本文译自美国生物学史家艾伦的著作《二十世纪的生命科学》（1978年剑桥大学印）的第七章。这本著作从生命科学内部各个分支学科之间、生命科学与物理学、化学、数学等其他学科之间相互渗透、相互综合的角度，从生命科学与哲学思想之间相互影响的角度，从社会历史背景对生命科学发生的影响的角度，多侧面地论述了遗传学、胚胎学、进化论、生理学、生物化学和分子生物学等生命科学的几个最主要的领域中的科学活动、科学思想和科学方法的历史发展，是一部既有人物和事件的记载又富有思想性、理论性的科学史著作。

自从人们完全确定DNA是遗传信息的载体以来，分子生物学的诞生已有整整三十年的历史了。这门新兴学科的发展，给生命科学领域带来了深刻的变革，至今仍发生着深远的影响。分子生物学是在什么样的历史条件下产生和发展起来的？它的发展史能够为今天的科学工作者在科学思想和科学方法方面提供哪里有益的启示和借鉴？这篇译文也许能帮助解答这些问题。

——译者

如果第二次世界大战以后的二十五年以某种历史的名称为后几代科学工作者所熟知，那么这个时期可以称为“分子生物学时期”。这个时期虽然可以用自然科学的许多领域的迅猛发展加以表征，但是发生了最深远的和革命性的进展的是生物学领域。这些年里，分子研究和生物化学研究的成熟和一体化，达到了连本世纪头几十年里最空谈理论的机械论者都可能期望的深度和广度。像胚胎学、遗传学或进化论那样的以前在组织、细胞或群体水平上作了研究的领域，逐步地表明在特定的大分子的分子结构方面具有共同的基础。对于诸如蛋白质和稍后的核酸分子的结构和功能的研究，展示了探究生命系统微观结构的新前景，并且显示了生物学广阔的领域之间的新联系，而生物学各个领域之间的共同基础，以前只是模糊地被人们推测过。

当本世纪四十年代至五十年代人们弄清了核酸是主要的遗传物质以及核酸通过指导蛋白质的合成而发生作用的时候，有关遗传的研究再次成为二十世纪生物学中的一个革命性的和占有主导地位的领域。摩尔根学派的工作已表明基因可以看作是有形的染色体的片段，但他们没有试图研究基因的分子性质或任何有关基因的生化功能。这个问题是确实存在的，但探讨它却是不成熟的和难以弄清的。因此，当适合于探讨细胞内特定分子的相互作用的研究工具和技术变得有效时，遗传学在二十世纪再次呈现出令人鼓舞的景象，是不足为奇的。

然而，分子生物学从一开始就是并且现在仍然是比单纯的分子遗传学更大的学科。虽然遗传学为分子生物学的发展提供了开端，但分子研究扩展到了其他许多领域，诸如细胞生物学、生物膜的结构和代谢途径的机构。为了了解分子生物学所选取的许多发展方向，本章主要通过遗传学这个领域追溯这门新生物学的起源。目的是要从我们已对本世纪二十年代和三十年代探讨过的内容方面和方法论方面寻找处于早期发展过程中的分子生物学的来源，并且考察一下这些来源是怎样受到生物学内部的和外部的因素影响的。

第二次世界大战以后分子生物学的迅速发展几乎只出现于英、法、美这三个国家。研究成果集中在这些国家，是因其他国家缺乏这方面的研究造成的，由于特定的历史环境，这同样是因这些国家的某些特定的性质造成的。例如，苏联不仅处于经济重新调整的状况之中，而且尤其受到李森科运动的控制，这使苏联的遗传学陷于绝境达好几十年。中国也陷入了它内部的政治的和经济的斗争，它实际上不可能取得西方意义上的科学技术的迅速发展。当然，战争确实对西方资本主义国家发生了影响。在为新殖民地和帝国的扩张的斗争中，从最广泛的意义上说，战争表明将要失败的同盟（所谓德、意、日轴心国）对于马上重新开始新的和雄心勃勃的研究计划来说，是十分空竭的（财政上和精神上），而且人才也是非常缺乏的（由于向国外移居、死亡和监禁）。在西方由美、法、英占主导地位的获胜的同盟，更乐意并且能够加速各门新的科学的发展。这三个国家都继承了本世纪三十年代中期和晚期从中欧转移来的科学文化成果。这些移居者带给这些国家丰富的科学遗产。尤其美国从战争中显示出它的经济的和物质的实力，比其他任何同盟国更为雄厚。当美国急忙从衰落的欧洲的殖民地国家那里继承帝国主义统治的衣钵的时候，它的经济开始以空前的速度发展了起来。由于在国内外推行经济扩张主义，财政资源可以为科学研究提供大量的资助，而这种科学研究对于在亚细胞水平上的探索是必需的。分子生物学是一项比生物学已有的大部分比较老的领域代价高得多的事业。大规模的分子生物学研究只有依靠富裕的经济才能进行。美国和英国在以前的近半个世纪内在很小程度上成为经典遗传学研究中心的事实，也促进了这两个国家对遗传的继续研究。

