DNA的发现与诺贝尔奖.ppt.ppt

的发现与诺贝尔奖,随着每年诺贝尔各项奖的陆续揭晓，中国人的“诺贝尔奖情结”总会再次燃烧起来，有人说是因为我们“不会”申请“诺奖”而导致与其无缘，也有人说“诺奖”评选本身就带有偏见，因此有与没有都无所谓，还有人说中国学术腐败导致“诺奖”在中国难产，杨振宁2010年预言，十年之内有望。,中国人的诺贝尔奖情结,杨振宁教授说，诺贝尔奖非常复杂。我不认为诺贝尔文学奖委评选的方法是正确的。物理、化学和医学方面，中国大陆到现在还没有人获诺贝尔奖。这个原因非常简单。第一是没有足够多的经费。今天，不论是做生物、物理或化学研究，设备是非常贵的。中国现在渐渐上来了，可是与先进国家最好的设备相比还差一截。第二个原因是学术要有传统。学术传统的最重要的一点，是可以使年轻人知道哪个问题是值得去做的，哪个问题容易有发展前途。,中国科学的传统一时还发展不上来，我认为这是最主要的。赵忠贤院士说，一个实验室、研究所的学术积累和学术传统非常重要。要注意积累，发扬传统，不断培养年轻一代。在20年代，索默菲没有拿到诺贝尔物理奖，但是索默菲实验室却有七个学生都拿到该奖，这就是因为索默菲实验室的学术传统影响到了下一代。我想，在积累和传统方面都做到了，不断有年轻人发展起来，更多的重大的原始性创新科技就会出现，有人获奖那就是很自然的事情了。,据1996年统计数据，中国科研开发经费R&D只占GNP的05，相对于发达国家（美国是245，日本是29），不但比例低而且绝对数量少，如果按人均则更少，甚至不如像印度这样的发展中国家。这无疑是严重制约中国科技发展的一大因素。到2005年，R&D投入占GDP的比例达到1.3%，从事R&D活动人员全时当量达到120万人/年，科技论文产出位居世界第五位，国家提出“十一五”期间我国R&D投入占GDP的比例将达到2%，,欧盟到2010年实现达到3%的比例的目标。其中，贡献最大的是瑞典，达到3.8%。目前世界领先国家平均为3%左右。同时，发达国家用于基础研究的费用占整个R&D的比重在10%以上，其中美国在2008年为17%，日本在2005年为12.7%，但中国2010年的水平还不到5%。著名科学家赵红州教授有四点说：其一，科学知识积累不够；其二，科学研究时间不足；其三，缺乏科学家群落；其四，缺乏科学人才识别和甄选机制。,美国国家科学基金会50年共资助165位诺贝尔科学奖得主,美国国家科学基金会（NSF）是美国联邦政府支持科学研究、特别是基础研究的独立机构，其宗旨是“推动科学进步”。自1950年成立以来，NSF发展了一套经过时间检验的价值评议系统，并通过这一评议系统，择优支持高水平的科学研究和最优秀的科学家。,NSF所资助的诺贝尔科学奖得主的数量，即从一个侧面反映了其价值评议系统的成功运行。近日，2005年度诺贝尔科学奖已揭晓，NSF根据其资助项目数据库进行检索，发布了迄今所资助的诺贝尔科学奖得主的最新数据,获得NSF资助的诺贝尔科学奖得主,巴丁教授在同一领域曾两次获得诺贝尔奖，他在访问中科院物理所时，曾半开玩笑地谈到了这个问题。他讲了获得诺贝尔奖应该具备的三个条件：第一是努力；第二是机遇；第三是合作精神。,沃森，克拉克这两个人的合作是一个传奇，一个物理学家，一个是生物学家。他俩的合作是生物学与物理学互补的最佳典范。DNA双螺旋结构的发现，据说是“诺贝尔奖中的诺贝尔奖”。,DNA双螺旋结构的发现是20世纪科学竞争与合作的典型范例之一,几个问题,.诺贝尔奖简介.5年后看发现的意义.发现的戏剧性过程.发现过程的几点启示,1.诺贝尔奖(Nobel Prize)简介,诺贝尔奖颁奖现场,1.1.