今天我来为大家介绍生物学上的两次重大突破遗传密码的双螺旋和能量起源的质子泵，年孟德尔进行了著名的豌豆杂交实验，发现了生物的各种生物特性都可以被拆分开并且向下遗传的规律正式创立的遗传学，当时他的结论认为有机体的所有形状包含在一个个颗粒当中，每个颗粒决定生物的一种属性，颗粒可以向下一代传递，叫做基因。年后的20年间，随着显微技术进步，摩尔根和助手发现了细胞分裂规律以及染色体，确认基因就存在于染色体当中，当细胞分裂时，染色体分布到两个子细胞当中，每个子细胞都获有他自己的一组染色体从而得到附带的基因，这些实验进展大大推动了人们对生命的认识，然而最重要的基因的物理性质却仍然显得神秘莫测。没有人知道基因到底是什么组成的，很显然研究这些问题牵扯到生物机理当中，更底层的物理和化学现象，所以当时许多优秀的物理学家和化学家陆续进入基因研究领域，年德尔布吕克发表了题为论基因突变和基因结构的性质的重要理论论文，不过它没有被广泛流传，十年后薛定谔继承了这个文章当中的主要观点，撰写了他的名著《生命是什么》
在书中薛定谔第一次明确提出基因是一种编码，在实验方面德尔布吕克，卢里亚和圣路易华盛顿大学的赫尔希结合成立了噬菌体小组，希望通过研究噬菌体解开遗传密码之谜，选择噬菌体是因为他们在感染宿主细菌后的半小时内会产生大量的子弹，噬菌体小组在后来的研究中做出了一些重要贡献，但是最终确定基因的物理性质的却是来自完全不同的领域的研究成果，这就是生物分子学，在20世纪初人们已经认识到细胞核中含有核酸，而且是分两种不同的核酸，一类为核糖核酸就是RNA另一类为脱氧核糖核酸，就是DNA，这两类核酸的化学组份几乎相同，但是DNA的糖是脱氧核糖，比RNA的核糖少了一个羟基。研究者后来注意到DNA几乎全部出现在染色体上，而RNA在细胞核外,由于已知基因位于染色体之上，所以初步猜测DNA在遗传信息传递过程中应该有作用，不过由于染色体当中蛋白质比DNA更多，除了DNA以外还有别的物质，所以大多数专家这个时候认为基因是由蛋白质组成的，而DNA只不过在遗传过程中发挥了某些辅助作用。
年纽约洛克菲勒研究所的艾弗里和同事们进行了一项实验，他们把一些细菌诱发畸变，然后把正常细菌作为供体，把正常细菌的DNA抽取出来注入到畸变的受体细菌当中，结果发现受体细菌的性状基本改变为供体细菌的类型，这直接证明DNA肯定携带的遗传物质，因为正常的供体细菌基因只有通过DNA分子才能进入受体细菌，不过当时多数的生物学家认为艾弗里的实验装置不算十分严格，所以他的这个发现并没有被广泛承认，到了年上面提到的噬菌体研究小组有成果了，赫尔希和他的助手蔡斯指出噬菌体颗粒感染寄主细菌是实际上只有DNA进入细菌，而蛋白质是留在外边的，对于后面发生的细菌体内的噬菌体再生过程没有任何的作用，这才算正式证明遗传物质就在DNA当中，与此同时还有一个重大发现，以前人们认为DNA这条长链上的四种核苷酸是简单重复排列的，它的碱基就是腺嘌呤，鸟嘌呤，胸腺嘧啶和胞嘧啶，但是年哥伦比亚大学的查戈夫对DNA进行了一系列严格的分析后发现。DNA并不是单调的由四种核苷酸重复排列，而是会出现各种各样的排列组合，这就意味着DNA核苷酸的编序就可以构成编码，从此有关遗传机制问题的研究便全部集中在DNA上。
