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三、生命起源揭秘
在科學王國中， 有關生命的起源， 生命的本質以及生物的進化等一係列問題至今仍有成千上萬的謎團有待科學家們去揭開。特別是有關生命的起源的問題， 千百年來一直是人類苦苦追尋的， 但至今仍沒有明確的答案。最近， 日本幾十位著名的科學家共同討論了21 世紀自然科學迫切需要解決的一係列重大問題， 最後選出了下一世紀人類渴望揭開謎底的“自然科學七謎”， 其中“生與死”這一生物科學命題高居“七謎”的榜首。
最近幾百年來， 生命科學的發展是十分驚人的。幾百年以前， 人類對生命的秘密還幾乎一無所知， 而現在已經進入了分子生物學時代。在人類探索生命奧秘的過程中， 有幾種生物的名字將名垂史冊， 因為我們現在有關生命的秘密的許多知識都是以它們為材料進行研究所取得的。這幾種名垂史冊的生物就是： 大腸杆菌、噬菌體和果蠅。在細菌和病毒被人類認識之前， 果蠅是遺傳學家、生化學家等最常用的材料。然而， 當科學家們認識了細菌和病毒之後， 果蠅就不得不受到了冷落， 這是因為： 細菌和病毒在一兩天內所繁殖的個體比遺傳學家一輩子用過的果蠅標本還要多。因此， 在過去近100 年來， 微生物成了生物學家的“寵物”， 我們目前所知道的生命規律， 絕大多數都是以微生物作實驗材料獲得的。
40 年代以前， 生物學家們還不知道生物體的遺傳物質是什麽， 有的認為是核酸， 有的認為是蛋白質， 雙方都似乎有些道理， 但又都缺少使人信服的證據。這時有一位頗有心計的科學家阿瓦裏想到了微生物， 於是他用微生物做了一個非常巧妙的試驗， 終於證明生物體的遺傳物質是DNA 而不是蛋白質。他的試驗是這樣設計的： 肺炎鏈球菌有兩種類型， 一種叫光滑型(S 型)， 它的致病力強； 另一種叫粗糙型(R 型)， 它的致病力弱。於是， 這位科學家提取S 型的DNA 與R 型細菌一起混合， 結果發現R 型細菌變成了S 型。他進一步研究發現， 如果加入少量的DNA 水解酶， 這種轉化立即消失， 而加入蛋白質水解酶則不改變這種轉化。通過這一實驗， 他充分證明了引起細菌遺傳改變的物質是DNA， 而不是蛋白質。
DNA 作為遺傳物質， 生物體必須能夠進行自我複製， 從而在繁殖過程中給予子代一套DNA ， 自己仍保留一套DNA 。然而， 這種複製是怎樣進行的呢？ 為了解釋DNA 的複製機製問題， 科學家們又一次想到了細菌。他們以大腸杆菌為試驗材料， 終於揭開了DNA 複製之謎。原來， 在DNA 複製時， DNA 的兩條鏈子首先解了開來， 然後以其中的一條作為模型非常準確地複製出一條新鏈來， 用於複製新鏈的材料是4 種不同的核苷酸和一係列的酶。
很久以前， 微生物學家在培養大腸杆菌時發現了一件怪事： 當大腸杆菌生長在同時含有葡萄糖和乳糖的培養基上時， 它們首先吃葡萄糖， 而對乳糖毫不理睬， 當把葡萄吃糖完後， 細菌首先“休息”一會兒， 然後又津津有味地吃起了乳糖。微生物學家把這件怪事叫做“細菌的二次生長現象”， 但誰也說不清是怎麽回事。為了解開這個謎， 法國的兩位科學家進行很長時間的研究， 終於發現了這一秘密： 原來， 細菌消化葡萄糖和消化乳糖然後產生酶的行為是由一個共同的“總開關”控製的， 以下是兩個“分開關”分別控製兩種不同的酶的產生。當培養基中有葡萄糖時， 消化葡萄糖的酶產生， 即“葡萄糖開關”打開而“乳糖開關”關閉； 而當葡萄糖用完時， “乳糖開關”也隨之打開， 這樣的一關一開又是由“總開關”控製的。這就是著名的“乳糖操縱子模型”， 它為解釋細菌的許多奧秘作出了巨大貢獻， 這兩位科學家也因此而榮獲“諾貝爾獎”。
生命的起源是生物科學中的第一大謎。人類在揭開生命起源的奧秘的“長征”中， 微生物是我們最可靠的同盟軍。雖然生命起源之謎的完全揭開尚需很長的時間， 但微生物近10 幾年來的兩項“壯舉”確是鼓舞人心的。一件是： 最近國外有幾位科學家使埋藏於冰天雪地古老化石中的細菌起死回生， 它們的壽命至少有幾千萬年了！ 這種起死回生的“活化石”無疑是我們研究生命起源的極好材料。第二件： 長期以來， 科學家們對地球上先有DNA 、RNA 還是蛋白質感到十分迷惘， 這是一個類似乎“先有雞還是先有蛋”的問題。因為大家知道， 一切物質的遺傳信息主要是DNA 攜帶的， 遺傳信息又是RNA 傳遞的， DNA 和RNA 又是蛋白質酶催化合成的， 似乎隻能三者同時發現， 誰先出現都是不可能的。然而， 在地球上三者的出現肯定是有先後順序的。值得慶幸的是， 對這個問題現在有了較滿意的答案， 即RNA 最有可能首先出現。因為很多科學家主要以微生物為材料研究發現， 某些特殊的RNA 既可攜帶遺傳信息又具有酶的功能， 至於傳遞遺傳信息則是它的本職工作。
