⑴ 1990到2015生物學重大發現及歷史
19世紀30年代, 德國植物學家施沖中褲萊登(M.J.Sehleiden,18o4— 1881)和動物學家施旺(T.Schwann,1810— 1882)提出了細胞學說,指出細胞是一切動植物結構的基本單位。
1859年,英國生物學家達爾文(C.R.Darwin,1809—1882)出版了《物種起源》一書,科學地闡述了以自然選擇學說為核心的生物進化理論。
1900年,孟德爾(G.Mendel,1822- 1884)發現的遺傳定律被重新提出,生物學邁進第2個階段—— 實驗生物學階段。
1944年,美國生物學家艾弗里(O.Avery,1877-1955)用細菌做實驗材料,第1次證明了DNA是遺傳物質。
1953年,美國科學家沃森(J.D.Watson,1928——)和英國科學家克里克(F.Crick,1916-2004)共同提出了DNA分子雙螺旋結構模型。這是20世紀生物科學最偉大的成就,標志著生物科學的發展進入了一個新的階段——分子生物學階段。
1773年,義大利科學家斯帕蘭札尼(L.Spallanzani,1729- 1799),通過實驗證明,胃液有化學性消化作用。
1836年,德國科學家施旺(T.Schwann,1810—1882),從胃液中提取出胃蛋白酶。(第2次出現) 1926年,美國科學家薩姆納(J.B.Sumner,1887—1955),從刀豆種子中提取出脲酶的結晶,並且通過化學實驗證實脲酶是一種蛋白質。
20世紀80年代, 美國科學家切赫(T.R.Cech,1947一)和奧特曼(S.Ahman,1939一)發現少數RNA也有生物催化作用。
1771年, 英國科學家普里斯特利(J.Priestley,1733— 18o4),通過實驗發現植物可以更新空氣。 1864年,德國科學家薩克斯(J.yon Sachs,1832—1897),通過實驗證明光合作用產生了澱粉。1880年, 美國科學家恩格爾曼(G.Engelmann,1809- 184 ),通過實驗證明葉綠體是植物進行光合作用的場所。
20世紀,30年代,美國科學家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.Kamen)用同位素標記法證明光合作用中釋放的氧全部來自水。
1880年,達爾文(C.R.Darwin,1809—1882)通過實驗推想,胚芽鞘的尖端可能會產生某種物質,這種物質在單側光的照射下,對胚芽鞘下面散簡的部分會產生某種影響。(第2次出現)
1928年,荷蘭科學家溫特(F.W.Went,1903——),通過實驗證明,胚芽鞘的尖端確實產生了某種物質,這種物質從尖端運輸到下部,並且促使胚芽鞘下面的某些部分生長。
1934年,荷蘭科學家郭葛(F.Ko )等人從植物中提取出吲哚乙酸— — 生長素。
1)DNA是主要的遺傳物質
1928年,英國科學家格里菲思(F.Grifith,1877—1941),通過實驗推想,已殺死的S型細菌中,含有某種「轉化因子」,使R型細菌轉化為S型細菌。
1944年, 美國科學家艾弗里(O.Avery,1877—1955)和他的同事,通過實驗證明上述「轉化因子」為DNA,也就是說DNA才是遺傳物質。
1952年,培纖赫爾希(A.Hershey)和蔡斯(M.Chase),通過噬菌體侵染細菌的實驗證明,在噬菌體中,親代和子代之間具有連續性的物質是DNA,而不是蛋白質。
2)DNA分子的結構和復制
1953年,美國科學家沃森(J.D.Watson,1928一)和英國科學家克里克(F.Crick,1916-2004)共同提出了DNA分子雙螺旋結構模型。1962年,沃森、克里克和維爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。(第2次出現)
