当前位置: 主页 > 学术产业 > 人物观点 > 生物学家

麦克斯·德尔布吕克:从物理学家到分子生物学奠基人

2006-08-26 01:51 任本命 遗传 HEREDITAS (Beijing) 阅读 0
核心摘要: 本文详细介绍了分子生物学奠基人麦克斯·德尔布吕克的生平与科学贡献。他从理论物理学转向生物学,与埃里斯共同设计噬菌体一级生长试验,与卢里亚完成波动试验证明细菌抗性源于基因突变,并与赫尔希发现噬菌体基因重组。他创立噬菌体小组,推动噬菌体遗传学发展,培养了一代分子生物学家,包括沃森。1969年与赫尔希、卢里亚共获诺贝尔奖。

麦克斯·德尔布吕克(Max Delbrück)1906年9月4日出生于德国柏林,其父为柏林大学历史学教授,母亲是著名化学家李比希(J. Liebig)的孙女。德尔布吕克从小对科学充满兴趣,早期热衷天文学,后转向量子力学。1930年,他在格丁根大学师从麦克斯·玻恩(Max Born)获得理论物理学博士学位。1931年夏天,他前往丹麦哥本哈根,在尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)指导下进行博士后研究。玻尔实验室的科学求实精神和公开争论的学术氛围深刻影响了他日后的科研风格。随后,德尔布吕克获得洛克菲勒基金资助,赴英国布里斯托尔从事研究。1932年回到柏林,担任著名物理学家奥托·哈恩(Otto Hahn)的助手,与女科学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)共事。

德尔布吕克对生物学的兴趣始于1930年在哥本哈根游学期间。玻尔提出,光的波粒二象性所体现的“互补性”模型可能在生物学中存在类似物。德尔布吕克认为,沿着这一思路研究,或许能发现物理学的新规律。1932年8月,在一次国际会议上,玻尔发表了“光与生命”的演讲,提出生命过程是对化学和物理学规律的补充。德尔布吕克深受鼓舞,从此转向生物学研究。

在柏林工作期间,由于纳粹上台,德国局势日益恶化,官方科学讨论会失去吸引力。物理学家和生物学家经常自行组织小规模聚会,探讨感兴趣的问题。1935年,德尔布吕克与遗传学家季莫菲耶夫-列索夫斯基(N. W. Timofeeff-Ressovsky)和齐默(K. G. Zimmer)共同发表了题为《突变和基因结构》的论文。他在文中提出,遗传学是生物学中最适合应用玻尔互补性关系的分支。据说这篇文章深刻影响了物理学大师薛定谔(E. Schrödinger),促使他撰写了著名的小册子《生命是什么?》。

1937年,德尔布吕克再次获得洛克菲勒基金资助,前往美国加州理工学院摩尔根实验室从事遗传学研究。起初,他试图研究果蝇染色体,但作为理论物理学家,在显微镜下操作十分困难。正当他犹豫不决时,遇到了同实验室的埃里斯(E. L. Ellis)。埃里斯刚从污水中分离出噬菌体,建议德尔布吕克加入噬菌体研究。德尔布吕克将噬菌体比作生物学中的氢原子,因其遗传系统极为简单。他从此转入噬菌体研究,并与埃里斯共同设计了著名的“一级生长试验”。1939年,他们发表了《噬菌体的生长》一文,标志着现代噬菌体遗传研究的开端。

1940年,德尔布吕克在田纳西州纳什维尔的范德比尔特大学获得教职,二战期间担任物理学讲师,并获得美国绿卡,成为德裔美国人。1940年12月28日,在费城的一次物理学会上,他遇到了原籍意大利的哥伦比亚大学噬菌体研究者萨尔瓦多·卢里亚(Salvador Luria),两人因共同兴趣而决定合作。次年夏天,他们在冷泉港再次会面,此后每年一度的冷泉港学术年会都在一起,形成了“噬菌体小组”的雏形。

1941年夏,德尔布吕克与布鲁斯小姐(M. A. Bruce)在冷泉港结婚,育有四个子女。

德尔布吕克和卢里亚的噬菌体研究合作卓有成效。1943年,他们发表了题为《细菌从对病毒敏感性到对病毒抗性的突变》的著名论文。同年,阿尔弗雷德·赫尔希(Alfred Hershey)从华盛顿大学来访,也加入了噬菌体俱乐部。

1946年,加州理工大学生物系主任比德尔(George Beadle)为德尔布吕克提供了职位。1947年,德尔布吕克辞去范德比尔特大学教职,赴加州理工学院全身心投入生物学研究,直至生命结束。从1950年起,他的科学兴趣转向感觉生理学,以须霉属(Phycomyces)真菌研究趋光反应,试图将其作为感觉生理学的模式系统推广到更复杂的生物系统中,但未获成功。

德尔布吕克曾当选美国国家科学院院士、美国艺术科学院院士、美国哲学学会会员,并担任《美国科学院院报》等学术刊物编委。1969年,他与赫尔希、卢里亚共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

