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马克斯·德尔布吕克 编辑
马克斯·德尔布吕克(1906年9月4日-1981年3月9日),德裔美籍生物学家,他与美国生物学家阿尔弗雷德·德·赫希(Alfred Day Hershey)以及萨尔瓦多·爱德华·鲁利亚(Salvador Edward Luria)共同获得了1969年的诺贝尔生理学-医学奖。德尔布吕克是研究噬菌体(bacteriophages)(攻击细菌的病毒)的先驱,因而获得这一奖项。这一研究在某种程度上以噬菌体的遗传机能为重点。德尔布吕克的研究引导其他科学家发现构成活生物体细胞内基因的DNA(脱氧核糖核酸)的结构和重要性。
1940年代早期照片
哥廷根大学那时已经成为了量子力学新领域的中心。量子力学物理学是描述原子结构和原子粒子运动的学科。这里激发性的氛围对年轻的德尔布吕克产生了很大的影响。在这里,他遇见了出生于匈牙利,并在后来成为美国公民的理论物理学家尤金·保罗·魏格纳(Eugene Paul Wigner)教授和对量子力学的发展起到重要作用的德国物理学家马克斯·玻恩(Max Born)。两位物理学家后来都赢得了诺贝尔物理奖。德尔布吕克找出了锂化学键的数学证明。1930年,他获得了物理学博士的学位。德尔布吕克继续用了三年的时间在英国、瑞士和丹麦游学。他在英国的布里斯托尔大学(University of Bristol)做了一年半的博士后。后来他又获得了一份洛克菲勒基金会提供的一份学术奖金,前往哥本哈根大学(University of Copenhagen),在丹麦物理学家尼尔斯·波尔(Niels Bohr)的指导下做了六个月的研究,紧接着又前往苏黎世大学(University of Zurich)在奥地利理论物理学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)的指导下又做了六个月的研究。波尔当时已经提出了一条有关原子结构的理论。泡利因1925年解释原子内电子运转规则的提案获得了1945年的诺贝尔物理学奖。
波尔指出物理中的某些属性在生物学中是相通的,这使得德尔布吕克对物理学和生物学间的关系产生了兴趣。这也对德尔布吕克的前途产生了很大的影响。
德尔布吕克定时在柏林和那些对遗传学感兴趣的物理学家和生物学家们碰面。在1935年一篇很有影响力的论文里,德尔布吕克和他的研究伙伴们提出可以把基因当成分子来看待。
1937年,德尔布吕克得到了第二份洛克菲勒基金会提供的学术奖金后,移民到美国。他使用这笔奖金在位于帕萨迪娜市的加州理工学院研究生物学和基因学。在那里,他和遗传学家托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan)合作研究果蝇(Drosophila melanogaster)的基因。果蝇的寿命很短,所以不用等很久就可以研究很多代果蝇,因而经常被用在研究中。
在加州理工学院,德尔布吕克开始从事噬菌体的研究。他开始对噬菌体的基因产生了兴趣。噬菌体是一种可以影响细菌细胞的病毒,它的名字的意思就是“吃细菌的物体”。1939年,在一篇开创性的论文中,他解释了噬菌体是如何在个体细胞内繁殖的。这一研究开创了病毒研究的新纪元。第二次世界大战(1939~1945)爆发后,他决定留在美国。而在德国,德尔布吕克家族的一些成员因为抵抗纳粹统治而遭到迫害。
1940年,德尔布吕克接受了位于纳什维尔市(Nashville)的范德比尔特大学(Vanderbilt University)物理学讲师的职位。接下来的七年里,他在范德比尔特大学里继续从事噬菌体研究。1941年,德尔布吕克和在加州理工学院结识的玛丽·艾德琳·布鲁斯(Mary Adeline Bruce)成婚。两人育有四个孩子。1945年,德尔布吕克成为美国公民。
1940年左右,德尔布吕克在费城举行的美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)的会议上结识了萨尔瓦多·爱德华·卢瑞亚(Salvador Edward Luria)。鲁利亚当时正在纽约哥伦比亚大学(Columbia University)内外科医学院从事噬菌体的研究。德尔布吕克拜访了鲁利亚的实验室,然后两人计划了一系列实验。两人通过信件和不定期的会面来分享研究成果。
大部分的噬菌体的结构都很复杂,它们有一个球形的头部,里面含有核酸,还有一个蛋白质构成的空心的尾部,这使得噬菌体可以穿过细菌坚韧的细胞壁。当噬菌体进入细菌时,尾部会首先穿过细胞壁,然后头部的核酸通过尾部注入到细胞里。
因为病毒无法用普通的显微镜观察到,鲁利亚、德尔布吕克和赫希就使用新发明的电子显微镜来收集噬菌体的图像。1943年,鲁利亚使用经过德尔布吕克完善后的技术发现了病毒会变异(mutate),也就是一代代的改变它们的特征。1946年,经过独立的研究,德尔布吕克和赫希发现, 如果不止一个菌株的噬菌体感染了同一个细菌细胞的话,那么不同菌株的噬菌体会相互交换遗传物质(基因)。这种被他们称为遗传重组(genetic recombination) 现象,是病毒内DNA重组的第一个实验证据。
经过十年的独立研究和合作研究,三人证实带有一层蛋白质外壳的噬菌体颗粒主要是由DNA构成的。1952年,赫希证实噬菌体侵入一个细胞的时候,DNA就会脱去它的蛋白质外壳,取代宿主的遗传机制,强迫它产生新的病毒而不是新的细胞。凭借这一病毒复制的发现,三位生物学家揭开了所有生命的基本生命进程。这也为无数有关复杂生物体复制和传递遗传特征的发现打开了大门。
鲁利亚、德尔布吕克、赫希和其他科学家们共同为噬菌体研究起草了指导方针。他们鼓励其他该领域的研究者集中研究感染某种结肠细菌的七种噬菌体。这样,不同实验室得出的实验结果就可以拿来比较。
1947年,加州理工学院任命德尔布吕克为生物学教授。1949年,美国国家科学院(National Academy of Sciences)推选他为会员。德尔布吕克、鲁利亚和赫希凭借他们关于病毒复制机制和基因结构的研究共同获得了1969年的诺贝尔生物学-医学奖。
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