生物工程的方向

生物工程的方向_生物工程的发展

第二节　生物工程的方向

生物工程在将来世界经济方面的作用如此振奋人心，它创造出的奇迹一个又一个，如此令人赞叹不已，是因为它有五个强大而富有生命力的技术系统：基因工程、细胞工程、酶工程、微生物发酵工程和生化工程。我们先看看它们究竟为何“物”。

基因工程

基因工程也叫遗传工程，或DNA重组技术。这一技术在生物工程中的地位举足轻重。基因工程简单地说，就是对不同生物的遗传物质——基因，在体外使用一种工具酶，用人工的方法，进行“剪切”、“组合”、“拼接”，使遗传物质按照我们的意愿重新组合，然后通过运载物质（质粒、噬菌体、病毒等）转入微生物体内或动、植物细胞内，进行无性繁殖，并使我们需要的基因在细胞中表达出来，产生出我们所需要的产物或组成新的生物类型。

这一技术于1973年在美国首次获得成功。当时斯坦福大学的科恩和旧金山加州大学的博耶共同实现了这一DNA重组实验。他们共做了三个实验，我们介绍其中的一个。

大家知道，DNA（脱氧核糖核酸）是细胞内的遗传物质，基因就是DNA的一个小片段。生物的一切性状诸如花蝴蝶美丽的花纹，翩翩的两翅之所以如此而不会长成其他的模样，都是由许多这小小的基因加之周围环境的作用形成的。

科恩和博耶将南非蟾蜍的DNA与质粒PSC101（细胞内的一个细胞器，作为DNA的运载物质）连接，得到了重组质粒，然后把这个重组过的质粒植入到大肠杆菌的细胞里，于是大肠杆菌就产生出了原来本是南非蟾蜍产生的物质。

科恩和博耶重组DNA实验的成功，成了当今轰动于世的基因工程的起点，科恩和博耶也被誉为“重组DNA之父”。人类社会从此就能按照他们开创出来的方法，组构各式各样的工程菌，也能使它表达原来宿主的生物学特性，生产原来不能生产的产品，提供原来不能提供的服务了。

现在，人类作为进化程度最高的高级动物，可以通过一整套的基因工程技术，使人类所特有的产生胰岛素之类物质的能力，转移到进化程度最原始的原核生物——细菌的细胞内，还能在细菌里指挥和控制合成胰岛素的机器，产生出胰岛素，这难道不是人间奇迹吗？

细菌生产的人胰岛素在20世纪80年代就已投入市场销售，这也只不过是许多例子中的一个，还有许多生动的例子：如能自动脱毛的绵羊、超级鼠、巨鱼、用细菌生产的没有蛋壳的鸡蛋等等。基因工程的巨大潜力还等着我们不断去开发。

细胞工程

细胞工程这个名词也是最近几十年才时兴起来的，尤其是1975年英国剑桥大学的米尔斯坦发展了杂交肿瘤细胞技术以及单克隆抗体的作用，使细胞工程开始为世人所瞩目。

米尔斯坦和另外一位英国科学家科勒合作，经过一段时间的耐心探索，制定了自己的实验目标：他们取来小鼠脾脏用来制备浆细胞，再用它与骨髓瘤细胞进行融合操作，得到的杂交肿瘤细胞既能像骨髓瘤细胞那样繁衍，又能不停地分泌对付红细胞的抗体。由于小鼠脾脏细胞免疫后只分泌一种抗体，因此杂交肿瘤细胞在克隆化后，即无性繁殖后所产生的抗体是免疫性均一的，这就现在人们熟知的“单克隆抗体”。它确实是一个制造纯抗体的理想小工厂。为此，米尔斯坦和科勒获得了1984年的诺贝尔医学和生物学奖。此外，丹麦科学家俊恩因提出了“克隆选择论”，在抗体多样性理论方面贡献卓越，也分享了这一年的诺贝尔奖。

单克隆抗体就像长了眼睛的枪弹一样，可以从千百个目标中，准确无误地选定一个敌人，是世界是第一个“生物导弹”。

20世纪80年代初，人们又巧妙地利用单克隆抗体的这一特点，设想在它的上面安装上化学药品，那么单克隆抗体就会像火箭飞弹那样，击中靶子细胞和癌细胞，达到治疗包括癌症在内的各种疾病的目的。到那时，人们就再也不用“谈癌色变”了。相信这一天已为期不远了。

目前，国外已研制出数百种单克隆抗体，已有相当一部分实现了商品化生产，除可以快速诊断我们人类的疾病外，动物和农作物也获益匪浅。

讲到这儿，大家大概已经对细胞工程是怎么回事有所了解了。这种把两个不同种类的细胞，通过化学、生物学或物理学手段，使它们融合而产生出兼备这两个细胞（亲本）的遗传特性的新细胞的技术，是细胞工程中重要的一个内容，称为细胞融合技术。细胞融合技术不仅包括上面所讲的两个动物细胞之间的杂交，也包括植物与植物细胞之间、丝状真菌与酵母菌之间、细菌细胞之间的杂交。如著名的马铃薯、番茄杂种就是植物细胞杂交的产物。另外像胡萝卜与大麦、大豆与玉米，甚至动、植物细胞间的杂交如家鼠与胡萝卜的细胞之间，都可以人为地结合在一起而产生出接受“双亲”优良性状的新细胞类型。前面提到的超级鼠则是人与家鼠的细胞杂交后获得的。

另外，细胞工程还有两项重要的技术，一个是细胞大规模培养技术，一个是植物组织培养快速繁殖技术。科学家们发现，植物细胞具有全息性，能从一个细胞或原生质体发育成为完整的植物体，当然，植物的各种器官组织也具备这一功能。用前一项技术生产的产品如一些天然药物、疫苗、烟草代用品等；而用一个康乃馨茎尖一年增殖100万株康乃馨、培养49天内就能开花的玫瑰、让兰花从“兰花工厂”中源源不断地大量生产出来，则是后一项技术——组织培养法的功劳。

酶工程

在初中化学中就已讲过催化剂。两种本不易发生反应的化学物质，一经催化剂催化，反应就能顺利进行了。酶也是一种催化剂，但不同的是它催化的是生物体内的反应，且它本身也是一种蛋白质；更重要的是，它的催化效率高得惊人，超出化学催化剂千百倍，而且是在常温、常压下进行，专一性极强。因此，我们可以设计一些特定的生物反应器，利用酶的这一特性，把相应的原料转化成对人类有用的物质。

酶工程就是这样一项技术。

早在1865年，被誉为“生物工程之父”的法国科学家巴斯德就通过实验观察到，葡萄汁被酿造成葡萄酒是一种酵母的作用造成的，而酒再变质，产生了醋酸或乳酸，则是细菌作用的结果。

后来人们发现，酵母菌和细菌之所以有如此奇妙的本领，是因为它们细胞内含有的某些酶。如果我们把这些酶提取出来，单独放在反应系统里，而不再用细菌和酵母培养，也照样能在体外完成生物转化的任务。但是，天然酶也并非完美无缺。如它的成本高，而且由于它的转化反应是在稀释液体中实现的，回收困难，只能使用一次；又如有时它的稳定性或生物活性不符合我们的要求等等。这样，又有了酶的固定化技术和酶的化学修饰及分子改造技术，这两项技术也是酶工程中的重要内容。

世界上第一个固定化酶是20世纪60年代初由以色列科学家Katchalski—Katzir装配成功的。他发现了酶并不在溶液中起作用，而是包在细胞膜或细胞器里面起作用的。于是他试着把酶从细菌中分离出来，再结合到具备一定性质的固体支持物上，或包埋于天然的（或人工合成的）膜上。他意外地发现，有些酶固定化以后，活性不仅未受影响，稳定性反而有了提高。由于Katzir对酶工程研究与开发作出了杰出贡献，“酶工程之父”的桂冠便戴到了他的头上。

目前自然界中被检定过的酶多达三千多种，但只有约100种已经开发或投入商品生产。

微生物是工业酶剂的主要来源，而且产酶能力很高，如一吨发酵液得到的淀粉酶几乎与数千头猪胰脏得到的酶量相当，简直是个奇迹。而奇迹在生物工程领域的确“屡见仍鲜”，且每每令世人为之惊叹。生物工程的丰碑

21世纪是生命科学的世纪，迅猛发展的生物工程必将在人类未来的发展史上大放异彩。

追溯生物工程数千年的发展历程，无数科学家为了探求真理，历经了千辛万苦，前仆后继、奋勇向前。他们是生物工程乃至整个生命科学发展道路上的不朽丰碑。

在这一座座流芳百世的丰碑上，既铭刻着他们在探求生命的奥秘方面做出的卓越贡献，又铭刻着他们的开拓进取、奋斗不息、百折不挠的献身精神。他们的精神将激励着一代又一代献身科学的人们……生物工程的发展

1．进化论的奠基者达尔文

1859年11月24日，对于英国伦敦，这是一个很不平凡的日子。这一天，伦敦众多市民涌向一家书店，争相购买一本刚出版的绿色封面的新书。这本书的第一版1000余册在出版之日即全部售完。许多读者因买不到它而遗憾不已。原来不愿承印它的出版商为之精神一振，又再版了3000册，也很快一抢而光了，欧洲各国不少读者还要求邮购。这在当时是十分罕见的。

这本轰动一时的书就是《物种起源》。马克思在仔细研究了这部书后指出：“这本著作非常有意义，我可以用它来当作历史上的阶级斗争的自然科学根据。”恩格斯则称《物种起源》为“划时代的著作”。这部受到高度评价的著作的作者就是进化论的奠基者、生物工程的先驱——达尔文。

兴趣的萌芽

达尔文的母亲苏珊是一位有见识、有教养的妇女。她很爱孩子，时常利用各种机会培养孩子们对周围事物的兴趣；同时她又很有耐心，十分爱护他们的好奇心，每逢孩子们提出各种稀奇古怪的“傻”问题时，她从不横加指责，而是耐心地给予解答。正是妈妈的这份爱心和耐心使达尔文对生物，对他所生活的这个奇妙的生命世界产生了最初兴趣的萌芽。

1815年夏季的一天，天气晴朗，蔚蓝的天空中飘着几朵白云，大地散发着诱人的清香。苏珊带着达尔文兄妹俩在花园里玩耍。孩子们采了一些花儿，又去捕捉蝴蝶。苏珊拿起花铲给刚栽的几棵树苗培土。她铲起一撮乌黑的泥土，轻轻闻了闻，然后把它培在小栗树的树根旁。

