分子生物學

科學與民主是一對伴生兒，科學創(chuàng)新需要民主的學風，民主治學又是科學原創(chuàng)的催化劑， 二者不可分離，早在近代科學伊始的萌芽期17世紀初，它的啟蒙者和實驗哲學的始祖弗蘭西斯·培根就說過：“自然哲學的最大奧秘就是人們的激情在一班人而不是在孤獨之中出現(xiàn)，只有這樣才可能升華到較高的程度。繼而，當我們看到其他許多人比孤獨時要活躍得多時，我們會感到悲傷、畏懼、喜悅、熱愛、羨慕。”

其實，近代科學就是有知識的人們在中世紀神學院中集會、交流和研討中產(chǎn)生，并滋長和形成科學家群體的。

現(xiàn)代科學產(chǎn)生于大學的研究機構和教學過程中，19世紀末X-射線和放射性是在大學的實驗室中意外發(fā)現(xiàn)的，電子則更是在對前人實驗的比較和啟發(fā)下才發(fā)現(xiàn)的。現(xiàn)代微觀物質(zhì)組成（原子物理、核物理和粒子物理）的探索具有實驗家的群體性特點，量子力學則是一幫年輕俊秀的創(chuàng)造，但是從科學與民主相輔相成的觀點來看，最具有代表性的莫過于DNA和分子生物學的出現(xiàn)和發(fā)展過程，它也許可說是科學原創(chuàng)與民主治學相融合的典范——一幅畫卷、一首史詩。

民主本來是個政治詞匯，它是專制和獨裁的對立物，但是用到科學的治學上卻具有更廣泛的內(nèi)涵： 學術交流、 平等探討、 多學科交叉、集思廣益、多學科合作和協(xié)作、活躍的學術氣氛、尊重和扶持新的想法和人才，等等。 現(xiàn)代科學活動的顯著特色是廣選人才，發(fā)現(xiàn)和支持新想法和原創(chuàng)性人才，哪里思想活躍和善于學術交流，哪里便易于出現(xiàn)原創(chuàng)性的科學發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)明。無數(shù)的歷史經(jīng)驗說明，民主治學已經(jīng)成為現(xiàn)代科學最鮮明的特點和特征。卡文迪什實驗室的午后茶時漫談和卡皮查俱樂部，哥廷根大學門口的小餐館，劍橋分子生物實驗室一年一周的克里克科學周，貝爾實驗室的自助餐廳，都是眾所周知的思想極其活躍、思想交流、產(chǎn)生新想法和宜于科技創(chuàng)新的樂園。科技創(chuàng)新至少有12個要素，是個系統(tǒng)工程，這里僅就科技活動環(huán)境中的民主治學方面，選擇最激動人心的DNA和分子生物學產(chǎn)生和發(fā)展的前期經(jīng)驗作為案例，說明民主治學與科學原創(chuàng)的密切關系。

20世紀的前30年，物理學革命蓬勃展開，其中以原子物理和核物理的發(fā)展最引人注目，因此分子生物學開創(chuàng)的組織者皮魯茲（Max.F.Perutz）說： “盧瑟福是世界上最偉大的實驗物理學家。”王竹溪教授在去世前幾個月向筆者說：“二三十年代世界上最偉大的科學家是盧瑟福，不是愛因斯坦。”王先生那時正與華羅庚和張宗遜在劍橋做盧瑟福的女婿福勒的研究生，工作就在卡文迪什實驗室，自然了解當時的實際情況，因此才會得出上述結(jié)論。實驗物理的特點是實驗，實驗要求多專業(yè)的人才合作，這就需要民主學風，盧瑟福是卡文迪什實驗室的第四任教授，他的民主治學作風使其成為著名的科研組織家和培養(yǎng)人才的巨匠。

用物理的方法研究蛋白質(zhì)的分子結(jié)構，開始于貝爾納。1930年貝爾納到哥本哈根的玻爾理論物理研究所訪問研究一年，那時，該所與卡文迪什實驗室結(jié)成姊妹關系，玻爾為了將量子力學用到生命問題上，提出“光與生命”關系的論題，鼓勵貝爾納研究，這位思想極其活躍的晶體物理學家兼核物理學家在1931年回卡文迪什實驗室后，開始籌備用X-射線結(jié)晶學的方法研究蛋白質(zhì)晶體結(jié)構的實驗室，得到盧瑟福的大度容納和有限度的支持，不久，他發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)晶體對X-射線的衍射現(xiàn)象，開創(chuàng)了X-射線蛋白質(zhì)晶體研究的先河。

