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  • 全世界只有3.14 %的人关注了青少年数学之旅两次获得诺贝尔奖的科学家,世界上仅有这四个人!他们是:1. 居里夫人(Marie Curie,1867~1934),波兰科学家,的丈夫叫...

    全世界只有3.14 % 的人关注了

    青少年数学之旅

    两次获得诺贝尔奖的科学家,世界上仅有这四个人!

    他们是:

    1. 居里夫人(Marie Curie,1867~1934),波兰科学家,他的丈夫叫皮埃尔·居里,两人合称“居里夫妇”! 1903年,居里夫妇和亨利...

    2.约翰·巴丁 美国物理学家——约翰·巴丁(John Bardeen,1908~1991)...

    3.莱纳斯·鲍林 美国科学家——莱纳斯·鲍林(Linus Pauling,1901~1994)...

    4.弗雷德·桑格尔 英国生物化学家——弗雷德·桑格尔(Fred Sanger,1918~2013)

    但两次在同一领域获得诺贝尔奖的人只有一人!那就是约翰·巴丁--唯一一位两次获得诺贝尔物理奖的物理学家!

    约翰·巴丁(John Bardeen)

    约翰·巴丁因发明了晶体管及其相关效应、超导的BCS理论分别在1956年、1972年两次获得诺贝尔物理学奖。

    1956:约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利共同荣获1956年诺贝尔物理学奖。他们的贡献在于:1947年巴丁和布拉顿共同发明第一个半导体三极管,此后一个月,肖克莱发明PN结晶体管。 

    1972:约翰·巴丁、列侬·库珀、约翰·R·施里弗共同荣获1972年诺贝尔物理学奖。他们的获奖理由是:1957年共同提出低温超导理论,即通常所说的BCS理论。

    中科院院士周光召曾说:“在科学史上,巴丁不像爱因斯坦那么有名,但我觉得他是真正的物理学家。”

    但是巴丁实在是太低调了,拿了两次诺奖却名声不高,有人曾经提出过“巴丁数”这一概念,用于形容“谦虚程度”,等于成就比上自我吹嘘。

    物理学家巴哈特就说,一般人的巴丁数等于1就很不错了,而巴丁则为无穷大。

    那么,约翰·巴丁到底是个怎样的人呢?

    开挂的少年时代

    最右为巴丁

    1908年5月28日,约翰·巴丁生于美国威斯康星州,是家中五个孩子中的第二个。

    虽然不像高斯那般神童,但从小学起他的才能就已经显现了。

    才9岁刚上三年级,他就觉得功课简单得不像话,直接连跳三级,成了一名初中生。

    连跳三级之后,巴丁依然是班上的学霸,尤其在数学上,第二年就参加了麦迪逊市的代数竞赛,还拿了奖!

    到了1922年,14岁的巴丁已经完成了大学预科的学业。

    虽然智商超前,但作为老二,超老大太多好像不太好。于是,他陪着哥哥多读了一年高中,主修物理和数学课程。 

    一年之后,15岁的巴丁成了美国著名的威斯康辛大学的大一新生。虽然巴丁在物理和数学上很有天赋,但他却选择了电气工程专业。

    威斯康辛大学麦迪逊分校

    找到一生的挚爱,变成“妻管严”

    在这里,身边进进出出都是学霸跟教授,巴丁终于找到了一些能和他愉快聊天(学习)的人。

    1929年获得硕士学位后,他跟随着最喜欢的教授彼得斯(Leo Peters)去了匹兹海湾研究所实验室工作。很快,巴丁凭借自己的天赋和毅力,发现了勘探石油的一种新的电磁学方法,大大提升了勘探效率。

    也许是按捺不住体内躁动的学霸之魂,在实验室待了三年之后,巴丁想要继续进修,打算到普林斯顿跟随爱因斯坦学习物理。

    当巴丁去到普林斯顿时,爱因斯坦已经不在那里了。于是,巴丁转而师从维格纳(Eugene Paul Wigner)教授学习数学物理。

    对巴丁来说,普林斯顿真是一块福地,事业爱情双丰收。在那里,巴丁不仅扎进了固体物理学这个让他获得两次诺奖的“坑”,更重要的是,他遇到了此生挚爱——妻子麦克斯韦。

    巴丁与珍妮

    1938年,两人喜结连理。婚前,巴丁的工作是做各种研究。婚后,巴丁的主业变成了照顾妻子儿女,副业才是做研究。视老婆如命的他,就算实验室的工作再多再忙,全家的饭菜也都是他一个人包揽。成为了一个典型的“妻管严”。