“妈妈，我也要闻闻”，达尔文兴高采烈地跑了过来，学着妈妈的样子闻着乌黑的泥土。突然达尔文抬起头，好奇地望着妈妈，问道：“妈妈，您为什么要给树苗培土？”

“我要树苗和你一样壮实地成长，树苗离不开泥土，就像你离不开食物。”妈妈说，“好好闻一闻，这是大自然的气息，是生命的气息呀！别看这泥土黑，它却是万物生长的基础。有了它，才有了郁郁葱葱的青草，于是才有了成群的牛羊，我们就有了肉和奶；有了它，花朵才能开放，蜜蜂才会成群飞来，我们就能喝到香甜可口的蜂蜜；有了它，才能长出燕麦和稻子，我们才有了粮食和面包。”

“那么泥土里为什么长不出小猫和小狗呢？”达尔文开始刨根问底了。苏珊笑着对达尔文说：“小猫和小狗是猫妈妈、狗妈妈生的，是不能从泥土里长出来的。”

“我和妹妹是您生的，您是姥姥生的，对吗？”

“对啊，所有的人都是她们的妈妈生的。”

“那，嗯，最早的妈妈是谁，她又是谁生的？”

“听说最早的妈妈是夏娃。不过，我只知道圣母玛利亚。”妈妈用手指着远方教堂对儿子说：“就是教堂里那个圣母玛利亚，可能夏娃和圣母玛利亚都是上帝创造的。”

“那上帝是谁造的呢？”

“亲爱的，世界上有很多事，对于我，对于你爸爸，对于所有人来说，都还是个谜，我希望你长大了自己去找答案，做一个有出息、有学问的人。”也许从那时起，生命从何而来的问题就印在了小达尔文心中，直到最终自己找到这个秘密的答案。

强烈的好奇心和求知欲使年幼的达尔文把家里的花房、花园和门前大河两岸的绿色世界当成了自己最早的课堂。他不但天生地喜爱动物，还喜欢收集各种植物、贝壳和矿物的标本。他时常独自坐在河边或塘边，静静地注视着水下的游鱼和缓缓流动的河水。在妈妈悉心地指导下，他学会了怎样根据花蕊来识别花草，怎样记住各种花草和树木的名称……伴随他对生物了解的不断加深，他对生物的兴趣也愈来愈浓了。

也许正是出于对生物的喜爱，达尔文对各种小生命也总是格外珍惜。他很喜欢摸鸟蛋，但绝不将鸟蛋全部拿走，否则他觉得鸟妈妈太可怜、太孤单了。

童年在无忧无虑中过去了，妈妈的耐心引导使达尔文对生物的兴趣产生了萌芽，尤其是生命从何而来更成了小达尔文心中最神圣的领地。然而也正是得益于母亲耐心的教导，他那良好的观察能力、敏锐的思维能力为他日后的成功打下了坚实的基础。

巧遇“伯乐”

1825年秋天，达尔文按父亲的意志进入爱丁堡大学攻读医学，但是他对生物学的爱好却从来没有失去，并且还经常听地质学课，后来他又决定不学医学。两年后他被父亲强迫送入剑桥大学攻读神学。对于这一系列的安排，达尔文感到很厌烦，可又逃不出神学院这个牢笼，一度相当消沉。但不久他遇到了对他整个一生影响最大的一个人，这个人使他对生物学的热情再次迸发出来。

一个初夏的假日，达尔文为父亲不准他放弃神学专业而十分苦恼。这时，他的表哥约他去参观剑桥大学植物园，达尔文也想去散散心，于是也就欣然前往。

在植物园，他们遇到了一位年轻的教授正在利用假日给几个爱好植物学的学生讲解虫媒花的传粉过程和方式。达尔文对教授走出教室用实物来进行教学的方式十分感兴趣，于是他一直跟着他们，聚精会神地听着这位年轻教授的讲解：

“现在，我们再来看看金鱼草花的结构。”教授随手摘下两枚金鱼草的花，把一枝交给学生，“你们看，它的花瓣像嘴唇那样上下紧闭，花蕊和花蜜都藏在筒状的花瓣里面。”

“真是守口如瓶啊！”一个学生说，“教授，金鱼草大概是自花传粉的植物吧？”

“不，它是虫媒花。”教授摇了摇头说。“不过，大小不合适的昆虫，是别想突破‘瓶口’，进去吃蜜的。”

“这么说，还要经过‘体格检查’了。”还是那个快嘴学生开玩笑，逗得大家哈哈大笑起来。

“嗯，可以这样比喻。”教授也笑了，他用食指轻轻地弹着花瓣的下唇说，“你们看，花瓣的下唇就好像翘翘板，如果飞来的昆虫太小，身体轻，踏不开花瓣的下唇，当然就进不去；相反，昆虫大了，踏开下唇不成问题，但是花瓣筒小，它也钻不进去；只有像蜜蜂那样大小的昆虫才合适，它既能踏开下唇，又能钻进花瓣饱餐花蜜，同时帮助传粉。”

教授深入浅出的讲解，使大家明白了金鱼草花的构造以及它是如何与昆虫传粉方式相适应的，一个个都在赞叹“上帝的设计太妙了！”达尔文一直在旁边专心听讲，同时也在考虑着一个问题，这时他终于忍不住了，“教授，上帝是先创造出花，再根据花的结构才设计了昆虫，还是先创造了昆虫，再去设计花的结构呢？”

这个问题一提出，同学们就七嘴八舌地谈论开了。有的说上帝先创造了花，有的说上帝先创造了昆虫，有的说花和昆虫是上帝同时创造的，就连年轻教授也没法说清究竟谁是谁非。其实，达尔文当时也是从神学观念提出这个问题的。一直到1859年，他自己才得出了关于虫媒花问题的科学解答。不过，达尔文这一问，倒是引起了年轻教授的注意。本来教授以为这个青年是来看热闹的，没有在意，现在他走过来问达尔文：

“你叫什么名字？学什么专业的？”

“我叫达尔文，喜欢自然科学，特别是生物学。但是我的专业是神学。”

达尔文提到了专业时不好意思地低下了头。

“噢，科学和神学，从表面上看来，好像是水火不相容的，实际上是可以共存的。从哥白尼到牛顿，许多受人敬仰的杰出人物，他们既是伟大的科学家，又是神学家！”原来这个教授历来主张科学和神学是可以共存的，现在就用这个观点来开导达尔文。

想了想，教授又对达尔文说：“我叫亨斯洛，在我家里，每星期有一次爱好科学的青年和职员的晚间聚会。如果你有兴趣，请一起来参加。”

“那太好了！”受到这个邀请，达尔文高兴得几乎跳了起来，因为他早听说剑桥大学有一位通晓各学科，并且在许多学科上都有很深造诣的亨斯洛教授。

以后达尔文每次都准时参加亨斯洛教授家的小型学术聚会。参加聚会的都是一些爱好自然科学的青年和年长的职员以及一些当时的知名人士。每次散会他都是依依不舍地离开亨斯洛教授的家，并且经常对表哥说：“我从来没有见过这样博学、热情、诚恳的老师，真是相见恨晚哪！”

由于达尔文的勤奋好学，不夸夸其谈，观察事物敏锐，搜集标本勤勉，亨斯洛教授非常喜欢他，同他的友谊日渐深厚。人们经常看到他们在一起散步，讨论学术上的问题。因此，剑桥大学的老师们称达尔文是“同亨斯洛一起散步的人”。

不久，达尔文选修了亨斯洛教授的植物学课，亨斯洛教授每星期都要带着他和几个学生到近郊采集标本；每个学期还要长途步行到某种稀有植物的产地去采集标本，或者进行两三次旅行。他们坐着驳船沿乌斯河顺流而下，到那些沼泽地去作野外调查；或者坐着邮车到乌斯河上游甚至更远的地方去采摘野百合花，在荒地上捕捉那种稀有的黄纹蟾蜍。亨斯洛教授把整个大自然当作课堂，把旅行中遇到的每一种新奇的动植物，每一块有特点的地层都写成教材，具体生动地向学生们传授知识。达尔文发现教授在植物学、昆虫学、化学、矿物学、地质等方面的知识都是很丰富的。于是对教授更加钦佩，也更加努力地向他学习。

亨斯洛教授也像精心培育幼苗一样，注意保护达尔文的自尊心和对自然现象的好奇心。有一次达尔文在潮湿的板面上检查一些花粉粒，他发现花粉管伸出来了，他以为这是一个新的发现，马上跑去报告亨斯洛教授。他跑得满头大汗，十分兴奋地说：“教授，我有一个新发现，这花粉管伸出来了！”对于一个植物学教授来讲，花粉管萌发是司空见惯的现象，哪里谈得上什么新发现，一般人可能会对这种少见多怪的神情感到好笑。可是，亨斯洛为了不伤害达尔文的自尊心，不给他的好奇心泼冷水，不但没有嘲笑他，反而高兴地说：“哦，你发现的这种现象是多么有趣啊！”

“是吗？”

“是的，花粉管是花粉粒萌发形成的。”亨斯洛把达尔文带来的标本放在显微镜下，让他看得更清楚些，同时解释说：“花粉管的产生，使精细胞和卵细胞的结合不再依赖水作为媒介了，这对陆生植物来说是很重要的，也是种子植物的主要特征之一。”

达尔文听了亨斯洛的讲解以后，一点也没有感到难堪，仍旧很高兴，不过他决定以后不再那样慌里慌张地去报告他的“新发现”了。

当达尔文在科学和神学之间徘徊，感到前途迷茫的时候，是亨斯洛教授使他作出了正确的抉择。达尔文遇到了亨斯洛就像哥白尼遇到了诺瓦腊，布鲁诺遇到了瑞理，牛顿遇到了巴罗一样。历史上，有许多独具慧眼的“伯乐”发现和帮助了那些有才华，有抱负的青年，使他们成长为伟大的科学家。他们的发现和无私的帮助不仅使那些青年走向了成功之路，而且他们对于整个科学发展的进程也功不可没，他们的名字也连同那些他们曾经帮助过的成功者的名字一起被刻在了人类科学史的里程碑上。

荒凉群岛上的伟大发现

1835年秋天，达尔文乘坐的贝格尔舰结束了南美洲西海岸的考察，向一个名叫龟鳖群岛的地方驶去。几只海鸟在头顶上盘旋，远处的岛屿隐约可见。龟鳖群岛，又叫加拉帕戈斯群岛。“龟鳖”的名字是16世纪西班牙人提出来的，因为他们看见这里有大量的大海龟，大的有180千克重，需要七八个人从地面上抬起来，觉得很奇怪，就这样称呼它。

