学科交叉与有关诺贝尔奖 匡　廷　云 中 国 科 学 院 植 物 研 究 所 首 都 师 范 大 学 生 命 科 学 院

诺贝尔是瑞典著名的化学家，是一个伟大的发明家，一生获专利355项。

根据诺贝尔的遗嘱设立了诺贝尔奖 此奖对科学的发 展，对人类社会的进步所起的作用是多么巨大。

诺贝尔奖体现了科学的的原创性。科学的产生和成果是人类智慧的结晶。

诺贝尔奖得主，是作出了前人没有作出的科学发现，甚至在同时代别人认为是根本不可能突破的，他们突破了。

他们都具有对人类追求科学真理的强烈愿望和情感。

如何体会他们从事的研究工作所需要的创新精神，执着追求的拼博精神。这是非常重要的。

今天，我们除了了解诺贝尔奖项的科学内容，意义及应用前景之外，同时了解和体会他们为科学执着追求的奋斗精神对我们是非常重要的。

一、DNA双螺旋结构分子模型的建立是当代学科交叉的典范

DNA双螺旋结构的分子模型的建立是20世纪生命科学发展的里程碑，标志着现代分子遗传学的诞生，开辟了20世纪分子生物学的新纪元。

揭示了世界上千差万别的生命种群和个体在分子结构和遗传机制上的统一性，并为DNA重组为主要手段的基因工程奠定了基础，对生命科学的发展，对农业、工业、环境和医药的发展产生了巨大的、极其深远的影响。

20世纪初生命科学取得了第一次革命性的进展是: 20世纪生命科学的巨大成就 20世纪初生命科学取得了第一次革命性的进展是:

20世纪生命科学的巨大成就 孟德尔遗传定律的再发现

20世纪生命科学的巨大成就 摩尔根的基因论

20世纪生命科学的巨大成就 在20世纪中叶，量子力学的创始人之一，波动力学的创始人，奥地利物理学家薛定谔提出了必定存在一种生物大分子晶体，其中包含着数量巨大的遗传密码的排列组合。

20世纪生命科学的巨大成就 20世纪中生命科学取得的第二次革命性的进展： 美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克建立的DNA双螺旋结构的分子模型。

生物学家与物理学家是如何结合的？ 这项成果为什么会产生在一个物理实验室（Cavendish Lab.)? 当时科学发展的时代背景是什么？

Watson 和Crick对DNA的激情和狂热追求，使二人紧密的结合起来了。

二人年龄相差8岁，一个大学学的是物理，另一个学的是生物，都因为受到奥地利理论物理学家E 二人年龄相差8岁，一个大学学的是物理，另一个学的是生物，都因为受到奥地利理论物理学家E.Schrodinger著《生命是什么？》一书的影响而立志要探索生命的奥秘，

并都为此目标而几经曲折才先后来到卡文迪什实验室（英国的物理实验室）

其中Crick已过而立之年，不惜两次放弃已经到手的工作良机， 在L 其中Crick已过而立之年，不惜两次放弃已经到手的工作良机， 在L.Bragg 指导下研究蛋白质X－射线晶体学，他觉得这比较接近他的目标，就争取到那里作了博士研究生

Watson在大学期间就喜欢上基因课程， 1950年22岁时获利博士学位，赴丹麦做博士后。一次偶然的机会他去意大利开会听了M Wilkins关于DNA的X－射线晶体学报告而受到吸引，曾千方百计想投奔Wilkins均遭冷遇，

不得已辗转来到卡文迪什做博士后作蛋白质的X－射线晶体研究，期间，目的只是为了有朝一日能将学到的X－射线衍射技术去解决自己心仪已久的DNAS分子结构的问题。

1951年9月，二人在卡文迪什实验室相识，经过交谈，Watson对DNA的痴迷立刻引起Cric地共鸣，

彼时L Pauling有关蛋白质多肽链α－螺旋结构的报告刚问世不久，他们了解到Pauling成功背后曾使用过分子建模的方法，受此启发，二人决心利用他们能从DNA　X－射线衍射图上计算和推测出的有限数据，立刻着手构建DNA的分子模型。

他们一共建构过了三个模型：第一个模型是三链的显然是错误的，第二个模型是双链的，但因碱基配对和比例不对也没有成功。

在这期间，他们受到领导的训斥，同事的讥讽，失败的打击，但却没有气馁，而是边干边学，不懂就问，不会就学，错了就改，重新再来，如此坚持不懈，直到实现他们追求的目标。

1951年秋，真正有实力问鼎DNA分子结构者首推伦敦King’s　College的物理学家M Wilkins 和化学家R Franklin。 当时最好的DNA　X－射线衍射照片都出自这里。

Wilkins 和Franklin自己为什么未成为此一结构的最先构建者呢？据说根本的原因在于他们坚信利用X－射线衍射技术才是解决DNA分子结构的正确途径。

另一位对DNA分子结构有兴趣并有实力的问鼎者为美国加州理工学院的著名化学家L Pauling。

1939年首创化学键理论，奠定其获利1954年诺贝尔奖化学奖的基础。成功构建了多肽的α－螺旋的分子结构模型，而启发了Waston和Crick，必需建立DNA的分子结构模型。

Pauling自己构建的DNA分子模型为何失败了呢？ 提出的DNA三螺旋分子模型并未经过严格检验，他也没有详尽掌握DNA相关的最新信息。

相比之下，Waston和Crick无论在晶体学或结构化学方面都是新手，研究DNA分子结构并非他们的任务，因而一无经费，二无设备材料，

也没有做过任何实验来直接获取有关数据，甚至还未全面掌握探讨此问题所需的各方面知识。可以说他们和前面两组人并不在同一起跑线上。

但是，二人自1951年11月初次建模失败，到1953年4月联名发表“核酸的分子结构”一文，不过短短的16各月，

竟然后来居上，“主要地根据已发表的资料和结构化学原理”建成DNA双螺旋分子模型，这不能不令世人惊讶，他们成功的奥秘何在呢？

第一，二人对DNA的共同兴趣，执着的追求和信念 。 第二，二人构建DNA分子模型所依据的主要参数，如分子直径、化学键长与键角、以及螺距等等，主要来源于对Franklin等所拍B 型DNA分子X－射线衍射图的测量和计算。

第三，  二人一开始大胆结合结构化学中的建模方法，并找来Pauling所著《化学键的本质》一书进行学习，最后成功解决了DNA双链相互连接的问题。

第四， 二人最后确立主导DNA双链彼此连接的A-T 与C-G碱基配对原则得益于他们联系DNA自我复制的独立思考及生化学家E Chargaff关于任何DNA分子其4种碱基的克分子数均尊守A-T 和C-G的法则的启发。  

纵观DNA分子双螺旋模型，充分体现了晶体学、结构化学、生物化学、遗传学等多学科的完美结合。也是历史机遇与个人狂热追求所产生的硕果。

20世纪最有影响的大科学计划 曼哈顿工程 阿波罗登月工程 人类基因组计划

20世纪生命科学的巨大成就 人类基因组计划

二、紫色光合细菌反应中心膜蛋白空间结构的解析是当代学科交叉的又一典范

其中最富于挑战的领域是膜蛋白的结构与功能的研究。

生物化学：分离纯化紫色光合细菌反应中心膜蛋白、基因定位及序列分析 光物理和光化学：通过超快技术，阐明其传能及转能的途径和速率 晶体学：首次获得了第一个膜蛋白的结晶──紫色光合细菌反应中心，并成功地进行了X─衍射。

三、学科交叉对我国生命科学研究的影响

中国科学院生物物理所与植物所合作学科交叉的重大成果

谢谢大家！