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人体密码彻底被破解 遗传还有什么用武之地?

2016-11-04 07:30:00 书问  姜萌

  孟德尔,现代遗传学之父。

  他于1822年生在奥地利。他当了一辈子修道士,终身没结婚,没有后代,却把豌豆当儿女,天天撮合豌豆“非诚勿扰”,堪称“豌豆杂交大师”。1866年,他发表了论文《植物的杂交实验》,阐述了生物界的遗传现象。孟德尔提出了遗传中两个重要规律——遗传规律和自由组合规律。他的工作,事实上引发了“基因”的概念,直接导致了遗传学的诞生,后来又催生了分子生物学。

孟德尔
孟德尔

  不过这些事,都是发生在他的论文发表34年、逝世16年以后。在他的有生之年,他的工作只能用“默默无语两眼泪,眼中全是豌豆黄”来形容。而且当时达尔文的进化论思想一手遮天,占据了各大门户网站的广告位,孟德尔也没有足够的经费进行网络推广,所以他的思想基本没有传播渠道。

  1900年,德国、荷兰和奥地利的三位生物学家在完全互相不认识的情况下,独立进行了植物的杂交实验,三个哥们都意气风发地以为自己发现了生物学上的“新大陆”。不过,大家为了防止无意中造成侵权和“学术不端行为”,也装模作样地去数据库里进行“论文查重”。结果不查不知道,一查吓一跳。

  他们自以为了不起的工作,几十年前孟德尔已经研究完了。

  这位被埋进土里16年的“现代遗传学之父”终于重现江湖,史称“孟德尔的再发现”。20世纪的遗传学得到了孟德尔的真传,获得了开门红,正式诞生了。
实验中的孟德尔
实验中的孟德尔

  不过,孟德尔的理论还是比较粗浅,经验性的东西更多一些。对于一些更深入的细节,在当时的条件下还没有办法解释。譬如,最需要解释的,就是孟德尔所说的“遗传因子”在细胞里的哪个位置,究竟是什么东西?

  1879年,德国生物学家弗莱明发现细胞核中有些物质能够被染料染色,他同时观察到了有丝分裂现象。后来,被弗莱明称之为“染色质”的物质,被正式命名为染色体。不过,当时孟德尔已经不幸在地下沉睡了,弗莱明的发现并没有被往遗传学上联想。

  直到孟德尔的结果被再次发现,美国的萨顿和德国的鲍维里发现孟德尔所说的“遗传因子”就在染色体上。后来“遗传因子”被“基因”一词取代,在希腊语中,“基因”是“生”的意思。
基因就像火车上的乘客,坐在染色体这辆火车上。不过基因到底在染色体的什么位置上,具体是怎么排列的,它有什么特点?历史把揭示这一切的艰巨任务,交给了美国生物学家摩尔根。

  基因就像火车上的乘客,坐在染色体这辆火车上。不过基因到底在染色体的什么位置上,具体是怎么排列的,它有什么特点?历史把揭示这一切的艰巨任务,交给了美国生物学家摩尔根。

  摩尔根跟孟德尔不同,不玩豌豆改玩儿果蝇了。因为豌豆毕竟是植物,生长周期太长;杂交又不是发豆芽,一晚上就行,想要等一个实验结果,需要很长时间。而果蝇好歹是动物,生长周期只有十几天,而且特别皮实,很好饲养。它的染色体只有4对,研究起来也非常简单。

  这种令人讨厌的小昆虫,就这样大摇大摆地登上了历史舞台,成为生物学和遗传学里的大明星,为人类的遗传学做出了巨大的贡献。

  下次除“四害”的时候,记得放果蝇一马。
摩尔根
摩尔根

  1910年,摩尔根的媳妇儿兼他的实验员,发现了一只白眼睛雄性果蝇。这只“白眼蝇”将注定与袁隆平杂交水稻研究中,在海南发现的“野稗”一样,被载入史册。摩尔根对这只果蝇比对自己的孩子还亲,真是捧在手里怕死了,含在嘴里怕咽了。一直伺候到它与一只正常的红眼雌蝇交配以后,才放手让它去死。摩尔根为了养果蝇,甚至不惜成为小偷,偷了邻居不少牛奶瓶。

  白眼果蝇之所以如此重要,是因为它的“白眼”特征是一个基因突变的结果,通过繁殖就可以追踪到基因遗传的规律。果然,白眼果蝇和正常红眼果蝇交配后的第二代,白眼果蝇都是雄性的。这就说明决定眼睛颜色的基因,和决定性别的基因在同一个染色体上。

  摩尔根乘胜追击,发现一个染色体上有多个基因,不同染色体上的基因可以自由组合,而同一染色体上的基因则不能自由组合。他还测定了果蝇的基因在染色体上的位置,画出了果蝇4对染色体上基因的排列图。

  1919年和1928年,摩尔根相继出版了《遗传学的物质基础》和《基因论》,建立了完整的基因遗传理论体系。基因遗传学自此获得重大突破。摩尔根也因此获得了1933年的诺贝尔生理医学奖。
不过,摩尔根虽然获得了很大的成就,但是仍然没有回答“基因到底是个什么玩意儿”这一本质性问题。而这个问题,必须要深入到分子层面才有可能得以解释。

  不过,摩尔根虽然获得了很大的成就,但是仍然没有回答“基因到底是个什么玩意儿”这一本质性问题。而这个问题,必须要深入到分子层面才有可能得以解释。

  有很长一段时间,人们都怀疑蛋白质是人体内的遗传物质。然而,1869年瑞士生物学家米歇尔发现了细胞中一种酸不拉叽的物质,称为“核酸”。后来核酸又明确地被区分为了核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA。

  不过,科学发展的历程总是这样一步一坎坷。按理说DNA都已经被发现了,DNA是遗传物质这件事应该水到渠成,然而迷惑的人们还是不相信DNA就是遗传物质。

  1928年英国生物学家格里菲斯将死掉的S型肺炎双球菌和活着的R型肺炎双球菌进行混合培养,结果活着的R型病菌变成了活着的S型病菌。

  这事儿太吓人了,S型病菌死而复生了!

