为什么人们会对新型肺炎那么恐惧（与人类生命科学史上最伟大的突破）

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如果要评选生命科学史上最伟大的成就，相信不会有第二个答案。

1953年4月25日，在这一天，詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发表了那篇注定要名留青史的论文：Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid（核酸的分子结构——DNA的结构）。

从这一天开始，人类终于知道了 DNA的双螺旋结构 ，从此 开启了 分子生物学时代 ，人们阐明了遗传物质的构成和传递途径。在此后短短的几十年里，人类破解了一个又一个生命之谜。攻克癌症、摆脱遗传病...曾经那些遥不可及的梦想也在变得触手可及。

而这一系列伟大的成就，都要从 肺炎 开始说起。

肺炎

细菌性肺炎 长期困扰人类，在抗生素应用以前，肺炎一度被认为是“人类死亡的罪魁祸首”。时至今日，全世界每年也有上亿人感染肺炎，每年有近百万5岁以下儿童死于肺炎。

1881年，美国细菌学家George Sternberg （1838-1915） 和法国细菌学家巴斯德分别发现 肺炎双球菌 （Streptococcus pneumoniae） 。

肺炎双球菌，又叫肺炎链球菌，有两种类型，一种是菌体无荚膜的粗糙型（R型），R型是非致病性的，另一种是菌体有荚膜的光滑型（S型），S型会导致人类肺炎。

肺炎双球菌转化实验

1928年，英国生物学家弗雷德里克·格林菲斯（Frederick Griffith，1879-1941）通过实验发现了一个很有意思的结果，当非致病型肺炎双球菌（R型）与热灭活的致病型肺炎双球菌（S型）混合，就会形成致病型菌株。这表明热灭活的致病菌株中释放出了遗传物质，可以导致非致病菌向致病菌的转化。但这个遗传物质是什么，依然不能确定。

Frederick Griffith

Griffith的肺炎双球菌实验

Avery的惊人发现

Frederick Griffith转化实验之后，科学家一直想确定完成转化的究竟是哪种物质。

直到1944年，美国微生物学家奥斯瓦尔德·艾弗里（Oswald Avery，1877-1955）和他的同事Colin MacLeod (1909–1972)、Maclyn McCarty (1911–2005)通过实验发现DNA是Griffith转化实验的关键，证实有活性的遗传物质是DNA。

Avery、MacLeod和McCarty

Avery等人发表在JEM杂志的论文

Avery等人确定DNA是遗传物质的实验

Avery等人这个仔细而精确的实验被认为是 二十世纪最重要的生物学实验 ，可以说改变了现代生物学，然而Avery直到1955年去世，也未获诺贝尔奖，这也是被公认的 诺贝尔奖最著名的过失 ，诺贝尔奖委员会也专门在官网解释并表达遗憾和后悔。当然，Avery的伟大并不需要一座诺奖来证明。

噬菌体实验

Avery等人的实验已经证实了DNA是遗传物质，但当时人们依然倾向于结果复杂多样的蛋白质才是遗传物质，因此Avery的实验在当时并没有得到应有的承认。

1952年， 阿尔弗莱德·赫尔希 （Alfred Hershey，1908-1997） 和他的学生玛莎·蔡斯 （Matha Chase，1927-2003） 通过同位素标记的T2噬菌体增殖实验，证实DNA才是遗传物质。这一实验结果很快被人们普遍接受，甚至被当成了DNA是遗传物质的最后证明。

Hershey和Chase

Hershey和Chase发表在 J Gen Physiol 杂志的文章

T2噬菌体培养在含有32P（磷的放射性同位素）的培养基中，使这些噬菌体体内的DNA含有放射性元素（磷存在于DNA中）。接着将噬菌体用来感染细菌，再将细菌与噬菌体外壳利用离心机分离。最后发现放射性元素存在于受感染的细菌体内。

将噬菌体培养在含有35S（硫的放射性同位素）的培养基中，使这些噬菌体体内的蛋白质含有放射性元素（硫存在于蛋白质中），接着将噬菌体用来感染细菌，再将细菌与噬菌体利用离心机分离。最后发现放射性元素存在于噬菌体外壳中。

由于噬菌体会将本身的遗传物质植入细菌体内，因此这一系列的实验结果显示，DNA才是这些噬菌体的遗传物质，而蛋白质则无此功能。

T2噬菌体结构

Hershey和Chase的噬菌体实验

1969年，阿尔弗莱德·赫尔希、Max Delbrück、Salvador Luria三人因发现病毒的复制机理和遗传结构而获得诺贝尔生理学或医学奖。

DNA双螺旋结构

1951年，年仅23岁的 詹姆斯·沃森 （James Watson，1928- ）博士毕业后前往英国剑桥大学卡文迪什实验室进修，沃森在这里遇到了正在准备博士论文的 弗朗西斯·克里克 （Francis Crick，1916-2004） ，两人一拍即合，从1951年10月开始转向DNA结构方向。

