如果你把「學術生活」看作逃避現實的一種方式,那麼就不要研究生物學。人類可以通過這門學科來接近生命的奧秘。——赫爾曼·穆勒。
人類目前為止最大的敵人依然是病毒和細菌,當它們開始爆發時,一時沒有治療的特效藥,導致人類損失慘重,例如霍亂、黑死病、伊波拉病毒等。
隔離伊波拉病毒現常
曾經還有一種細菌,在歐洲爆發,在世界範圍內蔓延導致2000萬人死亡,比現今新冠病毒還要可怕。在面對這些可怕的自然災害時,人類總會出現品質高尚,耀眼奪目的科學家,如我國的鐘南山院士,李蘭娟院士等人。歷史上同樣出現過這樣的一批人,以格裡菲斯代表的科研團隊,他們開始研究這種細菌並開發抗菌疫苗時,無意間發現了遺傳分子生物學的秘密—DNA是遺傳物質。
DNA結構
格裡菲斯和艾弗裡是如何證明DNA是遺傳物質的?人教版生物必修2《遺傳與變異》,主編通過DNA的發現歷史來編寫這部教材,如果細細去研究教材裡面出現的每個科學家,你會發現他們身上非常可貴的品質。如:孟德爾、摩爾根、格裡菲斯、艾弗裡、克裡克、沃森等。他們堅韌、執著的科學探索品質深深地吸引著我。
沃森(左)和克裡克(右)
1918年爆發橫掃歐洲大陸的流感,在世界範圍內蔓延導致2000萬人死亡,在當時醫生們將其列為「死亡疾病之首」——肺炎球菌。和新冠病毒一樣,肺炎球菌主要導致患者出現繼發性肺炎,而且傳播速度極快、致命性強。在這樣環境下,格裡菲斯挺身而出,研究這種細菌為什麼對動物如此致命?
肺炎雙球菌
他很快發現肺炎球菌有兩種,一種是菌落表面光滑,細胞外層有多糖莢膜包裹的「S型」細菌,毒性和攻擊性很強,會導致小鼠得壞血病、肺炎而死。另一種是菌落表面粗糙,細胞外層無多糖莢膜包裹的「R型」細菌,無毒,小鼠接種這種細菌,能正常存活。有時候科學的發展總有那麼一絲偶然性,他在不經意間完成的實驗推動了遺傳分子生物學的革命。他的實驗如下:
格裡菲斯轉化實驗
①注射活的無毒R型細菌,小鼠正常存活。②注射活的有毒S型細菌,小鼠得肺炎死亡,小鼠體內有S型活細菌。③注射加熱殺死的有毒S型細菌,小鼠正常存活。④注射「活的無毒R型細菌+加熱殺死的有毒S型細菌」,小鼠死亡。並在小鼠體內同時發現了R型細菌和S型細菌。
經過高溫殺死的S型細菌,為什麼和活的R型細菌混合後,就能將遺傳性狀從一個生物體傳遞到另一個活的生物體?格裡菲斯百思不得其解。如果當時他把這個驚人的研究成果發布出來,那麼整個生物界都將為之歡呼。因為,只有遺傳特性才會將出現這種轉化現象。之前我也說過,人教版生物必修2《遺傳與變異》裡提到的每個科學家都有其獨特的行事風格和科學品質。格裡菲斯是一位謙遜謹慎且天生靦腆的科學家。說到這裡不少人會笑話他,感覺就像在描述一個孩童一般。像格裡菲斯一樣,為人謙虛謹慎,內心淳樸的科學家不在少數,這種謙虛謹慎的行事態度,值得我學習一生。
格裡菲斯遲疑了幾個月以後,終於在《衛生學雜誌》上發表了自己的實驗數據,整篇論文以一種深感內疚的語氣寫成。好比孟德爾這位「遺傳學之父」一樣,這篇意義非常的生物化學論文,就此埋沒下去。這樣一個驚人成果都能被歷史掩埋,更何況我們這些名不經傳的寫作者。但俗話說得好:是金子總會發光。時光不語,靜待花開。
時光不語,靜待花開
1933年,55歲的艾弗裡聽說了格裡菲斯進行的肺炎雙球菌轉化實驗,但他不怎麼確信格裡菲斯是正確的。有時候科學比拼的可能不是非人的創造力,而是異於常人的意志力和持之以恆的耐力,艾弗裡就是這樣一個老牌的科學家。1940年春季,艾弗裡對格裡菲斯實驗中關鍵結果進行了確認。在這7年裡,他做了無數的實驗,成千上百次失敗的實驗並沒打敗他。
艾弗裡
1940年10月,他從高度濃縮的S型細菌碎片中,分離出了每種化學成分:DNA、蛋白質、多糖莢膜,然後將每種化學物質與活的R型細菌結合。他用多種方法來驗證格裡菲斯的轉化因子到底是什麼,例如:用物理方法壓迫,加入乙醇破壞其化學結構,用酶去分解他們。儘管上千次實驗讓艾弗裡精疲力盡,但實驗結果驚人。只有在含有加熱殺死的DNA中,活R型細菌才能轉化成活S細菌。而且純度越高,R型細菌轉化的越多,這個結果讓艾弗裡激動不已。出于謹慎態度,他並沒有立即發表他的實驗成果,他經過再三確認無誤後才發表。
艾弗裡實驗
格裡菲思和艾弗裡認真嚴謹,堅韌不催的科研精神,就如我國科研人員、醫務人員一樣。第一時間奔赴疫情嚴重災區,不畏生命危險,只為獲得更多時間與死神抗爭;科學家歷經千百次失敗的實驗,只為獲得某種成果;也許這就是人類與自然之間從不間斷的鬥爭。這種鬥爭指引我們一輩又一輩的人,去探索自然規律,發現自然界的奧秘,指引現代生物科學向更遠的路進發。