    发明晶体三极管

    二战结束后,在朋友的推荐下,巴丁去到贝尔实验室半导体物理组工作,研究固体物理。与著名物理学家肖克利、布拉顿成为同事。

    1945年4月,巴丁加入到了贝尔实验室,成为固体物理研究小组的成员。

    当时,肖克利(William Shockley )是小组长,组员还有布拉顿(Walter Brattain)。

    他此行的目的,正是要研发出全世界人民热切盼望的半导体电子器件——晶体管。 

    1904年史上第一个电子二极管

    在晶体管还未面世时,电子管的缺点就已经暴露无遗了。

    虽然电子管曾推动了无线电的蓬勃发展,但其笨重、能耗大、寿命短、易出故障、难以维修等毛病,就已经十分让人厌弃了。

    当时,组长肖克利就提出了构造一个半导体三极管的设想,以寻求解决办法。

    也就是将一片金属覆盖在半导体上面,利用金属与半导体之间的电压所产生的电场来控制半导体中通过的电流。

    这虽然已是“结型场效应”的基本工作原理了。

    但不幸的是,这一理论无论做多少次实验都未能成功,而肖克利也无法解释原因。 

    1948年贝尔实验室,巴丁(左)、肖克利(中)、布拉顿(右)

    直到巴丁的加入,并提出那个至关重要的半导体表面态理论,这才解决了卡住所有人的难题。

    原来,在外加电场的作用下,电子被吸引到半导体的表面并被束缚在那里,形成了严密的屏蔽作用。

    这也阻止了电场穿透到半导体内部,因而不能形成电流。

    这也是为什么肖克利在实验中,一直观测不到场效应的原因。                                

    找到谜题的答案,实验就好办多了。

    在这之后,他们便巧妙地借助含正负离子的电解液,改变了晶体表面电荷的分布,解决了“半导体表面态”的问题。

    经过几天的奋斗,巴丁和布拉顿就观测到了放大30%的输出功率和15倍的输出电压。

    于是,世界上第一只称为点接触晶体管的半导体放大器就这样问世了。

    晶体管,是20世纪当之无愧最重要的划时代发明。

    他将人类直接带进了数字时代,只要你能想得到的电子产品,几乎都运用了晶体管技术。

    世上第一只晶体管

    晶体管的发明,无疑是研究小组送给贝尔实验室最好的礼物,人人都欢欣鼓舞。

    但却有一人高兴不起来,那就是肖克利。因为作为一组之长,他并没有身先士卒亲自指导,自然也没被列为专利发明家。于是,他打算趁这个成果未公布之前,背着巴丁和布拉顿,独自研究出更先进的结型晶体管。

    很快,肖克利也设计出了结型晶体管,并在1955年脱离了贝尔实验室,自立门户成立了“肖克利半导体实验室”。

    当时,肖克利凭着“晶体之父”的名气,吸引来了一批聪明又富有激情的年轻人,在硅谷开天辟地,甚至被称为“硅谷之父”。只是因为傲慢专横的个性,那些斗志昂扬的年轻人都纷纷离他而去,这便是历史上的“硅谷八叛逆”。这“八叛逆”包括了后来仙童半导体、因特尔公司的创始人诺伊斯和摩尔等。而肖克利却在那10年实业生涯里什么都没捞到,只能回到大学校园。

    当初为了不让巴丁和布拉顿再参与晶体管的后续发展工作,肖克利还利用自己的行政权,直接将他们踢出了研究小组。

    此外,在这个成果公布之时,傲慢的肖克利也极力突出自己的成就,冷落了一旁的巴丁和布拉顿。

    所以这也导致了一个现象,只要提起晶体管,人们第一时间想起的总是张扬的肖克利,而不是巴丁或布拉顿。

    三位晶体管之父

    当然,温和的巴丁本人也什么都没说,就离开贝尔实验室,退出了这场晶体管争夺战。

    晶体管发明9年之后,约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利共同荣获1956年诺贝尔物理学奖。

    颁奖当天当差不多满世界的人都知道了获得诺奖的消息后,而此时的巴丁一无所知,像平时一样在厨房为家人煎鸡蛋。

    小女儿兴冲冲地跑进厨房大喊:“爸爸你获得了诺贝尔奖!”