这个群岛虽然在赤道上，但是由于低温洋流的影响，并不像南美洲的同纬度地区那样炎热，不过雨水极少，土地贫瘠，到处是火成岩。干燥的低地上稀稀落落地长着一些灌木、小草和各种奇形怪状的仙人掌。群岛上布满了火山，有许多大大小小的火山口，有的火山口正在喷着浓烟，岩浆流过的地方更是寸草不生，显得十分荒凉。

可是龟鳖群岛有许多特有的动植物。它们强烈地吸引着达尔文，他在这里看到了许多从未见过的生物。

龟鳖群岛果然名不虚传，在每个岛屿上都可以遇到不少行动蹒跚的大海龟。这些庞然大物居住在干燥的低地上，只能靠吃仙人掌过活，如果能有一块潮湿地面，那便是它们的乐园了，在那儿可以吃到一些树叶、浆果和地衣。海龟是喜欢水的，可是它们在那一年只有几天下雨的干燥地带，也能生活下去，因为它们能够爬行十几千米的路程去寻找到水源。达尔文曾经跳上一只大海龟的背，乘着它到达了一个靠近水源的地方，看到了一幅非常有趣的画面：一队已经喝饱水的大海龟刚要离去，另一队又伸长头颈匆匆地向水源前进。大海龟一到水边就一头伸进水面，贪婪地喝个不停，直到喝够了才肯离开。它们不但把肚子喝得胀鼓鼓的，而且在膀胱和心囊里贮满了水。当地居民在干旱地区行走，口渴难受的时候，就杀死一只海龟，喝掉它膀胱和心囊里的液体，以应生命之需。

“先生，您尝尝看，比得上你们的咖啡吗？”当地居民热情地邀请达尔文同他们共饮。出于好奇心，达尔文品尝了它的滋味，然后说：“嗯，略微有点苦，但是很可口。不过，还是心囊里贮存的水滋味最美。”

“用海龟肉炖的汤就更鲜美了。我们都是流放到这里来的犯人，现在定居下来，主要就是靠这种龟肉过活的。”

“我们已经吃过龟肉了。头几天，总督劳森先生就是用龟肉招待我们的。他还告诉我们，从前西班牙人到这里来，就是根据这种海龟爬行的路线找到第一个水源的，”达尔文说，“劳森先生那天请我们吃的海龟是从詹姆斯岛捉来的。他说那个岛产的龟，它的肉比别处的要鲜美点。真是这样的吗？”“是的，你们英国人劳森先生在这里居住很久了，他说詹姆斯岛产的龟肉味道最鲜美是确实的。我们一看龟背的形状和特点，就知道它是哪个岛上产的，肉好不好吃。”

达尔文听说不同岛上的龟形状不同，连忙问那些当地居民：“为什么各个岛上龟的形状不一样？”

“这个问题应该去问上帝，为什么不在每个岛上创造出味道同样鲜美的海龟来。”一个当地的居民说，“我们只知道从龟背的形状来识别它是哪个岛上产的，味道好不好吃。这对我们来说，已经足够了。”

那人的一席话，再次把达尔文的思想引到了那个“秘密中的秘密——新的生物在世界上初次出现”的问题上。一群彼此离得很近的岛屿，地质构造和气候条件都相同，高度也差不多，为什么同一物种的生物在各个岛屿上会不一样呢？他带着这个问题继续考察。

怪模怪样的钝齿鬣蜥，又使他想到了同样的问题。这种罕见的大蜥蜴分海生种和陆生种两类。海生钝齿鬣蜥长约1．2米左右，体重10千克左右，趾间长有不完全的蹼，可是有强劲的爪子能牢牢地抓住海底的岩石。退潮的时候，它们常常和螃蟹结伴而行，以前来考察的人断定它们靠螃蟹和鱼生活。其实不然，它们完全是靠海藻生活的。陆栖钝齿鬣蜥虽然小一些，但是也有五六千克重。它们经常进行日光浴，用自己身上的虱子盛情地招待反舌鸦。奇怪的是，它们不是分布在加拉帕戈斯群岛的每个岛上，却是集中在群岛的中央部分，并且只从中心岛分布到四周一定距离的地方为止，看上去好像是在这个群岛的中心岛上被创造出来的。雄蜥蜴身体的颜色也十分有趣，在一些岛上全是灰暗的，在另外一些岛上却是十分鲜艳的。起初，达尔文对这点感到迷惑不解，后来就开始思索加拉帕戈斯群岛的每个岛屿上是不是都有自己独特种类的生物呢？每个独特种类的生物是不是在各自生活的特定的环境中产生了变异呢？对鸟类的考察，使他的思想有了进一步的发展。

达尔文在这里一共采集到了26个类型的陆栖鸟类，除了有一种是从美洲飞来的，其中25种类型都是这个群岛所特有的。在采集过程中他发现，查理士岛上所有的鸟都属于一个种类——三环反舌鸟，阿尔贝马尔岛上所有的鸟都属于最小的一种反舌鸟，而詹姆士岛和查塔姆岛上的所有的鸟却都是属于黑色反舌鸟。更加令他惊奇的是，同样的雀属鸟儿，在不同的岛屿上，鸟嘴的长短和粗细也都各不相同：又粗又大的是大嘴地雀，其次是勇敢的嘴最小的小嘴地雀，鸟嘴又细又长的是舍契德雀。从前到过这里的旅行家都来去匆匆，谁也不可能发现这样的秘密，他们根本没有想到在这些相距很近的岛上地雀的嘴巴会有这么大的区别。

回到贝格尔舰上，达尔文在船舱里对地雀标本进行了细致的比较。鉴定后对舰长菲茨罗伊说：“根据我收集的鸟类标本，我敢说物种不是不变的。”“真有您的，我的生物学家，您居然要推翻物种不变论了。”菲茨罗伊舰长很不以为然地说，“难道您忘了大科学家林耐和您的导师是怎么说的了吗？”

“他们都说物种是不变的。”达尔文说，“不过物种不变论是无法解释地雀嘴从大到小有这么多类型的。为什么在这些相距不远，甚至鸟鸣相闻的各个小岛上，会有各自特有的生物呢？”

“那是上帝创造的结果啊！《圣经》上不是说得很清楚吗？”

“那么，上帝为什么要这样煞费苦心地在不同的岛屿上把鸟嘴创造成粗细长短各不相同的呢？”

“这正说明了上帝的仁慈和智慧。”菲茨罗伊津津乐道地说，“又大又粗的嘴巴是为了在坚硬的岩石上啄食物有劲，又小又细的嘴巴是为了吃草丛里的食物方便。”

“为什么鸟嘴除了这种明显的区别外，还有介于它们之间的过渡类型呢？上帝为什么把加拉帕戈斯群岛上的生物创造成南美洲的类型却又不完全相同，为什么不按照我们英国的生物类型创造呢？”

达尔文连珠炮般地提出了一系列问题，问得菲茨罗伊舰长张口结舌，无话可说。他沉思片刻后反问达尔文：

“按照您的看法，应该怎样解释呢？”

“根据我的调查和反复思考，我认为加拉斯群岛上的生物是从南美洲迁移过来的。它们有的乘风飞来，有的是随着浮木漂泊而来的，有的是攀附在大鸟的脚上来的……可是，不管有多少物种能够漂洋过海，能幸存下来的总是少数。这就是为什么加拉帕戈斯群岛上的生物种类不像其他地区那样繁多的原因。”达尔文解释说，“这些新来的物种在环境条件的长期影响下慢慢地产生了变异，就发展成了现在的状况，它们不过是南美洲鸟类的变种罢了。这类变种是在远离大陆的小岛上特殊生活条件下形成的。因此，各个小岛上的鸟类都具有它们在南美洲祖先的某些基本特征，而又不完全一样。”

“上帝哪里去了？”菲茨罗伊生气了，“《圣经》上明明说生物是上帝创造的，物种是不变的，那么该把谁的话当作真理呢？上帝的，还是您达尔文先生的？”

“随您的便，我并不希望您把我的话当作真理，我只是尊重事实。”事实证明，达尔文说的确是真理，进化论的观点就萌生在这个不起眼的群岛上。

谁是命运的操纵者

生物界中究竟谁能够生存，而谁又注定要死亡？是什么决定它们的命运呢？怎样揭示“秘密中的秘密——新的生物如何在世界上初次出现？”带着这许多问题，达尔文广泛地研究各种资料，经过无数次地深思熟虑，终于找到了答案，并用22年宝贵的时光写出了一本名叫《物种起源》的书稿。为了与别的学者交流思想，探讨《物种起源》，达尔文把他的亲密朋友、著名生物学家胡克博士请到家里。宾主坐在客厅的沙发上，一边喝着咖啡一边促膝谈心。

达尔文说：“根据我在环球考察期间观察到的大量事实，和我最近阅读的大批农业方面和园艺方面的书籍，思想上总算理出了一个头绪，我确信物种不是不变的，这和我原来的观点相反，我觉得自己好像是犯了大罪一样。”“这不是什么新东西，查理（达尔文的爱称）。人类一直在创造新的植物品（物）种，还有各种赛马、信鸽的新品（物）种。”胡克道。

“可是那是人工的，是人们干预造成的。真正的问题是物种在自然状况下是否始终不变？难道它们就不会改变自己去适应变化的环境，产生新的形状、颜色和器官吗？”

“您是说，植物、动物，所有的生物，一直都在变化着？我看很多生物学家是不会接受的。”

“是的，由于物种在自然状况下的变导非常缓慢，不像在家养情况下那么容易产生变异，所以大多数生物学家一直没有注意到它们。”

说着，达尔文回到书房，把那份300多页的手稿拿了出来。他对胡克说：

“这就是表述我全部观点的一份提纲。我不怕见笑，请您看一看。”

“啊！这么一大本，还仅仅只是一份提纲？”胡克接过手稿认真阅读起来，看到明显漏字的地方还给补了上去。文稿中关于变异事实的许多描述使他眼花缭乱，什么“相关变异”、“延续性变异”、“用进废退”、“获得性遗传”等新名词也反复出现。他感到有些迷惑，几乎无法理清自己的疑问，便合上文稿，准备向达尔文提出自己的疑问，才发现达尔文早已经离开了客厅。于是他就带着手稿向达尔文的书房走去。

“达尔文先生，我不怀疑动植物在家养下的变异；可是自然界的物种也会发生变异，我感到不好理解。”