分子生物学的性质

近年来，“分子生物学”的术语变得时髦起来，而且它的用法是多种多样的。对某些人来说，就像一位作者所谈到的，它与“无执照”而开业的生物化学是同义的。对另一些人来说，它是赶上备研究基金浪头的行话；对还有一些人来说，它不过是深入到分子结构水平上的超微结构的生物学的分支。X射线结晶学家约翰 · 肯德鲁（John Kendrew）指出，尽管“分子生物学”这个术语经常被人们所运用，但事实上许多分子生物学家甚至没有准确地弄清楚他们的学科是什么。作为“分子生物学”术语的提出者和宣传者之一的W. T. 阿斯特伯里（W. T. Astbury），在1950年把“分子生物学”定义为：

“……尤其[关注]生物分子的形态和这些形态在上升到愈来愈高的组织水平过程中的变化、展开和分化。分子生物学主要是研究三维的和结构的分子形态，但是这并不意味着分子生物学仅仅是形态学的精致的改进，分子生物学必须同时探讨遗传和功能。”

在同一篇论文中，阿斯特伯里把另一方面的问题加到他使用的术语中：“它的含义与其说是一门技术，不如说是一种方法，从所谓基础科学的观点来看，这是一种具有探讨大量经典生物学现象下面相应的分子图像的指导思想的方法。”可是，在许多方面，这个定义是不完整的，它仅仅暗示了分子的形态和功能之间的联系、现代分子生物学的要旨。

现在的“分子生物学”不仅包括结构和功能的要素，而且包括信息的要素。它关注生物学上的重要分子（比如蛋白质或核酸）的结构，从这些分子如何在细胞的新陈代谢中起作用以及它们如何携带特定的生物信息的方面关注这些分子的结构问题。物理学和结构化学的方法（比如结晶分子的X射线衍射，分子模型的建立）已经应用于分子结构的研究，同时生物化学也应用于确定细胞内部大分子如何彼此相互作用、大分子如何与小分子相互作用的问题。在历史上，有三方面思路通向我们今天所知道的分子生物学的形成：

1. 结构方面：与生物分子的结构有关。

2. 生物化学方面：与生物分子如何在细胞新陈代谢和遗传过程中相互作用的问题有关。

3. 信息方面：与信息如何从一代有机体传递到下一代并且信息如何转译为独特的生物分子的问题有关。

结构研究尤其涉及到三维问题、分子形状问题，在某种程度上、涉及到分子形状如何决定特定的功能的问题。信息研究在传统上只涉及一维问题，即携带特定生物信息的分子部分的直线序列。正如我们在前一章所看到的，生物化学研究似乎在这两方面研究之间。在现代分子生物学中，所有这三方面都融合了起来，以至于可以这样说：对任何分子现象的完整描述，必定包括结构的、生化的和信息方面的资料。可是，在普通分子生物学史和专门的分子遗传学史上，往往不是这种情况。这些研究一直到本世纪五十年代晚期还是作为三个相对分离的研究领域而存在的。正如我们所知道的，分子生物学只是随着这些方面的研究的融合，它才在二十世纪生物学中取得了显著的地位。

分子遗传学的化学和物理学的背景

对遗传上重要的大分子的化学和物理性质的研究已有一段长远的历史，在这段历史中，传统的生物化学和物理学的方法都起了重要作用。虽然核酸是由德国化学家弗里德里希·米舍尔（Friedrich Miescher1844~1895）在1869年发现的，但核酸的发现对于遗传研究的意义，很可能直到进入二十世纪才被人们充分认识。从十九世纪初期13来，相当引人注意的是蛋白质。其原因之一是它们在活组织中的数量很多（比如，与核酸相比）；而且这也是由于像T. H. 海克尔这样的十九世纪思想家强调作为生命物质基础的“原生质”的胶体性质造成的。人们以为蛋白质主要与确定的胶体性质有关。此外，当人们在本世纪头二十年里弄清蛋白质结构时，这些分子似乎显然适合于携带遗传信息。它们的组成部分（氨基酸）能以各种各样的方式排列，具有储存极其复杂的信息的潜力。蛋白质似乎是唯一具有这种能力的生物大分子。

由于人们都围绕着蛋白质大分子展开紧张的研究活动，相比较而言，核酸很少受到注意，虽然在十九世纪六十年代和七十年代米舍尔已清楚地指出核酸在遗传过程中的可能的作用，但他的工作大部分都被几代生化学家和遗传学家忽视了。像蛋白质那样，核酸在三十年代被认为是聚合物。核酸是由四种类型的含氮碱基所组成：嘌呤（腺嘌呤、鸟嘌呤）和嘧啶（胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）。奇怪的是，人们直到本世纪四十年代才开始猜疑到核酸的极重要的生物学作用。并且直到五十年代才开始在某些细节上了解这些物质的结构。取得这项显著成就的工作。来自以前三个分离的研究领域即在四十年代末之前已花了很多时间测定蛋白质结构的结构主义者，证明与代谢途径有关的基因和酶之间联系的生化学家以及那些认为至少在几种细菌和病毒中的核酸是遗传信息的载体的信息主义者所获得的资料的综合。虽然核酸的化学研究是后来出现的，但最初与蛋白质相联系而发展起来的许多测定分子结构的方法，在建立能够说明核酸独特的生物学性能的核酸模型的过程中变得极端重要。