生物学的第二次革命：分子生物学的兴起和影响 [复制链接]

第3版()
专栏：当代科技

生物学的第二次革命：
分子生物学的兴起和影响
钟安环
十九世纪中叶以来，在细胞学说的启迪下，科学家对细胞的结构和生理有了广泛深入的研究，逐步认识到蛋白质和核酸是组成细胞的主要物质基础，担负着重要的生命功能。蛋白质是生命活动的体现者，核酸是遗传的物质基础，包含在核酸中的遗传信息通过蛋白质表现出来。
核酸是怎样发挥它的遗传功能的呢？在十九世纪末到本世纪初，就有不少科学家从事核酸的研究工作，在不长的时间里相继搞清楚了蛋白质和核酸的化学结构和空间结构。1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克合作，发现了ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）双螺旋结构，即ＤＮＡ分子的结构象一个拧在一起的两股绳子。ＤＮＡ分子在酶（一种蛋白质）的作用下，可以分解为两条单链，每一条单链又可以重新组成一个新的ＤＮＡ分子，实现ＤＮＡ分子的复制。通过这种复制，遗传信息转移到新分子中去。因此，有人把ＤＮＡ是遗传物质及其双螺旋结构的发现，看作是分子生物学诞生的标志。
分子生物学产生后，立即为研究生物的遗传和变异的遗传学打开了新的局面。科学家们很快从分子水平查明了遗传与变异的机制，即控制生物体各种性状的遗传信息寓于ＤＮＡ分子中，通过ＤＮＡ的准确复制，保持物种的相对稳定；而由于ＤＮＡ的突变或重组，即可引起遗传性的变异，表现为蛋白质分子的改变。在体内外各种因素的影响下，如果ＤＮＡ分子在复制的过程中发生了缺失、增加、取代或重组等情况，会反映到蛋白质分子中来，表现为生物性状的差异。这样，过去长期被认为是十分复杂、神秘的遗传和变异现象，就可用十分简明的核酸、蛋白质分子间的信息传递和结构的变化来阐明了。
分子生物学研究在遗传学中开了头，很快就被推广到生物学的其他领域，产生了分子细胞学、分子神经生理学等一系列新兴的学科。从微观水平来研究生物现象，为生物学的发展开辟了又一个新的领域。
生物学发展到分子水平，就能更充分地应用化学、物理学、数学等现代自然科学的新成果和新技术，来研究生物学中的一些重大基本问题，诸如生物的进化、感觉和精神作用等。当前，对于这些课题的研究，进展很快。象人和黑猿的血红蛋白中氨基酸的排列方式是一样的，而人和马却有86处不同。这说明在现代进化论的研究中可以依据不同种属生物体中存在的蛋白质分子在结构上的差异程度，来判别其亲缘关系的远近，并为种属的差异下一个定量的、更为精确的概念。更引人注目的是，人们将一种生物的遗传物质ＤＮＡ片段分离出来，并把它组合到另一种生物的遗传物质中去，实现分子水平的杂交。这就是今天的遗传工程。它为定向培育新品种和治疗人类的一些遗传病开辟新的途径。已有人设想，利用根瘤菌里的固氮物质，用遗传工程技术，把它移植到作物细胞中，从而获得能自己供应氮肥的农作物新品种。
人们预料，随着分子生物学的成长，今后生物学的研究将会越来越多地转向了解生命基础的物理学和化学方面来，日益成为精密的科学，并将迅速发展。二十一世纪将可能是分子生物学时代。人们认为，达尔文进化论为生物学掀起了第一次革命，分子生物学则使生物学发生了第二次革命。第一次革命从宏观研究生命活动规律；第二次则是从微观来研究生命的活动规律，从而更加精细地认识生命的现象和本质。