在这一课，初步给大家介绍一下生物物理学，从孟德尔到摩根的经典生物学开始，到伟大的物理学家薛定谔及其一个思想，再到通过使用众多物理学家智慧结晶出来的技术手段，将DNA分子的结构从猜测到实验验证，以及将蛋白质的高精尖结构解析出来。如今疫情蔓延，冠状病毒在四处传播，我跟大家一样感到很紧张。那么冠状病毒与物理学有什么关系呢？通过仪器观测，冠状病毒呈红色，表面布满鸡冠花般的突刺。
人体中有很多蛋白质，其中一种叫血管紧张素，当其与病毒对应的突刺蛋白结合后，就像一把钥匙开了一道锁，病毒就把人体细胞的防御系统打开了。如果时间倒退150年或者哪怕几十年，科学家都无法像现在这样，在这么短的时间内弄清新冠病毒入侵人体的机制，而且还设计出了针对此蛋白质与病毒的药物来控制病情，这一切其实都离不开物理学家的努力。
格雷戈尔·孟德尔是现代遗传学之父。
他来自于奥地利，从小便受到家人的熏陶，对园艺和农学有着浓厚的兴趣。他为了谋生，选择传教士作为职业，但并没放弃自己的爱好，在修道院里安安静静地做起了豌豆的杂交实验。在多年的实验中，他观察到豌豆具有某种可相互区分的稳定性状，且分显性性状和隐性性状。比如豌豆苗的高茎和矮茎，这两种豌豆杂交后第一代的都是高茎，这说明高茎是其显性性状，而到了第二代高矮分离，且其比例是3:1。
孟德尔通过对豌豆性状的观察，第一次把统计的概念引进了生物学。当时他把影响生物性状的因子称为遗传因子，1909年科学家将其正式命名为基因，这个概念沿用至今。
继孟德尔之后，出现了一位伟大的生物学家——托马斯·亨特·摩根。他发现了基因和染色体之间的关系，是现代实验生物学奠基人。1902年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说，1888年正式被命名为染色体（染色体因能够被一种染料染色而得名）。
1902年生物学家萨顿通过观察细胞的减数分裂，发现染色体是成对存在的，且和遗传基因有一种平行的关系，推测基因在染色体上。1928年摩根通过选择果蝇杂交，证实了染色体是遗传基因的载体。果蝇的性状比豌豆多很多，且其繁殖快，便于观察，是研究遗传性状较好的选择，摩根由此写出了对人类产生巨大影响的《基因论》。
埃尔温·薛定谔作为量子力学的奠基者，提出波动力学方程这一贡献大家都耳熟能详，然而除此之外他也是生物物理学的创始人之一。他第一个提出将遗传物质设定为信息分子的想法，认为遗传是遗传信息的复制。在获得诺贝尔物理学奖后他把兴趣转到了生物物理上，三次到都柏林的三一学院作出演讲，演讲报告著成《生命是什么？——活细胞的物理面貌》一书。
该书中他提出了几个观点：第一，基因是一种非周期性的晶体或者固体；第二，将量子力学的概念引入生物领域，认为突变是基因分子中量子力学的跃迁；第三，认为染色体是遗传密码子。
这本薄薄的小册子召唤了几代青年物理学家投身到生物物理的研究中去，沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型时，就给薛定谔写了一封信，信中说到“亲爱的薛定谔教授，我（克拉克）和沃森一起讨论是如何进入分子生物学这一领域时，发现我们两个不约而同地受到那本小册子《生命是什么》的影响。”
在DNA双螺旋模型提出后，物理学家、科普作家、提出大爆炸模型之一的天文学家伽莫夫立马就在《Nature》上发表了一篇文章，他按照双螺旋模型思考怎么样通过四个碱基A、G、C、T组成的DNA对应去编码20种氨基酸。他画了个表格，A、B、C、D、E、F、G…一直画下来，列出了一个4×5的表格，他发现要得到20种氨基酸最多用三个碱基就能够进行编码。
用排列组合来计算，进行全排列，如果我们4个碱基同时用上只用一个的话，只能排出4个编码（4^1=4）；如果用上两个，4×4=16个（4^2=16），还不能够编码20个氨基酸；那么最少可以用到三个，4×4×4 =64个（4^3=64）。通过这么简单的数学就提出了三联密码子的概念。
这时得到了遗传学中的中心法则，这个中心法则在1958年克里克已经提出来了，他又在1970年《Nature》的一篇论文里面重申了一遍。这个遗传的中心法则指的是信息从DNA传给RNA，再从RNA传递给蛋白质，就完成了遗传信息的转录和翻译过程；DNA传给DNA，就完成了DNA的复制过程。
所有的细胞结构生物学都遵循了这一个法则，但是有一些病毒的遗传物质是RNA，RNA可以把信息逆转录给DNA，也可以进行RNA自我复制，这个过程是对中心法则的补充。