  这个问题连格里菲斯本人都迷惑了,难道有一种神秘的物质,能够穿越生死,让细菌复活?
1944年美国细菌学家艾弗里将S型病菌粉碎成各种分离物,发现只有DNA与R型病菌混合后,R型病菌变成了S型病菌。艾弗里是第一个揭示DNA是遗传物质的人,他的工作是革命性的。1952年赫希尔和蔡斯通过用放射性示踪物标记噬菌体(一种病毒),再用噬菌体作为杀手去侵染细菌,获得了DNA是遗传物质的直接证据。这就好比根据杀手使用的子弹类型,就能够判断出来杀手是谁。

  1944年美国细菌学家艾弗里将S型病菌粉碎成各种分离物,发现只有DNA与R型病菌混合后,R型病菌变成了S型病菌。艾弗里是第一个揭示DNA是遗传物质的人,他的工作是革命性的。1952年赫希尔和蔡斯通过用放射性示踪物标记噬菌体(一种病毒),再用噬菌体作为杀手去侵染细菌,获得了DNA是遗传物质的直接证据。这就好比根据杀手使用的子弹类型,就能够判断出来杀手是谁。

  至此,人们再也不怀疑DNA是遗传物质了,蛋白质在遗传学领域终于可以哪儿凉快哪儿待着去了。

  那么问题又来了,DNA的结构到底是什么样的呢?

  1951年,伦敦大学的威尔金斯和女物理学家富兰克林利用物理学的发展,对DNA进行了X射线衍射,得到了DNA的X射线衍射图。DNA的真实长相逐渐浮出水面。1952年,奥地利裔美国生物化学家查伽夫测定了DNA中4种碱基的含量,发现其中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量相等,鸟嘌呤与胞嘧啶的数量相等。

  人体密码被破解,只差一步之遥。
这一步是由美国生物学家沃森和英国生物学家克里克跨越完成的。沃森是艾弗里创立的噬菌体研究小组成员,而克里克在英国搞研究。1951年,两人在剑桥大学的卡文迪什实验室相遇,俩人谈起DNA的分子结构越谈越投机,越谈越来劲,真是一见如故,后悔自己的爹妈没把他俩生成双胞胎,恨不得下半辈子都捆绑在一起。

  这一步是由美国生物学家沃森和英国生物学家克里克跨越完成的。沃森是艾弗里创立的噬菌体研究小组成员,而克里克在英国搞研究。1951年,两人在剑桥大学的卡文迪什实验室相遇,俩人谈起DNA的分子结构越谈越投机,越谈越来劲,真是一见如故,后悔自己的爹妈没把他俩生成双胞胎,恨不得下半辈子都捆绑在一起。

  沃森和克里克找来了铁皮和铁丝,在办公室里搞起了幼儿手工课,热烈地研究起DNA的结构模型。他们看到了DNA的X 射线衍射图后,灵感大发。功夫不负有心人,他们的第一个手工作品“DNA三螺旋模型”成功地诞生,但马上就失败了。查伽夫的工作使沃森、克里克想到4种碱基之间应该存在两两配对的关系。于是,他们抛弃了三螺旋结构,提出了著名的“DNA双螺旋结构”。

  这个结构终于成功了,DNA分子像一个梯子,碱基对在DNA的两个链条之间形成阶梯。沃森和克里克因此获得了1962年诺贝尔生理医学奖。遗憾的是,诺贝尔奖理论上是不能发给去世的人的,DNA的X射线摄影师女物理学家富兰克林,因为长期接触放射线,于1958年去世,如果她在世,很有可能与沃森和克里克分享“炸药奖”的荣誉。

  至此,人体密码彻底被破解了。
DNA双螺旋结构的提出,是维萨留斯之后,小宇宙领域的又一次革命性突破。它宣告了分子生物学的诞生,生物学研究也从此进入了人眼看不见的分子水平。借着分子生物学的突破,酶工程、细胞工程、发酵工程、基因工程、蛋白质工程等一系列生物工程技术层出不穷。

  DNA双螺旋结构的提出,是维萨留斯之后,小宇宙领域的又一次革命性突破。它宣告了分子生物学的诞生,生物学研究也从此进入了人眼看不见的分子水平。借着分子生物学的突破,酶工程、细胞工程、发酵工程、基因工程、蛋白质工程等一系列生物工程技术层出不穷。

  也许不久的将来,我们在马路上看到一只长着人耳朵,不用吃饭、光靠喝水就能自我光合作用,还能随时分泌可乐和豆油的宠物狗,也是很有可能的事情。

 

书名科技史脱口秀
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  作者姜萌

  出版社清华大学出版社

  定价39元

(责任编辑:李莹 HN016)
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