1889年,德国医学家胡思·梅林和俄国医学家奥斯加·明科夫斯基,为了研究人体胰腺的消化功能,将一只狗的胰腺切除掉。结果那条被切去胰腺的狗竟然患了糖尿病。两人敏锐地意识到,胰腺一定分泌了某种激素,而糖尿病与胰腺之间必定也存在有某种关系。
梅林和明科夫斯基将他们的发现写成论文,发表在一本医学杂志上,在当时的医学界引起了广泛关注,然而谁也没能分离出文中所说的那种神秘的激素。30多年后,加拿大安大略省一个小镇上的医生班亭看到这篇论文后,非常感兴趣。他决心亲自提取胰岛的分泌物。但是由于小镇医院条件限制,所以他准备去母校——多伦多大学开展工作,那里的实验室设备先进、试剂齐全。班亭找到了他的老师麦克里奥德教授。
麦克里奥德教授是一位不苟言笑的学者,他对解开这样一个世界医学界的难题毫无把握,因此他婉言拒绝了班亭的要求。班亭怀着满腔热情来,却被老师当头泼了一盆冷水,只好狼狈地打道回府。但他并没有灰心。
第二年假期,班亭又跑到多伦多大学。这一次,麦克里奥德教授碍于情面,勉强答应将实验室和一个学生研究助理贝斯特借他一个暑期。班亭分析了同行失败的原因后,同贝斯特一道设计实验方案。为停止胰腺外分泌部分泌酶类的工作,他们把胰腺里的胰管结扎,再提取胰岛的分泌物。时间一天天过去了,可实验并没有取得进展。班亭重新审查了实验设计方案和操作方法,发现了失败的原因:胰腺里的胰管结扎不紧,造成胰腺外分泌部仍在分泌酶,从而影响了提取工作。1921年7月27日,当他把提取液注射到患有糖尿病的狗身上时,奇怪地发现狗的血液中的含糖量迅速降低!他又用牛做了同样的试验,也取得相同的结果。这意味着胰岛分泌物确实提取到了。
等麦克里奥德教授度假回来后,班亭激动地将他们取得的实验成果告诉了他。麦克里奥德教授根本不相信。他认为世界难题地解开绝不会是那么容易的。然而,当班亭重新为麦克里奥德教授做了一次演示性质的实验后,教授信服了。他连声称赞班亭的实验做得巧、做得好,并表示要帮助班亭将实验进一步开展下去。1922年1月1日,他们首次将提取出的胰岛分泌物注射到人的身上,一个年仅14岁的糖尿病患者接受了试验。之前他已濒临死亡,但是注射之后,他的健康状态得到了很明显的改善。
这样,班亭成功地提取胰岛分泌物的实验得到医学界承认。班亭把这种分泌物称为胰岛素。1923年,班亭和麦克里奥德教授获得诺贝尔生理医学奖。
链霉素
链霉素的发现者是塞尔曼·亚伯拉罕·瓦克斯曼。1924年,他所在的研究所,接受了结核病协会提出的科研课题:寻找进入土壤的结核菌。瓦克斯曼带着一个学生,经过3年的追踪,确认结核菌进入土壤后,很快地消失了。这个很有吸引力的结论说明,土壤中存在着至少一种可杀死结核菌的微生物。瓦克斯曼立志一定要找到这种微生物。
然而,土壤里各种微生物种类有数万之多,要找到一种微生物,无异于大海捞针。然而瓦克斯曼毫不畏惧。此后,他天天泡在实验室里,像查户口一样,对土壤中那些微生物“居民”挨家挨户地进行检查。1940年到1941年间,他所鉴定的细菌种数就超过了7000种。1942年,鉴定的细菌种数达8000种。期间,曾经发现一种链丝菌素,能够杀死结核菌等,但由于它毒性太大,因此也被淘汰了。
1943年,当瓦克斯曼鉴定的细菌种数已达1万种后不久,他发现一种灰色放线菌,对结核菌有很强的抑制作用,且没有毒性。于是,瓦克斯曼将这种灰色放线茵的提取物,应用于临床。结果取得了相当满意的效果。
1944年,瓦克斯曼把放线菌的分泌物称为链霉素,正式向外界报道了他的这一研究成果,他希望医学界的专家对链霉素的临床应用做进一步的研究,以便获取最佳的使用方法。
