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论文无人问津,研究被学生“抢功”,他才是DNA真正的启蒙者

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历史|瑞士
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这是一张瑞士医师兼生物学家弗里德里希・米舍尔(Friedrich Miescher) 的黑白照片。1869年,他成为首位发现核酸的科学家。|国家地理图片集

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1953年,詹姆斯·沃森(James Watson)与弗朗西斯·克里克(Francis Crick)揭开了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构之谜。

他们不仅破解了一道生物学难题,更破译了主宰生命本身的隐秘密码。而这一里程碑式的重大发现,正是建立在前辈们一系列卓越的研究成果之上。

早在八十年前,一位瑞士生物化学家的研究,就为DNA奠定了至关重要的物质基础,这一物质便是核酸(nucleic acid)。

科学家弗里德里希·米舍尔(Friedrich Miescher)在对废弃医用绷带上的脓细胞开展实验时,发现了脱氧核糖核酸的这一核心组成成分。

如今,核酸已与脂质、碳水化合物、蛋白质并列,被学界公认为第四大类主要生物分子。

不同于孟德尔与达尔文的声名远扬,米舍尔的贡献却少有人铭记,只因他的发现远超所处的时代,彼时学界尚无法将这一物质与遗传作用建立起关联。

但他的研究成果,对人类认知周遭世界有着不可替代的重要意义。科学史学家尼拉贾·桑卡兰(Neeraja Sankaran)坦言:“追溯DNA的研究源头,起点便是米舍尔。”那么,这位被历史淡忘的科学家弗里德里希·米舍尔究竟是怎样的人?

双螺旋问世之前的科研探索

米舍尔于1844年出生在瑞士巴塞尔,成长于声名显赫的医学世家,自幼便对科学研究萌发了浓厚兴趣。

分子生物学家克斯滕·霍尔(Kersten Hall)介绍,米舍尔曾修习医学,可童年时期罹患斑疹伤寒导致听力受损,这让他忧心自己无法胜任临床医师的工作。

1868年,米舍尔远赴德国图宾根,进入生物化学与分子生物学奠基人费利克斯·霍佩-赛勒(Felix Hoppe-Seyler)领衔的实验室开展研究工作。

1869年,在图宾根大学工作期间,米舍尔通过收集医院废弃绷带上的脓液,开展白细胞的相关研究。分子生物学家拉尔夫·达姆(Ralf Dahm)解释道,彼时抗菌药物尚未广泛普及,伤口发生感染是极为常见的情况。

达姆表示,米舍尔始终怀揣着“从化学层面解析生命本质,探明分子如何构建生命体系”的信念,这是他立下的无比宏伟的科研目标。

而白细胞成为理想的研究载体,原因在于“它们不像绝大多数细胞那样嵌于组织内部,还具备自主移动的能力”。

在对白细胞进行研究的过程中,米舍尔率先分离出了当时已知的三类生物分子:脂质、碳水化合物与蛋白质。达姆说道:“米舍尔发现了一种令他倍感困惑的物质,它的理化性质与上述三类物质截然不同。”

他尝试用胃蛋白酶(pepsin)消化这种未知物质以分解蛋白质,用碘液染色法鉴别碳水化合物,还用酒精与乙醚洗涤溶解脂质,可种种方法都未能奏效。

他将这种全新物质命名为核素(nuclein),因为该物质是从白细胞的细胞核中分离提取的,而细胞核正是承载人类DNA的核心结构。

达姆称,米舍尔深知自己完成了一项里程碑式的发现,他迫切希望将这一成果公之于众。

无人问津的研究论文

就在米舍尔准备发表研究成果之际,一系列意外接踵而至。首先,他的论文不得不等待两年才得以刊发,原因是霍佩-赛勒需要反复验证其实验数据。

霍尔表示,霍佩-赛勒这般谨慎并非无因,他此前的一名学生曾错误宣称发现新物质,最终被证实不过是一场“化学幻象”。

1871年,米舍尔在一篇题为《脓细胞的化学成分》(On the Chemical Composition of Pus Cells)的论文中正式发表了自己的研究发现。霍尔评价道:“这样的标题,根本无法勾起读者的阅读欲望。”

即便标题没有让读者望而却步,米舍尔也将研究的核心价值,藏在了这篇20页论文的第19页才得以呈现。

达姆坦言:“读者必须硬着头皮啃完大量枯燥乏味、毫无吸引力的细胞化学分析内容,才能发现他完成了一场颠覆生物学的伟大突破。”

除此之外,他也没能拿出极具说服力的实证来展示自己的研究成果。达姆说道:“在米舍尔所处的时代,DNA还只是一个抽象的概念,仅仅是一种存在于细胞内部、拥有特殊性质的分子而已。”

米舍尔在一封书信中写道:“这些年来,我早已习惯了内心的焦灼感,每夜入眠时,都好似一个未完成课业的学童。”字里行间,尽是科研心愿未了的怅然。

1872年,论文发表的次年,米舍尔开始在巴塞尔大学执教。学生们眼中的他,是一位极致专注的科学家,甚至到了近乎痴狂的地步。

他的学生弗里茨·苏特(Fritz Suter)回忆,米舍尔曾因沉浸在实验室的研究中,险些错过了自己的婚礼。

铺就DNA之路的科研接力 

1889年,距离米舍尔首次发现核素已过去二十载,他的学生理查德·奥特曼(Richard Altmann)创造了“核酸”这一术语,用以指代核素。霍尔认为:“这在一定程度上,是学生试图僭越导师的学术抢占行为。”

奥特曼为同一种DNA分子重新命名,还极力佐证米舍尔提出的核素与自己命名的核酸并非同种物质,此举大幅削弱了米舍尔研究成果的影响力。

霍尔补充道:“最终,‘奥特曼’这个名字与‘核酸’这一术语一同被学界沿用了下来。”

霍尔与达姆合著的即将面世的米舍尔传记中披露,埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)这位享誉世界的奥地利物理学家,并非首位提出生物性状变异可通过分子形式呈现的学者,米舍尔才是第一人。

霍尔表示:“据现有史料记载,这是人类历史上首次提出该学术观点。”霍尔指出,数十年后的1953年,沃森和克里克才为米舍尔当年发现的DNA分子,构建出了标志性的双螺旋结构模型。 

沃森和克里克的发现,拥有远比米舍尔当年更直观的实证依据。达姆补充说:“至少在我看来,双螺旋结构本身具备极高的美学价值,抛开其生物学功能不谈,仅从形态上就极具美感,也让DNA的存在变得具象可感。”

米舍尔的科学遗产

1895年,米舍尔因肺结核与世长辞,享年51岁。即便到了今天,他的科研贡献依旧很少被科学界正式提及与认可。

霍尔还提到,米舍尔曾将自己比作希腊神话中的西西弗斯,注定要永不停歇地将巨石推向山顶。

但霍尔认为,这恰恰是米舍尔科学遗产的重要组成部分。“科研事业如同推石上山,但它从来不是孤军奋战,而是一场团队协作的接力,”他说道,“我始终希望打破那些关于独行天才与灵光乍现的传奇叙事。”

桑卡兰表示,科学家们正是依托无数交织串联的科研线索,才最终洞悉了米舍尔发现的全部意义,而米舍尔的研究,正是其中不可或缺的关键一环。


撰文:Megan Wollerton
编译:Arvin
校对:Arvin
版式设计:Arvin

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