PCR發明過程中的科學靈感與科學思維

2020-12-04 年逢老師

「高度創新,非常重要,將生物學分為了兩個時代:PCR前時代和PCR後時代。」——《紐約時報》評凱利·穆利斯的成就凱利·穆利斯(KaryB.Mullis)是PCR技術的發明人,被尊稱為「PCR」之父,2019年8月7日因病與世長辭,享年74歲。《紐約時報》對他的評價可以說毫不誇張,現代生物學騰飛發展的三十年始於PCR技術,PCR技術則始於穆利斯教授的「公路靈感」。

穆利斯在他的自傳《心靈裸舞》中回憶到:「那是在 1983 年的一天,我正開車疾馳在高速公路上。漸漸地,我的視線模糊了,思緒飄回到實驗室…… 突然,我好像看見 DNA 分子近在咫尺,藍色的、粉色的,都那麼鮮亮,糾纏在一起……」

穆利斯在舊金山的郊外山裡有一間小木屋,他通常會在那裡度過周末的時光。1983年春天一個周五的晚上,他向往常一樣開車載著同事兼女友Jennifer前往小屋度周末。他一邊開車,一邊琢磨檢測單鹼基突變的方法(愛管閒事幫隔壁實驗室的人思考)。他看到路兩邊向後移動的路燈,瞬間感覺兩排路燈就是DNA的兩條鏈,自己的車和對面開來的車像是DNA聚合酶,面對面地合成著DNA……靈感就這樣突然出現了!既然結合一條引物是可行的,為什麼不試試看同時結合兩條引物呢,反正對於他自己來說最不缺的就是引物(他在公司就是負責短片段DNA合成)。他繼續在腦海裡模擬實驗:設計兩條引物,分別結合在DNA的正義鏈和反義鏈上,且這兩條引物的3』端均位於待測鹼基的上遊1個鹼基的位置。就這樣,PCR的基本模型就在穆利斯腦海中浮現了!

可以說穆利斯從公路兩旁的路燈獲得靈感,幫助他完善了PCR做法,這也可以說是一種科學思維——類比推理。

類似的科學靈感或者說科學思維也發生在另外一位著名科學——門捷列夫身上。

據說門捷列夫從小愛玩撲克牌,經常牌不離手,為此,他父母和老師都非常生氣,認為這個孩子如此玩牌不會有什麼大出息。門捷列夫承認自己喜歡玩撲克牌,他就琢磨能不能像撲克牌一樣把已經發現的元素按照某種規律排列呢?(靈感+類比推理思維)

於是,他拿起撲克牌,但是不像往常那樣邀牌友,而是把自己單獨關在屋子裡,捏著一副撲克牌,排來排去,排好了再打亂,亂了再重新排列,不斷調換著紙牌擺弄各種元素的位置,就這樣幾天幾夜的連續工作。一天,一位同事去看望門捷列夫,一進門,發現門捷列夫頭髮亂糟糟,眼睛裡充滿血絲,直直盯著手裡的一摞撲克牌,一看就是沒有休息好。

同事驚訝的關心門捷列夫:「您是不是生病了?」門捷列夫說:「我沒生病,這幾天我在思考元素表的問題」一邊說,一邊晃了晃手裡的撲克牌,同事定睛一看他手裡的一張張撲克牌,撲哧一下,說「你是玩撲克牌走火入魔了吧!」門捷列夫有些鬱悶,讓同事再看看紙牌上的符號,同事湊過去一看,每張牌上都寫著化學元素的符號、原子量及其性質等內容。「原來您把撲克牌也當成實驗工具了呀!」同事有些驚訝地感嘆!

門捷列夫把當時已發現的63種化學元素排入他的撲克牌元素周期表中,但總有3、4個元素沒法加入表中。同事走後,門捷列夫還在繼續思索,連續的熬夜和過度用腦讓他有些吃不消了。

有天晚上,他終於支持不住迷迷糊糊地進入夢鄉。他做了一個夢,夢裡還在玩撲克牌找化學元素的規律,突然,他好像看到一個更完整、圓滿的周期表。他興奮地顧不得睡覺了,趕緊睜開眼,根據記憶把夢裡的元素周期表在撲克牌畫了出來,並重新擺好了。

當接連不上時,他判斷該位置的元素應該是還未被發現,就在相應位置預留一張空牌,他一共預言了11種未發現元素,加上已經發現的63個元素,這樣整副牌就達到了74張,這也是元素周期表的雛形,它像一幅地圖,在這個表裡所有化學元素都一目了然。

其實,科學靈感、科學思維並不是很玄乎很深奧,當你醉心於某件事,對他念念不忘,開車的時候想他、睡覺的時候想他、吃飯的時候想他,這個時候科學靈感、科學思維就會主動過來找你了。做事,用心才是最重要的!

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