1937年盧瑟福去世，1938年貝爾納的老師、X-射線晶體物理的奠基人之一勞倫斯·布拉格（W．Lawrence Bragg）被聘為卡文迪什實驗室的主任，此時貝爾納到倫敦大學任教授，實驗室只留下從奧地利來的青年化學家皮魯茲。二次大戰(zhàn)爆發(fā)，皮魯茲與家中斷了聯(lián)系，經(jīng)濟發(fā)生問題，小布拉格為他申請了基金，使他得以繼續(xù)工作并把他的父親接到劍橋。安下心的皮魯茲，在戰(zhàn)后有了合作者肯德魯和研究生克里克，以及后來的美國博士后沃森。克里克戰(zhàn)前在倫敦大學學物理，戰(zhàn)時做軍事科學工作，受到量子力學奠基人之一薛定諤的《生命是什么？》的深刻影響，打算用量子力學研究生命科學，因為不懂生物遺傳學，所以到劍橋物理系念博士。沃森在美國印第安納大學用X-射線研究噬菌體，取得生物學博士，他也受到薛定諤的《生命是什么？》的影響，到哥本哈根大學做基因轉(zhuǎn)移的遺傳學研究，但是深感缺乏研究蛋白質(zhì)結(jié)構的實驗條件，經(jīng)過百般努力，得知英國卡文迪什實驗室有蛋白質(zhì)晶體X-射線研究的設施和經(jīng)驗，終于歷經(jīng)兩大洲和五個城市才來到劍橋，與克里克一拍即合，從此開始了有效的三年合作。

那時世界上研究蛋白質(zhì)晶體結(jié)構與遺傳學的有三個小組：美國加州的鮑林，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)α單螺旋結(jié)構，先后主張DNA單和三螺旋結(jié)構；第二組是倫敦大學的威爾金森—弗蘭克林組，他們學物理出身，掌握X-射線蛋白質(zhì)分子結(jié)構衍射圖，分別主張三螺旋和反螺旋結(jié)構；劍橋的沃森—克里克組，閱歷最淺、基礎最差，但是思想?yún)s最活躍，探求力強，他們在看到弗朗克林的X-射線蛋白質(zhì)晶體結(jié)構照片后，認為是雙螺旋結(jié)構，經(jīng)過實驗證實，終于取得成功。他們是得到晶體物理奠基人小布拉格的接納和鼓勵，得到分子生物學組組長皮魯茲的幫助，并在皮魯茲和肯德魯?shù)募〖t蛋白和血紅蛋白大分子結(jié)構研究的影響下，形成分別探討蛋白質(zhì)和遺傳基因大分子結(jié)構的研究環(huán)境，實驗室主任小布拉格的民主學風和X-射線晶體物理研究環(huán)境，是DNA雙螺旋結(jié)構能夠發(fā)現(xiàn)的溫床。

后來，克里克在寫小布拉格去世的悼文中說：W.L.布拉格是“辛勤的園丁”。這個園丁以善于選苗和將其培育成長而聞名，經(jīng)過布拉格精心的培育和扶持，終于在1962年卡文迪什實驗室取得五個諾貝爾科學獎，以及后來又取得兩個諾貝爾射電天文學獎。

關于取得的巨大成就，沃森后來說：“非常重要的因素是有幸在一個博學而寬容的圈子中，科學不是個人的行為，而是許多人的創(chuàng)造。”顯然，沒有卡文迪什實驗室作為物理實驗室的極大耐心和寬容，沒有該室在X-射線晶體物理和X-射線蛋白質(zhì)晶體研究背景、高分子化學和生物遺傳學的博學環(huán)境，沒有盧瑟福、小布拉格和皮魯茲的民主治學和科學管理的環(huán)境，DNA雙螺旋結(jié)構和蛋白質(zhì)大分子結(jié)構是不可能在這里發(fā)現(xiàn)的。由于科學和民主學風在這里有成效的結(jié)合，終于培育出生命科學的原創(chuàng)性成就，使生物學在達爾文進化論之后發(fā)生了一場深刻的革命，成為現(xiàn)代科學最重要的代表性成就之一。

