第九章 生命之謎
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現：生物體中自發的遺傳變化總是以不連續的跳躍即所謂的突變形式發生。
讓我們以前面提到的果蠅的繁育實驗為例。
野生果蠅是灰身長翅。
随便從花園裡抓一隻，幾乎都是這個樣子。
但在實驗室條件下一代代地培育這些果蠅，突然會出現一種黑身短翅的&ldquo畸形&rdquo果蠅（圖102）。
a.正常種：灰身長翅。
b.突變種：黑身短翅（退化翅） 圖102果蠅的自發突變 重要的是，在黑身短翅這種極端例外與&ldquo正常&rdquo先輩之間的各個變異階段，你可能找不到身體呈現不同灰色、翅膀長短不一的其他果蠅。
一般來說，所有新一代成員（可能有數百個！）幾乎都是同樣的灰色和同樣長的翅，隻有一隻（或幾隻）全然不同。
要麼沒有實質性的變化，要麼有很大的變化（突變）。
類似的情形已發現數百例。
例如，色盲并不必然來自遺傳。
一定有這樣的情況，孩子天生是色盲，而祖先卻完全&ldquo無辜&rdquo。
人的色盲和果蠅的短翅一樣，都遵循着&ldquo不全則無&rdquo的原則；這不是一個人辨色能力的強弱問題，而是他能否辨色的問題。
聽說過達爾文（CharlesDarwin）的人都知道，新一代性狀的這些改變，加上生存競争和适者生存，使得物種不斷發生演化。
82也正因如此，幾十億年前的自然之王，一種簡單的軟體動物，才發展成為諸君這樣具有高度智慧、連本書這樣複雜的東西都能讀懂的生物。
從前述基因分子的同分異構變化的角度來看，遺傳性狀的這種跳躍式變異是完全可以理解的。
事實上，如果基因分子中決定性狀的垂飾改變了位置，它是不能半途中斷的；它要麼待在原處，要麼系到新的位置上，引起生物體性狀的不連續變化。
生物的突變率依賴于動植物周圍培養環境的溫度，這有力地支持了&ldquo突變&rdquo緣于基因分子的同分異構變化這種觀點。
事實上，季莫費耶夫（Timoféëff）和齊默爾（Zimmer）關于溫度影響突變率的實驗工作表明，（如果不考慮周圍介質等因素所引起的複雜情況）它和其他任何普通的分子反應都服從同樣的基本物理化學定律。
這項重要發現促使德爾布呂克（MaxDelbrück，原本是理論物理學家，後來成為實驗遺傳學家）提出了具有劃時代意義的觀點，認為生物突變現象與分子同分異構變化的純物理化學過程是等效的。
關于基因理論的物理基礎，特别是研究X射線等輻射引發的突變所提供的重要證據，我們可以一直讨論下去。
但已有的内容似乎已經足以使讀者們确信，目前的科學正在跨越對&ldquo神秘的&rdquo生命現象進行純物理解釋的門檻。
在結束本章之前，我們還要談談病毒這種生物學單元，它似乎是周圍沒有細胞的自由基因。
不久前，生物學家們仍然認為最簡單的生命形式是各種細菌，即在動植物的生命組織内生長繁殖、有時會引起各種疾病的單細胞微生物。
例如，顯微鏡研究已經表明，傷寒是由一種約3微米長、1/2微米粗的特殊杆狀細菌引起的，而猩紅熱則是由直徑約2微米的球形細菌引起的。
但有些疾病，比如人的流感或煙草植物的花葉病，用普通顯微鏡卻怎麼也觀察不到正常尺寸的細菌。
但由于這些特殊的&ldquo無菌&rdquo疾病從病體轉移到健康體的&ldquo感染&rdquo方式和所有其他普通疾病一樣，又因為由此受到的&ldquo感染&rdquo會迅速傳遍被感染個體的全身，我們自然會假設，這些疾病與某種假想的生物載體有關，遂稱之為病毒。
但直到最近，由于（用紫外光）發展出了超顯微技術，特别是由于發明了電子顯微鏡（用電子束而不是普通光線，從而使放大率大大增加），微生物學家們才第一次看到了以前隐藏着的病毒結構。
人們發現，各種病毒都是大量微粒的集合體。
同一種病毒的微粒尺寸完全相同，且比普通細菌小得多（圖103）。
比如流感病毒的微粒是直徑為0.1微米的小球，煙草花葉病毒的微粒則是長0.280微米、粗0.015微米的細棒。
插圖6是已知最小的生命單元煙草花葉病毒的一張電子顯微鏡照片。