有關生命的奧秘還有許許多多的謎需要解開。在本書行將結尾的時候， 作者願以我國生物科學的開拓者之一童第周先生的一句名言與諸位讀者朋友共勉： “科學世界是無窮的領域， 人們應當勇敢去探索。”
最近幾百年來， 生命科學的發展是十分驚人的。幾百年以前， 人類對生命的秘密還幾乎一無所知， 而現在已經進入了分子生物學時代。在人類探索生命奧秘的過程中， 有幾種生物的名字將名垂史冊， 因為我們現在有關生命的秘密的許多知識都是以它們為材料進行研究所取得的。這幾種名垂史冊的生物就是： 大腸杆菌、噬菌體和果蠅。在細菌和病毒被人類認識之前， 果蠅是遺傳學家、生化學家等最常用的材料。然而， 當科學家們認識了細菌和病毒之後， 果蠅就不得不受到了冷落， 這是因為： 細菌和病毒在一兩天內所繁殖的個體比遺傳學家一輩子用過的果蠅標本還要多。因此， 在過去近100 年來， 微生物成了生物學家的“寵物”， 我們目前所知道的生命規律， 絕大多數都是以微生物作實驗材料獲得的。
40 年代以前， 生物學家們還不知道生物體的遺傳物質是什麽， 有的認為是核酸， 有的認為是蛋白質， 雙方都似乎有些道理， 但又都缺少使人信服的證據。這時有一位頗有心計的科學家阿瓦裏想到了微生物， 於是他用微生物做了一個非常巧妙的試驗， 終於證明生物體的遺傳物質是DNA 而不是蛋白質。他的試驗是這樣設計的： 肺炎鏈球菌有兩種類型， 一種叫光滑型(S 型)， 它的致病力強； 另一種叫粗糙型(R 型)， 它的致病力弱。於是， 這位科學家提取S 型的DNA 與R 型細菌一起混合， 結果發現R 型細菌變成了S 型。他進一步研究發現， 如果加入少量的DNA 水解酶， 這種轉化立即消失， 而加入蛋白質水解酶則不改變這種轉化。通過這一實驗， 他充分證明了引起細菌遺傳改變的物質是DNA， 而不是蛋白質。
DNA 作為遺傳物質， 生物體必須能夠進行自我複製， 從而在繁殖過程中給予子代一套DNA ， 自己仍保留一套DNA 。然而， 這種複製是怎樣進行的呢？ 為了解釋DNA 的複製機製問題， 科學家們又一次想到了細菌。他們以大腸杆菌為試驗材料， 終於揭開了DNA 複製之謎。原來， 在DNA 複製時， DNA 的兩條鏈子首先解了開來， 然後以其中的一條作為模型非常準確地複製出一條新鏈來， 用於複製新鏈的材料是4 種不同的核苷酸和一係列的酶。
很久以前， 微生物學家在培養大腸杆菌時發現了一件怪事： 當大腸杆菌生長在同時含有葡萄糖和乳糖的培養基上時， 它們首先吃葡萄糖， 而對乳糖毫不理睬， 當把葡萄吃糖完後， 細菌首先“休息”一會兒， 然後又津津有味地吃起了乳糖。微生物學家把這件怪事叫做“細菌的二次生長現象”， 但誰也說不清是怎麽回事。為了解開這個謎， 法國的兩位科學家進行很長時間的研究， 終於發現了這一秘密： 原來， 細菌消化葡萄糖和消化乳糖然後產生酶的行為是由一個共同的“總開關”控製的， 以下是兩個“分開關”分別控製兩種不同的酶的產生。當培養基中有葡萄糖時， 消化葡萄糖的酶產生， 即“葡萄糖開關”打開而“乳糖開關”關閉； 而當葡萄糖用完時， “乳糖開關”也隨之打開， 這樣的一關一開又是由“總開關”控製的。這就是著名的“乳糖操縱子模型”， 它為解釋細菌的許多奧秘作出了巨大貢獻， 這兩位科學家也因此而榮獲“諾貝爾獎”。
生命的起源是生物科學中的第一大謎。人類在揭開生命起源的奧秘的“長征”中， 微生物是我們最可靠的同盟軍。雖然生命起源之謎的完全揭開尚需很長的時間， 但微生物近10 幾年來的兩項“壯舉”確是鼓舞人心的。一件是： 最近國外有幾位科學家使埋藏於冰天雪地古老化石中的細菌起死回生， 它們的壽命至少有幾千萬年了！ 這種起死回生的“活化石”無疑是我們研究生命起源的極好材料。第二件： 長期以來， 科學家們對地球上先有DNA 、RNA 還是蛋白質感到十分迷惘， 這是一個類似乎“先有雞還是先有蛋”的問題。因為大家知道， 一切物質的遺傳信息主要是DNA 攜帶的， 遺傳信息又是RNA 傳遞的， DNA 和RNA 又是蛋白質酶催化合成的， 似乎隻能三者同時發現， 誰先出現都是不可能的。然而， 在地球上三者的出現肯定是有先後順序的。值得慶幸的是， 對這個問題現在有了較滿意的答案， 即RNA 最有可能首先出現。因為很多科學家主要以微生物為材料研究發現， 某些特殊的RNA 既可攜帶遺傳信息又具有酶的功能， 至於傳遞遺傳信息則是它的本職工作。
有關生命的奧秘還有許許多多的謎需要解開。在本書行將結尾的時候， 作者願以我國生物科學的開拓者之一童第周先生的一句名言與諸位讀者朋友共勉： “科學世界是無窮的領域， 人們應當勇敢去探索。”