    巴丁吓了一跳手一抖,锅和鸡蛋“啪”地掉在了地上。

    得知获奖消息之后,巴丁在给朋友的信中写道:

    “我怀疑委员会中的很多人都不确信这项技术值得获奖。我自己也感到怀疑。”

    世界上第一个晶体管获奖的消息,让巴丁身边的人们开始关注这个沉默低调的男人。

    有天晚上,一班物理学家和夫人自发组织拿着手电筒当火炬高歌祝贺巴丁,巴丁赶紧制止他们,“你们轻一点,别吵到我太太睡觉。”

    巴丁的“妻管严”是出了名的,连报纸的头版头条都是:“本地一女子的丈夫获得诺贝尔奖”。

    可以想象如果没有晶体管的发明,就不会有后来的集成电路,就不会有现在的袖珍电脑、手机等智能设备。凭借自身优越的性能,开创了全新的电子领域,成为了与印刷术、汽车和电话相提并论的伟大发明。改变了半导体产业发展脉络。

    晶体管取得成功后,这位宠妻狂魔并没有停下自己研究的脚步,他又开始跨界捣鼓起了超导现象。

    投入超导研究,再次获得诺贝尔奖

    其实离开贝尔实验室,对巴丁本人来说或许才是最好的选择。

    当时世界上很多著名的科学家,像爱因斯坦和费曼这些大牛,都在试图解释超导现象。很多人都接近成功,但还是没有人能够真正解释。

    1957年,也就是获得诺奖的一年后,巴丁和库珀、施里弗共同创立了BCS理论,对超导电性做出了合理的解释,震惊了整个物理学界。

    他们完整地解释了为什么有些材料在一定温度下电阻可以变为0的原因,为之后制造更精密的实验仪器、坐上磁悬浮列车奠定了理论基础。

    利昂·库珀(Leon Cooper)和罗伯特·施里弗(Robert Schrieffer)

    1972年10月20日清晨,一个来自瑞典的越洋电话吵醒了熟睡的巴丁,因为超导性研究,巴丁再次获得诺贝尔物理学奖。

    巴丁也成为了第一位获得两次诺贝尔物理学奖的科学家。

    巴丁领奖现场

    巴丁不仅低调,还非常谦逊。因为两次获奖都是与他人共同分享的,所以巴丁曾开玩笑说,自己其实只是获得了三分之二的诺贝尔奖。

    巴丁觉得自己不过是一个平常人,一个懂点物理,希望与老婆白头偕老的平常人。

    转载来源:EETOP、超级数学建模、SME科技故事

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  • 皮尔斯与坚信的去中心化哲学改变世界的轨迹已确定无疑,但更重要的是,他们重新定义了亿万富翁是什么。一个亿万富翁不再是亿万级别财富的拥有者,而是为亿万人群提供帮助的服务者,这也就是区块链背后的理念。而这...

    这篇文章咱们要来讲一个人,但是讲这个人之前,下面这个图你一定要认识。

     

    每年,在内华达的方元百里贫瘠的内华达沙漠里,100万人,无水提供,没有食物,单单带着自己的才智,在此聚集在一起,将人类最好的创意和想法付诸现实,参与到这个被称为“拓展人类可能的”、“庆祝人类自由表达的”盛典。这个就是世界上最大的线下去中心化理念的完美演绎,这个活动叫Burning Man(中译为“燃烧者”)。如果你想见证人类的才华是如何可以在瞬间创造出让你瞠目结舌的创新,那么这个活动会刷新你对人类可能的定义。SpaceX 与 SolarCity,也就是埃隆 马斯克的那三个改变世界的公司中的两个创意,就是在这个活动中想出来的。而咱们这篇文章的主角,Brock Pierce(中译为布鲁克 皮尔斯)就是这个活动的忠实粉丝(内行人叫做Burner,也译作“燃烧者”)。