大家還記得，原子的直徑約為0.0003微米，因此我們推斷，煙草花葉病毒微粒橫向大約隻有50個原子，縱向約有1000個原子，總共不超過幾百萬個原子！83 圖103 細菌、病毒和分子的比較 這個熟悉的數字立刻使我們想起了單個基因中的原子數，因此可以認為，病毒微粒也許是既沒有在長長的染色體中合為一體、也沒有被一大堆細胞原生質包圍起來的&ldquo自由基因&rdquo。
事實上，病毒微粒的繁殖過程似乎與染色體在細胞分裂過程中的倍增過程完全相同：整個病毒微粒沿軸分裂成兩個完整的新病毒微粒。
這裡我們顯然看到了基本的繁殖過程（圖91顯示了一個虛構的酒精繁殖過程），在此過程中，沿複雜分子排布的各個原子團從周圍介質中引來相似的原子團，并精确按照原來分子中的樣式将其排列起來。
這種排列完成之後，業已成熟的新分子就從原來的分子上分裂出來。
事實上，這些原始生物似乎并沒有通常的&ldquo生長&rdquo過程，新的機體隻是在舊機體旁邊&ldquo分部&rdquo發展起來。
為了說明這種情況，可以設想一個孩子在母體外面生長并與母體相連，他（她）長大成人之後便脫離母體走開了。
不用說，為使這個繁殖過程成為可能，它必須在一種有所組織的特殊介質中進行；事實上，不同于有自身原生質的細菌，病毒微粒隻有在其他生物的活原生質中才能繁殖，一般來說，它們是很&ldquo挑食&rdquo的。
病毒的另一個共同特性是會發生突變，而且突變後的個體會以我們所熟知的遺傳學定律将新獲得的性狀傳給後代。
事實上，生物學家已能區分同一病毒的幾個遺傳類型，并能追蹤其&ldquo種族發展&rdquo。
當新的流感蔓延開來時，人們就可以比較确定地說，這是由某種新的突變型流感病毒引起的，它們突變後有了一些新的危險性質，人體尚未發展出自己的免疫能力。
我們已經用幾個強有力的論證表明，病毒微粒應被視為活的個體。
現在我們也能同樣有力地斷言，應把病毒微粒看成服從物理學和化學所有定律和規則的化學分子。
事實上，對病毒物質所作的純化學分析已經表明，可以認為病毒是一種有明确定義的化合物，可以像對待各種複雜的有機（但卻無生命的）化合物一樣來對待它們，它們可以發生各種類型的置換反應。
事實上，生物化學家像為酒精、甘油、糖等物質寫出結構式一樣為每一種病毒寫出化學結構式，似乎已經指日可待。
更引人注目的是，同一種病毒微粒的尺寸完全一樣。
事實表明，失去了營養介質的病毒微粒會排列成普通晶體的規則式樣。
例如，所謂的&ldquo番茄叢矮&rdquo病毒會結晶成巨大而美麗的菱形十二面體！你可以把它和長石、岩鹽一起存放在礦物陳列櫃裡；不過，一旦把它放回到番茄地裡，它就會變成一群活的個體。
加利福尼亞大學病毒研究所的弗蘭克爾-康拉特（HeinzFrenkel-Conrat）和威廉斯（RobleyWilliams）最近完成了由無機物合成生物體的第一個重要步驟。
他們将煙草花葉病毒微粒成功地分成了兩個部分，每一部分都是一種非常複雜但沒有生命的有機分子。
人們早已知道，這種長棒狀的病毒（插圖6）包括一束作為組織物質的長直分子（被稱為核糖核酸），周圍像線圈環繞着電磁鐵心一樣環繞着長長的蛋白質分子。
通過使用各種化學試劑，弗蘭克爾-康拉特和威廉斯成功地打碎了這些病毒微粒，将核糖核酸分子與蛋白質分子分離開來而沒有破壞它們。
他們在一支試管中得到了核糖核酸的水溶液，在另一支試管中得到了蛋白質分子的水溶液。
電子顯微鏡照片表明，試管中隻含有這兩種物質的分子，但毫無生命的迹象。
然而，若把兩種溶液倒在一起，核糖核酸的分子就開始以24個分子為一束結合成團，而蛋白質分子則開始把核糖核酸分子環繞起來，形成與實驗開始時的病毒微粒完全一樣的複制品。
把它們用到煙草葉子上，這些分開後又複合的病毒微粒就會導緻花葉病，就好像它們從未分開過似的。
當然，這裡試管中的兩種化學成分是通過打碎活的病毒而得到的。
但關鍵在于，生物化學家們目前已經掌握了用普通化學成分來合成核糖核酸和蛋白質分子的方法。
雖然目前（1960年）隻能合成出這兩種物質的一些較短的分子，但随着時間的推移，一定能用簡單成分合成出像病毒中那麼長的分子。