基因的分離定律 孟德爾(G.Mendel,1822-1884),奧國人,通過豌豆等植物的雜交試驗,於1865年,在當地的自然科學研究學會上宣讀了《植物雜交試驗》論文,提出了遺傳的分離定律和自由組合定律。(第2次出現)
18世紀英國著名的化學家和物理學家道爾頓(J.Dalton,1766— 184 ),第1個發現了色盲症,也是第1個被發現的色盲症患者。
l9世紀(1859年),達爾文,在其《物種起源》一書中.提出以自然選擇學說為核心的生物進化理論。(第3次出現)
1973年,美國科學家科恩(S.N.Cohen,l935一),第1次實現了不同物種間的DNA重組。
⑵ 15年有關生物學的重大發現
2015年,美國人腦研究取得新成果,醫學與疾病防治取得多項重大突破,合成生物學成果紛呈;英國重視針對抗生素耐葯性機理的研究,開發出葯物「身份證」和可靠的「人工胰腺」;巴西農科院已經獲批在2016年商業化種植本國產的轉基因抗病毒豆類。
1美國
人腦研究取得新成果,醫學與疾病防治取得多項重大突破,合成生物學成果紛呈。
2015年,美國科學家在人腦研究領域取得重大突破:8月,俄亥俄州立大學在實驗室中培育出近乎完全成型的人類大腦,盡管它只有鉛筆上橡皮擦那麼大,發育程度與一個5周大胎兒的大腦相當,尚沒有任何意識,但具備人腦絕大多數細胞類型和功能,且能像人腦一樣進行基因表達,用它可以幫助科學家測試新葯及更多認識腦部疾病機理;9月,華盛頓大學研究團隊完成目前最復雜的人腦直連實驗,他們使用一種腦—腦直連方式,燃團嫌讓5對受試者通過互聯網傳遞大腦信號來玩問答游戲。這一試驗首次證明兩個大腦可以直接連接,且無需發聲,一方就能准確猜出另一方的想法。此外,美國科學家還繪制出了超精細的老鼠大腦3D圖譜,該圖譜由一系列高清圖像拼接而成,單個神經細胞在納米尺度下前所未有的清晰可見。
疫苗研究與設計領域:多家研究機構和企業參與研製的埃博拉疫苗已完成一期或二期人體臨床試驗。伊利諾斯大學厄本納-香檳分校通過「基因組挖或畢掘」技術搜尋了1萬種細菌,用4年時間就發現了19種前所未知的天然磷酸鹽新產品,每種都有望成為有潛力的新葯,其中之一已確認可作為抗生素。
癌症研究領域:美國食品和葯物管理局(FDA)批准了首個治療黑色素瘤等癌症的病毒類葯物,其核心是利用一種經過修改的工程皰疹病毒,在不傷及健康細胞的情況下殺滅癌細胞,並在人體內部引發抗癌免疫反應;德州大學西南醫學中心發現,全基因組測序可識別癌症家族背景人群的患癌風險,提高了診斷有癌變傾向的基因變異的能力;哈佛大學利用受激拉曼散射(SRS)顯微鏡技術,無需熒游標記即觀察到活體皮膚癌細胞分裂過程中DNA分子機理,可在不幹擾細胞正常發育的情況了解細胞癌變程度。
艾滋病研究方面:一種基於基因療法的「強力」新葯eCD4-Ig可阻止艾滋病病毒各種已知毒株的感染,恆河猴試驗表明其有效性遠高於現有效果最好的廣譜抗艾葯。這種新葯通過偽裝把病毒「拒之門外」——令人體產生CD4和CCR5兩種受體的「山寨」品,「欺騙」艾滋病病毒與之結合,從而讓病毒失去進入人體的機會。美研究人員還研製出被稱為「分子顯微鏡」的探針,能夠准確檢測到艾滋病病毒在細胞內外皮手的隱藏之地,最終能幫助弄清艾滋病病毒長時間存留的謎底,從而將其從體內徹底清除。
⑶ 生物遺傳學歷史上的重大事件
DNA雙螺旋分子結構的發現是人類歷史上一個重大事件。
20世紀50年代,世界上有三個小組正在進行DNA生物大分子的分析研究,他們分屬於不同派別,競爭非常激烈。結構學派,主要以倫敦皇家學院的威爾金斯和富蘭克林(R.Franklin)為代表;生物化學學派是以美國加州理工學院鮑林(L.G.Pauling)為代表;信息學派,則以劍橋大學的沃森和克里克為代表。
結構學派的威爾金斯是紐西蘭物理學家,他的貢獻在於選擇了DNA作為研究生物大分子的理想材料,並在方法上採取「X射線衍射法」。他認為DNA分子的X射線衍射研究對於建立嚴格的分子模型是有幫助的。他和他的同事獲得了世界上第一張DNA纖維X射線衍射圖,證明了DNA分子是單鏈螺旋的,並在1951年義大利生物大分子學術會議上報告了他們的研究成果。正如前面所介紹的那樣,沃森也參加了那次會議,並受到很大啟發。