    (Brock Pierce在2017年11月的一个区块链讲座中)

    一.去中心化哲学

    作为去中心化哲学的倡导者,他最喜欢的书之一是《海心与蜘蛛:无领导者组织的不可阻挡的力量》(“The Starfish and the Spider: the Unstoppable Power of LeaderlessOrganization”)。书里提到的比喻就是,如果将蜘蛛的一肢切断,那么这只蜘蛛走路就会非常艰难,再切断一肢,行走就会更加艰难(再切断一肢它就死了);但如果把海心的一个角切断,那么这个角就会长出一整个海心,把5个角切断,马上就会长出5个完整的海心。这是皮尔斯最喜欢的去中心化的例子。

     

    将这个比喻运用到互联网的时代,去中心化的体现就是我们所说的开源(open-source)软件。这些软件的创造者贡献自己的时间与精力打造出一个产品免费分享到互联网上,供大家使用。这种行为的核心是自愿性,只有开发者认为这个东西足够重要才会开发。但如果要使得这些软件的在短时间内(注意这里的条件是短时间)大众化(mass adoption),没有更强的激励政策是不行的。而区块链(blockchain)就是提供这种经济奖励的去中心化的技术。

     

    二.虚拟物品的价值

    早在2002年,在互联网技术仍然在经历互联网泡沫的余微时,皮尔斯就已经认识到了虚拟货币在互联网这个虚拟世界中的价值。创建了Internet Gaming Entertainment (中译为“互联网游戏娱乐”),通过40万中国职业游戏玩家以及韩国职业游戏玩家开采包括在魔兽世界、永恒之塔、EVE等世界级网游中的虚拟货币,在韩国拥有 90%市场。

     

    这些经历让皮尔斯看到了虚拟货币的价值。先后创建了Tether,MasterCoin等现在人们熟知的区块链虚拟货币。为了扩大(scale)区块链技术的大众化,他创建了Blockchain Capital(中译“区块链风投”),使得新公司的投资去中心化,成为了ICO的雏形。目前他是Blockchain Capital的董事与持续优化EOS。

     

    三.改变世界的技术

    (近期三次改变世界的技术的渐进图:1975年的PC,1995年的互联网,2015年的区块链)

     

    就像1975年的PC与1995年的互联网的去中心化一样,区块链技术将这个趋势上升一个层级(order of magnitude)。这种趋势的例子还有许多:

           优步是世界上最大的无车出租车公司。

           Facebook是世界上最流行的无内容媒体所有者。

           阿里巴巴是世界上最有价值的无货品零售商。

           Airbnb是世界上最大的无房“酒店”。

    而比特币就是无分行与员工的银行。

    这些技术使得经济去中心化。将美国的经济与技术创新的主导地位分散到全世界

    在肯尼亚,超过68%的交易是在手机上完成的,而交易的货币是预付的手机通话时间。世界上有100万 的手机是被无牵挂银行账号或者任何金融服务的人群注册使用的,有3亿人没有银行服务渠道但是有一部智能手机。 对于这些人群来说,他们没有像银行这样中心化的权威基础设施,所以像区块链的去中心化技术就是去中心化理念能在这些区域最能够改变世界的帮助工具。

    (世界上获益于区块链技术的公司分布远远不再限于美国)

     

    四.未来

    目前区块链技术的主要运用在于以下两个方面:

    1.     虚拟货币:使得货币转账去中心化,更快更便宜

    2.     资本积累:使得新公司的资本来源去中心化,每个人都可以成为股东

    而所有区块链的基础平台设施则需要几年来构造,可以这样说,2015年的区块链的发展在1996年互联网的发展阶段(2015年区块链的资本积累数量与1996年互联网投资的数额相当)。而在2017年第二季度区块链的资本积累则是普通风投投资的4倍,资本去中心化的规模体现无疑。

     