将它們放在一起就會産生出人造病毒微粒。
讓我們以前面提到的果蠅的繁育實驗為例。
野生果蠅是灰身長翅。
随便從花園裡抓一隻，幾乎都是這個樣子。
但在實驗室條件下一代代地培育這些果蠅，突然會出現一種黑身短翅的&ldquo畸形&rdquo果蠅（圖102）。
a.正常種：灰身長翅。
b.突變種：黑身短翅（退化翅） 圖102果蠅的自發突變 重要的是，在黑身短翅這種極端例外與&ldquo正常&rdquo先輩之間的各個變異階段，你可能找不到身體呈現不同灰色、翅膀長短不一的其他果蠅。
一般來說，所有新一代成員（可能有數百個！）幾乎都是同樣的灰色和同樣長的翅，隻有一隻（或幾隻）全然不同。
要麼沒有實質性的變化，要麼有很大的變化（突變）。
類似的情形已發現數百例。
例如，色盲并不必然來自遺傳。
一定有這樣的情況，孩子天生是色盲，而祖先卻完全&ldquo無辜&rdquo。
人的色盲和果蠅的短翅一樣，都遵循着&ldquo不全則無&rdquo的原則；這不是一個人辨色能力的強弱問題，而是他能否辨色的問題。
聽說過達爾文（CharlesDarwin）的人都知道，新一代性狀的這些改變，加上生存競争和适者生存，使得物種不斷發生演化。
82也正因如此，幾十億年前的自然之王，一種簡單的軟體動物，才發展成為諸君這樣具有高度智慧、連本書這樣複雜的東西都能讀懂的生物。
從前述基因分子的同分異構變化的角度來看，遺傳性狀的這種跳躍式變異是完全可以理解的。
事實上，如果基因分子中決定性狀的垂飾改變了位置，它是不能半途中斷的；它要麼待在原處，要麼系到新的位置上，引起生物體性狀的不連續變化。
生物的突變率依賴于動植物周圍培養環境的溫度，這有力地支持了&ldquo突變&rdquo緣于基因分子的同分異構變化這種觀點。
事實上，季莫費耶夫（Timoféëff）和齊默爾（Zimmer）關于溫度影響突變率的實驗工作表明，（如果不考慮周圍介質等因素所引起的複雜情況）它和其他任何普通的分子反應都服從同樣的基本物理化學定律。
這項重要發現促使德爾布呂克（MaxDelbrück，原本是理論物理學家，後來成為實驗遺傳學家）提出了具有劃時代意義的觀點，認為生物突變現象與分子同分異構變化的純物理化學過程是等效的。
關于基因理論的物理基礎，特别是研究X射線等輻射引發的突變所提供的重要證據，我們可以一直讨論下去。
但已有的内容似乎已經足以使讀者們确信，目前的科學正在跨越對&ldquo神秘的&rdquo生命現象進行純物理解釋的門檻。
在結束本章之前，我們還要談談病毒這種生物學單元，它似乎是周圍沒有細胞的自由基因。
不久前，生物學家們仍然認為最簡單的生命形式是各種細菌，即在動植物的生命組織内生長繁殖、有時會引起各種疾病的單細胞微生物。
例如，顯微鏡研究已經表明，傷寒是由一種約3微米長、1/2微米粗的特殊杆狀細菌引起的，而猩紅熱則是由直徑約2微米的球形細菌引起的。
但有些疾病，比如人的流感或煙草植物的花葉病，用普通顯微鏡卻怎麼也觀察不到正常尺寸的細菌。
但由于這些特殊的&ldquo無菌&rdquo疾病從病體轉移到健康體的&ldquo感染&rdquo方式和所有其他普通疾病一樣，又因為由此受到的&ldquo感染&rdquo會迅速傳遍被感染個體的全身，我們自然會假設，這些疾病與某種假想的生物載體有關，遂稱之為病毒。
但直到最近，由于（用紫外光）發展出了超顯微技術，特别是由于發明了電子顯微鏡（用電子束而不是普通光線，從而使放大率大大增加），微生物學家們才第一次看到了以前隐藏着的病毒結構。
人們發現，各種病毒都是大量微粒的集合體。
同一種病毒的微粒尺寸完全相同，且比普通細菌小得多（圖103）。
比如流感病毒的微粒是直徑為0.1微米的小球，煙草花葉病毒的微粒則是長0.280微米、粗0.015微米的細棒。
插圖6是已知最小的生命單元煙草花葉病毒的一張電子顯微鏡照片。
