新疆域 FRONTIERS [美]艾萨克·阿西莫夫 著 上海科技教育出版社 1999.12 扫描，校对：异调 基础科学新疆域（FRONTIERS OF SCIENCE），朱宝如 译 首次看到DNA分子 1989年，科学家第一次直接看到了一种十分重要的分子。 看到小得肉眼看不到的物体，科学家能做到这一点已经将近400年 了。窍门是利用透镜迫使光线弯曲，这样就使反射光线的物体聚焦形 成镜像，并被放大。用来完成这种任务的仪器就是显微镜。 随着时间的推移，显微镜也不断得以改进，直到最后它能把物体 放大1000倍。这时候，科学家碰到了一个物理障碍。光线是由波组成 的，其波长很短，但是，显微镜下的物体也很小。如果物体足够小， 甚至小于观察它们所用的光波的波长。那么光波将会跳过它们，物体 就不再能被看到了。 为了看清物体，你可以利用更短的光波，例如紫外线。因而，科 学家暂且可以使用“紫外线显微镜”，但这只是一个小的进展。更短 的光波最终也会不管用。 然而，到1923年，法国科学家路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）指出，亚原子粒子也应该以波的形式存在。1925年，一位美 国科学家克林顿·J·戴维森（Clinton J. Davisson）探测到了电子 所产生的波。这些电子波的波长要比普通光波波长短得多。事实上， 它们大约有X射线的波长那么长，但是，X射线极难聚焦，而电子及电 子波却很容易被磁场聚焦。 1932年，德国科学家欧内斯特·鲁斯卡首次制造了一台仪器，用 上述方法，使电子波聚焦并把物体的镜象放大。这是一台“电子显微 镜”。开始时，它很粗糙，但是过了几年，就得到了改进，直到可以 把物体放大30万倍。 开始时，这种仪器中的电子必须穿透物体之后才能产生一个放大 的镜象，因而科学家只能使用十分薄的材料进行观察。但是，后来科 学家找到了一种方法，能产生一种十分细小的电子束，并且使它在物 体表面上做动作。也就是说，这个电子束能沿着物体表面摸索前进， 把物体扫描下来，从而产生一个放大的影象，这种仪器便是“扫描电 子显微镜”。 如今，又有一种更新的产品，利用被科学家称为“隧道效应”的 方法产生电子，从而制成了“扫描隧道电子显微镜”，使得放大倍数 达到了新的高度。这种显微镜可以放大100万倍，从而借助它第一次看 到了脱氧核糖核酸（DNA）分子，这一工作是位于加利福尼亚州的劳伦 斯·利弗莫尔实验室的米格尔·B·萨尔梅龙（Miguel B. Salmeron） 及其同事在1988年完成的。 DNA之所以重要，因为它能传递生命蓝图。每一个生命细胞含有一 套DNA分子，它们会不断地自我复制，把新创造出来的分子传给下一代 细胞。精子与卵细胞中也存在有整套DNA，因而可以从双亲传给孩子。 每一种生物品种都具有它自己的一套DNA，而同一品种的不同个体的 DNA之间还有微小的差别。 DNA的重要性最早被认识是在1944年，当时，科学家正致力于发现 为何这些分子能够生成与它一模一样的其他分子。 到1953年，英国科学家弗朗西斯·H·C·克里克及其在美国的合 作者詹姆斯·D·沃森找到了答案。当X射线穿过分子时，它会四面散 射出去。反映在照片上就会留下很多点，这些点就是散射出来的X射线 形成的。根据这样一种“X射线衍射图案”就能推算出分子的形状。经 过长期而细致的工作，他们最终知道了DNA分子的结构，它是由绳子那 样的两股原子拧在一起，形成一种双螺旋结构（就像床用弹簧）。其 中每一股都有复杂的形状，而两股又能相互紧密地贴合在一起。 当DNA要生成另一个与它自己一样的分子时，两股螺旋开始松开， 其中的每一股都会从细胞液中俘获原子小团，并且把它们排成一股新 的螺旋，与原来的一股螺旋紧密地贴合在一起。换句话说，每一股螺 旋都以自己为模板，为它自己制造了一个新的配偶。其结果是，每个 DNA分子生成了两个完全一样的DNA分子。 由于这一发现，沃森与克里克获得了1962年度诺贝尔奖；他们的 工作也被认为是巧妙的科学推理的一个胜利。他们精确地描述了DNA分 子的双螺旋结构以及它们的工作过程，虽然这些情况实际上小得还看 不到。 然而，沃森与克里克的工作在过了36年之后，用一台扫描隧道电 子显微镜便可拍下DNA分子的照片，已经不需要巧妙的推理了。双螺旋 结构就呈现在我们眼前。正如以前假设的那样，分子卷绕成螺旋状。 根据照片上的影象，可以计算出相邻两圈之间的距离，大约是五百万 分之一英寸。 萨尔梅龙及其小组正计划进一步改进实验方法，看是否能够看到 两股结构中更精细的细节。另外，他们也想获得其他分子的图象。