病毒蛋白質與核酸在噬菌體生長中的各自功能
給病毒的蛋白質和 DNA 各做標記,再攪拌分離——只有 DNA 進了細胞。可見基因是 DNA。
一個病毒,不過是一層蛋白質外殼,裹著一段 DNA。那麼,製造更多病毒的指令,究竟由這兩者中的哪一個攜帶?兩位科學家,用一台廚房攪拌機,了結了這樁公案。
核心想法
在 1952 年,沒有人確知基因是用什麼做的。一種攻擊細菌的病毒——噬菌體——簡單得近乎尷尬:一層蛋白質外殼,包著一團 DNA 內核,別無他物。它要繁殖,就降落在一個細菌上,注入某種東西,劫持這個細胞去製造出成百上千個新病毒。問題在於:它注入的,是蛋白質,還是 DNA?
赫爾希與蔡斯找到了一個把二者分辨開來的辦法。他們給蛋白質做上一種放射性標記,給 DNA 做上另一種,讓帶標記的病毒去感染細菌,再用一台攪拌機把空殼震脫,看哪種標記進了細胞。蛋白質的標記留在了外面、留在那些被丟棄的空殼上;DNA 的標記則進去了。病毒為複製自身而傳下去的東西,是 DNA。
它是如何誕生的
阿爾弗雷德·赫爾希是冷泉港一位沉靜而嚴苛的生物學家;瑪莎·蔡斯是他的研究助理,是她在實驗台前操刀做實驗。他們用的是噬菌體 T2,一種形似微型登月艙、靠尾部抓住大腸桿菌的病毒。訣竅在化學上:蛋白質含硫而不含磷,DNA 含磷而不含硫。於是他們用放射性硫培養出一批噬菌體(只點亮蛋白質),又用放射性磷培養出另一批(只點亮 DNA)。
當帶標記的噬菌體抓住細菌、完成注入之後,用過的外殼仍黏附在細胞外面。赫爾希與蔡斯把這鍋湯倒進一台尋常的華林攪拌機——就是打奶昔用的那種——開起來攪。剪切力把空殼震脫,卻沒殺死細菌。再用離心機一甩,沉重的細胞便與輕飄的碎屑分了家,蓋革計數器隨即讀出放射性落在了何處。硫在碎屑裡,磷在細胞裡。其實,這並非 DNA 即遺傳物質的頭一個線索——埃弗里早在 1944 年就用化學證明過——但攪拌機讓這個結論再也無法被忽視。
它為何重要
幾十年來,大多數生物學家都把賭注押在蛋白質身上,認為它才是基因的材料。蛋白質由二十種不同的胺基酸構成——一套豐富的字母表——而 DNA 只有四種鹼基,看上去太單調,拼不出一個活物。這場攪拌實驗,簡單而直觀,把共識翻了個面。它告訴世界:別再盯著蛋白質,去研究 DNA 吧。就在第二年,華生與克里克便解出了雙螺旋——而一旦知道基因就是 DNA,破讀它的競賽便拉開了序幕。
一個可以想像的畫面
想像一封裝在信封裡送達的信。信封寫好了地址、貼了郵票、封了口——它幹的活兒,是把信送到你家門口,然後你就把它扔掉。真正說了話的,是裡面那張信紙。赫爾希與蔡斯證明:病毒的蛋白質外殼,就是那個信封——它對接到細胞上、負責投遞;而 DNA,才是那張信紙,是帶著指令的那一部分。攪拌機,不過是撕開信封這個動作——好讓人看見:信,早已溜了進去。
它的位置
這場實驗,是一個三拍故事裡的第二拍。第一拍,1944 年,埃弗里、麥克勞德與麥卡蒂證明:純 DNA 能把一種細菌轉化成另一種——化學有力,卻悄然受冷。第二拍,1952 年,赫爾希與蔡斯用攪拌機,把這個論點變得難以忘懷。第三拍,1953 年,華生與克里克揭開了雙螺旋,解釋了 DNA 何以能儲存並複製一段訊息。在本館中合而讀之,這三拍標記著生物學領悟到:生命,是用一套四字母的化學密碼寫就的。
論斷
用攪拌機剝下外殼
硫出,磷入
謹慎的總結
This protein probably has no function in the growth of intracellular phage. The DNA has some function. Further chemical inferences should not be drawn from the experiments presented.