結構學派的另一位代表人物是富蘭克林,她是一位具有卓越才能的英國女科學家。1952年,她在DNA分子晶體搏鎮結構研究上成功地制備了DNA樣品,更重要的是通過X射線衍射拍攝到一張舉世聞名的B型DNA的X射線衍射照片,由此推算DNA分子呈螺旋狀,並定量測定了DNA螺旋體的直徑和螺距;同時,她已認識到DNA分子不是單鏈,而是雙鏈同軸排列的。
生物化學學派的代表鮑林是美國著名的化學家。致力於研究DNA、蛋白質等生物大分子在細胞代謝和遺傳中如何相互影響及化學結構。1951年,根據結構化學的規律性,成功地建立了蛋白質的。α-螺旋模型。
信息學派的沃森和克里克主要研究信息如何在有機體世代間傳遞及該信息如何被翻譯成特定的生物分子。他們無論是在科學實驗的經驗,還是學術成就方面都無法與威爾金斯、富蘭克林、鮑林相比,然而他們後來居上,在18個月的時間內創造了DNA分子的雙螺旋模型,躍上20世紀的科學寶座,摘取「分子生物學」的桂冠,領了半個世紀的風騷。究其根本原因是他們能采百家之長融為一體,化為己用。
自1951年開始,沃森和克里克先後建立了三個DNA分子模型。他們在建立模型時,不只是考慮其結構,還要始終聯系DNA的功能和信息。他們要求建立的模型既要滿足物理、化學、數學研究的最新事實,如X射線衍射結果、鹼基配對的力學要求,還要滿足生化知識,如酮型、氫鍵、鍵角等,更要使DNA能解釋遺傳學和代謝理論,這是一種很先進的思想。
第一個模型是一個三鏈的結構。這是在對實驗數據理解錯誤的基礎上建立的,最終失敗。但他們並不氣餒,繼續搜集材料,查閱資料,富蘭克林的B型DNA的X射線衍射照片,查爾加夫的DNA化學成分的分析都曾給沃森和克舉襪里克很大啟示。他們建立的第二個模型是一個雙鏈的螺旋體,糖和磷酸骨架在外,鹼基成對的排列在內,鹼基是以同配方式即A與A,C與C,G與G,T與T配對。由於配對方式的錯誤,這個模型同樣宣告失敗。盡管這次又失敗了,但他們從中總結了不少有益的經驗教訓,為成功地建立第三個模型打下了基礎。
1953年2月20日,沃森靈光一現,放棄了鹼基同配方案,採用正銀激鹼基互補配對方案,終於獲得了成功。沃森和克里克又經過三周的反復核對和完善,3月18日終於成功地建立了DNA分子雙螺旋結構模型,並於4月25日在英國的《自然》雜志上發表。DNA分子規則的雙螺旋結構模型與世人見面了,要點如下:DNA分子是由兩條平行的脫氧核苷酸長鏈向右螺旋形成的;DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連結,排列在外側,構成基本骨架,鹼基排列在內側;兩條鏈上的鹼基通過氫鍵連結起來,形成鹼基對,即A與T,C與C配對;DNA分子中兩條脫氧核苷酸長鏈中的原子排列方向相反,一條是5』→3』走向,另一條是3』→5』
數個星期之後,沃森和克里克又在《自然》雜志上進一步提出了DNA分子復制的假說——半保留復制機制,它為進一步揭示遺傳信息的奧秘提供了廣闊的前景。
從沃森和克里克的成功,我們不難發現,現代科學的創舉決非一兩個人所能辦到的,他們必須采百家之長,充分借鑒別人的成功經驗和理論,勤於思考,勇於探索,在掌握先進的科學方法後,有高明正確的科學思想指導才能成功。從科學發展的角度上看,沃森和克里克把各自獨立研究的信息學派、結構學派和生化學派對生物遺傳的研究統一起來推向前進,建立了不可磨滅的豐功偉績。是他們完成了歷史的、科學的統一,創建了DNA分子的雙螺旋結構,這是分子生物學史上劃時代的創舉,是突破性的進展,人們從此開始從分子角度來研究生命科學,奠定了分子生物學的基礎。我國著名的生物學家談家楨指出:「DNA分子雙螺旋結構的發現,不僅是生物科學的重大突破,也是整個自然科學的輝煌成就,其意義足以同迄今已有的任何一次科學發現相媲美」。
⑷ 20世紀最令人震驚的古生物發現都有哪些
1、旋齒鯊