大家還記得，原子的直徑約為0.0003微米，因此我們推斷，煙草花葉病毒微粒橫向大約隻有50個原子，縱向約有1000個原子，總共不超過幾百萬個原子！83 圖103 細菌、病毒和分子的比較 這個熟悉的數字立刻使我們想起了單個基因中的原子數，因此可以認為，病毒微粒也許是既沒有在長長的染色體中合為一體、也沒有被一大堆細胞原生質包圍起來的&ldquo自由基因&rdquo。
事實上，病毒微粒的繁殖過程似乎與染色體在細胞分裂過程中的倍增過程完全相同：整個病毒微粒沿軸分裂成兩個完整的新病毒微粒。
這裡我們顯然看到了基本的繁殖過程（圖91顯示了一個虛構的酒精繁殖過程），在此過程中，沿複雜分子排布的各個原子團從周圍介質中引來相似的原子團，并精确按照原來分子中的樣式将其排列起來。
這種排列完成之後，業已成熟的新分子就從原來的分子上分裂出來。
事實上，這些原始生物似乎并沒有通常的&ldquo生長&rdquo過程，新的機體隻是在舊機體旁邊&ldquo分部&rdquo發展起來。
為了說明這種情況，可以設想一個孩子在母體外面生長并與母體相連，他（她）長大成人之後便脫離母體走開了。
不用說，為使這個繁殖過程成為可能，它必須在一種有所組織的特殊介質中進行；事實上，不同于有自身原生質的細菌，病毒微粒隻有在其他生物的活原生質中才能繁殖，一般來說，它們是很&ldquo挑食&rdquo的。
病毒的另一個共同特性是會發生突變，而且突變後的個體會以我們所熟知的遺傳學定律将新獲得的性狀傳給後代。
事實上，生物學家已能區分同一病毒的幾個遺傳類型，并能追蹤其&ldquo種族發展&rdquo。
當新的流感蔓延開來時，人們就可以比較确定地說，這是由某種新的突變型流感病毒引起的，它們突變後有了一些新的危險性質，人體尚未發展出自己的免疫能力。
我們已經用幾個強有力的論證表明，病毒微粒應被視為活的個體。
現在我們也能同樣有力地斷言，應把病毒微粒看成服從物理學和化學所有定律和規則的化學分子。
事實上，對病毒物質所作的純化學分析已經表明，可以認為病毒是一種有明确定義的化合物，可以像對待各種複雜的有機（但卻無生命的）化合物一樣來對待它們，它們可以發生各種類型的置換反應。
事實上，生物化學家像為酒精、甘油、糖等物質寫出結構式一樣為每一種病毒寫出化學結構式，似乎已經指日可待。
更引人注目的是，同一種病毒微粒的尺寸完全一樣。
事實表明，失去了營養介質的病毒微粒會排列成普通晶體的規則式樣。
例如，所謂的&ldquo番茄叢矮&rdquo病毒會結晶成巨大而美麗的菱形十二面體！你可以把它和長石、岩鹽一起存放在礦物陳列櫃裡；不過，一旦把它放回到番茄地裡，它就會變成一群活的個體。
加利福尼亞大學病毒研究所的弗蘭克爾-康拉特（HeinzFrenkel-Conrat）和威廉斯（RobleyWilliams）最近完成了由無機物合成生物體的第一個重要步驟。
他們将煙草花葉病毒微粒成功地分成了兩個部分，每一部分都是一種非常複雜但沒有生命的有機分子。
人們早已知道，這種長棒狀的病毒（插圖6）包括一束作為組織物質的長直分子（被稱為核糖核酸），周圍像線圈環繞着電磁鐵心一樣環繞着長長的蛋白質分子。
通過使用各種化學試劑，弗蘭克爾-康拉特和威廉斯成功地打碎了這些病毒微粒，将核糖核酸分子與蛋白質分子分離開來而沒有破壞它們。
他們在一支試管中得到了核糖核酸的水溶液，在另一支試管中得到了蛋白質分子的水溶液。
電子顯微鏡照片表明，試管中隻含有這兩種物質的分子，但毫無生命的迹象。
然而，若把兩種溶液倒在一起，核糖核酸的分子就開始以24個分子為一束結合成團，而蛋白質分子則開始把核糖核酸分子環繞起來，形成與實驗開始時的病毒微粒完全一樣的複制品。
把它們用到煙草葉子上，這些分開後又複合的病毒微粒就會導緻花葉病，就好像它們從未分開過似的。
當然，這裡試管中的兩種化學成分是通過打碎活的病毒而得到的。
但關鍵在于，生物化學家們目前已經掌握了用普通化學成分來合成核糖核酸和蛋白質分子的方法。
雖然目前（1960年）隻能合成出這兩種物質的一些較短的分子，但随着時間的推移，一定能用簡單成分合成出像病毒中那麼長的分子。
将它們放在一起就會産生出人造病毒微粒。