诺贝尔奖的设立,阿尔福雷德诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel,1833-1896)是瑞典化学家，也是发明炸药、爆炸性硝酸甘油和无烟火药的一位天才发明家。本人是一个和平主义者，而且自称是一个理想主义者。去世时，遗留下约920万美元的遗产。他在遗嘱中指定，将大部分遗产变卖为资金，以每年的利息（20万）收入作为奖励基金，分别发放给3 项科学奖（物理、化学、生理医学奖）、1 项文学奖 和 1 项促进世界和平奖。,科学奖由瑞典皇家科学院颁发；文学奖由斯德哥尔摩瑞典学院颁发；和平奖由挪威国会颁发。X 射线发现者伦琴获第一届奖。当年诺贝尔不可能预见到，他所设立的诺贝尔奖成为日后科学家和普通人获得杰出成就的最高象征。一百多年来，已有七百多人获得诺贝尔奖。,1968年瑞典中央银行于建行300周年之际，为纪念诺贝尔，出资增设了诺贝尔经济奖（全称为“瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德伯恩德诺贝尔经济科学奖金”），授予在经济科学研究领域作出重大贡献的人。该奖于1969年开始与其他5个奖项同时颁发。有专家学者联名呼吁诺贝尔奖改革，增设“全球环境和公共卫生奖”，扩展现有的“生理学或医学奖”。诺贝尔奖没有数学奖项。,诺贝尔奖遴选严格每年9月1日至次年1月31日，接受各项诺贝尔奖推荐的候选人。通常推荐候选人1000-2000人。2月1 日起，各项诺贝尔奖评委会对推荐的候选人进行筛选、审定，工作情况严加保密。到9月份时，各领域的获奖人已基本内定，然后由评委会召开大会正式决定。10月的第二个星期里，选出本年度诺贝尔奖获得者。选举结果揭晓，立即通知获奖者。12月10日是诺贝尔逝世纪念日，这天分别在斯德哥尔摩和奥斯陆（和平奖）隆重举行诺贝尔奖颁发仪式。在瑞典，由国王为获奖者授奖。,1.2.迄今有11位华人获诺贝尔奖,诺贝尔奖自1901年颁发以来，共有8 位华人获诺贝尔科学奖，他们分别是杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦、李远哲、钱永健、高锟。高行健获文学奖。达赖喇嘛、刘晓波获和平奖。到2000年，亚裔科学家只有16人获奖，但仅占全部的获奖者人数的2.19！,1957年，李政道和杨振宁因“发现宇称不守恒原理”而被授予诺贝尔物理学奖。,1976年丁肇中因“发现一类新的基本粒子”而获得诺贝尔物理学奖。1986年李远哲因“发明了交叉分子束方法使详细了解化学反应的过程成为可能，为研究化学新领域反应动力学作出贡献”而获得诺贝尔化学奖。,1997年朱棣文因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝尔物理学奖。1998年，崔琦与德国的霍斯特斯托尔默和美国的罗伯特劳克林因在量子物理学研究做出的重大贡献而获诺贝尔物理学奖。2000年，高行健凭借作品灵山获得诺贝尔文学奖。是历史上首位华裔诺贝尔文学奖得主。,2008年，钱永健与美国生物学家马丁沙尔菲和日本有机化学家兼海洋生物学家下村修2名科学家以绿色荧光蛋白的研究获得该年度诺贝尔化学奖。2009年，华裔高锟,韦拉德博伊尔和乔治史密斯三人分享诺贝尔物理学奖。,1.3.科学界的超级精英,依照帕雷托的精英理论：假定在人类活动的每个部门，给每个人打分，可把那些在所从事的社会活动中获得最高分的人划为一个阶层精英。帕雷托认为，任何精英的地位都是由他们的杰出成就得来的，而这些成就又是他们才能的标志。生物学意义的精英和社会学意义的精英的争论。政治精英、经济精英、战略精英、宗教精英、科学精英当然，由于社会选择过程会出错，也会产生与精英标签不相符的精英成员。