世纪生命科学研究的主要成果

回顾20世纪生命科学研究的辉煌成就,比较具有重大影响的成果主要表现在:

(一)一般遗传学研究成就

荷兰德弗里斯、德国科伦斯和奥地利丘歇马克分别通过各自的实验,证实了被埋没35年之久的孟德尔规律伟大的科学价值,孟德尔由此被公认为现代遗传学的奠基人。英国阿奇伯德·加罗德发现后来被称为“苯丙酮尿症”的黑尿症,率先提出遗传缺陷导致遗传疾病的观点,为此被尊为“化学遗传性之父”。德国鲍维里和美国萨顿发现雌、雄配子的形成和受精过程中,染色体的行为与孟德尔遗传因子的行为是平行的,认为染色体是遗传因子的载体,使遗传学上的分离定律和独立分配定律得到了合理的解释。美国威尔逊和斯特蒂文特各自独立地以细胞学的事实确定了染色体同性别的关系,并提出XX为雌性,XY或XO为雄性。英国费希尔出版《自然选择的遗传原理》,首次以数学形式论证了遗传与自然选择学说的关系,开始把孟德尔遗传学与自然选择理论结合起来,他尤其在统计生物学方面做出了十分突出的贡献。英国哈迪和德国温伯格分别运用数学方法论证了遗传平衡定律,发现在一个不发生突变,迁移和选择的无限大的随机交配群体中,其基因频率和基因型频率将代代保持不变,这一发现后来被称为哈迪-魏因贝格定律……。

(二)基因科学的主要贡献

英国贝特森先后创用“遗传学”、“等位基因”、“纯合体”、“杂合体”、“F1”、“F2”,以及“上位基因”等名词术语,确立了现代遗传学的许多基本概念,进而初步建立起遗传学理论体系的基石。德国A.科塞尔和俄裔美籍D.A.列文等从胸腺核酸中分析出胞嘧啶,并与其他科学家合作,分析出核酸的4种碱基和两种核糖,并进而阐明了核酸的成分、结构及其生理功能。丹麦约翰逊创立“纯系学说”,在他的《精密遗传学原理》中首次提出“基因”、“基因型”、“表现型”等遗传学概念,认为基因是遗传单位。美国托·摩尔根通过研究果蝇发现伴性遗传现象,第一次用实验证明“基因”坐落在染色体上,以后又发现了连锁与互换规律,由此发现染色体的遗传机制,创立染色体遗传理论和现代遗传学的基因学说,他的学生斯特蒂文特据此绘出了世界上第一张染色体图。美国麦克林托克发现遗传过程中的“控制因子”,提出“可移动基因学说”,认为基因在染色体上的位置可以变换移动,由此解释了动、植物某些先天性特征从一个染色体转移到另一个染色体的现象,但直到在大肠杆菌、果蝇等的染色体及多种细菌质粒中发现了转座子之后,她的发现才被承认。美国查哥夫等发现,在DNA大分子中,腺嘌呤和鸟嘌呤分别同胸腺嘧啶和胞嘧啶的分子量相等,为DNA双螺旋的建立提供了依据……。

(三)神经与内分泌研究突破

俄国巴甫洛夫多年从事关于高级神经活动的研究,以慢性实验代替急性实验,研究了活体动物消化腺的正常活动,建立“条件反射”理论,被誉为高级神经活动学说的创始人与行为主义学派的先驱。英国谢灵顿出版《神经系统的整合作用》,系统阐述中枢神经系统的整合功能和脊髓的反射机制,提出神经元和突触活动的概念。英国戴尔证明引起神经冲动的乙酰胆碱是广泛存在于神经末端的化合物。德国洛维通过实验证明迷走神经受刺激可产生类似乙酰胆碱的物质,从而证明乙酰胆碱是神经传导的化学递质。加拿大班廷及其助手贝斯特在麦克劳德的指导下,分离提纯出胰岛素,并成功地应用于治疗糖尿病,为人类战胜糖尿病做出了不可替代的贡献。中国张锡钧创立“迷走神经-垂体后叶反射”假说,开辟了神经对垂体内分泌调节作用的研究。中国张香桐发现大脑皮层神经元树突电位,首次阐述了在高级神经活动中树突上突触连接的重要性。英国霍普金斯用实验肯定了维生素的存在,并提出“营养缺乏症”的概念;荷兰艾伊克曼证实糙米含维生素B1,且有治疗多发性神经炎的作用。

