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第15章 献身科学的生物学家们(2)

1854年,法国教育部委任巴斯德为里尔工学院院长兼化学系主任,在那里,他对酒精工业发生了兴趣,而制作酒精的一道重要工序就是发酵。当时里尔一家酒精制造工厂遇到技术问题,请求巴斯德帮助研究发酵过程,巴斯德深入工厂考察,把各种甜菜根汁和发酵中的液体带回实验室观察。经过多次实验,他发现,发酵液里有一种比酵母菌小得多的球状小体,它长大后就是酵母菌。巴斯德弄清了发酵的奥秘,从此以后,巴斯德最终成为一位伟大的微生物学家,成了微生物学的奠基人。

三项伟大成就

巴斯德一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,是19世纪最有成就的科学家之一。他用一生的精力证明了三个科学问题:

1.每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展,这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物。很快,“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。

2.每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展:由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,巴斯德拯救了法国的丝绸工业。

3.传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使他们从病菌变成防病的疫苗。他意识到许多疾病均由微生物引起,于是建立起了细菌理论。

路易斯·巴斯德被世人称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人”,他不仅是个理论上的天才,还是个善于解决实际问题的人。他于1843年发表的两篇论文——《双晶现象研究》和《结晶形态》,开创了对物质光学性质的研究。1856~1860年,他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论,1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗,其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。此外,巴斯德的工作还成功地挽救了法国处于困境中的酿酒业、养蚕业和畜牧业。

对医学的贡献

巴斯德被认为是医学史上最重要的杰出人物。虽然巴斯德并不是病菌的最早发现者,但是,巴斯德不仅勇敢地提出关于病菌的理论,而且通过大量实验,证明了他的理论的正确性,令科学界信服,这是他在医学方面最重要的贡献。

巴斯德这位法国化学家和生物学家是医学史上首屈一指的重要人物。巴斯德对科学做出了许多贡献,但是他却以倡导疾病细菌学说、发明预防接种方法而最为闻名于世。

17世纪后,随着科学技术的发展,博物学家搜集到大量的动物、植物和化石等标本。在1600年,人们就知道了约6000种植物,而100年后,植物学家又发现了12000个新种。到了18世纪,对生物物种进行科学的分类变得尤为迫切。林奈正是生活在这一科学发展时期的杰出代表之一。

林奈——现代生物学分类命名的奠基人

成长环境

林奈1707年生于有“北欧花园”之称的瑞典斯科讷地区的罗斯胡尔特拉,在这样花园般的环境里成长的林奈受到环境熏陶,因此十分喜爱植物,他曾说:“花园与母乳一起激发我对植物不可抑制的热爱。”林奈也因此,八岁时就获得“小植物学家”的别名。

林奈在小学和中学的学业不突出,只是对树木花草有异乎寻常的爱好。他把时间和精力大部分用于到野外去采集植物标本及阅读植物学著作上。

求学之路

一位叫罗斯曼的教师看中了林奈特殊的才华和毅力,经常带他到自己家中看书,并给予指导。在罗斯曼老师的鼓励下,林奈终于在20岁时以优异的成绩考进瑞典隆德城大学,23岁便成为这所大学颇有名气的植物学教师。从此,他进入了向往已久的动植物研究领域。

1732年,林奈得到瑞典科学院的资助,独自一人骑马到瑞典北部的拉帕兰地区考察了五个月,采集了大量植物标本,其中一百多种是前人没有记载的。林奈将考察结果整理成《拉帕兰植物志》一书,受到了植物学界的赞誉。为表彰他的功绩,瑞典科学院特意把当地产的一个植物属命名为“林奈木属”。

初露锋芒

1732年后,林奈留学荷兰,获得了医学博士学位。他周游了荷兰、英、法等国,系统整理了自己多年的考察数据,发表了许多著作,包括划时代巨著《自然系统》。在这部书中,他阐述了矿物的形成,植物的生长和生活,动物的生长、生活。“双名法”在书中首次出现,林奈从此驰名世界。

在国外的3年是林奈一生中最重要的时期,这是他学术思想成熟、初露锋芒的阶段。1738年林奈回到故乡,到母校乌普萨拉大学任教。从1741年起,他担任植物学教授,潜心研究动植物分类学。在此后的20余年里,林奈共发表了180多种科学论著,特别是1753年发表的《植物种志》一书,是他历时七年的心血结晶。这部著作共收集了5938种植物,用林奈新创立的“双名命名法”对植物进行统一命名。

植物分类命名法

在林奈以前,由于没有一个统一的命名法则,各国学者都按自己的一套工作方法命名植物,致使植物学研究困难重重。其困难主要表现在三个方面:一是命名上出现的同物异名、异物同名的混乱现象;二是植物学名冗长;三是语言、文字上的隔阂。林奈依雄蕊和雌蕊的类型、大小、数量及相互排列等特征,将植物分为24纲、116目、1千多个属和1万多个种。纲、目、属、种的分类概念是林奈的首创。

