盧裏亞的第二項發現是X射線“致死”噬菌體的重組修複。盧裏亞和德爾布呂克在合作中,發現了一些無法解釋的現象,一些被X射線操作致死的噬菌體經過一段時間的沉默之後又奇跡般地複活了。1946年,盧裏亞進一步研究表明:這種致死噬菌體複活必須同時有兩個或多個存在才能成功,原來這兩個或多個噬菌體仍能感染細胞並在細胞中進行重組,重組的結果得到了一個具有破壞細菌功能的“活”噬菌體。打個比方說,兩根在不同部位破損的竹竿,若分別把好的部位截下並拚接起來可以得到一根沒有破損的竹竿。盧裏亞關於噬菌體重組現象的發現第一次表明,噬菌體也是有基因的,因為重組也是基因的行為特征之一。
盧裏亞的第三項成就是細胞基因限製的發現,那是另一次偶發事件。1952年,他得到了一種特別的突變菌,噬菌體可以感染並殺死它,但並不釋放出噬菌體來,盧裏亞一直無法解釋這一現象。一天,盧裏亞不小心將裝有被噬菌體感染的大腸杆菌的試管打碎了——盧裏亞的動手實驗能力似乎並不強——他到隔壁借來了痢疾杆菌,他認為結果應該大致相同。結果被感染的痢疾杆菌釋放出了噬菌體。這一結果使盧裏亞感到既迷惑又興奮,後來秘密揭開了:噬菌體在突變菌中被修飾了而不能生長,隻有到其他菌種上才能繁殖。亞伯等人於20世紀70年代在分子水平上解開了這一謎團:細菌的酶對於入侵噬菌體DNA發生作用,將其切成小片段。而這些DNA被特殊修飾“標記”後就不會被切割了。亞伯找到了這種切割的酶,叫做限製性內切酶,它能識別DNA順序上特定的DNA位置並在這個地方切割。這種酶後來被廣泛地使用於基因工程中,亞伯因此榮獲了1978年度諾貝爾獎。
德爾布呂克與盧裏亞的重要貢獻是證明了噬菌體和細菌都有基因,以及選取了一種恰當的生物學研究材料,從而為分子生物學的誕生奠定了堅實的基礎。德爾布呂克和盧裏亞於1969年榮獲諾貝爾獎。
3.薛定諤
德爾布呂克早期工作中關於基因突變的量子模型,激發了另一位諾貝爾獎獲得者、著名的奧地利物理學家、量子力學的奠基人之一薛定諤對生命問題的興趣,使他對於將物理學理論應用於生物學充滿了樂觀和希望。1943年,薛定諤應邀在愛爾蘭都柏林大學作了題為“生命是什麼?”的一係列演講,講稿於次年彙冊出版,在科學界引起了強烈的反響。薛定諤在《生命是什麼》這本小冊子中開宗明義地宣稱,他的目的是希望探索這樣一個重大的理論問題:“在一個生命有機體的空間範圍內,在空間和時間上發生的事件,如何用物理學和化學來解釋。”
薛定諤在德爾布呂克的量子力學突變模型的基礎上,進一步論證了德爾布呂克關於基因是生物大分子的思想。薛定諤還進一步指出,生物細胞內的遺傳基因被一個“能障”保護著,外界因素如果要引起遺傳物質發生突變,必須越過這一能障——一個量子化了的很高的能壘。高能輻射可以越過這一能壘,引起遺傳基因中10個原子距離立方體內的“爆炸事件”,導致基因中的量子躍遷過程,從而成為突變基因。
在《生命是什麼》一書中,薛定諤最先提出遺傳密碼傳遞的概念,並且認為這種密碼貯存在“非周期性晶體”——具有亞顯微結構的染色體纖絲中。薛定諤說,這種貯存著密碼的非周期性晶體,正是生命的物質載體。這簡直可以說是薛定諤對後來發現的遺傳物質DNA特性的預言。一般的無生命物質的晶體,總是由一定的晶體結構周期性地重複排列而成。DNA分子中雖然也存在核苷酸單體排序的重複順利,但主要的一級結構是“非周期性”的單一順序,唯其如此,才能貯存大量的信息。
薛定諤應用熱力學和統計力學等物理學理論來解釋生命的本質,最先提出負熵的概念及其與生物生長和進化的關係。他的“生物賴負熵為生”的名言,至今仍然膾炙人口。