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“唤起生物学革命的小册子”是物理学家撰写的

中国有句成语“他山之石可以攻玉”:在这个山上有一种很硬的玉石,找不到工具来碾磨它,但发现其他山上有更硬的石头,可以用来雕琢此玉而成器。推而广之,这成语的含意是说我们可以利用别人的经验,来解决自己的问题。比如洋为中用、古为今用等。

用到知识领域,便可以比喻为将一门学科中成功的经验应用于其他学科而发现新规律的一种科学方法。也就是说,广开思路,多了解其他领域的研究情况,有时可以将它们作为借鉴,开展某些交叉学科、交叉课题的研究,也有可能启发你在自己的研究中找到新的方法,解决科学难题。

尽管现代科学分类越来越细,给人以“隔行如隔山”之感。但任何科学领域,其研究对象都是同一个客观世界,大自然的规律是内在相通的,科学知识和方法也必然可以相通,这便是“他山之石可以攻玉”的理论基础。

科研的方法是相通的,这点也可以从“信息”的角度来理解。当今社会是一个信息社会,科学知识也就是某种信息,因此,任何科学研究,说穿了都是一个处理“信息”的过程。摈弃无用的信息,想办法得到有用而又正确的信息,用以消除原来问题中的不确定性,得到更为确定的科学规律。如此从信息的角度来分析问题,可以使你登高望远,对问题能有更深层的理解,更容易融合各学科的间隙,达到借他山之石而攻玉的效果。

科学史上,有许多这样的例子。例如从物理学到生物学的借鉴而引发了生物学的革命。

1932 年,在一次国际大会上,著名物理学家、量子力学奠基人之一尼尔斯·玻尔作了一个题为《光与生命》的演讲。玻尔指出物理中的某些属性在生物学中是相通的,因此他想看看物理学世界的新观点(量子力学中的互补性)如何改变我们对生物世界的看法。

尼尔斯·玻尔

直接被玻尔的演讲所激励,转而将毕生奉献给生物学研究的是玻尔的一个学生,后来成为分子生物学开创人的马克斯·德尔布吕克。

德尔布吕克是德国物理学家,当年师从玻尔获得了哥廷根大学物理学博士学位后,便决定转入生物学研究。他最初的兴趣是在基因和遗传学方面。

马克斯·德尔布吕克

孟德尔于 1865 年在豌豆杂交实验中首次发现了遗传规律,提出“基因和遗传”的概念。20 世纪初期,遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验,认识到基因在染色体上呈线性排列。摩尔根因此而获得诺贝尔生理学或医学奖。基因和遗传学令德尔布吕克着迷。他和他的研究伙伴们在 1935 年的一篇很有影响力的论文里,提出可以把基因当成分子看待的观点。

德尔布吕克与苏联遗传学家季莫菲耶夫 - 列索夫斯基(TimofeeffRessovsky,1900—1981)以及物理学家 K.G. 齐默尔(K.G.Zimmer,1911—1988)合作,将量子力学概念用于研究果蝇的 X 射线诱变现象,发表了一篇被后人称为“遗传学三人论文”,这是世界上第一次提出的基因模型,比詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(FrancisCrick)提出著名的 DNA 双螺旋结构模型整整早了 18 年。

除了玻尔之外,当年还有另一位著名物理学家埃尔温·薛定谔,注意到物理化学的理论与生命科学的关系。事实上,也正是德尔布吕克等三人文章中的思想,刺激了薛定谔。那时候,薛定谔经常到各高等学府举办科普性质的讲座。受德尔布吕克的启发,他开启了一个生命科学的系列讲座并大受听众欢迎。

之后,薛定谔把讲稿整理成一部书,名为《生命是什么》。该书在科学界产生了非常广泛的影响,激励了一大批年轻物理学家或学生转向生命科学的研究。其中包括:后来因建立 DNA 双螺旋结构模型,荣获1962 年诺贝尔生理学或医学奖的沃森、克里克和威尔金斯。因此,薛定谔的这部书,被人们称为从思想上“唤起生物学革命的小册子”。

埃尔温·薛定谔

受薛定谔小册子以及德尔布吕克影响的年轻人,还有意大利细菌学家萨尔瓦多·E. 卢里亚(Salvador E. Luria)和美国遗传学家阿夫烈·D. 赫尔西(Alfred D. Hershey )。1952 年,他们与德尔布吕克一起,进行关于噬菌体在分子生物学方面的研究,进行了著名的噬菌体实验,证明 DNA就是遗传信息的物质载体。这一杰出的实验成就奠定了分子遗传学乃至整个分子生物学的基础。他们发现了噬菌体在细胞内增殖过程中的作用,而共同获得了 1969 年的诺贝尔生理学或医学奖。

噬菌体侵染细菌

因完成世界首次分子水平上的基因重组、创立现代基因工程技术,而获得 1980 年诺贝尔化学奖的伯格,因发现核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)的细胞催化功能而荣获 1989 年诺贝尔化学奖的奥尔特曼等人,都受到过《生命是什么》一书的影响。

可以不夸张地说,以发现 DNA 双螺旋结构为标志的分子生物学革命,是科学致力从物理学向生物学转移的结果,是“他山之石可以攻玉”的科学方法的成功,也就是学科交叉融合的成功产物。有理由相信,科学整体中更为宏大而重要的创新革命,应该来自生命科学、物理科学和工程科学等领域的大融合,这种融合已经发生,有可能真正揭开生命之谜,我们拭目以待。

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