“您大概不会否认，在自然界里分布很广泛的植物一般都存在各种变种吧？”达尔文想用胡克所熟知的植物例证来解释。“各个地方的气候条件是千差万别的，正因为此，分布在广大地区的物种便比分布在狭小地区里的物种所遭遇到的生活条件的变化多得多，于是也就呈现出比较多的变异。”

“那么动物呢？”胡克不满足的说，“动物可以到处走动，甚至能从地球的北部飞到赤道附近。”

“动物也不例外。分布广泛的物种总是出现比较多的亚种，比如老虎就有很多亚种。”达尔文看到胡克频频点头，他说得更起劲了。“更为有趣的是，如果一个动物器官发生了变异，它可以引起相关的另一些器官的变异，我把它称为相关变异。例如：无翅的动物，头也长；蓝眼白色的雄猫，耳朵一定是聋的；短喙的鸽子脚也小，长喙的鸽子脚很大。还有一个重要的现象是连续性变异，它指的是这样一种情况：一个器官朝着某一方向发生了一定程度的变异，而且引起变异的自然条件继续影响着它们的后代，那么，那个器官就会朝着同一方向连续发生变异。它同生（种）物的进化有着相当的密切关系。”“不过，现在流行的观点是：生物各种特殊的性状是造物主按照一定目的创造出来的，比如美丽的花冠是为了供人欣赏才被创造出来的呀。”“如果美的东西完全是为了供人欣赏才被创造出来的，那在人类出现以前，地球表面上就该远不如人类登上历史舞台以后那么美。”达尔文怀着少有的激动心情，据理力争说，“难道第二纪的有精致花纹的菊石，都是为了让人类在多少年代以后可以在陈列室里欣赏而被创造出来的吗？”

“造物主干什么去了？您认为是……”

“造物主？造物主可不在科学讨论的范围里。”达尔文把话题一转说，“我发现的是一种简单的途径，它使生物能够适应变化的环境，这就是自然选择。”

“自然选择，这不是自相矛盾吗？我听不明白。”

“我们都承认，自然界的每个物种都在为生存而斗争，为食物而斗争，我相信经过不断的斗争，一定会对每个现存的物种产生影响。”

“请您再说得具体一些，好吗？”

“就拿长颈鹿来说吧，我不同意拉马克说的是长颈鹿的意志或者愿望使它们形成了长颈。而在自然界中本来就有脖子比较长和比较短的一些个体，假如某一个时期，地面食物缺少了，只能依靠高处的树叶为生，那么脖子比较长的个体当然就容易适应变化的环境，有比较多的生存和繁衍后代的机会；而那些脖子比较短的个体很难吃到高处的树叶，也就容易被变化了的环境所淘汰。”

“哦，我明白了一些，但您能谈谈进化的机理问题吗？”达尔文喝了一口咖啡，沉思片刻后对胡克说：“我承认，一切生物都有按几何级数增加自身后代个体数目的趋势。如果每个胚胎都能发育成活的话，按照几何级数增殖下去，不需要那么多年，任何一种生物都可以充塞整个地球，甚至没有容身之地。但是，自然界并没有发生这种现象，生物无限增殖的趋势一定会因食物和空间的不足而被遏制。繁殖过剩，而每个胚胎都力争发育成长，这就必然引起生存斗争……”

“等等，查理，动物界弱肉强食的现象是司空见惯的，强大的动物吞食弱小的动物，也有弱小的动物寄生在大动物身上，这种斗争很好理解。”胡克插话说，“不过，一切生物，还有植物也在进行生存斗争吗？”

“噢，我忘了说明，生存斗争这个名词是广义的、形象性的。生存斗争不仅表现为直接的肉体搏斗或吞噬，它在植物中即表现为争取空间和阳光的斗争，”达尔文补充说，“您刚才说的，在我看来属于种间斗争。另外还有种内斗争和生物同非生物的斗争，但有一点是可以肯定的，那就是只有环境的最适应者才能生存。”

达尔文看到胡克面部有些疑惑不解的神情，就举例说：“比如，生活在沙漠边缘的植物为抵抗干旱而进行生存斗争，积雪的山顶只有耐寒的生物才能生存，恐龙就是因无法适应气候条件急剧的变化而灭绝的，它可谓是生存斗争中彻底的失败者。这些就是生物同非生物的斗争。不过，我认为最剧烈的斗争是种内斗争，因为它们居住在同一地域，需要同样的食料，遭受同样的威胁。比如，两只虎在饥饿的时候互相争夺食物，强者能饱食一顿，变得更强大，而弱者只能拖着尾巴逃跑，甚至饥饿而死；同种植物密植在一起，互相争夺水肥和空间，强者出类拔萃，弱者凋萎而死。”

胡克好像听明白了，激动地站起来走到窗口扫视着奇妙的大自然。

不久，达尔文终于创立了进化论，详详细细地阐明了物种通过自然选择、生存斗争、适者生存而发生进化的过程，解答了生物界中谁能够活命的问题，发表了震撼整个世界的《物种起源》，彻底推翻了上帝创世说，引起了生物学的一场革命。

这可是一条极其漫长的探索征途啊，不是一年，也不是10年，而是整整22年，他发表《物种起源》时，已经50岁了。作为进化论的奠基者，达尔文说：“作为一个科学家，我的成功，不管多大，最重要的是：爱科学——在长期思索任何问题上的无限耐心——在观察和搜集事实上的勤勉——相当的发明能力和常识。”的确，成功总是属于那些对科学事业坚韧不拔、锲而不舍的人！

发现神奇比例的孟德尔

在欧洲的城市里常有用名人的名字命名的广场，如法兰克福的哥德广场，萨尔斯堡的莫扎特广场等。同样，在原捷克斯洛伐克的中部摩拉维亚首府布尔诺有一个孟德尔广场。这个广场既是遗传学的发祥地，也是现代生物科学的发祥地。孟德尔就是众所周知的遗传学创始人。他正是因为发现了遗传中的神奇比例而成为流传千古的著名科学家。

艰难的求学之路

1882年7月22日，伴随着一阵婴儿的啼哭声，又一个男孩降生在欣溪澈村一个普通的农户家中。怀着无比高兴的心情，父母为他起名叫孟德尔。孟德尔小的时候就聪明可爱，特别好动。他不愿总是待在家中，经常让父母带他到农田中。趁父母在田中干活，他自己认真数着一棵棵小麦的叶子数，或是在田梗上采摘着不同的小野花，闻闻它们的不同香味，然后兴高采烈地向父母汇报一番，在得到表扬后就高兴地眨眨眼睛开心地仰起笑脸。欣溪澈村有一所与众不同的小学校，除上课识字外，教师还要在农田里教学生果树栽培和饲养蜜蜂，到了上学年龄的孟德尔就在这所学校就读。初尝读书乐趣的孟德尔对课本特别钟爱，不仅学到了许多书本知识，而且因在同龄人中出类拔萃深受老师的喜爱。在老师的指导下他学到了不少动植物方面的知识。渴求知识的孟德尔，转眼已到了结业的时候了，可双亲还没有告诉送他到高一级学校读书的事，孟德尔心中着急，常常晚上睡不好觉。有一天晚上，刚刚想睡着的盂德尔被父母亲的讲话声所惊醒。

母亲罗辛娜对父亲安托说：“眼看小孟德尔就已经八岁了，我们应该考虑让他更换学校了。”

“应该是应该，可是……”父亲安托忧虑地说。

“可如果不让小孟德尔继续上学，那只能让他和我们一样当一辈子农民，受一辈子穷；而且他自己是那么渴望继续上学，看到如今他那失去笑容的小脸，我心中很难过。”母亲辛酸地对父亲说，声音有些哽咽。

“那让我再考虑考虑，你应该休息了。”父亲一边安慰母亲，也一边思考着。他想到了家里的实际经济情况和小孟德尔艰辛求学的身影，考虑到自己耕田的后继者，他没有轻易同意这种想法。

后来，观察到少年孟德尔非凡才能的班主任老师马基塔三番两次地劝说孟德尔的父亲，建议务必让孟德尔到高一级的学校去学习，父亲安托为了让儿子脱离开艰苦的农民生活，为了孟德尔的将来，终于下决心让孟德尔继续上学。

在1833年，11岁的孟德尔终于如愿以偿地进入了皮亚里斯特尔学校的三年级学习；一年后孟德尔以班级最高的成绩和“优秀”、“超群”等评语转入特罗保的高等中学去求学。

离开父母的孟德尔，小小年纪就已经开始尝试独立生活的滋味。他在离学校不远的地方租了一间最便宜房间，每天认真地学习数学、拉丁语、地理、历史、希腊语、宗教等各门课程，而且经常晚上借着微弱的烛光如饥似渴地读着从学校图书馆借来的自然科学书籍。因家境贫穷，孟德尔总是把生活费省了又省，吃着父亲隔几天从村子里送来的面包和少量奶油。有一次早上正在上数学课，同学们都在认真听讲，两天才吃了一个面包的孟德尔，对平时一听就懂的数学怎么也难以集中精力，只觉得老师的身影在讲台上摇啊摇，忽然眼前金星乱晃，身子往旁边一歪就倒在了地上。老师和同学赶紧把他送到医院，经检查才知道是饥饿所至。就是在这样艰苦的条件之下，孟德尔抱着对知识的渴望，对学习从来没有懈怠过，终于以优异的成绩完成了六年的中学学习。

中学毕业后的孟德尔被推荐到阿罗本次大学的哲学院去学习哲学、物理学、博物学等。阿罗本次的生活使孟德尔更体会到了人生的艰难。他必须自己筹措学费；于是他找到了一个家庭教师的工作，但是过度劳累、饥饿和营养不足，使他终于病倒了，这时他不得不辍学一个学期，返回故乡的小村庄去休养。到了秋天才又回到阿罗木次去上学。

大学毕业后，孟德尔经导师推荐到布尔诺修道院成了一名从事自然科学的修道士，在院长纳普的帮助下，孟德尔又先后到布尔诺哲学院去进修了农学课程，去维也纳大学留学学习了动物分类学、植物形态学、植物分类学、高等数学、化学、物理学等课程；这使他意识到植物学对阐明遗传法则有着极其重要的作用，学到了物理学严密的思维方式，掌握了当时一些先进科研方法。正是这些为他发现神奇的比例奠定了坚实的基础。

神奇比例的发现

为什么“种瓜得瓜、种豆得豆”？为什么“一母生九子，九子又各不同”？为什么每种植物都有区别于别种植物的独特特征，它们是否由某种法则决定着，那个法则又是什么呢？从维也纳大学留学归来的孟德尔时常被这些问题困扰着。