相信很多人都知道,鯊魚可謂是地球上最古老的物種之一,而他們的祖先旋齒鯊則要讓人感到震驚得多。其令人印象深刻的下顎的結構給科學家帶來了許多麻煩,因為他們找不到2.2億年前消失的這種動物的完整復製品。
據推測,這種動物會用這種怪異的牙齒來捕捉一種帶有貝殼的軟體動物。幾個世紀以來人們一直認為它們嘴上的鋸狀物是在這種生物的鼻子里,但是類似物種的發現得出了它位於下頜的結論。
現代長頸鹿的最古老的前身是在馬德里的山營遺址發現的。有趣的是,它們的脖子很短,它們的飲食似乎也更加多種多樣,可以樹木和草為態攔食。
⑸ 20世紀生物學 成就
20世紀生物學最大的成就是DNA分子雙螺旋結構模型的發現
沃森、克里克
沃森
Watson, James Dewey
美國生物學家
克里克
Crick, Francis Harry Compton
英國生物物理學家
20世紀50年代初,英國科學家威爾金斯等用X射線衍射技術對DNA結構潛心研究了3年,意識到DNA是一種螺旋結構。女物理學家富蘭克林在1951年底拍到了一張十分清晰的DNA的X射線衍射照片。
1952年,美國化學家鮑林發表了關於DNA三鏈模型的研究報告,這種模型被稱為α螺旋。沃森與威爾金斯、富蘭克林等討論了鮑林的模型。威爾金斯出示了富蘭克林在一年前拍下的DNAX射線衍射照片,沃森看出了DNA的內部是一種螺旋形的結構,他立即產生了一種新概念:DNA不是三鏈結構而應該是雙鏈結構。他們繼續循著這個思路深入探討,極力將有關這方面的研究成果集中起來。根據各方面對DNA研究的信息和自己的研究和分析,沃森和克里克得出一個共識:DNA是一種雙鏈螺旋結構。這真是一個激動人心的發現!沃森和克里克立即行動,馬上在實驗室中聯手開始搭建DNA雙螺旋模型。從1953年2月22日起開始奮戰,他們夜以繼日,廢寢忘食,終於在3月7日,將他們想像中的美麗無比的DNA模型搭建成功了。
沃森、克里克的這個模型正確地反映出DNA的分子結構。此後,遺傳學的歷史和生物學的歷史都從細胞階段進入了分子階段。
由於沃森、克里克和威爾金斯在DNA分子研究方面的卓越貢獻,他們分享1962年的諾貝爾生理醫學獎。
詹姆斯·沃森
沃森(出生於1928年)美國生物學家.
20世紀40年代末和50年代初,在DNA被確認為遺傳物質之後,生物學家們不得不面臨著一個難題:DNA應該有什麼樣的結構,才能擔當遺傳的重任?它必須能夠攜帶遺傳信息,能夠自我復制傳遞遺傳信息,能夠讓遺傳信息得到表達以控制細胞活動,並且能夠突變並保留突變。這4點,缺一不可,如何建構一個DNA分子模型解釋這一切?
當時主要有三個實驗室幾乎同時在研究DNA分子模型。第一個實驗室是倫敦國王學院的威爾金斯、弗蘭克林實驗室,他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結構。當X射線照射到生物大分子的晶體時,晶格中的原子或分子會使射線發生偏轉,根據得到的衍射圖像,可以推測分子大致的結構和形狀。第二個實驗室是加州理工學院的大化學家萊納斯·鮑林(Linus Pauling)實驗室。在此之前,鮑林已發現了蛋白質的a螺旋結構。第三個則是個非正式的研究小組,事實上他們可說是不務正業。23歲的年輕的遺傳學家沃森於1951年從美國到劍橋大學做博士後時,雖然其真實意圖是要研究DNA分子結構,掛著的課題項目卻是研究煙草花葉病毒。比他年長12歲的克里克當時正在做博士論文,論文題目是「多肽和蛋白質:X射線研究」。沃森說服與他分享同一個辦公室的克里克一起研究DNA分子模型,他需要克里克在X射線晶體衍射學方面的知識。他們從1951年10月開始拼湊模型,幾經嘗試,終於在1953年3月獲得了正確的模型。關於這三個實驗室如何明爭暗鬥,互相競爭,由於沃森一本風靡全球的自傳《雙螺旋》而廣為人知。值得探討的一個問題是:為什麼沃森和克里克既不像威爾金斯和弗蘭克林那樣擁有第一手的實驗資料,又不像鮑林那樣有建構分子模型的豐富經驗(他們兩個人都是第一次建構分子模型),卻能在這場競賽中獲勝?