林奈用拉丁文定植物学名,统一了术语,促进了交流。他采用双名制命名法,即植物的常用名由两部分组成,前者为属名,要求用名词;后者为种名,要求用形容词。林奈的植物分类方法和双名制被各国生物学家所接受,植物王国的混乱局面也因此被他调整得井然有序。他的工作促进了植物学的发展,林奈是近代植物分类学的奠基人。

杰出贡献

林奈在生物学中的最主要的成果是建立了人为分类体系和双名制命名法。在他看来:“知识的第一步,就是要了解事物本身。这意味着对客观事物要具有确切的理解;通过有条理的分类和确切的命名,我们可以区分开认识客观物体——分类和命名是科学的基础。”《自然系统》一书是林奈人为分类体系的代表作。

18世纪生物学的进步是和林奈紧紧相连的。瑞典政府为纪念林奈这位杰出的科学家,先后建立了林奈博物馆、林奈植物园等,并于1917年成立了瑞典林奈学会。

摩尔根——现代实验生物学奠基人

摩尔根,美国生物学家和遗传学家。发现染色体的遗传机制,并创立了染色体遗传理论,是现代实验生物学的奠基人。1933年获诺贝尔医学和生理学奖。1939年获英国皇家学会颁发的科普利奖。

童年趣事

摩尔根父亲和母亲的家族都是当年南方奴隶制时代的豪门贵族。虽然由于南北战争中南方的失败,家境已经败落,但摩尔根的父亲和母亲却都以昔日的荣耀为自己最大的自豪,并希望小摩尔根能够重振家族的雄风。

小摩尔根生来就是一个“博物学家”,对大自然中的一切都充满了好奇心。他最喜欢的游戏就是到野外去捕蝴蝶、捉虫子、掏鸟窝和采集奇形怪状并色彩斑斓的石头。他经常趴在地上半天不起来,仔细观察昆虫是如何采食、如何筑巢。有时他还会把捕捉到的虫、鸟带回家去解剖,看看它们身体内部的构造。

小摩尔根的另一个爱好是看书,特别是那些关于大自然、生物学方面的书。如果没有人叫他吃饭的话,他可以一整天泡在书房里。

科学征途

摩尔根对知识的热爱,使他在学习上倾注了极大的热情。他14岁考入肯塔基州立学院的预科学习。两年后,16岁的摩尔根顺利地转入了大学本科,他选择了理科专业,学习数学、物理学、化学、天文学、博物学、农学和应用工程学等。他最感兴趣的博物学贯穿于大学四年的课程之中。

当摩尔根大学毕业时,他还没有想好自己将来的发展方向。同学们毕业后有的经商,有的从教,有的办农场,有的去了地质队,而摩尔根对这些工作都不感兴趣。用他自己的话说:自己是因为不知道干什么好,只有考研继续读书。

他报考了霍普金斯大学研究生院的生物学系,这是个以医学和生物学见长的大学,办学方向侧重于研究生教育,特别是它非常强调基础研究和培养学生的动手实验能力。这所大学生的物学专业侧重于基础科学研究,并且课程几乎都是在实验室里上的,纯粹的课堂讲授实际上是被取消了。

在教学思想和教学方法上,霍普金斯大学走在了美国其他大学的前面,这也是它后来培养出7名诺贝尔生理学及医学奖获得者、成为世界著名学府的成功原因之一。

两年后,摩尔根获得了硕士学位,他的母校肯塔基州立学院给他寄来了博物学教授的聘书。此时的摩尔根已经坚定了从事生物学基础研究的理想,他留在了霍普金斯大学,继续攻读博士研究生。

伟大的发现

在攻读博士研究生期间和获得博士学位后的10多年里,摩尔根主要从事实验胚胎学的研究。1900年,门德尔逝世16年后,他的遗传学说才被人们重新发现。摩尔根也逐渐将研究方向转到了遗传学领域。

摩尔根开始用果蝇进行诱发突变的实验,他的实验室被同事戏称为“蝇室”,1910年5月,这里产生了一只奇特的雄蝇,它的眼睛不像同胞姊妹那样是红色,而是白的。这显然是个突变体,注定会成为科学史上最著名的昆虫。

摩尔根用这只白色果蝇同一只正常的红眼雌蝇交配,繁衍成一个大家系。这个家系的子一代全是红眼的,显然红对白来说,表现为显性。他又使子一代交配,结果发现了子二代中的红、白果蝇的比例正好是3∶1,这也是门德尔的研究结果,于是摩尔根对门德尔更加佩服了。