孟德尔有一个习惯，每天晚饭后就穿着神父的便服，在自己心爱的小植物园里一边散步，一边思考问题，每当这时，这个小小的植物园便把孟德尔带入了对往事的回忆中。

早在1840年，致力于生物学研究和发展农业的纳普院长在同年召开的全德农业学会上当选为主席，面对着来自全欧洲300多名学者，纳普说：“形成杂种并改良品种的方法需要很长的年月，这是因为不了解生物的遗传法则，所以我们无论如何有必要阐明遗传的法则。”于是他在修道院后面建成了这个小植物园，并指定植物学家克拉谢尔修道士主持这项研究工作。后来孟德尔一到修道院就参与了这项研究，并不断地接受克拉谢尔的启蒙，认真地学习实验所需的植物专门知识。克拉谢尔广博的知识，不仅在生物学，还在岩石矿物、力学、社会学、哲学等方面也给了孟德尔很大的影响。但刚刚与孟德尔相处一年的克拉谢尔因投身于民族独立的爱国运动而不得不终止这项研究，并建议纳普院长让孟德尔接管这个小园子，继续从事研究。临别之时，克拉谢尔勉励他，“你一定会成功！”这句话时时回响在孟德尔的耳边，成为他不断奋斗的动力，也鞭策着他向前人未知的领域迈进。结束散步的孟德尔，收起对往事的回忆，回到自己房间的书桌旁，苦苦思考着实验的准备工作。因为在开始进行自然研究之际，仅糊里糊涂地做实验是毫无意义的。首先必须考虑好要解决什么问题，用什么做材料，采用什么样的方法进行实验以及如何处理其结果等。这些事都要事先计划好并根据这种方案来开展研究。现在，自己准备选择豌豆作实验材料对不对呢？两年多来的往事历历在目。

两年前，年轻的孟德尔刚从维也纳大学归来，精力旺盛，来不及休整就投入到自己的研究工作中。关于实验材料他考虑了豌豆、菜豆、玉米、紫茉莉、水杨梅、山柳菊、毛蕊花、金鱼草、楼斗菜、鼠类、蜜蜂等几十种，但还是举棋不定。通过查阅有关资料，翁格尔的著作给了他极大的启示。翁格尔确信植物的任何一种特性都保存在细胞之中，并通过以豌豆为代表的七百种植物进行了一万次的交配实验，获得了258个杂交品种，也得到了和父本、母本完全不同的杂交品种。

这样，孟德尔决定和助手一起选取豌豆为材料。助手不解地问孟德尔：

“您为什么要选择豌豆？”

“实验植物必须至少具备三个条件：第一，具有不同的稳定特征，而豌豆的叶子形状有圆形和皱形，子叶颜色有黄色和绿色，花的颜色有红色和白色，这一条符合了。”孟德尔停顿了一下，加重语气解释：“第二，在实验材料的杂交种开花时，要考虑到别的植物花粉不能与之交配或采用人工的方法有效防止交配，这一点特别重要，而豌豆的雌蕊被其花瓣所包围，即使传粉时节不套袋遮蔽，别的植物的花粉也难以从外面进入；第三，杂种及其子代在庄稼成熟方面没有显著的障碍，这种情况豆科植物因花的结构特殊可以避免。与其它植物相比，豌豆有明显的优势。”

通过解释，孟德尔消除了助手的疑虑。于是，他们从种子商那里买来了34种不同的豌豆种子。经过两年的测试，他们从中选取了22个稳定的品种作为实验材料，这些品种都在它们的自花受粉形成的子代中表现出相同的特征。

四年的辛勤劳动换来的豌豆作材料是否真的合适？孟德尔又查看了英国人奈特，英国人戈斯和格特纳的论文，这些以豌豆为实验材料的论文又一次证明了豌豆是个好材料；老前辈克拉谢尔的“你一定会成功的”话语再次使孟德尔信心倍增。“对，就以豌豆为实验材料进行研究。”孟德尔从书桌前激动地站起来，果断地大声说。这时已经是1856年的一个深夜了。科学的实验来不得半点虚假和懒惰。每年从春天到秋天，他天天全神贯注地监视着试验，认真记录着自己观察到的豌豆的七个相对性状（种子形状、子叶颜色、花的颜色、成荚形状、豆荚颜色、花着生位置、蔓茎高度），并且督促助手也认真记录结果，自己与他进行对照，发现观察结果不同，就重新观察，确保所观察记录结果的准确性。有一次，生了重病的孟德尔已两天未吃东西了，虚弱的他连站起来都比较困难，可到了观察时间，他硬是让另两个同事架着他到试验田中观察记录，直到昏倒在地上。正是这种坚韧不拔的精神使孟德尔积累了大量宝贵的科学实验数据。

面对8年时间积累起来的众多实验数据，具备扎实数学和物理功底的孟德尔没有被纷繁无序的数据所困扰。他不仅吸取了前人妄图一步登天的失败教训，而且天才地采取了由简到繁，循序渐进的研究方法，并且精密地采用了统计方法来分析实验结果。他决定先从一个性状着手研究，在弄清一个性状的规律后再研究两个、三个性状的规律。

对照、比较繁多的实验结果，孟德尔看到具有一相对性状的甲、乙两个品种进行正、反交时，即不论是以甲做父本，还是以甲做母本，它们全部都表现出了同样的结果。就拿高茎豌豆与矮茎豌豆间的杂交为例来说吧。不论是以高茎作母本，矮茎作父本（这在遗传上叫正交）或是以矮茎作母本，高茎作父本（这在遗传上叫反交），它们杂交后全部的第一代个体（即子一代），全部表现为高茎。以后子一代自交结的种子所长出的植株（子二代），除了大多数仍表现高茎外，又重新出现了少数矮茎。这是矮茎性状在子一代里仿佛暂时被隐藏了起来，直到子二代，它又重新出现。于是，孟德尔把那些杂交后在子一代中所显现的性状，如高茎、红花、黄色子叶等叫做显性性状；把那些在子一代中暂时不出现，到子二代中方才重新出现的性状，如矮茎、白花、绿色子叶等叫做隐性性状。这样孟德尔发现了性状的显与隐，但它们之间是否存在什么内在关系呢？

于是孟德尔采用统计分析的方法对子二代两种不同类型的个体数目进行了统计，这时他发现了一个令人惊异的结果：那就是这两种类型的个体数都毫无例外地呈现出一特有的比例——显性个体占3／4，隐性个体占1／4。先看种子形状吧。子二代中显性性状圆形的共有5474株，隐性性状皱形的共有1850株。两者间的比例为2．96∶1，它十分接近于3∶1。再来看一下子叶的颜色，子二代中显性性状黄色的共6022株，隐性性状绿色的共有2001株。两者之间的比例为3．01∶1，它也十分接近3∶1。孟德尔惊异之余，接着又一鼓作气地完成了其它5个性状的杂交实验。奇怪的是在这些试验里接二连三地都在子二代中出现了同一个神奇的比例3∶1。孟德尔惊喜地把这个结果告诉了助手，助手不信，又把子一代、子二代甚至于子三代的数据认真计算了一下，结果是两种类型个体间无一例外地出现了那个神奇的比例3∶1。“子一代总是全部出现显性性状，而子二代又总是毫无例外地出现显性性状与隐性性状间3∶1的神奇比例，这可能是偶然的巧合吧？”助手仍然用疑问的语气对孟德尔说。

“不，绝对不可能。”孟德尔坚定地说，“我认为这种情况的发生应当是意味着它本身就是一种遗传上的普遍规律性。”

“然而出现这种神奇比例的原因是什么呢？”助手又一次问道。

“是啊，原因是什么呢？”孟德尔又一次深深陷入了思考之中。

许多天来，孟德尔茶饭不思，夜不能寐，冥思苦想可总是不能找到圆满的答案。有一天，疲倦的孟德尔索性丢开了生物方面的资料，随手拿了一本化学书，忽然道尔顿的原子说吸引了他，原子说的主要见解是：各元素是由各个具有一定性质和质量的原子所构成的，这些原子相结合而形成化合物，另外化合物被分解时，原子并不失去其原来的性质而游离出来，而且在A和B两种元素相化合形成两种以上的化合物时，在各个化合物中，对一定量的A元素，B元素的量成简单的整数比。举个简单的例子来说，氧原子和氢原子化合而成水，可是水分解后所产生的氧原子和从前的氧原子是完全相同的，而且氧氢之比为1∶2。这个学说一下子扣住了孟德尔的心弦，“如果将原子置换成遗传因子来看待生物又如何呢？”孟德尔眼前一亮，又重新思考起神奇比例的由来。

又经过几天的思考、归纳、整理，孟德尔终于找到了原因，他惊喜地把助手叫来告诉他：“我认为，首先生物的每一相对性状是由一对‘因子’来决定的（以后1900年约翰生又把因子改称基因），相对性状有显隐性之分，我把显性用D表示，隐性用d表示，如果是纯亲本则为DD或dd，而在杂种子一代Dd中，D和d互不影响地共存。由于杂种子一代Dd在产生生殖细胞时，D与d只是互相分开，不会丢失，这样一来，如果有一个生殖细胞里含有D，那就必定还有一个生殖细胞里含有d。因而不论是雌性生殖细胞，还是雄性生殖细胞，应当都有含D与d的两种，而且它们在数量上应当相等，各占1／2。以后到受精时，两种数目相等的分别含有D与d的精与卵随机相遇，这将结合成为DD，Dd，dD与dd四种合子，它们将各占后代总数的1／4。DD，Dd，dD都表现为高茎，故占总数的3／4，而dd表现为矮茎，占总数的1／4。这就是神奇比例3∶1的由来。”

后来，根据这神奇的比例，孟德尔总结出了带有根本性的遗传规律——分离定律和自由组合定律，这些定律就像一盏明灯一样，照亮了近代遗传学的发展途径，也为现代的生物工程奠定了坚实的理论基础。

是金子总会发光

1865年，历经8年累积起来的实验成果公诸于世的时刻终于来临了，2月8日和3月8日孟德尔分两次在布尔诺自然科学会的例会上向40多位植物学家、化学家、博物学家们宣读了他的论文，但人们对于新奇的杂交结果及其有规律的神奇比例越听越难于理解，讲演完后谁也没有对此提问题，也没有进行任何讨论，只是默默地向黑夜的街头散去。但是孟德尔没有气馁，他把实验内容写成长45页的论文发表在第二年的《布尔诺自然科学会志》的第4卷上，并命名论文为“植物杂交的实验”。