這些人中,除了沃森,都不是遺傳學家,而是物理學家或化學家。威爾金斯雖然在1950年最早研究DNA的晶體結構,當時卻對DNA究竟在細胞中干什麼一無所知,在1951年才覺得DNA可能參與了核蛋白所控制的遺傳。弗蘭克林也不了解DNA在生物細胞中的重要性。鮑林研究DNA分子,則純屬偶然。他在1951年11月的《美國化學學會雜志》上看到一篇核酸結構的論文,覺得荒唐可笑,為了反駁這篇論文,才著手建立DNA分子模型。他是把DNA分子當作化合物,而不是遺傳物質來研究的。這兩個研究小組完全根據晶體衍射圖建構模型,鮑林甚至根據的是30年代拍攝的模糊不清的衍射照片。不理解DNA的生物學功能,單純根據晶體衍射圖,有太多的可能性供選擇,是很難得出正確的模型的。
沃森在1951年到劍橋之前,曾經做過用同位素標記追蹤噬菌體DNA的實驗,堅信DNA就是遺傳物質。據他的回憶,他到劍橋後發現克里克也是「知道DNA比蛋白質更為重要的人」。但是按克里克本人的說法,他當時對DNA所知不多,並未覺得它在遺傳上比蛋白質更重要,只是認為DNA作為與核蛋白結合的物質,值得研究。對一名研究生來說,確定一種未知分子的結構,就是一個值得一試的課題。在確信了DNA是遺傳物質之後,還必須理解遺傳物質需要什麼樣的性質才能發揮基因的功能。像克里克和威爾金斯,沃森後來也強調薛定諤的《生命是什麼?》一書對他的重要影響,他甚至說他在芝加哥大學時讀了這本書之後,就立志要破解基因的奧秘。如果這是真的,我們就很難明白,為什麼沃森向印第安那大學申請研究生時,申請的是鳥類學。由於印第安那大學動物系沒有鳥類學專業,在系主任的建議下,沃森才轉而從事遺傳學研究。當時大遺傳學家赫爾曼·繆勒(Hermann Muller)恰好正在印第安那大學任教授,沃森不僅上過繆勒關於「突變和基因」的課(分數得A),而且考慮過要當他的研究生。但覺得繆勒研究的果蠅在遺傳學上已過了輝煌時期,才改拜研究噬菌體遺傳的薩爾瓦多·盧里亞(Salvador Luria)為師。但是,繆勒關於遺傳物質必須具有自催化、異催化和突變三重性的觀念,想必對沃森有深刻的影響。正是因為沃森和克里克堅信DNA是遺傳物質,並且理解遺傳物質應該有什麼樣的特性,才能根據如此少的數據,做出如此重大的發現。
他們根據的數據僅有三條:第一條是當時已廣為人知的,即DNA由6種小分子組成:脫氧核糖,磷酸和4種鹼基(A、G、T、C),由這些小分子組成了4種核苷酸,這4種核苷酸組成了DNA.第二條證據是最新的,弗蘭克林得到的衍射照片表明,DNA是由兩條長鏈組成的雙螺旋,寬度為20埃。第三條證據是最為關鍵的。美國生物化學家埃爾文·查戈夫(Erwin Chargaff)測定DNA的分子組成,發現DNA中的4種鹼基的含量並不是傳統認為的等量的,雖然在不同物種中4種鹼基的含量不同,但是A和T的含量總是相等,G和C的含量也相等。
查加夫早在1950年就已發布了這個重要結果,但奇怪的是,研究DNA分子結構的這三個實驗室都將它忽略了。甚至在查加夫1951年春天親訪劍橋,與沃森和克里克見面後,沃森和克里克對他的結果也不加重視。在沃森和克里克終於意識到查加夫比值的重要性,並請劍橋的青年數學家約翰·格里菲斯(John Griffith)計算出A吸引T,G吸引C,A+T的寬度與G+C的寬度相等之後,很快就拼湊出了DNA分子的正確模型。
沃森和克里克在1953年4月25日的《自然》雜志上以1000多字和一幅插圖的短文公布了他們的發現。在論文中,沃森和克里克以謙遜的筆調,暗示了這個結構模型在遺傳上的重要性:「我們並非沒有注意到,我們所推測的特殊配對立即暗示了遺傳物質的復制機理。」在隨後發表的論文中,沃森和克里克詳細地說明了DNA雙螺旋模型對遺傳學研究的重大意義:一、它能夠說明遺傳物質的自我復制。這個「半保留復制」的設想後來被馬修·麥賽爾遜(Matthew Meselson)和富蘭克林·斯塔勒(Franklin W.Stahl)用同位素追蹤實驗證實。二、它能夠說明遺傳物質是如何攜帶遺傳信息的。三、它能夠說明基因是如何突變的。基因突變是由於鹼基序列發生了變化,這樣的變化可以通過復制而得到保留。
