第五章 对德尔布吕克模型的讨论和检验56

    的确，正如光明显出了它自身，也显出了黑暗，真理既是它自身的标准，也是谬误的标准。

    ————斯宾诺莎，《伦理学》，第二部分，命题43

    40.对遗传物质的一般描述

    由这些事实可以很简单地回答我们的问题：这些由少量原子组成的结构能否长时间经受住遗传物质不断受到的那种热运动的干扰影响？我们将假定基因的结构是一个巨大的分子，只能发生不连续的变化，这种变化就是原子重新排列，导致同分异构的分子。 注20 这种重新排列也许只影响基因的一小部分区域，可能有大量不同的重新排列。与一个原子的平均热能相比，把实际构形从任何可能的同分异构体中分离出来的阈能一定很高，从而使这种转变成了罕有事件。这些罕有事件就是自发突变。

    本章的后面几部分将通过与遗传学事实作详细比较，检验这种关于基因和突变的一般描述（主要归功于德国物理学家德尔布吕克）。在此之前，我们不妨对该理论的基础和一般性质作些评论。57

    41.这种描述的独特性

    找到最深的根底，把这种描述建立在量子力学的基础之上，对于这个生物学问题来说是绝对必要的吗？基因是一个分子，我敢说这样的猜测在今天已经司空见惯了。无论是否熟悉量子论，很少有生物学家会不同意这种猜测。我们在第32节大胆让一位前量子物理学家把它说出来，作为对观察到的持久性的唯一合理解释。随后是关于同分异构现象、阈、W∶kT在确定同分异构跃迁概率方面的重要作用等等的思考，所有这些都可以在纯经验的基础上来介绍，而不必利用量子论。既然在这本小书中我无法真正讲清楚量子力学的观点，而且还可能使许多读者感到厌烦，那我为什么还要如此强烈地坚持它呢？

    量子力学是根据一些第一原理来解释自然界中实际碰到的各种原子集合体的第一种理论。海特勒-伦敦键是该理论的一个独特特征，但并不是为了解释化学键而发明的。它在很大程度上是以一种非常有趣和令人费解的方式自行出现的，是基于完全不同的考虑被强加给我们的。现已证明，它与观察到的化学事实精确吻合，而且正如我所说，它是一个独有的特征，我们对它已经有了足够了解，可以相当肯定地说，在量子论的进一步发展中，“这样的事情不可能再发生了”。

    因此，我们可以有把握地断言，除了对遗传物质的分子解释以外，没有其他可能的解释了。要解释遗传物质的持久性，在物理学方面只有这一种可能性。倘若德尔布吕克的描述失败了，我们将不得不放弃进一步的尝试。这是我想说的第一点。

    42.一些传统的错误观念58

    但也许可以问：除分子以外，难道真的没有由原子构成的其他可以持久的结构了吗？埋在坟墓里数千年的金币难道不是保存着印在它上面的肖像特征吗？金币固然是由大量原子构成的，但在这个例子中，我们肯定不会把这种纯粹的形象保存归因于大数统计。这种说法也适用于历经数个地质时代而没有改变的嵌在岩石中的纯净晶体。

    这就引出了我想说明的第二点。一个分子、一个固体、一块晶体，这些情况实际上并无不同。从现在的认识来看，它们实质上是相同的。不幸的是，学校教学还保留着好多年前就已经过时的传统看法，从而模糊了对实际事态的认识。

    事实上，我们在学校里学的关于分子的知识并没有讲到，与液体或气态相比，分子与固态更加相近。相反，我们被告知要仔细区分融化或蒸发这样的物理变化和酒精燃烧这样的化学变化：在融化或蒸发中，分子被保持着（比如酒精，不论它是固体、液体还是气体，都是由相同的分子C2 H6 O组成的）；而在酒精的燃烧中，

