----新书《淡看1961年Matthaei 和Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》导读

“无细胞蛋白质合成”是分子生物学领域一个神奇的存在!由于该系统“翻译了遗传密码,解释了遗传密码在蛋白质合成中的功能【1】("for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis "),美国化学家罗伯特·霍利(Robert W. Holley),印裔美籍化学家哈尔·葛宾·科拉纳(Har Gobind Khorana)和俄裔美籍生物代谢专家马歇尔·沃伦·尼伦伯格(Marshall W. Nirenberg)等三人分享了1968年诺贝尔生理或医学奖。之前的1965年7月21日,沃森(J.D.Watson)独立编著的《分子生物遗传学》(<Molecular Biology of the Gene > (1st edition))以尼伦伯格和奥乔亚 “破译遗传密码”实验为依据在哈佛大学开启了讲授《三联体遗传密码表》【2】()的先河; 更早的1962年12月11日, 依据“Matthaei 和Nirenberg的无细胞实验发现了遗传密码子UUU”科学故事,克里克(F.Crick)、沃森(J.D.Watson) 和威尔金斯(M.H.F.Wilkins)以“UUU”与DNA分子双螺旋结构的生物学“中心法则”关系,斩获1962年诺奖,并引出克里克当年《关于遗传密码》【3】(4*4*4=64个遗传密码子构想)的诺贝尔演讲。在1962和1968这两届诺贝尔奖和《分子生物遗传学》一部大学教科书出现之前,还有个生物学科学史专家根本绕不过去的著名学术故事,那就是:“1961年8月10日-16日,发生于莫斯科大学的第5届国际生物化学会议” 【4】和这个会议上几千名与会者针对克里克宣称的“Matthaei 和Nirenberg实验发现了遗传密码子UUU”的讨论、争吵、对峙,或各种“互不信任”!

杨星阳老师的新书《淡看 1961 年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU” 遗传学实验闹剧》,属于对“1961年8月10日-16日,莫斯科国际会议现场”针对“Matthaei 和Nirenberg实验是否确实发现了遗传密码子UUU”的争吵,争论,讨论或对峙-----这一著名而特殊事件的学术模拟和全场景模拟。简单地说,是对“UUUUUUUUU碱基序列是否具有三联性”问题的专门讨论!也是对体外“苯丙-苯丙-苯丙-苯丙”的“一个接一个”的机械组装与细胞体内蛋白质合成规律的区别的讨论!还是对分子生物学学科基本研究方法的讨论,即“发现密码子UUU”是“先立靶子,后射箭”的随机科学发现?还是“先射箭,后画靶子”的学术故事炒作?杨星阳老师研究发现,1961年8月之前,“氨基酸掺入蛋白质”的生物合成已经是比较成熟的技术,“UUU”指导氨基酸掺入蛋白质并非生物学的必须规律;同时,“UUU是不是苯丙氨酸的遗传密码?”也不是当时遗传学学科已经出现的重大学术难题;相反,1961年是人类历史上十分特殊的年份,是“古巴导弹危机”爆发的前兆。仅仅这一年时间里,美苏两国超级大国进行的核试验达100多次;而且,在莫斯科国际生物化学会议召开期间突然发生了第二次“柏林危机”(1961年8月3日),美苏“冷战”对抗骤然升温到白热化状态;早在1961年1月20日,美国新当选总统肯尼迪发表就职演说,已经指出“美苏两个超级大国都因为面临人类的终极战争,而惶恐不安” 【5】(But neither can two great and powerful groups of nations take comfort from our present course--both sides overburdened by the cost of modern weapons, both rightly alarmed by the steady spread of the deadly atom, yet both racing to alter that uncertain balance of terror that stays the hand of mankind's final war.);所以,“Matthaei 和Nirenberg实验发现了密码子UUU”故事出现以后,《纽约时报》当年评论说,“UUU的威力比核弹和氢弹更强大” 【6】(“far greater in its potential significance than the atomic or hydrogen bomb”),把生物遗传学的研究跟当时的美苏对抗扯到一起去。