但是遺傳物質的第四個特徵,即遺傳信息怎樣得到表達以控制細胞活動呢?這個模型無法解釋,沃森和克里克當時也公開承認他們不知道DNA如何能「對細胞有高度特殊的作用」。不過,這時,基因的主要功能是控制蛋白質的合成,這種觀點已成為一個共識。那麼基因又是如何控制蛋白質的合成呢?有沒有可能以DNA為模板,直接在DNA上面將氨基酸連接成蛋白質?在沃森和克里克提出DNA雙螺旋模型後的一段時間內,即有人如此假設,認為DNA結構中,在不同的鹼基對之間形成形狀不同的「窟窿」,不同的氨基酸插在這些窟窿中,就能連成特定序列的蛋白質。但是這個假說,面臨著一大難題:染色體DNA存在於細胞核中,而絕大多數蛋白質都在細胞質中,細胞核和細胞質由大分子無法通過的核膜隔離開,如果由DNA直接合成蛋白質,蛋白質無法跑到細胞質。另一類核酸RNA倒是主要存在於細胞質中。RNA和DNA的成分很相似,只有兩點不同,它有核糖而沒有脫氧核糖,有尿嘧啶(U)而沒有胸腺嘧啶(T)。早在1952年,在提出DNA雙螺旋模型之前,沃森就已設想遺傳信息的傳遞途徑是由DNA傳到RNA,再由RNA傳到蛋白質。在1953~1954年間,沃森進一步思考了這個問題。他認為在基因表達時,DNA從細胞核轉移到了細胞質,其脫氧核糖轉變成核糖,變成了雙鏈RNA,然後再以鹼基對之間的窟窿為模板合成蛋白質。這個過於離奇的設想在提交發表之前被克里克否決了。克里克指出,DNA和RNA本身都不可能直接充當連接氨基酸的模板。遺傳信息僅僅體現在DNA的鹼基序列上,還需要一種連接物將鹼基序列和氨基酸連接起來。這個「連接物假說」,很快就被實驗證實了。
1958年,克里克提出了兩個學說,奠定了分子遺傳學的理論基礎。第一個學說是「序列假說」,它認為一段核酸的特殊性完全由它的鹼基序列所決定,鹼基序列編碼一個特定蛋白質的氨基酸序列,蛋白質的氨基酸序列決定了蛋白質的三維結構。第二個學說是「中心法則」,遺傳信息只能從核酸傳遞給核酸,或核酸傳遞給蛋白質,而不能從蛋白質傳遞給蛋白質,或從蛋白質傳回核酸。沃森後來把中心法則更明確地表示為遺傳信息只能從DNA傳到RNA,再由RNA傳到蛋白質,以致在1970年發現了病毒中存在由RNA合成DNA的反轉錄現象後,人們都說中心法則需要修正,要加一條遺傳信息也能從RNA傳到DNA.事實上,根據克里克原來的說法,中心法則並無修正的必要。
鹼基序列是如何編碼氨基酸的呢?克里克在這個破譯這個遺傳密碼的問題上也做出了重大的貢獻。組成蛋白質的氨基酸有20種,而鹼基只有4種,顯然,不可能由1個鹼基編碼1個氨基酸。如果由2個鹼基編碼1個氨基酸,只有16種(4的2次方)組合,也還不夠。因此,至少由3個鹼基編碼1個氨基酸,共有64種組合,才能滿足需要。1961年,克里克等人在噬菌體T4中用遺傳學方法證明了蛋白質中1個氨基酸的順序是由3個鹼基編碼的(稱為1個密碼子)。同一年,兩位美國分子遺傳學家馬歇爾·尼倫伯格(Marshall Nirenberg)和約翰·馬特哈伊(John Matthaei)破解了第一個密碼子。到1966年,全部64個密碼子(包括3個合成終止信號)被鑒定出來。作為所有生物來自同一個祖先的證據之一,密碼子在所有生物中都是基本相同的。人類從此有了一張破解遺傳奧秘的密碼表。
DNA雙螺旋模型(包括中心法則)的發現,是20世紀最為重大的科學發現之一,也是生物學歷史上惟一可與達爾文進化論相比的最重大的發現,它與自然選擇一起,統一了生物學的大概念,標志著分子遺傳學的誕生。這門綜合了遺傳學、生物化學、生物物理和信息學,主宰了生物學所有學科研究的新生學科的誕生,是許多人共同奮斗的結果,而克里克、威爾金斯、弗蘭克林和沃森,特別是克里克,就是其中最為傑出的英雄。
克里克
弗朗西斯·哈里·康普頓·克里克(Francis Harry Compton Crick 1916.6.8——2004.7.28)
生於英格蘭中南部一個郡的首府北安普敦。小時酷愛物理學。1934年中學畢業後,他考入倫敦大學物理系,3年後大學畢業,隨即攻讀博士學位。然而,1939年爆發的第二次世界大戰中斷了他的學業,他進入海軍部門研究魚雷,也沒有什麼成就。待戰爭結束,步入"而立之年"的克里克在事業上仍一事無成。1950年,也就是他34歲時考入劍橋大學物理系攻讀研究生學位,想在著名的卡文迪什實驗室研究基本粒子。
這時,克里克讀到著名物理學家薛定諤的一本書《生命是什麼》,書中預言一個生物學研究的新紀元即將開始,並指出生物問題最終要靠物理學和化學去說明,而且很可能從生物學研究中發現新的物理學定律。克里克深信自己的物理學知識有助於生物學的研究,但化學知識缺乏,於是開始發憤攻讀有機化學、X射線衍射理論和技術,准備探索蛋白質結構問題。
