发生兴趣，转入美国“噬菌体小组”主要成员S.卢里亚的实验室工作，并获得博士学位。1951年他经S.卢里亚的介绍到英国剑桥大学，在蛋白质晶体结构分析家J.C.肯德鲁领导下工作。英国的F.H.C.克里克原毕业于物理系，在第二次世界大战中，除参加有关使鱼雷克服德军舰艇的强磁力的研究外，也研究过如何用极小的微点传送大量情报信息的工作。战后他对生物学发生了兴趣而转到剑桥