,美 哈里特朱克曼在科学界的精英美国的诺贝尔奖获得者一书对诺贝尔奖作了详尽的社会学分析。“作为科学界至高无上的荣誉，诺贝尔奖把获得者不仅提高到科学界的精英地位，而且提高到科学界超级精英的最高地位，提高到精英分层制度的最顶层。他们在一个由威信形成的集团中具有最高威望”。,科学界的“第41席”,科学界对诺贝尔奖有所谓“第41席”的说法（法国科学院的席位是40）。门捷列夫1905、1906两度提名诺贝尔化学奖，1906年以4：5票之差落选。1907年去世。佩顿1911年39岁时发现恶性肿瘤是由一种病毒引起，但直到1967年，85岁时才获得诺贝尔生理医学奖。,美国解剖学和胚胎学家赫伯特伊万斯至少作出了三大可以得奖的贡献。是他证明了老鼠身上的生长激素和性欲冲动的周期，才使内分泌学发展为理论；他还发现治疗不孕症的维生素和它的结构，但却从未去过斯德哥尔摩。发现电子自旋现象的物理学家古德斯密特和乌伦贝克一直没有得到诺贝尔奖，但很多人以为他早已得了奖。,美国解剖学和胚胎学家赫伯特伊万斯至少作出了三大可以得奖的贡献。是他证明了老鼠身上的生长激素和性欲冲动的周期，才使内分泌学发展为理论；他还发现治疗不孕症的维生素和它的结构，但却从未去过斯德哥尔摩。发现电子自旋现象的物理学家古德斯密特和乌伦贝克一直没有得到诺贝尔奖，但很多人以为他早已得了奖，在多种场合向他祝贺。,“能够证明一项理论是否有用的唯一方式就是看它是否能够不仅解释已知的事物，而且导致一项新的意想不到的发现，这实际上就证明，在理论中存在着新的东西。”这条普遍性原则使诺贝尔奖不至于授予未经证实的理论。,奖项颁给证实了的科学理论,日本物理学家汤川秀树1934年就提出 介子理论，当时并未引起重视，1947年英国人鲍威尔在升入空气的气球中，用特殊的摄影观察技术观察到宇宙射线中的确有介子存在，才于1943年为汤川秀树颁发物理学家。美国化学家马库斯早在1956年提出电子转移理论，1964年提出电子转移模型，80年代才在实验中不断证实，并为“光诱导电子转移反应”提供了最有价值的理论基础，直到1992年才获奖。,1928年出生的数学家纳什的经济学奖1994年才姗姗来迟50-51年提出纳什均衡理论。20世纪80年代中期他就出现在候选人的名单当中，却因为两派意见相差太大而被搁置了近10年。1994年，他终于在投票中以微弱多数通过，获得当年的诺贝尔经济学奖。,获奖领域不均衡。高能物理和分子生物学作为物理和化学的基础理论受到高度关注。从德国物理学家普朗克因提出量子概念于1918年获物理学奖开始，高能物理研究占获奖人数70%。,自1958年英国化学家桑格 因全部揭示出胰岛素中AB链的51个氨基酸结构 获得化学奖以来，有约1/4的人由于分子生物学的贡献获得化学奖。可见，诺贝尔奖还是看中经过验证的基础理论。,2010年民间新诺贝尔和平奖NEW NOBEL PEACE PRIZE2010年新诺贝尔和平奖授予美国流行乐、摇滚乐、R&B音乐歌手、舞蹈家、演员、编舞、慈善家和唱片制作人、流行乐之王（King of Pop）迈克尔杰克逊（Michael Joseph Jackson)，他被誉为在20世纪80年代起的整个现代流行音乐史上缔造了一个时代，他用音乐歌颂大爱、人道主义、种族团结与世界和平，谱写一首首慈善、公益名曲，并投身慈善事业，其一生共为世界慈善事业捐款3亿美元，还支持着世界39个慈善机构。,2.五十年后看DNA的发现,年月日，年仅岁的沃森(J.Watson,1928-)与同在剑桥大学的合作伙伴克里克(F.H.G.Crick)一起，在英国自然杂志上发表了一篇仅两页的论文，提出了的结构和自我复制机制。这篇论文被普遍视作分子生物学时代的开端。,2.1.