之后的研究就是要搞清楚DNA到底是怎么进行复制的，年加州理工大学的鲍林发现了蛋白质的基本结构，蛋白质也是一个长链分子，有20种不同的氨基酸通过肽键彼此连接合成，他利用理论推测一种阿尔法螺旋结构，应该在决定蛋白质分子的形状中发挥主导作用，并在后来通过实验证实了这个预测，这个结果虽然不直接和DNA研究相关，但是他的研究方法对后面DNA的研究起到了关键的提示作用，这个时候刚刚拿到博士学位的沃森正在哥本哈根刚进行噬菌体研究，他为了学习分子三维结构的测定技术，到剑桥肯德鲁小组一起工作期间沃森遇到了重要的伙伴克里克，克里克当时也想到DNA的三维结构对于了解基因的性质是具有关键性意义的此后两人合作。年春天终于发现DNA分子是由一个包含两条相互缠绕的多核苷酸链的双螺旋结构，至此遗传密码钥匙已经基本握在了科学家手中，等到年8月在莫斯科国际生物化学大会上，依伦伯格宣布了他鉴定出第一个密码子之后不久，基因奥秘的大门终于被完全解开，DNA遗传原理破解极大的推动了生物学的研究水平和知名度，以至于今天DNA的名头无人不知。
然而还原到物理角度来看，物理世界是由物质能量信息三者构成的，DNA只是回答了信息方便的问题对于可能更重要的能量之源他却没有给出解答。这就是我们前面提到的第二把锁，而这把锁解开的过程的精彩程度和曲折复杂甚至更胜前者只不过大多数人不了解而已，能量生物学中心问题是细胞能量代谢的化学本质或者说有氧呼吸作用的全部化学过程是什么？既然是研究能量从外界摄入到身体使用的全部化学过程，所以最直接的研究思路就是从两端向中间靠拢，一头是研究能量如何从外界物质吸收到身体中，另一条是研究吸收进来的能量如何被身体用掉，简单的说就是搞清楚从哪里来到哪里去，这两边研究的进展都很迅速，到了20世纪50年代两端的过程几乎可以对接在一起了，先看看能量进来这一段，有氧呼吸本质是一种氧化还原反应氧化剂是氧气，还原剂可以简单认为是葡萄糖，反应的场所是细胞中的线粒体，线粒体上布满了许多细胞色素，酶，蛋白质的综合体，这就像反映工厂的车间在车间里电子被一个一个从糖的身上剥离下来，随着中间产物传递给氧，得到电子的氧再结合糖里边的氢原子生成水，而这个过程将不停释放化学势能，也就是从糖中得到的能量。
说说能量出去这一段，人们已经知道生物体当中的能量载体是三磷酸腺苷分子ATP和对应的低能量形式的分子ADP,简单来说ATP就是充满电的电池，ADP就是用完的电池，所有的生物活动都是消耗ATP产生ADP,那么ADP在哪充电呢？就是在一个能不断制造ATP的场所称为ATPase,和细胞色素酶蛋白质一样atpase也是镶嵌在细胞线粒体内膜上的蛋白质综合体，不过二者是不同的综合体，位置上也没有连接关系，在atpase微型催化工厂中不断消耗atp释放出atp这就完成了充电过程。那么现在整个的过程似乎清楚了细胞线粒体上有两种工厂细胞色素酶燃烧葡萄糖产生能量，而能量会在atpase工厂给生物电池adp充电，变成满格电的atp供生物体使用，那么剩下的就只要回答一个问题了，就是细胞色素酶产生的能量如何被运送到atpase工厂呢？因为我们刚才强调了他们两个不挨着，最容易想到的解决方案就是由某种分子可以携带能量在色素酶和atpase之间往返，因此这之后所有的研究者都开始了寻找这种分子的竞赛，我们称为x分子，找到一个设想中的分子看起来不会太困难，所以当时的人都很乐观，可是没想到这一找就是20年。
