20世紀20年代至40年代物理學(xué)界出現了一批著(zhù)名學(xué)者,薛定諤便是其中之一。
薛定諤的“副業(yè)”
1926年從1月到6月,不到半年的時(shí)間,薛定諤連續發(fā)表了6篇關(guān)于量子理論的論文。其內容囊括了量子理論、光譜學(xué)、物理光學(xué)等眾多物理學(xué)領(lǐng)域,概括了以往理論物理的成就和實(shí)驗,建立了薛定諤方程、薛定諤函數、創(chuàng )立了波動(dòng)力學(xué)體系。當時(shí)一位著(zhù)名的物理學(xué)家曾感嘆:在理論物理學(xué)中,還有什么比薛定諤在波動(dòng)力學(xué)方面最早發(fā)表的那6篇論文更為壯觀(guān)的呢?這些成就構成了薛定諤科學(xué)生涯中最輝煌的時(shí)期。為此,他與另一名物理學(xué)家獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎。
然而,就是這樣一位集理論物理之大成的物理學(xué)家,在他的晚年另辟蹊徑,搞起了“副業(yè)”。1944年這位57歲的物理學(xué)家轉向生命科學(xué),一一本《生命是什么》的小書(shū)震驚了西方科學(xué)界。一位功成名就的物理學(xué)家冒著(zhù)可能被生物學(xué)家恥笑、被物理學(xué)家同行認為不務(wù)正業(yè)的風(fēng)險,去探索另一門(mén)不熟悉學(xué)科的問(wèn)題,這除了因為生命科學(xué)所具有的無(wú)限魅力使薛定諤為之傾倒之外,還因為他從祖先那里繼承了追求科學(xué)完美統一和相信科學(xué)之間一定是想通的這樣一種信念。
薛定諤是怎樣用量子力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋生命的呢?首先,他提出作為遺傳物質(zhì)的基因,在外界無(wú)序干擾中能保持高度穩定,是因為有一種相當于原子之間的一種鍵使它們穩固地結合在一起,組成基因元素的排列濃縮了涉及生命未來(lái)發(fā)育的“遺傳密碼”,基因突變實(shí)際是由于基因分子中的量子躍遷引起的。這種躍遷變化相當于原子的重新排列,因而導致形成一些原子總數不變而原子結構排列不同的物質(zhì),新的基因則表現為組成基因的元素數量不變,而元素排列結構不同。這里薛定諤引入了“遺傳密碼”的概念來(lái)解釋遺傳信息的物理基礎,這是最早的分子生物學(xué)對有關(guān)遺傳信息的解釋。
薛定諤提出“遺傳密碼”這一名詞后,遺傳密碼究竟是什么,科學(xué)家們并無(wú)明確的、具體的實(shí)物概念。
DNA——脫氧核糖核酸的奧秘
薛定諤的的《生命是什么》這本小書(shū),吸引了年輕的生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克。由于共同受啟于薛定諤的思想,沃森和克里克用相似的觀(guān)點(diǎn)來(lái)探討生物學(xué)??死锟耸莻€(gè)物理學(xué)家,對遺傳學(xué)的興趣,使他熱衷于蛋白質(zhì)的研究,而且由于他是知識背景,他的主要興趣在于用物理方法把基因和生物學(xué)功能聯(lián)系起來(lái)。沃森是一位生物學(xué)家,對遺傳學(xué)的偏好使他急于了解遺傳分子的結構,弄清基因在分子水平上是如何活動(dòng)的??死锟说哪且惶籽芯克悸穼ξ稚瓉?lái)講十分新鮮,而沃森的學(xué)識造詣?dòng)质箍死锟嗽黾恿藢z傳學(xué)思考的興趣。沃森和克里克從共同的興趣,不同的研究角度開(kāi)始了他們的合作,他們選擇研究的目標也表現出極大的與眾不同,側重研究的是DNA,而不是蛋白質(zhì)。
沃森和克里克于1953年4月向公眾捧出了一座漂亮的DNA分子模型——DNA雙螺旋結構模型,從遺傳學(xué)、生物化學(xué)和結構學(xué)上解釋了遺傳物質(zhì)儲存和傳遞遺傳信息的機制。DNA雙螺旋結構一經(jīng)發(fā)現,科學(xué)家紛紛把注意力集中到DNA上來(lái),圍繞DNA的復制、密碼的破譯、傳遞等問(wèn)題,大批的分子生物學(xué)家被吸引過(guò)來(lái),不僅生物學(xué)家,還有相當數量的化學(xué)家和物理學(xué)家也加入生物學(xué)的研究行列。
薛定諤作為分子生物學(xué)的先驅之一,是諾貝爾獎獲得者;沃森和克里克作為分子生物學(xué)的開(kāi)創(chuàng )者也獲得了諾貝爾獎;在這之后的分子生物學(xué)的發(fā)展過(guò)程中,由于分子生物學(xué)研究成果,獲得諾貝爾獎?wù)哌_30名以上,在諾貝爾獎下,集合了一大批生物學(xué)界的科學(xué)精英。
擰麻花的大學(xué)問(wèn)