1951年,美國一位23歲的生物學博士沃森來到卡文迪什實驗室,他也受到薛定諤《生命是什麼》的影響。克里克同他一見如故,開始了對遺傳物質脫氧核糖核酸DNA分子結構的合作研究。他們雖然性格相左,但在事業上志同道合。沃森生物學基礎扎實,訓練有素;克里克則憑借物理學優勢,又不受傳統生物學觀念束縛,常以一種全新的視角思考問題。他們二人優勢互補,取長補短,並善予吸收和借鑒當時也在研究DNA分子結構的鮑林、威爾金斯和弗蘭克林等人的成果,結果經不足兩年時間的努力便完成了DNA分子的雙螺旋結構模型。而且,克里克以其深邃的科學洞察力,不顧沃森的猶豫態度,堅持在他們合作的第一篇論文中加上「DNA的特定配對原則,立即使人聯想到遺傳物質可能有的復制機制」這句話,使他們不僅發現了DNA的分子結構,而且叢結構與功能的角度作出了解釋。
1962年,46歲的克里克同沃森、威爾金斯一道榮獲諾貝爾生物學或醫學獎。
後來,克里克又單獨首次提出蛋白質合成的中心法則,即遺傳密碼的走向是:DNA→RNA→蛋白質。他在遺傳密碼的比例和翻譯機制的研究方面也做出了貢獻。1977年,克里克離開了劍橋,前往加州聖地亞哥的索爾克研究院擔任教授。
2004年7月28日深夜,弗朗西斯·克里克在與結腸癌進行了長時間的搏鬥之後,在加州聖地亞哥的桑頓醫院里逝世,享年88歲。
被遺忘的英格蘭玫瑰
很多人都知道沃森和克里克發現DNA雙螺旋結構的故事,更進一步,有人還可能知道他們與莫里斯·威爾金斯因此分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。然而,有多少人記得羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin),以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻?
富蘭克林1920年生於倫敦,15歲就立志要當科學家,但父親並不支持她這樣做。她早年畢業於劍橋大學,專業是物理化學。1945年,當獲得博士學位之後,她前往法國學習X射線衍射技術。她深受法國同事的喜愛,有人評價她「從來沒有見到法語講的這么好的外國人」。1951年,她回到英國,在倫敦大學國王學院取得了一個職位。
在那時候,人們已經知道了脫氧核糖核酸(DNA)可能是遺傳物質,但是對於DNA的結構,以及它如何在生命活動中發揮作用的機制還不甚了解。就在這時,富蘭克林加入了研究DNA結構的行列——在相當不友善的環境下。她負責起實驗室的DNA項目時,有好幾個月沒有人幹活。同事威爾金斯不喜歡她進入自己的研究領域,但他在研究上卻又離不開她。他把她看作搞技術的副手,她卻認為自己與他地位同等,兩人的私交惡劣到幾乎不講話。在那時的科學界,對女科學家的歧視處處存在,女性甚至不被准許在大學的高級休息室里用午餐。她們無形中被排除在科學家間的聯系網路之外,而這種聯系對了解新的研究動態、交換新理念、觸發靈感極為重要。
富蘭克林在法國學習的X射線衍射技術在研究中派上了用場。X射線是波長非常短的電磁波。醫生通常用它來透視,而物理學家用它來分析晶體的結構。當X射線穿過晶體之後,會形成衍射圖樣——一種特定的明暗交替的圖形。不同的晶體產生不同的衍射圖樣,仔細分析這種圖形人們就能知道組成晶體的原子是如何排列的。富蘭克林精於此道,她成功的拍攝了DNA晶體的X射線衍射照片。
富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片,這張照片正是發現DNA結構的關鍵
此時,沃森和克里克也在劍橋大學進行DNA結構的研究,威爾金斯在富蘭克林不知情的情況下給他們看了那張照片。根據照片,他們很快就領悟到了DNA的結構——現在已經成為了一個眾所周知的事實——兩條以磷酸為骨架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結構,氫鍵把它們連結在一起。他們在1953年5月25日出版的英國《自然》雜志上報告了這一發現。這是生物學的一座里程碑,分子生物學時代的開端。
當沃森等人的論文發表的時候,富蘭克林已經離開了國王學院,威爾金斯似乎很慶幸這個不討他喜歡的夥伴的離去。然而富蘭克林的貢獻是毋庸置疑的:她分辨出了DNA的兩種構型,並成功的拍攝了它的X射線衍射照片。沃森和克里克未經她的許可使用了這張照片,但她不以為忤,反而為他們的發現感到高興,還在《自然》雜志上發表了一篇證實DNA雙螺旋結構的文章。