新书作者杨星阳老师,是我国空军优秀退役通信军官。毕业于(西安)空军电讯工程学院,精修过通信指挥、通信技术、英语等专业。毕业后,长期担任通信分队指挥工作,为保障首都领空安全做出重要贡献! 在常年的通信职业生涯中,杨星阳老师偶然留意到欧美国家《分子生物学》《生物化学》《遗传学》等教科书中有把“无线电通信技术的莫尔斯点(.)划(-)数学组合” 【7】与“化学学科的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四碱基分子的随机组合” 【8-10】进行交叉研究的内容,随后发现,遗传学的“密码”“破译”等术语、生物学的“中心法则” “序列假说” “信息转录”等基础理论也都散发着浓烈的军事学味道,随跟进研修了《植物形态学》《基础化学》《生物化学》《分子生物学》《遗传学》等学科知识。1997 年,受北大生科院杨雄博士影响,杨星阳老师开始研习《三联体遗传密码表》。2004 年4月, 杨星阳老师向中国化学会第 24届学术年会递交《C、H、O、N、P、S 所构物质分子通式的发现》论文并被收录,在讨论发现该化学通式的意义时, 杨星阳老师非正式地提出了对《三联体遗传密码表》的术语“XYZ(编码)氨基酸a”相对于化学反应方程描述式的错误。当时,临时打印了 30 多份讨论稿,被与会学者们一抢而空。会议结束后,杨星阳老师辞去工作,花费六个多月撰写长篇论文《“Crick4*4*4 遗传密码表”是完全错误的》,并在北京市版权局做了版权登记。 之后,杨星阳老师向中国化学会第 25 届学术年会(吉林,吉林大学)提交该长篇论文,该文的《论文摘要》被会务组正式接收。在2006 年 7 月 11 日-14 日以墙报形式展出该文《论文摘要》时,学者们关注度极高。研讨现场气氛凝重、讨论热烈,人群中有化学博士情绪激动,手舞足蹈。期间,有 60 岁高龄化学家在附近远处依墙、聆听、凝思、仰望、踱步,情景令人感动。会议现场氛围,十分类似 1961 年的莫斯科第五届国际生物化学会议现场对“破译密码子 UUU”事件的争吵。

目前,《淡看 1961 年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》一书是学术界关于“破译密码子 UUU”事件的第一次温和的、全面的、理性的质疑性研究。该书的原始版本是杨星阳老师(独立作者)2021 年 12 月向《自然.化学》(Nature Chemistry)杂志投稿的英文论文《Not-Joking Debate on the First Genetic Code UUU Discovered by Matthaei and Nirenberg in 1961》(关于 1961 年马修和尼伦伯格发现第一个遗传密码子 UUU 的认真讨论)中文版扩展版。该文第一次投稿《自然.化学》时,没有被秒拒,相反,《自然》出版集团的Springer Nature系统提供了多次稿件转投的机会。后来,查看发现,欧美大学教科书【11-14】在讲解“UUU(编码)苯丙氨酸”知识点时,基本都是“蜻蜓点水”,一带而过;基本都没有对马太和尼伦伯格的实验进行“正面的” “直接展开的” “遗传学分析的和化学知识讨论的”系统性论证;----与欧美大学教科书相比,《淡看 1961 年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》一书采用对马太和尼伦伯格实验直接讲述、直接扩展、直接论证或直接问答等方式,把各个核心学术点或化学地或生物学地或遗传学地系统性连接起来进行论证,不回避疑难课题、不断裂逻辑连接、不包装学术概念。特别地,为了全面地、精准地剥去马太和尼伦伯格实验的诺贝尔奖光环、的世界各地大学教科书光环,的“二十世纪人类自然科学三大伟大发现之一”宣传口号的光环,本书特意设立了“与‘UUU(编码)苯丙氨酸’关联的 26 个基本课题的澄清”一章,这些“澄清”基本上涵盖了目前分子生物学和分子遗传学两个基础学科的全部基础理论。通过这些澄清,读者和研究人员可以自行判断“Mathaei 和 Nirenberg实验是否真的发现了UUU”!此外,为了方便讨论“英文原始词条本身的歧义”,本书对英美两国主要原始文献的作者、假说、实验结论与图表等核心词条采用“引述英文原文、用括号注释中文”的描述方式,如“The Genetic Code(遗传密码)” 、“Universality(通用性)”等, 以方便关联学科专业人员对照欧美原始资料深一步研究时做参考。该书收笔于这个猜测:“发现UUU”或许是美国国立卫生研究院和英国卡文迪什实验室在“冷战”期间制造的“学术乌龙”事件,跟遗传学和生物化学两个学科的客观规律发现没有必然的联系。

当前,“UUU 苯丙氨酸”是目前欧美大学和国内大学生科专业多个子学科教科书的核心内容。“UUU 编码苯丙氨酸” 和“UUU 不编码苯丙氨酸”对生物学学科和分子遗传学学科理论体系的确立有着十分重大的奠基意义。由于“UUU(对应)氨基酸”是《三联体遗传密码表》中全部64个“XYZ(对应)氨基酸”的第一个,且是以实验结论的身份出现,所以,“UUU 编码苯丙氨酸”结论出现的方式和生物学推论方法对分子生物学、生物化学、遗传学和有机化学等基础学科1961年之后的发展方向和知识体系构建方式,都有着十分突出的“突变”作用。所以,《淡看 1961 年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》一书的问世,对生物化学和遗传学等学科理论体系的正常回归具有极高的学术价值!从内容和章节结构看,该书整体立论宏大但不虚夸,头绪万千但靶心鲜明而稳固。身陷分子生物学“天坑”、“泥潭”、“1300个诺贝尔奖幻觉”的万千莘莘学子们,读罢此著,会陡然眼前一亮! ----- 猛回首,原来,马太和尼伦伯格实验是一场天大的闹剧!