    皮尔斯与他坚信的去中心化哲学改变世界的轨迹已确定无疑,但更重要的是,他们重新定义了亿万富翁是什么。一个亿万富翁不再是亿万级别财富的拥有者,而是为亿万人群提供帮助的服务者,这也就是区块链背后的理念。而这个理念改变(paradigm shift)比技术领域的改变更重要。

     

    皮尔斯喜欢日本文化,最喜欢的概念之一是“生き甲斐”,中译为“生命的原因”。有四个部分:

    1.     你爱做什么

    2.     你擅长什么

    3.     世界需要什么

    4.     做什么能让你得到报酬

    而当你找到4个领域重合时,你就找到了生き甲斐。而去中心化技术就是能够使更多人达到他们自己生き甲斐的地方。

     

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  • 在谷歌的console当中都能够将binding的所有对象打印出来,为什么再增加的时候还是改变不了字体的颜色
  • 联想CEO杨元庆:乔布斯改变了世界

    千次阅读 2011-10-06 16:09:48
    北京时间 10 月 6 日上午消息,联想集团 CEO 杨元庆在得知史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)离世的消息后,发表声明深切缅怀乔布斯,称他改变了世界。 杨元庆在声明中称:“今天,史蒂夫·乔布斯的离世让世界失去了一个最...
     北京时间 10 月 6 日上午消息,联想集团 CEO 杨元庆在得知史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)离世的消息后,发表声明深切缅怀乔布斯,称他改变了世界。

      杨元庆在声明中称:“今天,史蒂夫·乔布斯的离世让世界失去了一个最伟大的改革者和梦想家。他的成就在我们这个时代是无与伦比的。我们十分钦佩他的精神、创造力和激情。他不仅改变了科技行业,也改变了世界,让它变得更加美好。”

      “尽管我们所有人将会感受到这种巨大的损失,但我相信这个行业会将史蒂夫带给我们的创新经验铭记于心。过去十年,史蒂夫像灯塔一样指引着这个行业的发展方向。作为竞争对手,他推动我们所有人不断向前发展,我相信他的遗产会在未来许多年继续给这个行业注入动力。”

      “他的精神会被传承下去,将激励我们所有人取得更大的成就。我们谨代表联想全球2.7 万名员工向他的家人和朋友致以慰问,同世界其他人一样,我们也对他的离世深感悲痛,一起来缅怀乔布斯。”

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  • 美国生物学家、医生萨顿对现代生物学有重要贡献,与德国生物学家鲍威尔各自独立发现染色体是遗传物质的载体,为解释孟德尔遗传定律以及为后来摩尔根创立染色体遗传理论提供了坚实的基础,他们的发现...

    美国生物学家、医生萨顿对现代生物学有重要贡献,他与德国生物学家鲍威尔各自独立发现染色体是遗传物质的载体,为解释孟德尔遗传定律以及为后来摩尔根创立染色体遗传理论提供了坚实的基础,他们的发现现在被称为“Sutton-Boveri Theory”理论。然而,他一生只发表了三篇生物学论文,如今人们对萨顿的工作鲜有提及。他是如何发现染色体的作用,为什么后来从生物学界销声匿迹了?本文这些故事,将告诉你一个不为人知的萨顿。

    撰文 | 李峰 

     

    在20世纪初的几十年,摩尔根(Thomas Hunt Morgan)从一个坚定的反孟德尔、反染色体学说、反自然选择的胚胎学家,变成为伟大的遗传学家,统一了染色体学说和遗传学,把遗传学,甚至生物学建立在了坚实的物质基础上。详见《“错误”观念也有用:摩尔根和现代遗传学的起源》)这一转变的关键在于染色体学说的逐步建立,来自一位著名却也知之甚少的学者的贡献——萨顿(Walter Stanborough Sutton,1877-1916)

     

    消失的染色体理论奠基人

    摩尔根因遗传学的杰出贡献获得了1933年诺贝尔医学或生理学奖,这也是诺奖第一次颁给遗传学——那时候还显得没什么用处的研究领域。摩尔根的伟大之处,不仅在于做出了某种科学发现而获得诺奖(诺奖获得者中的历史贡献也差别巨大),更是在于建立了新的研究范式,也就是他自己所希望的“新生物学”。在众多的前范式阶段的遗传理论中,摩尔根把孟德尔-染色体学说建立为整个遗传、发育、演化的基础,从观念到研究方法开创了新范式,引发了真正的科学革命。但是,摩尔根并不是最先复兴、再发现孟德尔定律的人,同样也不是染色体学说的提出者;相反,他是这些理论的反对者,这是科学史上非常有意思的故事。