這個故事的結局有些傷感。當1962年沃森、克里克和威爾金斯獲得諾貝爾生理學或醫學獎的時候,富蘭克林已經在4年前因為卵巢癌而去世。按照慣例,諾貝爾獎不授予已經去世的人。此外,同一獎項至多隻能由3個人分享,假如富蘭克林活著,她會得獎嗎?性別差異是否會成為公平競爭的障礙?後人為了這個永遠不能有答案的問題進行過許多猜測與爭論。
與沒有獲得諾貝爾獎相比,富蘭克林的早逝更加令人惋惜。她是一位才華橫溢的女科學家,然而知道她和她的貢獻的人寥寥無幾。沃森在《雙螺旋》(1968年出版)一書中甚至公開詆毀富蘭克林的形象與功績,歪曲她與威爾金斯之間的恩怨。許多關於雙螺旋的書籍和文章根本不提及富蘭克林,盡管克里克在很多年後承認「她離真相已經只有兩步」。富蘭克林始終相信人們對才能和專業水準的尊重會與性別無關,但她正是這傾斜的世界中女科學家命運的代表。如果她是男性則可能如何,這種假設固然沒有意義,但性別的確一直是她在科研領域發揮才能的絆腳石,並使她的成就長時間得不到應有的認可。
⑹ 近代生物學上取得了哪些成就什麼時間(簡捷一點的)
近代生物學指從15世紀下半葉到19世紀結束時間段所發展起來的生物科學。從15世紀下半葉到18世紀末是近代生物學的第一階段,這一時期的生物學研究中,主要有維薩里等人的解剖學,哈維的生理學,林耐的分類學以及拉馬克等人的進化學說。19世紀的自然科學,進入了全面繁榮時代。生物學的各主要領域都獲得較大的進展。如細胞學說的提出,達爾文進化論的創立,孟德爾遺傳學定律的發現。巴赫和巴斯德等人則奠定了微生物學的基礎,使其在農業和醫學上產生巨大的影響;巴普洛夫等人推動了動物生理學的巨大發展。…… 近現代生物學最有影響力的進展(個人認為):1,生物進化——達爾文1859年發表《物種起源》, 提出了生物進化論學說,從而摧毀了各種唯心的神造論和物種不變論。除了生物學外,他的理論對人類學、心理學及哲學的發展都有不容忽視的影響。恩格斯將「進化論」列為19世紀自然科學的三大發現之一。2,細胞生物學——細胞學說的提出 1838~1839 年間由德國植物學家施萊登和動物學家施旺所提出,直到 1858 年才較完善。它是關於生物有機體組成的學說。細胞學說論證了整個生物界在結構上的統一性,以及在進化上的共同起源。這一學說的建立地推動了生物學的發展,並為辯證唯物論提供了重要的自然科學依據。革命導師 恩格斯 曾把細胞學說與能量守恆和轉換定律、達爾文的自然選擇學說等並譽為 19 世紀最重大的自然科學發現之一。3,遺傳學——1866年奧地利學者孟德爾根據他的豌豆雜交實驗結果發表了《植物雜交試驗》的論文,揭示了現在稱為孟德爾定律的遺傳規律,奠定了遺傳學的基礎。 1875~1884年弗萊明、施特拉斯布格、貝內登、赫特維希等的發現為遺傳的染色體學說奠定了基礎。生物遺傳規律和染色體、基因等被聯系在一起。…… 20世紀的生物學屬於現代生物學的范疇。
⑺ 中國近20年來在古生物界的重大發現
我就說兩個關於早期生命的大新聞吧。
(一)藍田生物群
2011年安徽皖南藍田發現了迄今為止最早的宏體生物群,裡面有宏體藻類,還有疑似腔腸動物(可見觸手與消化道)。藍田生物群時代差不多6億年,和甕安生物群差不多一個時代,但是甕安的化石主要以疑似動物胚胎為主(也可能是藻大洞大塌類)。啥是宏體生物,就是肉眼可見的生物,要是專業點就是大型的多細胞真核生物,在此之前公認最早的宏體生物群是埃迪卡拉生物群(其中的阿瓦隆生物群5.79億年,一直被認為是最早的。)
藍田生物群中的藻類:
參考文獻(圖片均來源於參考文獻中):
Yuan Xunlai, Chen Zhe, Xiao Shuhai, Zhou Chuanming, Hua Hong. 2011. An early Ediacaran assemblage of macroscopic and morphologically differentiated eukaryotes. Nature. 470: 390-393
袁訓來, 陳哲, 肖書海, 萬斌, 關成國, 王偉, 周傳明, 華洪,2012:藍田生物群: 一個認識多細胞生物起源和早期演化的新窗口。
Zhe Chen, Chuanming Zhou, Shuhai Xiao, Wei Wang, Chengguo Guan, Hong Hua & Xunlai Yuan. 2014. New Ediacara fossils preserved in marine limestone and their ecological implications. Scientific Reports. 4, 4180; DOI:10.1038/srep04180.