高中生物科学家小故事细菌学家和遗传学家诺贝尔生理学或医学奖获得者赫尔希

细菌学家和遗传学家、诺贝尔生理学或医学奖获得者赫尔希艾尔弗雷德·赫尔希（AlfredDayHershey，1924年12月4日-1997年5月22日），美国闻名细菌学家和遗传学家、美国科学院院士、美国艺术与科学院院士，主要著作有《细菌病毒的自然性突变》《噬菌体生长中病毒蛋白和核酸的独立功能》等，完成了“噬菌体侵染细菌试验”，得出了DNA是遗传物质的结论，并因此于1969年获得诺贝尔生理学或医学奖。1908年12月4日，赫尔希诞生于美国密歇根州的奥沃索，后来就读于密歇根州立高校，1930年获该校理学士学位，1934年获该校化学博士学位。1934-1950年，赫尔希在华盛顿高校医学院细菌学系就职，一边任教一边从事探讨。1950年，他正式成为职员，在纽约冷泉港的华盛顿卡内基探讨所遗传学系工作，1962年，他被任命为遗传学探讨部主任。1970年，密歇根州立高校授予他最高医学博士荣誉。赫尔希的学术爱好是探讨噬菌体。噬菌体是一种寄生在细菌的细胞里，并破坏细菌的细胞的病毒（病毒是比细菌小而无细胞结构的最简洁生物）。噬菌体体积特别小，组成也极简洁，都由蛋白质和DNA组成。噬菌体的结构是外面包有一个蛋白质的外壳，紧包在里面的物质是DNA。它的行动似乎注射器那样，先把自己附在细菌的外表面，尔后把它的内部物质（DNA）注射到细菌中去。这样噬菌体就在细菌里面大量繁殖起来，与此同时，细菌细胞中产生一种能溶解细胞外膜的酶，使细胞裂开开来，释放出噬菌体去攻击别的细菌。最终，由于感染快速扩散开来，培育基里全部的细菌都被噬菌体杀死。图1T2噬菌体的结构图2T2噬菌体侵染细菌赫尔希于1940年起先了对噬菌体的探讨，自1942年起，他与德尔布吕克、卢里亚之间起先相互交换噬菌体探讨的信息，这种信息交换可以避开重复劳动以及没有收益的科学竞争，一个被称为“噬菌体小组”的非正式机构就这样在他们三人之间形成了。他们以冷泉港生物学试验室为地理中心，常常召开非正式的学术会议，相互共享信息，沟通探讨心得。1945年，赫尔希和卢里亚通过各自的试验，发觉宿主细胞被感染后噬菌体与细菌都会发生自发突变。1946年，赫尔希和德尔布吕克又分别发觉了病毒能够交换（重组）基因从而形成新类型病毒的证据。图2噬菌体侵染细菌试验1952年，赫尔希和玛莎·蔡斯设计了“噬菌体侵染细菌试验”，他们以T2噬菌体为试验材料，用先进的放射性同位素标记技术，做噬菌体侵染大肠杆菌的试验。他们给T2噬菌体的DNA标记上32P，给蛋白质外壳标记上35S，让标记了的T2噬菌体去感染大肠杆菌，接着把噬菌体与细菌的悬浮液猛烈地振荡以除去附在细菌表面的噬菌体，再分别测定噬菌体蛋白质的量以及与细菌连在一起的DNA的量。结果发觉噬菌体将带35S标记的蛋白质空壳留在了大肠杆菌外面，而带有32P标记的DNA则全部进入了大肠杆菌，并在大肠杆菌内胜利地进行了噬菌体的繁殖。赫尔希和蔡斯的试验表明：DNA是从噬菌体进入细菌的物质，噬菌体的蛋白质外壳都遗留在细菌细胞之外，是噬菌体的DNA主导着噬菌体的生命的繁衍，DNA的确是遗传物质。1953年，赫尔希-蔡斯试验与DNA双螺旋结构模型同时在冷泉港的学术会议上展示，这也使得前者变得引人注目，从1928年格里菲斯的肺炎双球菌转化试验，到1944年艾弗里的试验，再到1952年赫尔希和蔡斯的试验，前后历经了24年才使人们确信DNA是遗传物质，而不是之前认为的蛋白质。图31969年诺贝尔生理学或医学奖获得者赫尔希因发觉病毒的复制机制和遗传结构，赫尔希与德尔布吕克、卢里亚共同获得了1969年诺贝尔生理学或医学奖。赫尔希的探讨成果，为生物体如何复制和传递遗传特征的发觉打开了大门，不仅启发沃森、克里克建立了DNA双螺旋模型结构，而且意味着分子生物学的诞生。附录赫尔希和蔡斯的试验能否证明“蛋白质不是遗传物质”湖北省孝感高级中学邓鹏赫尔希和蔡斯的“噬菌体侵染大肠杆菌的试验”是中学生物学教材中的一个重要试验，也是生命科学发展史上的经典试验。某年的一道高考题对该试验进行考查后，广阔师生在关于该试验能否证明“蛋白质不是遗传物质”的问题上产生分歧，本文就各方观点做一汇总及分析。1.观点一可以证明“蛋白质不是遗传物质”1.1证明白是遗传物质，这就表明蛋白质不是遗传物质作为遗传物质，必需能够由亲代传递给子代。噬菌体的全部物质中，只有是由亲代传递给了子代，它参加了噬菌体的繁殖过程并传递给后代，后代的性状必定是由确定的，所以遗传物质是。