     

    现代遗传学的建立,其核心的证据来自于染色体学说的相关研究。没有染色体的细胞学证据,遗传学理论、孟德尔因子将永远停留在假想、臆断的层面。相比摩尔根,染色体学说的提出者显得不那么有名气,多限于细胞学圈子内部,大多数人不怎么了解。为了更好地理解染色体学说这一关键发现,需要重新介绍一下这些了不起的科学家。

     

    染色体遗传理论(The chromosome theory of inheritance)又叫“Sutton-Boveri Theory”(萨顿-鲍威尔理论),这两个人分别是美国生物学家萨顿(Walter Sutton)和德国细胞学家鲍威尔(Theodor Boveri)。鲍威尔生前作为细胞学家一直活跃在学术领域,而萨顿则销声匿迹了。萨顿是少有的只发表了少数论文,却产生了重要影响的生物学家。实际上,他在生物学领域发表的论文一共只有三篇。

     

    1903-1904年,两个人独立提出了染色体是遗传因子实体的想法。鲍威尔是圈内有名的大人物,而萨顿只是刚毕业的一个研究生,学术地位差异巨大。萨顿作为一颗冉冉升起的新星,年纪轻轻就发表了有重要影响的论文,可在逐渐成为生物学前沿的遗传学领域里,他之后再也没有建。为什么他就销声匿迹了,以至于我们现代的生物学教学中,提到染色体学说,只能说一句“萨顿提出了染色体学说”,就再也无话可说了。萨顿去哪了?事实上,他度过了不凡的一生。

     

    从工程到生物,蝗虫的意外发现

    1877年,萨顿出生于纽约州乌蒂卡的一个农民家庭,他在七个孩子中排行第五。1886年全家搬到了堪萨斯州的罗塞尔。萨顿从小心灵手巧,擅长修理,发明创造,照相机都是自己做的,这一特征贯穿萨顿一生。1897年,他们全家移居堪萨斯城,萨顿随后进入到堪萨斯大学,学习工程学,在这里充分施展了他在机械工程上的天赋。大学期间萨顿还参加了堪萨斯大学的篮球队,教练是发明篮球运动的詹姆斯·奈史密斯(James Naismith)

     

    A:后排左三为萨顿,抱篮球者为教练、篮球之父奈史密斯;B:沃尔特·萨顿

     

    大学第一年的暑假,萨顿家中很多人得了伤寒,他的一个弟弟因病去世,这对萨顿心灵产生了深刻的冲击。回到大学后,萨顿转入了生物系,打算日后从医。堪萨斯大学一位重要的细胞学家麦克朗(Clarence E. McClung)正在等着他。麦克朗研究直翅目昆虫,是这一领域的先驱。几年后萨顿成为了麦克朗的第一个研究生,那时的麦克朗也是青年才俊,只比萨顿大7岁,两人建立了深厚的友谊。

     

    笨蝗;巨大染色体

     

    1899年,萨顿在跟家人田间散步的时候,看见成千上万的蝗虫爬满了麦子,就收集了一些蝗虫。1900年,在麦克朗实验室,萨顿发现了这种直翅目的笨蝗Brachystola magna,magna有巨大的意思)有着巨大的染色体,用他的话来说“我发现这家伙的细胞是我见过的最大的,这要是真的,我们实验室要出点小名了”。这一年萨顿发表了第一篇硕士研究论文“The spermatogonial divisions of Brachystola magna”。

     

    读研时期,萨顿所在的麦克朗实验室做出了很多重要贡献。比如他第一次确定X染色体,是一条有着固定形态的染色体,而不是核仁结构,并且从雄性蝗虫细胞观察中发现,X染色体与性别决定有关系。这一发现引起了很大的关注,很容易联想到如果性别这个重要的性状可以由染色体决定的话,那么显然其它性状也可以。有意思的是,之所以叫X染色体,就是因为麦克朗习惯这么标记这条染色体。