孟德尔的理论超越了当时学者所能接受的水平。当时是融合遗传的观点占统治地位，认为父母双亲的遗传特性在子代中融合在一起，呈现中间类型，像一杯墨水和一杯清水混合在一起，以后的世代中也不会有明显的分离现象。而孟德尔的理论认为遗传是由遗传因子决定的，控制各种性状的遗传因子在遗传中互不沾染，这是完全不同于融合遗传的一种颗粒性遗传的观点。另外，孟德尔用数学统计方法来分析实验结果，也超越了当时学者所能接受的水平。孟德尔本人对这一点也有一定的认识，他给他的朋友植物学家内格利写信时说：“我知道我所获得的实验结果是不容易同我们当代的科学知识相容的，既然如此，发表这样孤立的试验就是加倍危险的！”

孟德尔对自己的论文未得到承认并不气馁，仍然一如既往地工作和学习，并坚信“我的时代，即将到来。”

是金子总会发光，事隔35年后，即1900年，三位植物学家（荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯、奥地利的丘歇马克）各自独立地经过多年的植物杂交工作，获得了与孟德尔35年前所发表的同样结果。整个生物界被轰动了，人们奔走相告，被埋没了35年的论文终于得到了世界的承认，孟德尔的名字也突然显赫于世，从此生命科学诞生了具有真正意义的遗传学科，孟德尔的论文闪烁着无穷的智慧之光。

基因列车的车长

1934年，一位古稀老人在朋友家做客，特意拿出一瓶珍藏多年的好酒——白兰地酒，老人家像抱婴儿似地双手捧着那只酒瓶，细细鉴赏，并说那瓶酒的制造日期真凑巧。朋友听后马上问道：“您说的真凑巧，是不是意味着您出生在1865年？”老人回答说：“我出生在1866年，但是在母亲怀里的我，是在1865年获得生命的。”这位从生物学角度巧妙作答的老人就是伟大的遗传学家、生物工程技术的铺路人——摩尔根。

奇特的“蝇室”

在哥伦比亚大学，有一间房饲养着成千上万的果蝇，这个房间被大学的师生们称之为“蝇室”，这就是摩尔根的研究室。

果蝇这种小动物以生长周期短，繁殖活跃，繁殖行为容易观察，迅速而且多产等优势被科学家们公认为进行遗传实验的首选材料。在窄小的“蝇室”中塞进了八张桌子，还有一张厨房用的台子，前来帮忙的学生就在那长台子上配制果蝇吃的培养基。最初果蝇的饲料是压碎的香蕉，为迎合果蝇的胃口，必须使香蕉发酵，香蕉发酵后臭味特别强烈，这使实验室的空气很恶劣。为了改善实验条件，摩尔根用香蕉汁取代了香蕉，后来又使用了市售的果蝇饲料，几经改进才使得实验条件得以缓解。在“蝇室”里还摆着一根可以来回转动的柱子，四面贴着染色体地图，人们用铅笔把各种数据像地名一样标到染色体地图中。

摩尔根很注意节省研究经费，这与他用自己的钱时那种慷慨形成鲜明的对照。他曾把自己的钱无私地提供给好几个家境困难的学生完成学业，但是实验室内的果蝇容器都是凑合着用的，实验装置也大体如此。有不少次实验室的人员为增加装置而遭到摩尔根的反对。从手拿放大镜装置换成简单的显微镜也是一点点进行的，显微镜的电灯罩子是利用空罐头的白铁皮加工成的。“蝇室”漏雨时，就用桶接水，气温低果蝇受冷时，善于发明创造的年轻人布里奇斯在得到允许后做了个简单的恒温器。由于摩尔根的实验，果蝇出了名，于是许多人提出了索讨果蝇株系的要求，摩尔根总是愉快而无偿地把果蝇寄出去，连邮费都不要。

在一个冬天的夜晚，饲养果蝇的大楼附近发生了火灾，果蝇差一点戏剧性的被报销了。消防车为防止火势蔓延赶到后，往楼上喷水。摩尔根看到火光后立即赶到，并朝喷水的地方奔去，有的玻璃窗由于被烤热已经熔化了，而果蝇的株系就在附近，情况太紧急了。冒着生命危险，摩尔根疾步登上六层楼梯到最上层的“蝇室”。当时要将装果蝇的小容器全部搬下去一个人是不可能的，于是他只好将果蝇的容器从已经热得难以喘气的建筑物的这一端移到最远的一端，直至火被熄灭。所幸火势未蔓延到大楼就熄灭了，果蝇安全无事，摩尔根长长地吐了一口气。

“蝇室”还有一个特点是混乱，没有秩序甚至是肮脏。可是精密的研究工作却在其中静静地进行着。他用宝石工匠用的放大镜数着果蝇，观察他们的特征。就是在这奇特的“蝇室”中，摩尔根十五年如一日，日以继夜地工作，终于完成了一项继孟德尔以后在整个生物学史中最令人惊异的生物学成就——遗传学基因连锁与互换定律。

创造“基因列车”

自从1900年孟德尔的工作被重新发现后，自由组合定律曾一再被证实，使人们感到它是不容置疑的遗传规律。但是，摩尔根做了种种考察后，对于孟德尔学说的全部正确性产生怀疑，具体来说，是对基因在条件内始终分离和独立进行重组这两点产生了怀疑。

有一次摩尔根偶然发现了一只白眼睛雄果蝇，就立即用红眼睛雌果蝇与之杂交。因为红眼睛对于白眼睛是显性，子一代应全部是红眼睛果蝇。但奇怪的是，摩尔根在子一代中又发现了三只白眼睛果蝇，为什么会这样呢？摩尔根急忙又把那三只果蝇杂交了一次，仅10天的工夫，下一代果蝇就又生出来了。白眼睛雄果蝇后代相互交配结果产生红眼睛果蝇3470只，白眼睛果蝇782只，与孟德尔的分离比一致。但是有一个异常情况摩尔根仍然感到奇怪，这就是：如果照孟德尔式遗传的料想，在第二代中，雄蝇中四分之一和雌蝇中四分之一应表现隐性性状，但实际观察结果显示，雄蝇中半数是红眼睛，半数是白眼睛；雌蝇中表现了白眼睛的一只都没有，全是红眼睛。

新情况的出现，使摩尔根有了一个大胆的想法：眼色基因可能与性决定基因连锁在一起。于是摩尔根又设计出另一个实验来验证。实验材料是用子一代灰身长翅的果蝇和双隐性的黑色残翅果蝇，方法是把这两种果蝇的雄蝇与雌蝇测交或雌蝇与雄蝇测交，结果得到了都不是自由组合的理想比例1∶1∶1∶1，而前者1∶1，后者出现了“两多两少”的四种类型。想法终于得到了验证，摩尔根认为连锁现象的基因在同一条染色体上。伴性遗传的连锁基因在同一条性染色体上，一般遗传的连锁基因则在同一条常染色体上。而且雄果蝇中不能进行同源染色体的交换，故而只有1∶1的比例出现；在雌果蝇中则进行了同源染色体的交换，故出现了“两多两少”的四种类型。

解释有了，可基因是否真的在染色体上，这需要有使人信服的证据，摩尔根在不安中又忙碌起来。看着老师的不安，摩尔根的学生斯蒂文特和布里奇斯也都十分着急，他们更加倍努力地工作，力求寻找这方面的真凭实据。1916年，布里奇斯终于找到了铁的证据。他用白眼睛雌蝇与红眼睛雄蝇交配产生红眼睛雌蝇，并在显微镜下观察了它们的有丝分裂染色体情况，果然找到了使人信服的基因在染色体上的有力证据。斯特蒂文特也根据老师提出的基因间连接强度不同是由基因间距离不同导致的理论，天才地绘出了第一个染色体图。这些证据的出现使遗传中的连锁与互换定律得到了全世界的公认。

师生们异常高兴，极善言辞的斯特蒂文特在一次师生座谈会上调皮地对老师摩尔根说：“生物体中染色体很少，基因却很多，基因存在于染色体上，染色体是基因的载体，用个通俗的比喻，染色体就像是运载基因的列车，它永不停息地从亲代驰向子代，而您就是基因列车的车长。”从此摩尔根除了博士、教授的头衔外又多了一个新的头衔“基因列车的车长”。

看见了神秘的“螺旋梯”

我们居住的地球，有着得天独厚的优越条件。它温度适宜，水分充沛，土壤肥沃，四周还有大气层包围，这些都特别有利于生物的生存和繁衍，因而它可以称得上是生物的乐园。环顾地球，从高山峻岭到江河湖泊，从烈日炎炎的赤道到冰天雪地的极地，从干旱的沙漠到多水的沼泽，从85000米的高空到地下2000米深的地层，几乎到处都有生物的踪影。据初步统计，地球上的生物种类有几百万种之多；可以这样说，正是由于存在着这些种类繁多的生物，才使我们地球显得这样绚丽多彩、生机勃勃。

所有这些生物都有着一个基本生命现象——遗传，也就是种的繁衍。然而生物到底是如何繁衍的，是通过什么物质遗传的呢？经过一代又一代的科学家的探索，发现了名叫基因的遗传因子，然而这种基因的化学组成是什么，它的结构又为何呢？为我们解开这个谜的就是伟大的生物学家——沃森和克里克，他们的发现使当今的生物工程技术成为了可能。

梦幻组合

沃森是一位美国人，当他在芝加哥大学上学时，偶然的一次机会，他看到了著名科学家薛定谔写的《生命是什么》一书，他一下子被书中精辟的论述所吸引，心情相当激动，下定决心要向书中所指引的那样去寻找基因的秘密。于是他进入印地安那大学研究生院继续深造。刚开始他是刚刚获得诺贝尔奖的缪勒教授的学生，缪勒教授是用X射线诱发果蝇突变而进行研究的。沃森认为缪勒和他的学派对回答薛定谔的挑战没有很大帮助，于是沃森便转到卢里亚教授的门下攻读噬菌体遗传学博士学位。因为当时人们公认德尔布吕克和卢里亚两位教授在促进薛定谔关于生命物质的思想中起着重要的作用，而且这种名叫噬菌体的小小病毒是研究的理想材料之一。沃森在那里经常受到卢里亚教授、德尔布吕克教授及其朋友的激励和指导，他吸收了一些早期的先进思想，同时，他也没有忽视生物化学。他认为如果人们要知道基因如何行动，必须先了解基因由什么构成的。正因为头脑中有了这些想法，沃森靠着一笔博士后研究员的基金去了欧洲，最后终于在1951年春到了英国剑桥大学的卡文迪许实验室。就是在这里，天赐良缘使他与克里克相遇了，并开始了现代生物学史上最富有成效，最激动人心，也许是梦一般的组合。