1981年3月9日,德尔布吕克病逝于美国加州帕萨迪纳,享年75岁。

德尔布吕克是微生物遗传学的奠基者之一,也是分子生物学的开拓者。他的主要贡献是开创了噬菌体遗传学研究。早在1915年,法裔加拿大细菌学家德雷尔(Felix d'Herelle)就发现了噬菌体,但早期研究主要集中于将其用于传染病预防和治疗。1936年,伯内特(F. M. Burnet)发现噬菌体可产生突变体,但未引起重视。1938年,德尔布吕克和埃里斯共同完成的噬菌体一级生长试验表明,噬菌体侵染细菌后存在潜伏期。潜伏期内,细菌细胞内虽已繁殖大量子代噬菌体,但稀释涂布后仅形成少量噬菌斑;潜伏期结束后,每个噬菌体都能形成独立的噬菌斑。该试验中潜伏期约为24分钟。

德尔布吕克认为,一级生长试验的重要意义在于:“过去……认为细菌病毒是一种化学分子而不是生物。我们的工作则表明,某些大的蛋白质分子(病毒)具有在生物体内增殖的特性。这是一个对化学来说如此不同而对生物来说又是如此基本的特性。”

1943年,德尔布吕克和卢里亚共同设计了更为著名的“波动试验”(fluctuation test),旨在探究细菌对病毒的抵抗是适应性反应还是自发性突变。试验逻辑是:如果抗病毒性由病毒诱导的适应性反应引起,则各试管中抗性细菌数量应大致相等;如果由基因突变引起,则由于突变随机发生,各试管中抗性细菌数量将出现显著波动。卢里亚于1943年1月进行实验,德尔布吕克进行数学分析。结果表明,细菌对病毒的抗性突变与病毒存在无关,抗性源于基因突变,而非适应。这一发现推翻了拉马克主义在细菌中的最后据点,也解释了细菌抗药性的本质。

德尔布吕克的另一重要贡献是发现噬菌体基因重组。1946年,他与赫尔希独立发现病毒可交换基因物质。德尔布吕克设计实验,用两种不同类型噬菌体复合感染细菌,发现后代噬菌斑兼具两种类型特征,这是原始有机体中基因重组的首个证据。赫尔希进一步指出,这种重组可用于构建病毒遗传图谱。随后,卢里亚等人用实验证实了这一论断,噬菌体遗传学由此诞生。

1946年第11届冷泉港学术讨论会上,比德尔宣布“一基因一酶学说”胜利,莱德伯格和泰特姆报告细菌杂交实验,赫尔希和卢里亚宣布发现噬菌体r、h突变,德尔布吕克和赫尔希发表噬菌体重组。这四项重大发现分别获得1985年和1969年诺贝尔奖,后两项有力推动了噬菌体遗传学发展。

德尔布吕克对遗传学的贡献不仅在于重要实验,还在于学术组织方面的杰出作用。从1940年起,他与卢里亚、赫尔希组成噬菌体小组,共同开创美国噬菌体遗传学派。1944年,他倡导通过“噬菌体条约”,规范了研究材料和方法,使各国噬菌体研究得以深入,成果便于交流。噬菌体研究人员从最初的两三人发展到数百人。德尔布吕克严谨的科学态度、献身精神以及组织能力,对分子生物学和分子遗传学发展产生了巨大推动作用。他通过噬菌体研究培养了一整代分子生物学家,其中多人后来获得诺贝尔奖,包括沃森(James Watson)。1965年诺贝尔奖得主雅克·莫诺(Jacques Monod)曾说:“正是在这样的场合,分子遗传学这一新学科才获得了它的躯体和灵魂。”1966年,在德尔布吕克60寿辰之际,加州理工学院出版了纪念文集《噬菌体和分子生物学的开端》,充分肯定了他的贡献。

从上世纪50年代初期起,德尔布吕克的兴趣转向感觉生理学,但他仍为肿瘤病毒学推波助澜。例如,他曾建议杜贝科(Renato Dulbecco)研究肿瘤病毒,后者听取建议并取得显著成果,于1975年获得诺贝尔生理学或医学奖。

德尔布吕克是精思勤研的典范,其科学和人格魅力吸引着各领域人才。他善于发现新事物并积极扶持。当他的学生沃森在冷泉港宣读DNA双螺旋结构报告时,学术界存在分歧,甚至赫尔希也认为证据不足。但德尔布吕克极力推崇这一发现,向与会者分发论文复印件,并将其比作1911年卢瑟福在原子结构方面的发现。

参考文献:

[1] Ellis E L, Delbrück M. The growth of bacteriophage. J. Gen. Physiol., 1939, 22: 365-370.

[2] Luria S E, Delbrück M. Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance. Genetics, 1943, 28: 491-498.

[3] Visconti N, Delbrück M. The mechanism of genetic recombination in phage. Genetics, 1953, 38: 5-8.

[4] 傅杰青,赵家业. 德尔布吕克. 见:世界著名科学家传记. 北京:科学出版社,1996,37-46.

[5] 任本命,王虹. 遗传学简史. 西安:西安地图出版社,1999,166-168.

    发表评论