该书引用的资料详实,参考文献权威可靠;作者文笔柔中带钢,逻辑严密,重要英文词条都标有原始出处,可读性和实用性极强,适合生物学、生物化学、分子遗传学、有机化学等学科在读硕士和博士做学术参考。为了区别于欧美大学教科书对马太和尼伦伯格实验的“赞美性” “附和性”和“误导性”讲述,该书名称使用了“(Mathaei 和 Nirenberg)遗传学实验闹剧”一词。

时光如梭,光阴似箭。自杨星阳老师2006年提出《三联体遗传密码表》整体错误到今天,已经十七年过去。从2013年动笔开始,这部书已经历了杨老师十年的人生。作为退役军人,在“密码子UUU”课题研究和该书创作过程中,最大的难题是对1961年前后欧美原始文献的查找和求证,其次是梳理“英文文献中克里克对同一种学说做的多种不同解释”,最后是梳理欧美本土大学教科书对克里克不同假说或学说的解读。 每次遇到学术难关时,杨老师会用空军进行曲的歌词“碧空里呼啸着威武的机群,大地上密布着警惕的火网”来激励自己,迎难而上,不退缩,直到难题解决!

正如《现代生物医学进展》杂志2006年评价杨星阳老师早期研究工作的意义时所说:“中国之科研, 自始至今, 总跟在国外科研之后,这固然有种种原因,但,并不能因为这些原因而放弃我们自主创新的道路,在科学的道路上,从来都没有通过模仿、效仿而成功的, 中国的科研要获得成功, 要获得突破, 必得有自己的思维!” 【15】

中华民族是善于发现、善于创新的民族!随着“龙的民族”文化与文明的全面复兴,在自然科学进程的“分子生物学”、 “生物化学”和“分子遗传学”等基础学科回归正统之际,中国必将建立领先世界的自然科学理论体系!《淡看1961 年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》一书的问世,也许预示着科学的、自然规律的、经得起历史考验的“新分子生物学理论体系”正在形成和即将形成。

预祝《淡看 1961年 Matthaei 和 Nirenberg “破译密码子UUU”遗传学实验闹剧》一书,成为实现中华民族科学复兴和文化复兴的一个缩影!希望该书助力中国本土生物学和遗传学家摘得诺贝尔奖!

编撰:李建

参考文献:

【1】诺贝尔官网,查看1968年尼伦伯格等三人获奖的学术理由。

【2】Watson, J.D. Molecular Biology of the Gene (1st edit), New York: W.A. Benjamin 1965: p374.

【3】 (Nobel Lecture) Crick, F. On the genetic code.

【4】Crick, F.; Barnett, L.; Brenner, S.; Watts-Tobin, R.J. General nature of the genetic code for proteins. Nature 1961, 192, p1232.

【5】President John F. Kennedy's Inaugural Address (1961年1月20日,肯尼迪就职演讲)

【6】Public reaction to the Genetic Code 1961-1968.

【7】(奥)薛定谔著,张卜天译,《生命是什么:活细胞的物理观》,商务印刷馆;2016年,第64页。

【8】 Crick, F.H., Griffith, J.S., and Orgel, L.E. Codes Without Commas. PNAS 1957, 43(5), p416-421.

【9】Crick, F. H. C, The Genetic Code, Sci. America, 1962(Oct), 207(4): p68.

【10】Nirenberg, M. W. The Genetic Code: II. Scientific American (Periodical) 1963, 208: p82-90.

【11】Mader, Sylvia S.; Windelspecht, Michael. Essentials of Biology (5th Edit), New York: McGraw-Hill Publishing Company 2018:p193.

【12】Solomons, T.W. G.; Fryhle, Craig B.; Snyder, Scott A. Organic Chemistry (International Student Version) (11th Edit.), Singapore: John Wiley & Sons 2013: p1124.

【13】Fletcher, Hugh; Hickey, Ivor. Genetics (4th Edit), New York: Garland Science (Taylor & Francis Group) 2013: p14.

【14】Bartee, L.; Shriner, W.; Creech, C. Principles of Biology: Biology 211, 212, and 213. Open Oregon Educational Resources. 2017: p 587.

【15】杨星阳,《关于Crick 4*4*4 遗传密码表的质疑演讲》,现代生物医学进展,2006年第12期,第3页。