克里克是一位英国人，在伦敦大学获得物理学学位以后，他继续留在那里，在安德里德教授的指导下攻读研究生。安德里德教授是一位在物理和化学两方面都颇有造诣的学者。克里克的博士学位论文，最初是研究水在高温下（100℃以上）的粘滞性；但当第二次世界大战爆发后，实验室被关闭了，克里克和许多科学家及学生一道，参加了一个海军部研究实验室。整个战争期间，他与各个研究小组紧密合作，研究用于探测和引爆敌人水雷的电路操作系统，甚至在战争结束以后，他仍留在海军部从事粒子物理和应用于生物学的物理学基础研究。在这期间，薛定谔的《生命是什么》一书对他的研究给予了很大鼓舞，书中给克里克印象最深的不是为探索新的物理学定律的浪漫号召，而是最基本的生物学问题可以用精确的概念，即“用物理学和化学的概念来考虑”这样一个论断。在读了薛定谔的书之后，他写道：“留给我的一个印象就是伟大的事情恰恰就在屋角周围。”在克里克看来，那些“伟大的事情”之一，便是伯尔纳新近对蛋白质和核酸所做的一种叫X射线结晶学研究；为此，他转到了剑桥大学与佩鲁茨一起研究血红蛋白的X射线结晶学。尽管克里克在与佩鲁茨合作之前对X射线结晶学一无所知，但他夜以继日地自修了这门学科的许多内容，并且读遍了许多科学家早期关于血红蛋白和肌红蛋白结构的研究文章。

一年后，克里克在剑桥出席了题为“狂热追求什么”的讨论会。在会上，他对前人在X射线结晶学研究中一直遵循的基本技术和模型提出了疑问。他认为血红蛋白分子比前人一贯所设想出来的帽盒状模型复杂得多。如同他敢于对已确立的概念提出大胆的、不迷信权威的挑战一样，克里克也具有不断讨论和思考问题的习惯，也许正是因为这些，使他很快就把在1951年刚刚到达剑桥不久的年轻的沃森吸引到他的身边。以博士后研究员的身份在好几个平凡的生化实验室徘徊了两年之后，沃森终于发现了克里克同他一样对基因的分子本质感兴趣。这种智慧上的激励是直接的、有催化性的。正如沃森给美国的导师的信中所说的：“克里克无疑是我曾与之合作过的人中最生机勃勃的一个，而且极接近我曾见过的鲍林。他从未停止过谈论或思考，而且由于我的许多时间是在他家里度过的（他有一位非常迷人的法国妻子，她很精通烹调），我觉得自己也富有生气了。克里克把大多数有志趣的年轻科学家都吸引到他的周围，因此，在他家的茶会上，我很容易遇到许多剑桥的知名人物。”

由于在学术思想上共同受到薛定谔的影响，所以沃森和克里克都用相似的观点来探讨生物学的问题，尽管他们的经历不相同。沃森是一位噬菌体遗传学家，他已经认识到，要想回答基因如何工作的问题，需要一些细胞化学的知识。克里克基本上是一位物理学家，对遗传学的兴趣，使他从事于生物学上重要的大分子的研究，那时，在他看来，遗传的分子主要是核酸。相同的志趣，使他们在相遇后不久，即决定集中力量揭示生物遗传物质的这个谜底，从此探索之舟扬帆起航了。

激烈的竞赛

科学技术的发展，使人们逐步认识到遗传物质可能是一种叫DNA的东西，但只有了解了DNA的结构才能揭开遗传物质之谜。20世纪40年代，关于DNA的结构与功能的研究出现了新的突破。特别是有人于1945年采用了一种叫X射线衍射的技术，测出了DNA中一种叫碱基的物质，它们两者相隔为3．4A°（1A°等于10亿分之一米），并指出碱基与DNA长轴垂直，从而清楚地得出了DNA具有结晶结构的结论。这一成果大大鼓舞了人们揭开DNA结构的热情，为此，除沃森和克里克外，还有两个小组也在马不停蹄地进行这方面的工作，与他们展开了激烈的竞赛。

其中一个小组是由著名的结构化学家鲍林领导的，他们在1951年公布了一种名叫蛋白质的α—螺旋模型后，开始了用分析DNA纤维X射线衍射照片的方法来确定DNA分子的结构。他们已提出了初步的DNA分子模型，但未进行综合分析。

另一个是物理学家威尔金斯领导的研究小组，大约在1950年左右开始了DNA的X衍射线晶相研究。他与他的助手富兰克林女士正处于十分有利的地位，完全可以与沃森及克里克在DNA结构探索中决一雌雄，但是缺少坦率合作和相互协调使他们丧失了机会。富兰克林拍摄了DNA的X射线照片，并对它作出了解释，然而她是个拘谨的实验工作者，不轻易和她的导师交流思想并分享实验结果，最终只走到了成功的大门边就停步了。

沃森和克里克在他们的合作中配合得非常出色，两个人都善于表达自己的思想，并且都赞赏对方，无拘束地提出新的想法，这是一对完美的智力的结合，权衡事实时既严格又敏锐。正是这样，他们在竞赛中走到了前列，并率先到达目的地。

看见了神秘螺旋梯

一旦决定了研究DNA的结构之后，沃森和克里克就试图设计一种分子模型，这种模型不仅要同X射线衍射资料一致，而且能够翻译生物体内两种叫自催化和异催化功能的现象。

1952年春，克里克请年轻的数学家格里菲思为其研究的DNA进行了计算，表明在DNA的四个碱基中，名叫腺嘌呤（A）的物质趋向与名叫胸腺嘧啶（T）的物质连结，而名叫鸟嘌呤（G）的物质要与名叫胞嘧啶（C）的物质连结。就是说，这种专一的配对可能反映了天然的亲和力，就如同是亲兄弟一样。

1952年，奥地利生物化学家查格夫访问了剑桥大学，会见了沃森和克里克，但对他们的工作并未留下深刻的印象。不过，查格夫告诉他们，他对核苷酸的测量表明，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）。当时沃森和克里克突然强烈地意识到查格夫的核苷酸1∶1比例的意义，于是他们认真对待了。双环结构的A总是和单环结构的T配对，而无法与G、C配对，同样，双环结构的G总是和单环结构的C配对，而无法与A、T配对。配对就是互补，如果把A比作是双相插头，那么T就是双相插座；如果C是三相插头G就是三相插座，他们之间是A与T配对，C与G相配。这使克里克想到这类配对可能成为分子复制的基础。查格夫的过硬的资料与格里菲思对碱基亲和力的想像是如此吻合，真是太值得庆贺了。1953年2月，克里克偶尔又看到了富兰克林的一些X射线照片，他立刻意识到这些X射线照片明显意味着DNA是双螺旋的。它的两股链是向相反方向走向的。克里克还认为，假使一条链沿某个方向走向，其配对的另一条链必沿相反方向排列。但是它们中间具体配对的形式是什么呢？

1953年2月，沃森的同事多诺告诉他，按照碱基的生物学天然构型，A只和T配对并紧密结合，由一种化学上叫氢键的力量粘连，氢键是一种结合力较弱的键，但在核苷酸的化学基因配对中是非常重要的。当这种氢键的A—T配对和G—C配对重叠在一起时，它们正好占据同等的空间。这时，沃森忽然想到这和查格夫的资料完全吻合：DNA中所有的A和所有的T是等量的。于是，碱基的形状及其氢键亲和性的理论，DNA的碱基组成的事实都非常协调地统一了起来。

在克里克对X射线照片的解释的基础上，克里克向沃森提出，他打算让碱基朝里，骨架在外。虽然他俩知道碱基是垂直伸出于DNA的糖一磷酸骨架上，但差不多直到最后它们究竟是向里，即朝向螺旋的中心轴，还是朝外突出，还不清楚。他们尝试在其模型中让碱基朝里。

1953年2月28日，沃森按多诺的建议用纸板重新做出四个碱基的模型。两个互补对重叠得非常出色。当他们将其粘到两股链的每条骨架上构成螺旋并朝向里面时，它们搭配得非常完美。克里克马上看出，只有当两条链的走向相反时，才能这样配对。于是，现在的模型和X射线资料的要求相一致了。1953年3月初，沃森和克里克开始建立最后模型。每块都很容易地接合了起来。他们越来越激动，相信他们已经找到了正确的模型。他们狂热地把模型赶制出来，并邀请他们的同行来欣赏它、评价它。

1953年3月7日，一批从其它实验室和伦敦来的专家访问了卡文迪许实验室。模型的完美和出色使大家承认了模型的建造者是正确的。

1953年4月，鲍林来访，他观察了这个模型后，高兴地对沃森和克里克说：“太美妙了。DNA的结构像个宝塔中的神秘螺旋梯的梯子。梯子的两边扶手是由名叫磷酸与脱氧核糖的两种物质相互连结而成的。中间的梯级则是由两条链中的二个碱基连接而成的。在A—T碱基对中有二个氢键把它们连起来，在G—C碱基对中有三个氢键把它们连起。这种梯子盘旋而上，每级转36°，每十级转360°。一个DNA分子大约含四千至三亿个碱基对，也就是说，这种神秘的螺旋梯通常有四千级至三亿级。你们太伟大了，你们是最先看见神秘螺旋梯的人。”

是啊，探索遗传物质之谜牵动了多少人的心，现在它们的神秘面纱被揭开了，人们终于看到了它的神秘所在：世界上所有生物的全部遗传信息都被包括在这里边了。

生物工程的又一座丰碑

生物化学的发展为生物工程技术奠定了坚实的基础，而李普曼这样独特的生物化学家大概再也不会有第二个了。他从事物的根本处反复思考，自由地面对事物，朴实无华。当然，最初看上去有些呆板，方法也有些笨拙。但他的成果却是绝品佳作。

李普曼提出了生物体内能量货币——高能磷酸键的概念之后，接着又发现了辅酶A。因而他同克雷布斯一起荣获1953年度的诺贝尔生理学奖。李普曼的奋斗生涯，恰好处于生物化学发展的黄金时代，他为生物化学的迅速发展作出了巨大的贡献。正如科学史学家托马斯·库思在《科学革命的结构》一书中所说的那样，李普曼是众多的构筑了给科学发展带来革命的“范型”的科学家之一。