    黄狗为什么是黄色的

    然而对于X染色体如何决定性别,麦克朗和萨顿一开始却搞错了。蝗虫的染色体虽然大,但是只有雄性蝗虫的输精管中产生精子的减数分裂过程较易观察,而蝗虫雌性减数分裂研究起来困难重重。因为减数分裂会停滞在第一次分裂前期,直到产卵后迅速完成分裂,而且当时还没有完善的制备雌性蝗虫减数分裂细胞的技术,成熟技术要到很多年后才发展出来。因此这一时期,研究人员很难观察到雌性蝗虫细胞分裂过程。这让萨顿在染色体数量统计上就犯了不小的错误。雌性蝗虫有24条染色体,萨顿数成了22条。这个后果算比较严重的,误导了他的导师麦克朗。因为他们之前已经数清楚了,雄性蝗虫是23条染色体(22+X),没有Y染色体,所以麦克朗推断,X染色体是决定雄性的。推断倒是合理,可惜萨顿的确数错了,对染色体决定性别的关系就彻底搞反了。

     

    不过现在来看,这也没什么大不了的,在1900年代,细胞学的观察与记录手段还非常原始,想研究染色体这样微小、形状又复杂的细胞内形态结构是非常难的。细胞生物学与其说是严谨的科学,不如说是高超的艺术。不仅蝗虫,人的染色体数目就被长期误传,德国细胞学家冯.范尼沃特(H. von Winniwarter)在1907年最早报道了人的全部染色体数目为47条:23对+X染色体。随后又有人数出24对,48条染色体,直到1960年代经典教科书中仍然写着人有48条染色体。所以萨顿数错雌性蝗虫染色体数目其实算是常规操作。染色体与性别的关系,在随后几年由布林马尔女子学院的奈特·史蒂文斯(Nettie M. Stevens)搞清楚了,她研究了大量同类的昆虫,并且确定了果蝇中的Y染色体,这些都对摩尔根统一孟德尔-染色体理论有重要帮助。

     

    根据对蝗虫的观察,萨顿敏锐地指出,染色体数目显然少于生物体性状对应的因子数,所以因子应该存在于染色体之上。并且根据已经形成的染色体学说中的一些基本观点,他认为同源染色体中成对的染色体,一个来自于父方,一个来自于母方。减数分裂中,同源染色体的移动和分布,与纺锤体牵引有关系。当然,萨顿也有猜错的时候,比如他认为减数分裂中,染色体数量减半发生在第二次分裂,第一次分裂是个相等的分裂。

     

    以上这些日后被证实为正确的观点,萨顿都是基于观察、猜测提出的。虽然有些证据就在他本人制备的载玻片上,但是他当时并没有注意到,日后由实验室的另一位学生观察找到了这些证据。像所有的科学研究一样,染色体学说的建立也都是一个不断发展的历程,每一微小的进步是如何取得的,才应该是我们学习关注的重点,而不仅仅是它的最终结论。而且,在科学上没有什么是终极结论。

     

    这些染色体学说理论的早期形态,一方面体现了萨顿了不起的洞察力,一方面又提醒我们反复思考——这种通过臆断,不能被检验的观点,即便幸运地说对了,我们是否就一定要相信呢?这也正是摩尔根当初反对染色体学说的根本原因。(关于摩尔根最终如何接受染色体理论,详见《“错误”观念也有用:摩尔根和现代遗传学的起源》)

     

    1903年萨顿研究生毕业,在麦克朗的建议下,萨顿来到了哥伦比亚大学,师从细胞生物学家艾德蒙德·威尔森(Edmund Beecher Wilson)。一年后,摩尔根也来到了哥伦比亚大学。威尔森很快就发现了萨顿的研究天赋,颇为欣赏。在这里,萨顿发表了他最重要的论文The chromosomes in heredity(1903,Biol. Bull)。另一位德国细胞学家鲍威尔在1904年,也独立提出了染色体遗传理论。巧合的是,鲍威尔的妻子奥格雷迪(Marcella OGrady)是威尔森的学生,算起来萨顿与鲍威尔辈分拉平了,有了另外一层关系。