(四)生命起源研究的重要进展

苏联奥巴林提出生命起源的化学进化假说,认为生命起源的过程包括从无机物生成有机小分子,从有机小分子形成氨基酸、蛋白质、核酸等高分子聚合物,进而形成具有新陈代谢、能够自我复制的原始生命体,并最终产生细胞,由此成为生命起源科学假说的创始人。奥地利裔英国人E.薛定谔出版《生命是什么》,用统计物理和量子力学的观点探讨生命的本质,认为生命的本质是从环境抽取“序”维持系统组织的“负熵”,指出生命运动服从一般物质运动规律,薛定谔的贡献被当代著名物理学家西蒙尼认为“是我们世纪的物理学家中最为引人注目的哲学家”。中国北京协和医学院加拿大人步达生鉴定,在周口店龙骨山发现的臼窑化石为一人类新属,定名为北京猿人;中国裴文中等组织发掘“北京猿人”化石,发现了第一个完整的头盖骨及用火遗迹,这对研究人类起源有重大意义。德国施佩曼在蝾螈原肠胚的交换移植实验中,发现胚胎学上的“组织者”对胚胎发育起诱导作用,描述了两栖类背唇部位“组织者”效应,开创了实验胚胎学的研究……。

(五)血液及代谢研究成果

奥地利K.兰德施泰纳发现不同人的血清与血细胞混合后可发生凝集反应,由此发现人类的ABO血型,建立起血液分类学的基础。法国卡雷尔于美国成功地在体外培养温血动物的细胞,将血管缝合、器官移植和组织培养方法应用于生物学研究。美国科里夫妇发现肌糖原、血乳酸、肝糖原及血糖之间转化的循环过程,这一过程后来被学术界称为“科里循环”,因为这一发现而于2004年科里夫妇被授予国家化学史里程碑;阿根廷豪赛发现脑下垂体前叶对糖代谢的影响是通过控制胰岛素的生成而实现的。德国克雷布斯与亨斯莱特共同发现尿素合成的鸟氨酸循环,后又提出“柠檬酸循环”假说并得到证实,并与美国李普曼共同阐明了糖的有氧氧化的三个阶段,李普曼发现三磷酸腺苷的高能键在生物体碳水化合物代谢过程中所起的重要作用,提出具有高效传递化学能的高能磷酸键的概念,认识到三磷酸腺苷是生命体的能源……。

(六)其他领域的主要研究

中国钟观光用了约四年时间采集标本16000余种,在北京大学建立了用现代科学分类标记的标本馆。中国吴宪等进行了一系列素食与荤食动物的比较研究,证明素食动物在生长、发育等方面较荤食动物差,植物蛋白的营养价值也低于动物蛋白等,在此基础上编制出最早的《食物成分表》。英国亚历山大·弗莱明发现青霉素,弗洛里和钱恩提纯青霉素并证实了青霉素的疗效,从而使人类首次发现具有强大杀菌作用的药物,结束了传染病几乎无法治疗的时代,弗莱明的贡献使他在全世界赢得了25个名誉学位、15个城市的荣誉市民称号,以及包括诺贝尔医学奖的140多项荣誉。英国坦斯利首先使用“生态系统”一词,强调应把生物与其环境统一起来考虑。美国林德曼发表有关“食物链”和“营养金字塔”的研究报告,创立了生态系统物质循环和能量流动的“十分之一定律”,为生态系统的研究奠定了基础。中国罗宗洛、汤玉玮等根据燕麦胚芽鞘试法,以硫酸锰进行微量元素植物屈曲试验,发现其与生长素所引起的屈曲度有同样的效应,是微量元素植物生理研究的一项重要进展……。