弗朗西斯·克里克对遗传密码研究的历史贡献

  弗朗西斯·克里克(F.H.C.Crick,1916-2004)是科学史上的杰出人物之一。他的科研兴趣经历了从物理学转向生物学的重大转变。即使在生物学领域,克里克的科学研究也是多方面的,涉及细胞质、蛋白质、DNA、遗传密码和人类意识等多个方向。 本文在研读克里克在遗传密码领域发表的原始论文和相关学术研究文献的基础上,利用文献研究和概念分析等方法,揭示克里克在密码研究中的理论观点的本质内容,力求构建克里克从事遗传密码研究的历史图景。 具体地讲,文章以克里克的原始论文和相关学术研究文献等第一手资料为依托,再现克里克密码研究的理论成果。梳理了克里克在密码研究中提出的概念和假说的历史演变;初步探索克里克的密码研究的影响,说明了当今密码研究领域的焦点问题,且采用案例研究法揭示突变危险性理论的本质内容和深受克里克密码研究之重要观点:摆动假说和冻结偶然性理论影响的痕迹。 本篇论文包括六章内容。第一章全面解析克里克的科研人生,综合分析了克里克的个人学术选择及主要科学成就,概要地总结了克里克在所研究领域的重大贡献;揭示克里克审慎、执着和智慧的科研人生,认为在克里克诸多的探索领域中,遗传密码研究是一个重要的组成部分。克里克的此项研究建构在物理学思维与生物学研究对象有机结合的基础之上,这个结合是克里克实现其初衷(涉入生物物理学领域)的一个富有成效的尝试。 第二章梳理了遗传密码研究的早期发展。介绍了“遗传物质”概念的历史演变,澄清了遗传密码研究的发端问题,并重点提出四种早期的密码研究雏形:认为胚胎学家布拉舍(J.Brachet)首先发起了从DNA到蛋白质信息流向问题的研究,生物学家杜恩斯(A.L.Dounce)第一个提出了编码设想,物理学家伽莫夫(G.Gamow)最先从细节上重视编码问题,克里克在此基础上开始走上遗传密码的研究之路,提出多种编码方案,初期探索步履维艰,显示其坚定执着,开拓创新的科学精神。 第三章基于对其科研论文、论著及个人通讯资料的研读,探究克里克密码思想形成的心路历程。提出有三点原因促使克里克走向密码研究之路,其一是自然选择思想,其二是洞察新问题的能力和物理学思想的影响,其三则是对科学研究全身心的投入。 第四、五章是克里克密码研究思想的主体部分。论文首次将克里克的密码研究分成基础性研究和综合性研究两部分。第四章探索了克里克对遗传密码的基础性研究,包括编码问题、论蛋白质的合成和三联体三部分内容。编码问题是密码研究中的一个基本问题,基于对克里克在编码问题中史实上的梳理和概念上的分析,认为克里克虽然不是第一个提出编码方案的人,但是是他首先意识到了编码问题的重要性,并为此付诸大量的思考和理论分析;在编码问题的研究处于“低谷”期间,克里克构建了蛋白质合成问题的理论框架,提出了序列假说和中心法则,彰显了假说的重要价值及经验出于错误的历史教训;克里克的密码研究突显循序渐进,追求实证的科研逻辑。随后他开创性地设计了遗传学实验,证实了密码子为“三联体”的本质。这一研究成果在全部密码子发现的历史过程中起到了决定性的作用,是克里克密码研究中一项承前启后的工作,首次阐明了密码的本质特征,并促使他进一步成为根植于实验的理论家。 第五章是从内史角度揭示克里克对遗传密码的综合性研究。本章分析了克里克对遗传密码的性质、摆动假说、终止密码子、密码表的建立和密码起源与进化方面的研究;探讨了克里克密码研究的五次综合,从实证方面展示其对密码研究发展到一定程度的理论综合及完善的过程,体现了密码表建立过程中多国科学家的集体智慧以及理论和实验两方面的共同协作。基于对克里克两个层次的密码研究充分显示了其密码研究的主体特征:一般性、系统性、逻辑性和根本性;框架式的研究风格;大胆假设和开拓创新;根植于历史和实验。这一切又体现了克里克深厚的物理学知识基础和物理学思想的影响。 第六章初步探讨了克里克密码研究的影响。分析了密码研究的一些焦点问题:密码的简并性和反常码、无义密码子的再编码、遗传密码的扩展和密码的起源与进化。然后,通过案例研究梳理了中国学者在遗传密码研究方面的成果——突变危险性理论,揭示其理论形成的历史背景和本质内容。突变危险性理论起源于上世纪80年代,在诸多关于密码起源与进化的理论观点中,突变危险性极小化理论从其基本假设的合理性、逻辑结构的明晰性和完整性以及解释实验资料的广泛性来看,是特别成功的。论文也从细节上首次研究了克里克的密码观对突变危险性理论的直接影响。

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