瓦克斯曼发明治疗结核病的特效药的消息传开后,世界各地表示敬意的贺电和贺信,像雪片似的飞到他的办公室,人们给予了瓦克斯曼极大的荣誉。
但瓦克斯曼并没有被成功冲昏了头脑。他仍保持严谨、朴实的学风,对于链霉素的研究进展和作用等,绝不做一点夸大的介绍。一次,瓦克斯曼在瑞典访问时,对一位医学教授提出的关于链霉素的疗效问题,做了以下回答:“我对结核病实在一点也不懂,这个问题还是你们搞医学研究的有专门了解。至于链霉素是否能够治疗结核病,还需要继续进行实验总结,我只是从试管中知道链霉素能够杀死结核菌而已。至于对人类的结核病疗效问题,虽然初步取得良好成绩,但还应做进一步探讨。如果您有兴趣的话,我愿将链霉素奉送给您做临床试验,以进一步帮助我们总结。”
凭着谦逊谨慎的作风、坚忍的毅力以及医学界的大力支持,瓦克斯曼对链霉素又做了深入研究,发现链霉素使用中方法和用量一定要慎重,否则容易发生危险。此外,他还发现链霉素对治疗结核性脑膜炎也有特效。
DNA双螺旋结构
1950年夏天,美国人沃森获得了博士学位。此时的生物学界正在进行一种叫双结构螺旋研究竞赛。结晶学研究的权威、英国的罗莎琳德·富兰克林已成功推出DNA分子有多股链,呈螺旋状。对DNA一无所知的沃森,在丹麦皇家学会听完劳伦斯·布拉格关于DNA的演讲后,决定研究DNA的三维模型结构。
次年秋天,沃森在导师的支持下,以美国公派博士后的身份来到英国剑桥大学卡文迪许实验室工作。在这里,他遇到了比自己年长十几岁的克里克,他们都被DNA结构之谜强烈地吸引着,于是,决定共同研究这一课题。
在建立DNA结构模型的过程中,沃森和克里克借鉴了美国化学家鲍林发现蛋白质结构的过程。他们注意到鲍林的主要方法是依靠X射线衍射的图谱来探讨蛋白质分子中原子间关系的。受此启发,沃森和克里克像孩子们摆积木一样,开始用自制的硬纸板构建DNA结构模型。他们利用了科学家们已经发现的一些证据,如DNA分子是由含有4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的;维尔金斯和富兰克林通过X射线衍射法推算出的DNA分子呈螺旋结构的结论等。在此基础上否定了DNA是单链和四链结构的可能,首先构建了一个DNA链结构模型,他们将模型中的磷酸——核糖骨架安置在螺旋内部。但是,以维尔金斯为首的一批科学家在对此结构进行验证时发现,沃森和克里克对实验数据的理解有误,因而否定了他们建立的第一个DNA分子模型。
在失败面前,沃森和克里克没有气馁,他们第二次构建了一个磷酸——核糖骨架在外部的双链螺旋模型。然而,与他们同室的化学家多诺休从化学角度指出了这个模型的错误,于是,第二次实践又宣告失败了。
1952年春天,奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学,沃森和克里克从他那里得到的信息是:腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。虽然查哥夫1950年就发表了这个结果,但是此时他们才强烈地意识到碱基之间这一数量关系的重要意义。于是,沃森和克里克又兴奋起来,他们经过紧张地工作,克服了一个个困难,终于在碱基互补配对原则的基础上,构建了DNA分子双螺旋结构模型。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X衍射照片比较时,发现两者完全相符。沃森和克里克终于完成了一项具有划时代意义的伟大工作。