1962年分子生物研究組從卡文迪什實驗室?guī)缀醣慌艛D出來，在皮魯茲的努力下得到英國生物醫(yī)學研究委員會的資助，建立了分子生物實驗室，由皮魯茲任董事會主席，而不是研究指導，因為他認為民主討論決定研究政策比較好，負責人最好不要去指導研究。據(jù)蒲慕明博士回憶，皮魯茲曾經(jīng)說過：“科學上的創(chuàng)新是不能夠組織的，從上而下的指導將會抹煞創(chuàng)新。”貝爾實驗室的第二任總裁巴克萊也說過：“研究指導永遠不要做的是指導研究，也不能允許任何監(jiān)督班子指導研究，成功的研究是某種探索的頭腦自身尋找所取向的真實……并且給予他們探尋的自由。” 連著名的研發(fā)機構貝爾實驗室的總裁都得出這樣的經(jīng)驗，何況基礎研究機構的指導呢！外行領導內(nèi)行的論調(diào)已經(jīng)被大量歷史事實證明是錯誤的！

沃森在完成DNA雙螺旋結(jié)構研究之后，于1956年到哈佛大學任教，從1978年開始他擔任冷泉港實驗室的主任，并在1994年任其理事會的主席，由于他的努力和影響，該實驗室很快成為美國主要的癌研究中心和世界生命科學的研究圣地，1989年他被任命為美國國立衛(wèi)生研究院的主任，同時參與發(fā)起有六個先進國家參加的“國際人類基因圖譜計劃”， 這個堪與曼哈頓計劃并列的偉大計劃在2003年由六國元首共同宣布完成，對生命科學的發(fā)展至為重要。這位偉大的科學家從科學與民眾著眼，不但將冷泉港實驗室變成國際生命科學的研究基地，而且開展了龐大的生命科學人才培訓和普及工作，有300多名科學家在這里進行創(chuàng)造性研究，每年開20場國際學術會議和近8000名科學家學習的課程。為教師和大學生提供實驗和學習的條件，出版五種國際影響的刊物，從而為生命科學的研究和學習，以及普及工作作出重要貢獻。

分子生物實驗室在1962年從卡文迪什實驗室分離出來后，在皮魯茲領導下，發(fā)揚卡文迪什實驗室的優(yōu)良傳統(tǒng)，并且作出許多重要的改進，從而發(fā)展成為國際分子生物學的研究中心。皮魯茲將這個實驗室發(fā)展成世界分子生物學的主要研究中心，在1962年后有8人獲得了諾貝爾獎。

劍橋分子生物實驗室以及其后繼研究機構：桑格中心和威康桑格研究所，所以能夠取得如此大的成就，皮魯茲認為原因在于：正確地確立了發(fā)展的研究方向，成功地吸引了杰出的科學家，和創(chuàng)造條件讓他們自由工作的環(huán)境，這就是聘請有原創(chuàng)性的人才并讓他們在自由奮發(fā)的寬松環(huán)境中做出重大科學突破。皮魯茲說過，他不但繼承并且發(fā)展了卡文迪什實驗室的優(yōu)秀傳統(tǒng)和民主學風，如他把研究指導改為理事會主席，理事會不指導研究，而是吸引和保持有才能的青年人，并放手讓他們工作，研究他們感興趣的并采取手段予以實現(xiàn)。他認為經(jīng)驗說明，失敗的實驗室往往由于它們的科學家們從不相互討論以刺激思想交流，為此他建立了小吃店，供研究人員早晨喝咖啡、午餐和午后茶，提供多接觸和漫談的機會。他將卡文迪什實驗室極其著名的傳統(tǒng)——午后茶時，改為由他的夫人主持，準備茶或咖啡和好的點心，供大家休息和交流。他不再坐在辦公室通過秘書與大家聯(lián)系，而是坐在實驗室的板凳上和X-射線管旁，他將辦公室門永遠打開，任何人都可隨時進入，提出各種意見。克里克甚至建立每年一周的專題研討班，將自己的研究心得講出來與大家交流和討論。在1986年后克魯格任主任期間，像磁鐵一樣吸引著來自世界各角落的人才，進行交流和學習，克魯格后來當選為皇家學會的主席。總之，劍橋的分子生物實驗室及其后來演變的桑格研究所，不論在治學方法和研究環(huán)境上都采取了一系列的措施發(fā)揚民主治學和管理，從而將當代的生命科學推向高潮，作出一系列重大貢獻，生物制藥和生物工程已經(jīng)成為目前英國的重要產(chǎn)業(yè)而得到舉國上下的關注。

極其迅速發(fā)展起來的生命科學，是現(xiàn)代科學的標志性成就之一，它的出現(xiàn)有很多原因，但是最令人稱道和感興趣的應當是將民主的學風有機地滲透和融合到科學原創(chuàng)的活動之中，這個成功的經(jīng)驗值得長官制封建意識濃重的我國科技界認真借鑒和學習。