历史时刻：1953年4月25日公布科学家发现DNA双螺旋结构,英国科学家罗莎琳富兰克林(R.Flanklin)和莫里斯威尔金斯(M.Wilkins)通过射线衍射获得的晶体结构照片在同一期杂志发表。,发现DNA双螺旋结构的意义,克里克和威尔金斯未能出席50年庆祝聚会，富兰克林早已在年去世。与会的数百位客人中，包括威尔金斯和富兰克林的家人和朋友，多位生物学或医学界的英国诺贝尔奖获得者，英国政府首席科学顾问等。沃森在讲话中说，知识和教育是人类进步的基础；人类有追求幸福的权利，也有巨大的责任；“我们不能孤独地生存，必须互相帮助”。他认为，在接下来的这个世纪，生物学和心理学将会产生某种结合，人类不仅要了解各种疾病，也要了解我们自身。,英国科学部长赛恩斯伯里说，结构发现之后的年里，英国的生物学研究取得了巨大的进步，这期间英国科学家取得的项诺贝尔奖中，超过三分之二为化学奖、生理学或医学奖；英国参与完成了人类基因组图谱绘制，生物技术工业也居世界领先地位。,DNA是生命中的遗传物质，发现它的意义：“达尔文将人类从宇宙主宰的顶峰拉了下来；DNA将人类的神圣面孔碾成生物学意义上的浆液”。人类与黑猩猩有95%以上的基因相同。在老鼠、猫和狗中也发现了人类有的遗传病。虽然人类和酵母的细胞分裂过程是相似的。基因控制着基本的生命过程。,有人认为，只有DNA的发现，才标志分子生物学时代的真正开始。人类有一半的基因在大脑中行使功能？人格、智力、攻击性是否与基因变异有关？存在决定人类行为的基因吗？人类行为模式可以摆脱环境影响，仅由基因决定吗？基因工程的前景,3.DNA双螺旋结构发现过程中的戏剧性,詹姆斯沃森1968年写了自传性科学史著作双螺旋发现DNA结构的个人经历，已经印了几十次，2001年三联书店出版中译本，2002年上海科技教育出版沃森另一部著作基因、女郎、伽莫夫中译本。还有一本疯狂的追逐。三本书中从人性和文化的角度记述了发现DNA结构的戏剧性过程。,事实上与DNA发现工作有关的人有5个：除获奖的3个人外，还有罗莎琳弗兰克林和里努斯鲍林。其中女科学家弗兰克林1958年35岁时英年早逝。这几个人都有交叉学科知识背景，既有合作互补，又有激烈竞争。,3.1 沃森眼中的科学家行为模式,“科学家是如何工作的?科学研究的方式像人的品性一样繁多。科学很少像外行人想象的那样，完全按照合乎逻辑的方式进行，相反，科学的进步常常纯粹是人为的事件，其中个性以及文化传统都起了巨大作用。“,科学中的冒险精神的特征有时体现为年轻人的狂妄。也体现在所发现的科学真理应该是简单和美的。另一方面，我绝不相信，在交织着野心和公正的当代科学界，DNA的发现能是一个特殊的例外。,克里克其人,克里克（1916）是英国生物物理学家、遗传学家及神经科学家。曾在伦敦大学和剑桥大学分别获得学士和博士学位。二战时期任海军军部科学家。由于1946年他读了薛定格1944年的书生命是什么？，受其影响，战后来到剑桥大学，以一个物理学家的身份开始从事生物学研究工作。“他临死前还在修改一篇论文，他至死仍是一名科学家”。他也从不是一个循规蹈矩的人。,薛定格认为，要了解什么是生命，必须知道基因如何发挥作用。当时，人们普遍认为基因是特殊类型的蛋白质。但有些科学家，如克里克等人认为，DNA才是最重要的，但是当时对于“DNA决定遗传性状”的证据不足。,已有三人关注DNA研究,同时，威尔金斯在伦敦金氏学院的正在研究DNA 分子，这似乎是他的一个专门领域，他本人是物理学家，正在用X射线衍射作为研究手段。弗兰克林作为结晶学家被派到威尔金斯实验室。而且，已经获过一次诺贝尔奖的，鼎鼎大名的美国化学家路易斯鲍林也在关注DNA研究。克里克认为，贸然介入威尔金斯的研究领域有些不妥。