不仅没有合适的分子而且问题出现的越来越多，首先人们发现细胞膜内的atp总是处于很高比例，adp的比例很小，按理说atp是充电版的电池，那么充电需要依赖外面的电源也就是葡萄糖，葡萄糖消耗快的时候就说明电源足，这个时候adp比例当然是高了，但是电源弱的时候atp应该下降才对，可是atp总是保持非常高的水平，这就很难解释，其次从葡萄糖消耗的atp产出虽然是一个复杂的过程，但是可以写出一个综合意义上的反应方程式，这个方程是最奇怪的是居然无法配平，配平的意思就是质量守恒，举个例子你炒西红柿鸡蛋放进六两西红柿和四两鸡蛋出来的应该是一斤的菜肴，可是上述的这个能量变化过程葡萄糖的消耗居然和得到的atp是个变化的比例，一分子葡萄糖产出的atp有时候多有时候少，大致介于28到38之间，这就好比刚才炒了一个西红柿炒鸡蛋，有时候出来是七两，有时候出来是九两，除此之外还有其他物质等问题，总之那个时候不停提出假设又不断的被实验否定研究领域是一片混乱，而这个时候一个富二代兼艺术青年彼得米切尔闯进了这个世界，米切尔这个人脾气粗暴留了一头贝多芬式长发，能弹钢琴然后聋了一只耳朵说话嗓门特别大，所以一般人都不喜欢他。
他并不精通分子化学，他本来是研究物质通过细菌的细胞膜如何进行传输这个问题了，可是就是这个思路让他从一个谁也想不到的方向经典细胞学，最后解决了刚才说的这个难题，这就好比专家们正拿着放大镜拼命盯着一副画的细节想搞清楚这幅画画的到底是什么，让一个不懂行的后生没去凑热闹，直接退到后面很远的地方看了一眼，居然看出了是怎么回事，年米切尔在爱丁堡发表论文，提出了自己的观点，论文里充满了自己很多生造的词汇和大量无证据的猜测，他甚至说出了柯南经常说的话，排除了所有的可能后，剩下的那个可能不管多不可能那就是答案，你们找了这么久的x分子都找不到，那就说明它不存在，米切尔直接提出细胞膜就是一水坝，氢离子就是水，生物利用细胞膜的阻挡作用在细胞膜外维持高浓度的氢离子，在细胞膜内维持低浓度的氢离子，形成了一个浓度差。这个浓度差带来一个势能，这就如同让细胞膜外变成了上游的水库,atpase就像水吧上的发电机，氢离子的势能作用下，通过atpase的泄洪管道流入细胞膜内并且发电，把adp变成atp。
而细胞色素酶就像坝上的水泵，可以不断把细胞膜内的氢离子重新蹦出到高浓度区，这个解释似乎非常简单，没有任何复杂的分子化学过程，但是把上面所有的问题都解决了，比如水库上游进水的多少，跟当前发电量没关系，只要水库现在有水就能发电，这也解释了atp史中高比例的问题，而一个时刻发电量多少也不取决于水库的来水又带来了多少新的势能，只取决于现在的电网用电量是多少，这就解释了配平问题，等等几乎所有的难题全都被这个简单的答案解释了，这个理论就是后来米切尔制造的新词化学渗透。由于米切尔的形象加上他的论文一开始的确完全是猜想，所以开始时所有该领域的专家没人看重他的理论，米切尔成了科学界的笑料。
年他被劝退离开爱丁堡大学，但是这个富二代就是不服输，年他自费成立研究所，把自己的理论进行实践验证要和整个能量生物学界斗到底，他甚至搞了一个招安表，列出了这个领域所有的大牛，他就等着看你们什么时候会归顺到我的阵营，我就给你们打个勾，事实真的很惊人，许多开始质疑他，并且声称要用自己的实验击碎米切尔理论的研究者在后来的实验和真理面前心悦诚服。这些重量级的科学家逐渐填满了米切尔的表格。年米切尔一人独得当年的诺贝尔化学奖，从年到年17年的时间，他就从门外汉的状态登上了荣誉的顶峰，学界很多人大吐酸葡萄，米切尔在领奖致辞中这样回应他们，他说马克思普朗克曾经说过一个新的科学理论不是靠反对者信服取得胜利的，而是靠这些反对者逐渐的死掉，这是非常悲观但也非常现实的箴言，我最大的成就就是证明了普朗克也有说错的时候，我觉得米切尔说的也不全对，他最大的成就以及前面克里克等一系列科学家的最大成就，不是证明科学界的权威者也会接受新理论，而是证明了我们的科学家值得尊重，人类的未来值得放心。
