物理学家与分子生物学革命.PDFVIP

维普资讯 北 京 大 学 学 报 ( 医 学 版 ) JOURNALOFPEKINGUNIVERSITY(HEALTHSCIENCES) Vo1．39 No．4 Aug．2007 ·445 · · 学 科 交 叉 · 物理学家与分子生物学革命 谢蜀生 (北京大学基础医学院免疫学系，北京大学医学史研究中心 ，北京 [关键词]物理学；分子生物学；医学史 [中图分类号]R-09 [文献标识码]A [文章编号]1671—167X(2007)04-0445-05 1 生物学研究的新视角 1932年8月，在丹麦哥本哈根举行的国际光治疗大会上，著名物理学家尼尔斯 ·玻尔(NielsBohr)应邀作了题为 《光与生 命》的大会演讲。他用从量子理论发展起来的“互补性原理”(complementarityprinciple)提出了认识生命现象的新思路。玻尔 大概没有想到，他的这个演讲会改变生物学研究的方向，并触发一场分子生物学革命。 玻尔是著名理论物理学家、量子理论的主要创建者之一。1922年由于在原子核理论方面的杰出贡献，玻尔获诺贝尔物理 学奖。1921年玻尔在丹麦政府的大力支持下，建立 了哥本哈根理论物理研究所，在这里聚集了海森伯 (WernerKarlHeisen． berg)等一大批杰出的物理学家，形成著名的 “哥本哈根学派”，并使之成为世界理论物理研究者的 “麦加圣地”。20世纪的头 30年，是物理学革命风起云涌、激动人心的时代，各种创新理论不断出现，冲击着牛顿以来的经典物理学理论。1923年 ，德布 罗意(Louis—vectordeBroglie)提出了物质波理论 ，认为一定能量的运动粒子和一定频率的波有相似性。物质波理论后来被薛 定谔发展成波动力学，从而揭示了物质的波粒二象性 。这使玻尔认识到，微观世界物质的存在方式是不能完全用经典的物理 学定律来说明的。微观粒子的波粒二象性表明，在经典物理学中两个似乎完全不相容的概念(波动性和粒子性)却是准确表 达物质 (譬如光)属性必不可少的特征，也即是说 ，粒子性和波动性是光的两个不可或缺的互补量。1925年左右，玻尔开始逐 步形成了互补性 (complementarity)的概念。1927年海森伯在实验的基础上 ，提出了“测不准原理”(uncertaintyprinciple)，指出 在微观世界里，要同时既准确地确定粒子 (如电子)的位置，又准确地测出粒子的运动速度 (动量)是不可能的。精确地确定了 粒子的位置 ，就无法准确地测定其速度，反之亦然。在玻尔看来，这进一步肯定了他的互补性原理。譬如，电子的位置和动量 不能同时被准确地确定，但它们分别被确定后却是可以互补地达到对电子特性的全面、准确的理解。基于上述的这些认识， 1927年9月在意大利科摩举行的世界物理学大会 (科摩会议)上 ，玻尔正式提出了他的 “互补性原理”。互补性原理作为对微 观粒子特性的 “哥本哈根诠释”，曾有过争议，但最终被广泛接受…。此后，玻尔进一步将 “互补性原理”扩展成一种认识客观 世界的普遍方法，并认为这个原理适用于对世间万物的分析。 在 《光与生命》的演讲中，玻尔将他的互补性原理应用到对生命的认识上来。玻尔认为，生命除具有一般物质的特点之 外，还是一个 “活物”，即具有自我维持(新陈代谢)和个体繁殖等生命独具的特点。因此 ，对生命体研究的一个基本前提就是 “生命的存在”。当人们用物理、化学的方法从分子、原子、量子层次研究生命时，已经消解了 “生命存在”这一状态。因此这种 还原论的方法，无论将生命物质的研究细分到什么程度，都会因丧失了 “生命存在”这一前提，而不可能获得对生命本质的准 确认识。但玻尔又认为，这种还原论式的研究，对认识生命又是必需的，它与 “自我维持”、“个体繁殖”等生命独具的现象的研 究结果相结合(互补)就将会获得对生命的真正理解 。而后者，用已有的物理、化学方法是永远也不能完成的，认识它们就 “需 要去发现一些其他的原理”_2J。正如莫朗热在 《分子生物学史》(AHistoryofMolecularBiology)一书中指出的，玻尔演讲 的目 的，“主要是想进行一次认识论上的转移，试图看看物理学世界的新观点(互补性)是如何改变了我们对生物世界的看法”。波 尔的演讲，对与会的大多数生物医学家来讲 ，内容过于艰深难懂，因而并没