同时，克里克认为威尔金斯工作速度太慢，他意识到早些获得DNA研究成果的重要。,沃森说，“我从来没有看见克里克谦虚过”。他既不是一个纯粹的理论家，也不是一个实验物理学家，而是介与于二者之间。他的许多新想法都带有戏剧性，这种戏剧性极大活跃了实验室的气氛。据说，他经常在各实验室出入，看看有哪些新的实验结果问世，他掌握别人资料并使之条理化的速度极快，致使一些人对他抱有戒心，担心他在不远的将来会成功。,3.2.沃森其人,沃森（1928）美国人，大学时对鸟类有兴趣，不愿学物理化学，后毕业于芝加哥大学，获生物化学博士学位。1951年沃森来到剑桥大学的卡文迪什实验室，参加一个研究蛋白质三维结构的物理学家和化学家组成的工作小组，与克里克相遇，开始他们的划时代合作研究。,沃森是在导师的帮助下，来到剑桥大学卡文迪什实验室，当时实验室主任是布拉格。沃森想首先学习X射线衍射知识。第一天遇到已经在那里呆了两年的克里克，两个人很投机。当时，克里克35岁，沃森23岁，两个人性格有许多互补的地方。,威尔金斯和弗兰克林,威尔金斯是一个物理学家，当时正在伦敦金氏学院用X射线方法研究蛋白质的结构，但在X射线方面他还是一个新手，对于研究DNA的价值却有着科学家的敏感。弗兰克林是一位训练有素的结晶物理学家，当时31岁，被派到金氏学院给威尔金斯当助手。弗兰克林是一个很有个性、有才华的、不轻易受约束的女性。而且她已经把DNA当作自己的研究课题了，并不情愿为威尔金斯当助手。,3.3.争论和疑问（1）：生命的本质是蛋白质还是DNA？,生命的本质究竟是什么？当时占据主流的观点是蛋白质，而不是DNA。而且，比起蛋白质，大家对DNA的 化学结构所知极少，只有部分人并研究它的化学结构。而研究DNA的人大部分是有机化学家，对遗传学不感兴趣。认为DNA是生命本质的人很少，而且没有太多依据。因此沃森的导师鲁里亚希望化学家与遗传学家联手。,沃森曾到那布勒斯继续研究噬菌体，在那认识了威尔金斯。沃森说，是威尔金斯最早激发了他关心DNA的X射线衍射工作，实际上作博士时就对DNA感兴趣了。在那布勒斯的生物大分子学术会议上，威尔金斯报告了他关于DNA的X射线衍射工作，演讲即将结束时，他放了DNA的X射线衍射图，表现了DNA的晶体结构。,而且他指出，一旦我们知晓DNA的结构，就会理解基因是如何起作用的。沃森听了这话，突然对化学发生浓厚兴趣。还希望与威尔金斯合作，而且使用了一点花招，只是没有得逞。但是沃森说，他“可以忘掉威尔金斯，但无法忘记他的DNA的X光片”。他念念不忘找到那把揭开生命奥秘的钥匙。,争论（2）：DNA的结构是三螺旋还是双螺旋？,当时人们知道DNA由4种核苷酸组成，关键是找出他它的三维结构。鲍林没有依据X射线衍射技术已经成功得出，蛋白质是一种 单螺旋（螺旋）的结论。威尔金斯依据X射线衍射技术猜想，DNA是一种三螺旋结构。现在对于沃森、克里克来讲，重要的是搞到威尔金斯的DNA的X射线衍射图。并建造自己的DNA结构模型。,沃森在一次报告会上利用自己新的结晶学知识，竟然听懂了弗兰克林所作的基于新的X射线衍射图的，关于DNA结构的报告。他和克里克着手建造三螺旋的DNA结构模型。如何搞到威尔金斯和弗兰克林的DNA的X射线衍射图？沃森、克里克想尽了办法。鲍林得到一种糖和磷酸骨架为中心的三螺旋结构，并投稿国家科学院院报，对沃森、克里克造成威胁。,疑问（3）：糖和磷酸骨架在分子内还是在分子外？,很快沃森、克里克就发现鲍林的文章犯了化学错误，因此游戏还在进行，至少还有6个星期时间可以赢得胜利。DNA结构的另一个关键问题是，糖和磷酸骨架在分子内还是在分子外？克里克依据化学原理，认为糖和磷酸应在分子外构成骨架，四种碱基在内连接，但沃森有不同看法，两人分别做自己的模型。