病毒蛋白质与核酸在噬菌体生长中的各自功能
给病毒的蛋白质和 DNA 各做标记,再搅拌分离——只有 DNA 进了细胞。可见基因是 DNA。
一个病毒,不过是一层蛋白质外壳,裹着一段 DNA。那么,制造更多病毒的指令,究竟由这两者中的哪一个携带?两位科学家,用一台厨房搅拌机,了结了这桩公案。
核心想法
在 1952 年,没有人确知基因是用什么做的。一种攻击细菌的病毒——噬菌体——简单得近乎尴尬:一层蛋白质外壳,包着一团 DNA 内核,别无他物。它要繁殖,就降落在一个细菌上,注入某种东西,劫持这个细胞去制造出成百上千个新病毒。问题在于:它注入的,是蛋白质,还是 DNA?
赫尔希与蔡斯找到了一个把二者分辨开来的办法。他们给蛋白质做上一种放射性标记,给 DNA 做上另一种,让带标记的病毒去感染细菌,再用一台搅拌机把空壳震脱,看哪种标记进了细胞。蛋白质的标记留在了外面、留在那些被丢弃的空壳上;DNA 的标记则进去了。病毒为复制自身而传下去的东西,是 DNA。
它是如何诞生的
阿尔弗雷德·赫尔希是冷泉港一位沉静而严苛的生物学家;玛莎·蔡斯是他的研究助理,是她在实验台前操刀做实验。他们用的是噬菌体 T2,一种形似微型登月舱、靠尾部抓住大肠杆菌的病毒。诀窍在化学上:蛋白质含硫而不含磷,DNA 含磷而不含硫。于是他们用放射性硫培养出一批噬菌体(只点亮蛋白质),又用放射性磷培养出另一批(只点亮 DNA)。
当带标记的噬菌体抓住细菌、完成注入之后,用过的外壳仍黏附在细胞外面。赫尔希与蔡斯把这锅汤倒进一台寻常的华林搅拌机——就是打奶昔用的那种——开起来搅。剪切力把空壳震脱,却没杀死细菌。再用离心机一甩,沉重的细胞便与轻飘的碎屑分了家,盖革计数器随即读出放射性落在了何处。硫在碎屑里,磷在细胞里。其实,这并非 DNA 即遗传物质的头一个线索——埃弗里早在 1944 年就用化学证明过——但搅拌机让这个结论再也无法被忽视。
它为何重要
几十年来,大多数生物学家都把赌注押在蛋白质身上,认为它才是基因的材料。蛋白质由二十种不同的氨基酸构成——一套丰富的字母表——而 DNA 只有四种碱基,看上去太单调,拼不出一个活物。这场搅拌实验,简单而直观,把共识翻了个面。它告诉世界:别再盯着蛋白质,去研究 DNA 吧。就在第二年,沃森与克里克便解出了双螺旋——而一旦知道基因就是 DNA,破读它的竞赛便拉开了序幕。
一个可以想象的画面
想象一封装在信封里送达的信。信封写好了地址、贴了邮票、封了口——它干的活儿,是把信送到你家门口,然后你就把它扔掉。真正说了话的,是里面那张信纸。赫尔希与蔡斯证明:病毒的蛋白质外壳,就是那个信封——它对接到细胞上、负责投递;而 DNA,才是那张信纸,是带着指令的那一部分。搅拌机,不过是撕开信封这个动作——好让人看见:信,早已溜了进去。
它的位置
这场实验,是一个三拍故事里的第二拍。第一拍,1944 年,埃弗里、麦克劳德与麦卡蒂证明:纯 DNA 能把一种细菌转化成另一种——化学有力,却悄然受冷。第二拍,1952 年,赫尔希与蔡斯用搅拌机,把这个论点变得难以忘怀。第三拍,1953 年,沃森与克里克揭开了双螺旋,解释了 DNA 何以能储存并复制一段讯息。在本馆中合而读之,这三拍标记着生物学领悟到:生命,是用一套四字母的化学密码写就的。
论断
用搅拌机剥下外壳
硫出,磷入
谨慎的总结
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.