     

    威尔森日后(1925年)把染色体学说称之为“Sutton-Boveri Theory”。萨顿的染色体遗传文章是非常重要的里程碑式论文,人们称之为解释了“黄狗为什么是黄色的(Why the Yellow Dog is Yellow)”。摩尔根的学生,绘制了第一条染色体遗传图谱的阿尔弗雷德·斯特蒂文特(Alfred H. Sturtevant)说:“萨顿论文一出,这一阶段的历史就算落下帷幕。”

     

    弃研从医,别样人生

    1903年的夏天,正在研究事业蒸蒸日上的时候,萨顿去了堪萨斯油田当了一名工头,彼时伟大的遗传学家摩尔根还要在5年之后才开始养果蝇。去当工头的具体原因已无可考,可能是由于经济原因吧。据同实验室的人后来回忆,萨顿当时还在计划新的论文,最终却没能发表,也没有完成博士学位。离开研究领域的萨顿,又发挥了精湛的机械技术和热爱发明的本领,解决了很多油田上的技术难题。据工友回忆,萨顿发明了深井钻探起重装置,改进高压油气技术。人才就是这样走到哪里都能做出与众不同的贡献。

     

    在工地干了两年活之后,萨顿攒了足够的钱,回到了哥伦比亚大学医学院(Columbia College of Physicians and Surgeons),又过了两年,于1907年获得了医学博士学位,此后他成为了一名优秀的外科医生,实现了当年从医的愿望。1909年萨顿回到了家乡堪萨斯城,开设诊所。他心灵手巧,最擅长整形外科,矫正儿童先天畸形,名声卓著。在萨顿当医生的第二年,摩尔根发现了那个著名的白眼果蝇突变体。

      

    一战中,在法国带领医疗队的萨顿。右图右三为萨顿

     

    再后来萨顿加入美国陆军医疗服务预备队(United States Army Medical Reserve Corps)成为一名中尉。1915年,萨顿带领医疗队来到一战中的法国朱利(Juilly),领导战地医院工作。这个离前线几十公里的战地医院是一所16世纪神学院临时改建的,几乎没有任何现代设备,萨顿在这里又发挥了他高超的医术和同样高超的发明创造力,搭建了一个简易的X射线扫描装置,用来定位身体里的子弹和碎片。萨顿领导的医疗队救助了大量前线撤下的伤员,朱利小镇也成了一个救治伤员的中心。

     

    在战地医院期间,萨顿目睹了战争的残酷,送来的伤员往往不是被子弹打伤,而是被炸碎的战友的尖锐骨头碎片所伤。萨顿记录了当时的真实情形,还拍了很多照片。1916年回到美国后,有出版社想出版这些内容,与萨顿签了出版合同,但很遗憾,这一愿望没能实现。在连续进行了几台阑尾炎手术之后,萨顿自己也因为阑尾破裂病倒了,手术后医治无效,于11月6日去世,年仅39岁。伟大的外科医生治病救人无数,却没能救治自己。

     

    一战后回到家乡的萨顿

     

    萨顿一生短暂,却处处精彩,无论研究科学,还是从医从军,甚至油田当工头都做出了杰出的贡献。非常可惜的是,我们没能看到提出染色体学说的萨顿续写细胞学的新篇章。萨顿中断生物学研究,可能是为了赚钱攒够医学院的学费,对于自己的染色体研究工作,萨顿应该是充满了热爱的。从他后来边做外科医生,边做医学院教授期间的一些做法,还能够体会到萨顿对自己曾经研究过的领域依然充满了感情。据萨顿医学院的学生回忆,他始终保留着未能发表的论文,并且一直关注着细胞学领域的进展,收集着世界各地范围内的细胞学研究论文。看到一些新进研究的结果,他还会跟学生讲:看,这些我的论文里都讲过了。

     

    参考文献

    Sturtevant, A. H., 1965 A History of Genetics. York.

    Wilson, E. B., 1925 The Cell in Development and Heredity, Ed. 3. Macandmillan, New York.

    本文转载自公众号“返朴”(ID:fanpu2019)。“返朴”由国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁教授联袂担任总编。

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