    C2 H6 O+3O2 =2CO2 +3H2 O

    1个酒精分子和3个氧分子重新排列后形成了2个二氧化碳分子和3个水分子。

    关于晶体，我们学到的是它们形成了三向堆叠的周期性晶格，晶格中单个分子的结构有时是可以识别的，酒精和大多数有机化合物就是如此；而在其他晶体比如岩盐（氯化钠，NaCl）中，氯化钠分子是无法明确定出界限的，因为每一个钠原子都被6个氯原子对称地包围着，反过来也是如此，因此把哪一对钠氯原子看成氯化钠分子基本上是任意的。59

    最后，我们被告知，一个固体既可以是晶体，也可以不是晶体，在后一种情况下，我们把它称为无定形固体。

    43.物质的不同的“态”

    现在，我还没有进而说所有这些说法和区别都是错误的。它们对于实际目的来说有时是有用的。但在物质结构方面，必须用完全不同的方式来划定界限。基本区别在以下“等式”的两条思路之间：

    分子=固体=晶体的

    气体=液体=无定形的

    对于这些说法，我们必须作简要说明。所谓的无定形固体要么不是真正无定形，要么不是真正的固体。在“无定形的”木炭纤维中，X射线已经揭示出石墨晶体的基本结构。因此木炭是固体，也是晶体。如果我们没有找到晶体结构，就必须把它看成一种高“黏性”（内摩擦）的液体。没有明确的熔化温度和熔化潜热表明这种物质不是一种真正的固体。加热时它会逐渐变软，最后液化而不存在不连续性（我记得在第一次世界大战行将结束时，在维也纳曾有人给我们一种沥青似的东西作为咖啡的代用品。它坚硬异常，以至于当它出现光滑的贝壳似的裂口时，必须用凿子或斧头将它砸成碎片。但再过一段时间，它会表现得像一种液体，假如把它搁上几天，它会牢牢黏在容器底部）。

    我们很熟悉气态和液体的连续性。可以用“围绕”所谓临界点的方法使任何气体液化而没有不连续性。但这个问题我们这里就不多谈了。60

    44.真正重要的区别

    于是，除了想把分子看成一种固体或晶体这一要点之外，我们已经证明上述图式中的一切都是有道理的。

    这一要点的理由是，把一些原子（不论多少）结合起来构成分子的力，和把大量原子结合起来构成真正的固体或晶体的力本质上是相同的。分子表现出和晶体一样的结构稳固性。请记住，我们正是用这种稳固性来解释基因的持久性的！

    物质结构中真正重要的区别在于，原子是否是被那些“起稳固作用的”海特勒-伦敦力结合在一起。在固体和分子中，原子都是这样结合的。在单原子气体中（如水银蒸气）就不是这样了。在分子组成的气体中，只有每一个分子内的原子才以这种方式结合在一起。

    45.非周期性固体

    一个很小的分子也许可以称为“固体的胚芽”。从这样一个小的固体胚芽开始，似乎有两种不同方式来建立越来越大的集合体。一种方式是沿三个方向一再重复同一种结构，比较乏味。正在生长的晶体所遵循的正是这一方式。周期性一旦确立，集合体的大小就没有明确界限了。另一种方式是不用那种乏味的重复来建立越来越大的集合体。越来越复杂的有机分子就是如此，其中每一个原子和原子团都起着各自的作用，与其他许多原子起的作用（比如周期性结构中的情形）并不完全相同。我们可以恰当地把它称为一种非周期性晶体或固体，并且这样来表达我们的假说：我们认为，基因————也许是整个染色体纤丝 注21 ————是一种非周期性固体。61

    46.压缩在微型密码中的丰富内容

    经常有人问，像受精卵细胞核这样一点点物质，如何能包含一个涉及有机体所有未来发育的精细的密码本呢？一种具有足够的抵抗性来长时间维持其秩序的、秩序井然的原子结合体，似乎是唯一可以设想的物质结构，它提供了各种可能的（“同分异构的”）排列，足以在很小的空间界限内体现一个复杂的“决定”系统。事实上，这种结构中不必有大量原子就能产生近乎无限种可能排列。为... -->>
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