蛋白质并没有进入细菌内，没有参加噬菌体的繁殖过程，也没有传递给后代，后代的性状不行能是蛋白质确定的，所以蛋白质不是遗传物质。已经证明白是遗传物质，也就间接说明白蛋白质不是遗传物质，没有必要再做试验去证明。1.2逻辑推理证明，此观点主要有两种推理方式1.2.1三段式推理推论一：噬菌体在大肠杆菌内繁殖蛋白质没有进入大肠杆菌所以蛋白质没有参加噬菌体的繁殖。推论二：遗传物质在繁殖过程中必需发挥作用蛋白质没有参加噬菌体的繁殖所以蛋白质不是遗传物质。1.2.2反问式推理假如蛋白质是遗传物质，请问它为什么从未进入宿主细胞内有这样静默无闻、从不作为的遗传物质吗它从未踏入宿主细胞半步，是人为设置了障碍吗不是，这是自然状态下的侵染过程，蛋白质有足够多的机会进入宿主细胞却没有进人，这是进化的结果，说明它没有作为遗传物质的“资格”。假如它是遗传物质，莫非它可以不进入宿主细胞就能指导子代噬菌体的合成这些反问都说明蛋白质在噬菌体的亲代和子代之间不具有连续性。1.3教材文字可以证明人教版《生物·必修2·遗传与进化》P59“本章小结”有这样的论述：“1944年艾弗里的肺炎双球菌转化试验和1952年赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌的试验表明：亲代的各种性状是通过遗传给后代的，而非蛋白质，是遗传物质。”教材中已经明确指出赫尔希与蔡斯的试验可以证明“蛋白质不是遗传物质”。2观点二：不能证明“蛋白质不是遗传物质”2.1遗传物质不是非此即彼该试验所做的假设应当有三种：只有DNA是遗传物质；只有蛋白质是遗传物质；DNA和蛋白质都是遗传物质（这一观点现在来看很荒谬，但在当时还不知道谁是遗传物质的状况下，这种可能性是存在的）。“证明白是遗传物质就说明蛋白质不是遗传物质”忽视了上述第三种状况。阮病毒被发觉之前，科学界公认病毒是由蛋白质和核酸构成的，假如在那时设计试验检测病毒的组成成分，是不是证明白其组成成分不是“DNA+蛋白质”，那就说明其成分是“RNA+蛋白质”。2.2缺乏干脆的试验证据要证明某种物质起作用，应当单独运用这种物质进行试验，以视察它的作用。而赫尔希和蔡斯的试验缺乏蛋白质进入大肠杆菌的比照试验，蛋白质没有进入大肠杆菌，没有机会表明其是否可作为遗传物质。要证明蛋白质是不是遗传物质，须要增加蛋白质单独进入大肠杆菌的补充溢，看它是否起遗传物质的作用。它可能是，也可能不是，但不管怎样试验更具劝服力。2.3认为推理不肯定完全正确推断有两种，一种是或然性推断，一种是必定性推断。偶然性推断须要验证必定性推断只须要推断的前提成立，推断的结果就必定成立，不须要验证。推论属于逻辑推理，两种推论在分析问题时最大的问题在于原委哪些是偶然性的，哪些是必定性的，推断的方法就是试验证明或是事实证明。科学探究不是想当然，不能因为蛋白质没有进入细胞就说“蛋白质肯定不是遗传物质”。2.4教材文字的叙述人教版《生物·必修·遗传与进化》P45也有这样一段文字：“赫尔希和蔡斯的试验表明噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的遗传的，DNA才是真正的遗传物质。”该段文字可以说明“DNA是遗传物质”，但没有说“蛋白质不是遗传物质”。综上所述，两方的观点各有所长。笔者认为应当从两个角度来分析这个争辩。第一，相识真理的方法不同。人类相识科学真理要借助肯定的科学探讨方法。科学探讨方法是人们在科学探讨中所遵循的途径和所运用的各种方法和手段的总称，简称为科学方法。科学方法是具有肯定结构的一个支系，根据不同的标准可以做不同的分类，哲学方法是层次最高、应用最普遍的方法，能够运用于以自然界、社会和思维为探讨对象的全部科学中往下是一些基本的通用的科学方法，如逻辑方法、数学方法、系统方法和试验方法等。对于争辩的双方，支持的一方强调运用逻辑推理的方法已经证明，再运用试验证明纯属多余否定的一方认为逻辑推理当然有用，但试验论证更有劝服力。这些是相识真理的两种不同方法而已，它们是通向“罗马”的两条不同道路，事实上两者并不冲突。其次，问题分析的前提不同。在赫尔希和蔡斯做噬菌体侵染细菌的试验之前已有艾弗里的试验，但艾弗里试验材料的处理有缺点，DNA中混有极少量的蛋白质。除此外，当时人们已经相识到染色体起遗传的作用，遗传物质为染色体的主要成分—DNA和蛋白质其中之一。就是在已有这些科学史的前提之下，支持一方认为“只要证明白是遗传物质就说明蛋白质不是遗传物质”。而否定一方则仅仅考虑赫尔希和蔡斯的试验，没有考虑艾弗里及其他科学家的试验，因此在做前提假设时有三种状况：只有DN