沃森和克里克建立的DNA雙螺旋結構模型外形很像天津的大麻花。組成單股麻花的主干是一種叫“核苷酸”的化學(xué)物質(zhì),由許多核苷酸“手”牽“手”連成一股“麻花”,這單股“麻花”的每個(gè)核苷酸又伸出一個(gè)“小鉤”,這個(gè)“小鉤”是核苷酸帶的堿基,兩股“麻花”上的核苷酸互相伸出的“小鉤”,把兩支單股的“麻花”鉤在一起,再擰成螺旋形的“大麻花”,這就是DNA雙螺旋結構模型。
有人用X射線(xiàn)衍射DNA分析結果指出:在DNA主體結構中,堿基在其內部,互相之間距離很近?!奥榛ā彼频?/span>DNA結果模型中,雙股“麻花”是靠堿基“鉤住”,再螺旋式旋卷,堿基被兩股“麻花”夾在中間,自然是在DNA結構的中間并相距很近。在DNA分子中核苷酸的堿基有4種,分別用A、T、C、G表示。生物學(xué)家查伽福測得堿基A和T之比與C好G之比都是1:1,也就是講堿基A有多少堿基T一定與之相配也有多少,C好G也是如此。另外數學(xué)家在計算DNA中堆集在一起的堿基之間有相互吸引的趨勢,這個(gè)計算結果與查伽福的1:1的結果應該是同一事實(shí)。即:堿基是配對的。而擰麻花似的DNA結果模型正是基于這樣事實(shí),靠堿基A和T,C和G之間的吸引力,以1對1的方式把兩股“麻花”擰在一起,這一點(diǎn)也與生化學(xué)家和數學(xué)家的結論相符。
其次,擰麻花的學(xué)問(wèn)在解釋后來(lái)的DNA復制和轉錄、遺傳密碼上顯示了更大魅力。DNA作為遺傳信息的攜帶者,所有的遺傳信息都必須準確無(wú)誤地由母細胞傳遞到它的“孩子”子細胞中去,誰(shuí)來(lái)保證它的準確無(wú)誤呢?是“堿基配對”,堿基A只能和T對應,C只能和G配對,沒(méi)有合適的搭配,兩股核苷酸“麻花”之間的堿基是不會(huì )結合的。當DNA開(kāi)始傳遞遺傳信息時(shí),先是雙螺旋解開(kāi)成兩條單鏈,然后由它們的堿基“認親”,A找T,C找G,分別在散開(kāi)的兩條單鏈上配上對子,由堿基帶著(zhù)核苷酸一個(gè)個(gè)被安裝到兩條單鏈上并串接起來(lái),因為堿基配對的固定性,散開(kāi)后的單鏈上必然還是配上和原來(lái)另一條單鏈上一樣的核苷酸堿基。這樣兩條散開(kāi)的單鏈都分別復制出了一條和原來(lái)完全一樣的新鏈。這就是DNA的復制,復制后的DNA的核苷酸排列順序依舊,所有的遺傳信息能隨DNA的準確復制,被傳遞到新形成的子細胞中去。
遺傳密碼在“麻花”上是怎樣得到合理解釋的呢?像電報密碼一樣帶有4種不同堿基的核苷酸類(lèi)似電報密碼的10個(gè)阿拉伯數字,電報每4個(gè)數字為一個(gè)密碼,而核苷酸每3個(gè)為一個(gè)密碼,每一個(gè)密碼表達一種氨基酸,由氨基酸按不同次序“手”拉“手”組成氨基酸鏈,再由氨基酸鏈纏繞形成蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)再表現出各種遺傳特征。組成“麻花”主干的DNA核苷酸的排列順序就是遺傳密碼,從1961到1969年科學(xué)家花了約10年時(shí)間,把64種密碼破譯出來(lái),經(jīng)克里克的設計,排列出代表20種組成蛋白質(zhì)的不同氨基酸的遺傳密碼表,這個(gè)表稱(chēng)為可以與化學(xué)元素周期表媲美的生物遺傳密碼表。(《叩開(kāi)生命之門(mén)》)
基因中是怎樣蘊藏著(zhù)陰陽(yáng)(原理)的
在生物化學(xué)中,DNA 呈雙鏈“麻花”式結構,可以說(shuō)呈現的是一陰一陽(yáng)式的配對。每條單鏈上有4個(gè)堿基,它們是:A、T、G、C。
A:腺嘌呤核苷
T:胸腺嘧啶核苷
G:鳥(niǎo)嘌呤核苷
C:胞嘧啶核苷
其中的奧秘是一條鏈上的嘌呤堿必須與另一條鏈的嘧啶堿相匹配,就是“手”牽“手”,A-T
A、T、G、C其中每3個(gè)組合稱(chēng)為密碼子,若干密碼子排序后,帶有遺傳信息的DNA片段,我們稱(chēng)為“基因”。
那么,基因怎么生成的呢?它就是一陰一陽(yáng)變化出來(lái)。至此,我們會(huì )想起“老子”的那段話(huà):一生二,二生三,三生萬(wàn)物。對照陰陽(yáng)(原理):基因中,堿基為一,嘌呤和嘧啶為二(一陰一陽(yáng)),密碼子是三個(gè)堿基組成的為三,三個(gè)密碼子排序后,就是基因,基因可以復制(拷貝)出萬(wàn)千。所以,陰陽(yáng)(原理)我們在生命科學(xué)中的最基本層面上也能找到它。
多余的幾句話(huà):在《易學(xué)》系統研究中,應該倡導去“玄”化。陰陽(yáng)(原理)是宇宙的根本大法,是自然法則。先賢們通過(guò)反復觀(guān)察自然“悟”出的大道理,它對任何事物都具有普適性。從基本粒子,生命科學(xué),宇宙演化都是適用的。有人還探討過(guò)“陰陽(yáng)說(shuō)”與“矛盾說(shuō)”的差異,筆者認為,這是非??扇〉?。
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