“孙悟空大战牛魔王”

你看过《西游记》吗？你一定知道孙悟空的本领有多大，他一个跟斗能翻十万八千里；他好像一个魔术师，什么都会变，一晃身，就可以变成一个小虫子，简直是无所不能。现在我们就来讲一讲微生物王国里“孙悟空大战牛魔王”的故事。

我们知道，细菌已是很小的生物体，它没有真正的细胞核，但它有内含DNA的核物质。细菌虽小，可是还有比细菌更小的生命体，那就是病毒。它非常小，不仅我们的肉眼看不到，就是用普通的光学显微镜也找不到它的痕迹，只有用电子显微镜才能看到它的踪影。病毒不能像细菌那样在培养基上培养，但科学家们可以用化学方法经提取、纯化，得到病毒的结晶体。它像一般的化学药品一样，可以放置很长时间，丝毫不显示生命的特征。但是，一旦进入活的细菌细胞中，就如鱼得水，立刻表现出生命现象，它以极高的速度繁殖，严重危害寄主细胞，无怪乎人们把它比喻为“恐怖分子”。病毒那么小，并且只有在活细胞内才能表现生命现象，怎样才能知道它们生活的奥秘呢？物理学中的同位素示踪方法为我们打开这一奥秘之门提供了钥匙。

有一类专吃细菌的病毒叫噬菌体。噬菌体也包括许多种，如T₂噬菌体、T₄噬菌体等，它们的化学成分是蛋白质和DNA。著名的物理学家德尔布吕克对生物学有浓厚的兴趣，他把自己看作是一个从事生物学研究的物理学家，这鲜明地体现了他方法上的独特视角。他领导的声名远扬的噬菌体研究小组专门研究噬菌体的繁殖等问题。1952年，德尔布吕克的研究小组中的成员赫希和察斯，用放射性同位素³⁵S和³²P分别标记T₂噬菌体的蛋白质和DNA，因为蛋白质含有S，DNA含有P。标记后他们发现，T₂噬菌体的外壳部分就有了³⁵S，外壳里面则有³²P。这说明T₂噬菌体的外壳部分由蛋白质构成，外壳里面是DNA分子。通过追踪³⁵S和³²P的移动和变化，赫希和察斯还发现了噬菌体有着奇妙的“借腹怀胎”的本领，这就是它侵染细菌增殖自身的过程。

噬菌体有“借腹怀胎”的特殊本领

噬菌体侵染细菌时，首先用它的尾部吸附到细菌细胞的表面，并在细菌的细胞壁上打一个洞。然后，好比用注射器进行注射一样，T₂噬菌体的内容物DNA沿着这个洞就被注入到细菌体内。接着，就像孙悟空变成小虫子钻进牛魔王的肚子里一样，大闹一场。先是按照T₂噬菌体DNA的指令，利用细菌细胞中的物质作原料，在细胞内酶的催化作用下，复制出大量的T₂噬菌体的DNA分子来；之后又在T₂噬菌体DNA的操纵下，合成出许多它自己的蛋白质；再按照T₂噬菌体的模样，将新合成的DNA和蛋白质进行组装。这样，在细菌细胞里，形成了许许多多与亲代一模一样的子代噬菌体。这时，细菌的细胞已面目全非，只剩下一个空壳了。最后，随着细菌细胞的解体，新一代T₂噬菌体被释放出来，再去感染周围的细菌。T₂噬菌体借助细菌的“肚子”，孕育了自己新的一代，这真是一场“借腹怀胎”的闹剧！

也许你会产生疑问，在上演这场“借腹怀胎”闹剧时，噬菌体的蛋白质外壳会不会也起一定的作用呢？赫希和察斯又用物理震荡的方法研究这个问题。当T₂噬菌体把它的DNA注入细菌体时，他们采用物理震荡的方法，使蛋白质外壳脱离细菌表面，并进行分离。结果发现，细菌内仍然产生大量的子代噬菌体。这说明，DNA能自己制造自己，要不然进入细菌细胞的少量DNA，怎么会变出大量的完全相同的DNA噬菌体有“借腹怀胎”的特殊本领呢？赫希他们的这个实验证明，DNA不仅能自我复制，而且也能控制蛋白质的合成。因为他们发现，T₂噬菌体进入细菌体内的是DNA，而释放出来的却是带有蛋白质外壳的T₂噬菌体。

以上这个运用物理方法解决生物学问题的故事，告诉我们一个道理：科学往往是相通的。