沃森当时只是一个刚获得博士学位的23岁的年轻人，克里克是一个物理学博士生，两个初出茅庐的门外汉，竟然在高手如林的研究DNA结构团队中脱颖而出，首先破解DNA双螺旋结构，不可不谓奇迹。

当时在研究DNA结构的并不只有沃森和克里克，美国化学家 鲍林 （Linus Pauling，1901-1994）、 威尔金斯 （Maurice Wilkins，1916-2004）、 罗莎琳德·富兰克林 （Rosalind Franklin，1920-1958）等人，都在探究DNA结构的秘密。

1952年，沃森和克里克率先提出DNA三螺旋结构模型，很快被证实错误，这一打击让他们一度暂停了DNA结构的研究。

1952年5月，罗莎琳德·富兰克林与雷蒙·葛斯林（Raymond Gosling，1926- ）拍到了一张 B型DNA的X射线晶体衍射照片 ，也就是著名的“ 照片51号 ”，被誉为“ 几乎是有史以来最美的一张X射线照片。 ”

照片51号

1952年11月， 鲍林 发表了一篇DNA三螺旋结构的论文，很快被证实错误。

1952年底， 埃尔文·查戈夫 （Erwin Chargaff，1905-2002）来到英国与沃森和克里克见面，并告知他们自己的新发现，也就是查戈夫法则：鸟嘌呤 （G） 与胞嘧啶 （C） 的比例为1：1，腺嘌呤 （A） 与胸腺嘧啶 （T） 的比例也为1：1。奇怪的是，这一重要发现并没有被其他研究DNA结构的人重视。

1953年1月，威尔金斯以为沃森与克里克已不再做DNA结构研究，将“照片51号”拿给沃森过目，并且详细的解释相关的研究结果，沃森 看到照片后，立刻意 说到DNA可能是双螺旋的。

1953年2月4日，沃森和克里克重启对DNA结构模型的建构，并于2月8日请求威尔金斯同意他们的研究。

1953年3月7日，沃森和克里克在实验室中联手搭建的DNA双螺旋模型宣告成功。

沃森（左）、克里克（右）在DNA双螺旋模型前

1953年4月25日， 詹姆斯·沃森 和 弗朗西斯·克里克 在 Nature 杂志发表了一篇名为： Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid （核酸的分子结构——DNA的结构） 的论文。

沃森和克里克的DNA双螺旋结构论文

1953年4月25日， Nature 杂志同期发表了三篇DNA结构的论文，除了沃森和克里克的这一篇，还有威尔金斯的一篇，以及富兰克林和雷蒙·葛斯林的一篇。

沃森 与克里克在论文中提及他们是的DNA双螺旋结构受到威尔金斯与富兰克林等人的启发，威尔金斯与富兰克林在论文中表示自己的数据与沃森和克里克的模型相符。

这篇划时代的论文一经发表， 人们立刻明白了为什么结构似乎很简单的DNA分子能够担当作为遗传物质的重任，阻碍人们认可DNA是遗传物质的最后一个障碍被彻底消除。

生命之美在DNA双螺旋结构里得到了最完美的展示

沃森与克里克这篇仅1000字的论文被誉为“ 生物学的一个标志，开创了新的时代 ”。这是在生物学历史上唯一可与 进化论 相比的最重大发现，它与自然选择一起，统一了生物学的大概念，是科学史上的一个重要里程碑，标志着分子生物学的诞生。

1962年， 沃森、克里克、威尔金斯三人因DNA双螺旋结构的发现而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。遗憾的是富兰克林已于1958年因乳腺癌去世。

威尔金斯（左）、富兰克林（右）

此后，许多有些的科学家再接再厉 ，阐明了DNA的复制方式，知晓了遗传信息的流动方式，破解了全部遗传密码，人类的遗传信息也随着人类基因组计划的完成而一览无余。

如今，人们可以随心所欲地编辑基因，创造新的碱基，甚至创造自然界不存在的全新生命体。许多之前遥不可及的梦想正在一步步实现，而这一切成就，都离不开最初对肺炎双球菌的研究。

然而，目前人类又一次面临着肺炎的攻击，至今尚无疫苗和特效药，也时刻提醒着我们敬畏自然，人类距离真正地解开生命之谜，还有很多路要走。

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