摩尔根决心沿着这条线索追下去,看看动物到底是怎样遗传的。他进一步观察,发现子二代的白眼果蝇全是雄性,这说明性状(白)的性别(雄)的因子是连锁在一起的,而细胞分裂时,染色体先由一变二,可见能够遗传性状、性别的基因就在染色体上,它通过细胞分裂一代代地传下去。

染色体就是基因的载体!基因学说从此诞生了,男女性别之谜也终于被揭开了。从此遗传学结束了空想时代,重大发现接踵而至,并成为20世纪最为活跃的研究领域。为此,摩尔根荣获了1933年诺贝尔生理学及医学奖。

沃森——二十世纪分子生物学的带头人之一

沃森,美国生物学家,美国科学院院士。由于提出DNA的双螺旋结构而获得1962年诺贝尔生理学或医学奖,被称谓DNA之父。

沃森的人生历程

沃森1928年出生于美国芝加哥。孩提时代就非常聪明好学,他有一个口头禅就是“为什么?”,并且简单的回答还不能满足他的要求。他通过阅读《世界年鉴》记住了大量的知识,因此在参加一次广播节目比赛中获得“天才儿童”的称号,并赢得100美元的奖励。他用这些钱买了一个双筒望远镜,专门用它来观察鸟。这也是他和爸爸的共同爱好。

由于有异常天赋,沃森15岁时就进入芝加哥大学就读。在大学的学习中,凡是他喜欢的课程就学得好,例如《生物学》、《动物学》成绩就特别突出,而不喜欢的课程就不怎么样了。他曾打算以后能读研究生,专门学习如何成为一名“自然历史博物馆”中鸟类馆的馆长。

1950年完成博士学业后,沃森来到了欧洲。先是在丹麦的哥本哈根工作,后来就加入著名的英国剑桥大学的卡文迪什实验室工作。从那时起,沃森知道DNA是揭开生物奥秘的关键。他下决心一定要解决DNA的结构问题。他很幸运能和弗朗西斯·克里克共事,尽管彼此的工作内容不同,但两人对DNA的结构都非常感兴趣。1953年他们终于建构出了第一个DNA的精确模型,这一问题的解决,在当时被认为是至今科学上最伟大的发现之一。

1962年,沃森与克里克,偕同威尔金斯共享诺贝尔生理或医学奖。莫里斯·威尔金斯和罗莎琳德·富兰克林提供了有关DNA结构的必要数据。沃森为此专门写了一本书《双螺旋——发现DNA结构的故事》,于1968年发表。这本书是首次采用谈话的形式描述进行科学发现的详细过程,一直畅销不衰。

1956沃森到哈佛大学任生物学的助理教授。在那里他的研究重点是DNA在基因信息传递中所起的作用。1976年沃森担任美国冷泉港实验室主任。沃森使冷泉港实验室成为世界上最好的实验室之一,该实验室主要从事肿瘤、神经生物学和分子遗传学的研究。

沃森在生物科学的发展中起了非常大的作用,例如在攻克癌症研究上,在重组DNA技术的应用上等等。他还是人类基因组计划的倡导者,1988~1993年曾担任人类基因组计划的主持人。

DNA之父

沃森在1951年到剑桥之前,曾经做过用同位素标记追踪噬菌体DNA的实验,他坚信DNA就是遗传物质。据沃森的回忆,他到剑桥后发现克里克也是“知道DNA比蛋白质更为重要的人”。但是按克里克本人的说法,他当时对DNA所知不多,并未觉得它在遗传上比蛋白质更重要,只是认为DNA作为与核蛋白结合的物质,值得研究。对一名研究生来说,确定一种未知的分子结构,本就是一个值得一试的课题。

在确信了DNA是遗传物质之后,还必须理解遗传物质需要什么样的性质才能发挥基因的功能。沃森后来也强调薛定谔的《生命是什么》一书对他的重要影响,他甚至说他在芝加哥大学时读了这本书之后,就立志要破解基因的奥秘。

正是因为沃森和克里克坚信DNA是遗传物质,并且理解遗传物质应该有什么样的特性,才能根据如此少的资料,做出如此重大的发现。

在论文中,沃森和克里克以谦逊的笔调,暗示了这个结构模型在遗传上的重要性。在随后发表的论文中,沃森和克里克详细地说明了DNA双螺旋模型对遗传学研究的重大意义:

1.它能够说明遗传物质的自我复制。

2.它能够说明遗传物质是如何携带遗传信息的。

3.它能够说明基因是如何突变的。

DNA双螺旋模型的发现,是20世纪最为重大的科学发现之一,也是生物学历史上唯一可与达尔文进化论相比的最重大的发现,它与自然选择一起,统一了生物学的大概念,标志着分子遗传学的诞生。

托马斯——擅长写作的生物学家

生平简介

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