,疑问（4）：螺旋是哪种对称？,沃森、克里克一开始提出的三螺旋模型被弗兰克林坚决否定。弗兰克林所拍的关于DNA的X射线衍射图清楚表明是双螺旋结构。另一个关键问题是，这种螺旋是哪种对称？弗兰克林的A型图和B型图表明是反向对称。沃森、克里克得知消息后希望看到B型图，从中发现许多重要的螺旋参数。,沃森经过各种努力，在弗兰克林不知情的情况下，偷看了她的X射线衍射图。当沃森看到照片时，吃惊地发现不仅双螺旋、反向平行，而且弗兰克林也认为，糖和磷酸在分子外构成骨架。,最后的胜利：花落谁家？,美国加州理工学院化学家鲍林想到英国看弗兰克林关于DNA的X射线衍射图，但签证未准，他派儿子彼得前去，但彼得是个花花公子，未能完成任务。沃森、克里克最后从国家医学研究会收到的弗兰克林工作小组的总结报告中，看到了所有重要X射线衍射图的数据，特别是B型图的数据。克里克根据这些数据修改完善了自己的模型。最终提出了双螺旋结构的设想。,1953年4月25日自然杂志发表了詹姆斯沃森、弗朗西斯克里克合写的论文。也同时发表了莫利斯威尔金斯和罗莎琳弗兰克林合写的论文，公布了射线衍射获得的晶体结构照片。1962年瑞典斯德哥尔摩皇家科学院只向沃森，克里克和威尔金斯三人颁发了当年的诺贝尔生理医学奖，弗兰克林因早逝，榜上无名，成为“第41席”。,4.DNA发现过程的启示,布拉格在为沃森的双螺旋写的序言中，“站在巨人脚趾上”，谈到一个科学家与其他科学家的竞争与合作时所处的进退两难的处境：“他知道有个同行在某个问题上已经工作了多年，并且积累了大量难得的资料。同行本人知道成功就在眼前，因此没有公开发表这些资料。这个研究者看到过这些资料，并有充分理由相信，他想象中的一种研究方法，或者说仅仅是一种新观点就能使问题迎刃而解。,4.1.竞争与合作：发现过程的启示,在这个时候，如果他提出同对方合作，可能会被认为是想捞一点外快。他应该单枪匹马地去干吗？很难判断一个重要的新观点究竟真的是一个人独出心裁想出来的，还是在同别人交谈中不知不觉地吸收来的。鉴于这种困难，在科学家中间逐渐形成一种不成文的法规，大家承认，同行对研究的方式有申明自己要求的权利。但是，有一定的限度。,当竞争不止来自一个方面的时候，就不能再踌躇不前了。在解决DNA结构的过程中，这种进退两难的困境显得尤为突出。由于考虑到伦敦金氏学院的威尔金斯长期耐心的研究，以及剑桥的克里克和沃森最后很快出色地解决了DNA的结构问题，1962年在颁发诺贝尔奖金时，才使所有与此有关的人皆大欢喜。”果真如此吗？,显然，在这场竞争中，沃森和克里克最大地得益于威尔金斯与富兰克林、鲍林的研究结果。在不到两年的时间里，沃森和克里克否定了脱氧核糖核酸的单螺旋与三螺旋模型，才提出了正确的双螺旋模型，并在1953年4月自然杂志的一篇论文中公布于世。1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理医学奖，而富兰克林于1958年37岁时去世，不在受奖之列。,4.2.其他启示,学科交叉科学家的个性科学共同体的伦理科学研究中的利益冲突科学研究中优先权的争夺科学中的五大原则（CUDOS）：普遍性、公有性、去私利性、独创性、有条理的怀疑女性与科学,思考题,1.你从DNA的发现过程获得哪些启示？2.你如何想象科学家的工作方式和特征？3.你如何理解科学研究中的利益冲突？4.你如何看中国的“诺贝尔奖情结”？下次讲“科学研究中的利益冲突”期中要求：,期中小论文和演讲要求,时间11月3日随堂交论文、PPT报告题目和内容参考：1.课堂各讲中的思考题2.与各讲的主题紧密相关的题目要求1.论文除2000字正文，需给出论文主要内容的800字介绍。2.准备10分钟的PPT,谢谢！,