山穷水尽疑无路

李普曼1899年6月12日生于东普鲁士首都柯尼斯堡。这个城市是一个濒临波罗的海的工商业城市。据说哲学家康德终生居住于此地。李普曼的父亲是德国犹太血统的律师，母亲是犹太血统的波兰人。父亲作为犹太人却过着少见的隐居生活，因此，应该说他的事业并不成功。然而，由于他的人品受到人们的称赞尚可以维持家里的中等生活水平。母亲显然对自负清高的丈夫不满，所以把希望寄托在聪明伶俐的大儿子哈因茨身上。与满头金发的哈因茨开朗活泼的性格截然相反，比哥哥小两岁的暗褐色头发的李普曼却常因害羞、不善应酬而不讨妈妈的喜欢。于是他常常把父亲好友们送来的玩具火车和精巧的积木作为伙伴，独自玩耍。

李普曼兄弟性格相反却十分要好。哥哥总是关照着寂寞孤独的弟弟。小学四年结束后，他们都考入了柯尼斯堡的中学。高中是上大学的阶梯，对才华并不出众的李普曼而言，或许是犹太人重视教育的传统才使他考入中学吧。他在中学的九年里，拉丁语和希腊语成绩平平，然而李普曼从小就想当一名医生，因为他的舅父是小儿科医师，而且同少年时代的李普曼感情很深。李普曼敬爱舅父，也希望长大以后能成为医生。犹太人中很多人都是医生，同父亲交往的朋友中也常有很出名的大夫。因此，他1917年在德国高级中学毕业后，便考入了柯尼斯堡大学医学系。1914年爆发的第一次世界大战，由于美国的参战而使德国开始失利。1918年5月当时还是医学系学生的李普曼奉命赴陆军野战医院服役。大学复课后，李普曼进修完了医学系前期课程后，又来到慕尼黑大学上临床教育课。在这里，他学习了外科和精神病学，不过留下的印象最深刻的仅是在医学和生物化学之间架起桥梁的先驱者之一——缪勒的讲课。

在临床实习期间，他认识到医学的重要性，也开始意识到患者的健康和医院治病收款之间的矛盾。因此，对是否从事医生职业有了动摇。他常劝到家里来做客的医生们，去有名的医院接受实地训练是最重要的。不久他尊敬的舅父病逝了，而且这时父亲也看透了他不是一块善于社会交往的料，便嘱咐他去做自己想做的事。李普曼一边漠然地把基础医学作为目标，一边敲开了病理学家皮克家的大门。从此以后他的工作无非就是每天把尸体组织做成切片，午后放在显微镜下观察，以便精确地诊断病情。干了三个月，他就腻极了，终于决定另择出路。

“我想学生物化学。”当李普曼同皮克这样说时，皮克吃惊地举起双手，表示他的怀疑：“去干那种事？！”李普曼坚定地点点头。

已对临床检查感到厌烦的24岁的李普曼对柏林大学病理学的化学部门动了心，报名参加了特别组织的以医生为对象的为期三个月的物理化学和生理化学培训班，并获得了医学博士学位。

1922年秋，仅靠父母的生活补贴已难以维持生活的李普曼幸运地获得了6个月的研究员基金，使他得到去荷兰阿姆斯特丹大学药理学教研室留学的机会。这是他在柯尼斯堡大学医学系时的教授恩斯特·拉库尔向他提供的，这对李普曼而言，远远超过了雪中送炭。

李普曼在拉库尔研究室期间，更加坚定了专攻生物化学的决心。不过他还不想立即寻找职业，因为他感到化学的基础知识还相当匮乏，自己又不想改变所从事的研究工作。父亲对他说，只要他走读，住在家中，总能让他吃饱肚子。母亲很不高兴，认为他已攻下了医学博士学位，就应该去当医生。1924年之后的三年里，李普曼是在柯尼斯堡大学教授汉斯·梅尔维因化学教研室作为学生渡过的。而梅尔维因则是研究有机化学的离子反应而著名的化学家。可想而知，扎扎实实地打好化学基础对李普曼的以后的研究工作是多么重要。

柳暗花明又一村

ATP（三磷酸腺苷）是从细菌到人所有生物都适用的能量货币。连接在ATP末端上的高能磷酸键被水解时，便放出能量以满足体内各种活动的需要。生成的ADP和磷酸由于细胞的呼吸作用再重新合成ATP，即腺苷—P～P～P腺苷—P～P＋P＋能量，提出ATP高能磷酸键概念的就是李普曼。

1930年李普曼在菲舍尔研究所工作，这段时期他的工作卓见成效。李普曼的实验室非常宽敞，在这里，他全力以赴投入工作，研究主题是细胞的糖酵解和呼吸。所长菲舍尔——瑞典细胞生理学家从不过问他的工作。在研究过程中，他发现了乙酰磷酸，为高能磷酸键概念的提出奠定了坚实的基础。李普曼欢欣雀跃，把此结果发表在那一年8月26日出版的《自然》杂志上。后来，85岁的李普曼回忆他研究乙酰磷酸这段历史时曾说：“当时那股兴奋劲成了我后来研究的原动力。”

随着欧洲局势日趋恶化，犹太人的处境日益艰难，拘捕犹太人只是时间问题。正在紧张之际，李普曼的一位故友从美国来拜访他，后来多亏这位朋友的帮助，他才流亡到美国。

在美国最初的两年里，李普曼的生活并不顺心。美国学术界对他口语迟钝的评价直接影响了他被录用的机会，他的英语相当糟糕。由于找不到就业出路，李普曼异常焦躁不安。

正当李普曼山穷水尽之际，一家制药厂的美国代表奥本海曼向他伸出了救援之手。经过一番周折，41岁的李普曼成了麻省总医院的外科研究生。麻省总医院是美国屈指可数的大医院，它同哈佛大学合作，所以薪金待遇同大学相对应的级别一致。病房和研究室相邻，迷宫似的走廊错综复杂，研究人员都处于临床和基础医学最前沿的意识之中。当研究人员穿过1846年最早进行乙醚麻醉的圆顶手术厅的时候，他们都有一种在美国的科学历史上也留下自己名字的感觉。也就是在这种氛围中，李普曼发现了辅酶A。由于很难得到大量的实验材料，加之实验条件的限制，分离这种因子的计划一直未能实现。幸运的是有两位相当出色的年轻科学家慕名而来投奔李普曼。三人齐心协力，从5吨肝脏中获得了约150毫克的纯品。这时已经到了1946年夏季，他们从提纯精制过程中挥发出的硫特有的臭味，断定因子中含有一种叫硫氢基的物质。

李普曼深信，这种因子的结构肯定与维生素有关。因为他知道维生素B₁等维生素衍生物具有辅酶的功能，而且他基本上猜到了这种因子中含有的维生素就是泛酸，李普曼用汗水换来的结晶分别送给得克萨斯大学的威廉斯等6位营养学家，请求他们用微生物检定法去鉴定其中是否存在泛酸。但所有的回信都是“不”。看过信的李普曼非常失望，转身走出了研究室，来到从医院门前流过的恰尔滋河边散步，以使情绪平静下来。

然而，幸运女神并未抛弃李普曼。威廉斯的助手在一个月后用已定为否定结果的样品又做了一次试验后，来信告诉李普曼，尽管极少，但可以肯定其中含有泛酸。李普曼和助手大喜过望，立即端起啤酒杯子痛快地干了一杯。不久，他们在使因子失活的酶处理样品中，确凿无疑地鉴定了泛酸的存在。这种因子后来被命名为辅酶A。1947年，在发现辅酶A得到承认之后，李普曼升任为哈佛大学医学系生物化学教授。哈佛大学生物化学教研室主任是位很有才干又公私分明的上司。当初，他很讨厌说话笨拙的李普曼，甚至不让李普曼上台讲课。而今，他却对辅酶A的工作给予高度评价，并提拔李普曼为专职研究员、教授。不仅如此，他还向诺贝尔奖评审委员会极力推荐李普曼。他认为“这是为了哈佛的荣誉”。

壮心不已

像许许多多卓有成著的科学家一样，对于日常生活李普曼常常显得粗心，甚至可以说随便。乘坐出租车时，他经常是下车即走而忘记付钱，这足以说明他实在是缺乏世俗生活的能力。幸好夫人芙莱达爽快敏捷，丈夫的一切都由她一手操持，甚至丈夫每天喝多少酒都由她决定。以至于有人说，没有芙莱达就没有李普曼。尽管如此，倒不是他对所有的事都这样反常，他从物质和精神两方面热心地关照他的部下，若不是这样，就不能得到众多的有能力的合作者的帮助。

1980年以后，李普曼的研究室已成为来自中国、日本和韩国等亚洲研究者活动的小天地，主要题目是蛋白质的磷酸化和硫酸化。

每周的工作日里，他都从纽约的公寓来到研究室。当时他已达87岁高龄时还工作在第一线。之所以这样做，其奥秘在于他恪守“在分子水平解释生命现象”这一目标。李普曼常提出孩子般的质问，而且由令周围人们惊愕的思路出发，逐渐地形成框架，然后，再慢慢地不断修改，反复推敲，直至完善。一旦有灵感闪现，便立即试验，如果不正确，也随即放弃。然而几次不同的机遇都被他抓住了。他不是只按自己想像的罗列论据，而是有多方面思考的独特风格。

1986年7月17日，李普曼发生轻度脑溢血。于是他让4位研究人员来到莱因伯克的别墅。在室外的餐桌上，他同助手们一边愉快地就餐，一边兴致勃勃地一直交谈了四个小时。那天晚上再次发病，他再也没有站起来，在昏睡之前，他写下了最后一句话“I　can’t　function anymore．（我再也不行了）”李普曼被送到附近的弗克普西医院，于24日早晨撒手人寰。他的夫人和儿子于12月12日在洛克菲勒大学的卡斯帕礼堂举行了李普曼追悼音乐会。他的骨灰按其遗嘱被撒在莱因伯克别墅的树林里，所以，他没有坟墓。

李普曼像大多数科学家一样，从不随波逐流、对前人亦步亦趋；也决不允许自己抱着已有的答案和固定不变的观念不放。他总是永无止境地思考，在思考中点燃闪光的思想火花，不断地从新的事实中开创新的学说。这使他保持不断前进的活力，能够“青出于蓝而胜于蓝”，走前人没有走的路，做前人没有做的事，成为二十世纪的科学巨人。

他留下的精神财富——他的科学成就和治学精神将会像永不停息的生命一样，生生不息地在科学界繁荣滋长。