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發現遺傳

發現遺傳

作者:唐曉鵬
傳統的觀念也起了很大的作用。在艾佛里之前,人們普遍相信核糖核酸是像澱粉一樣單調均勻的大分子。甚至別人的錯誤也對他們有不利影響。20年前一個諾貝爾獎獲得者後來被發現他的實驗是不準確的,這使人們對評獎有種矯枉過正的心理,委員會的態度是:「最好等到脫氧核糖核酸的轉化機理更多地被人們所了解的時候再說。」而在遲疑中,基因的研究至少被推遲了10年之久。
孟得爾用了八年完成實驗,寫成一篇《植物雜交實驗》的論文,然後開始了他很不擅長的推廣工作。論文的首次亮相是在布爾諾學會的自然科學研究會上,他當眾宣讀了,但人們既未提問也沒有展開討論。學會還是很給這個修道院院長面子,1866年,在他們的專業刊物上全文發表了這篇論文。該學會同120多個研究機構有資料交流關係,刊載孟得爾文章的雜誌共寄出115本。赫赫有名的英國皇家學會和林耐學會都收到了,孟得爾本人還向外寄出過該論文的油印本。他聯繫的人中有幾個非常內行的大學者,其中也有人對他的工作作出了正確評價,但最終他還是被人們遺忘了。
她舉了很多例子。比如,一個紫色基因恰好被一種轉座因子以一定的速率控制著,就始終不起作用,玉米長成單調的黃色。如果這種轉座因子被|干擾,就跳動得特別迅速,使得受它們控制的顏色基因時關時開,於是玉米顆粒便出現了斑斑點點。她還提出這種現象在植物的早期出現得特別頻繁,這時候,單一類型的細胞令人不可思議地生成所有不同的細胞,形成整個組織或整個這種推測與客觀事實驚人地符合。現在我們知道,人類全身細胞就是在各種控制基因的作用下,由一個受精卵發育而來的。興緻勃勃的麥克林托克在會上仔細介紹了自己的發現和理論,但聽眾的反應十分冷淡,甚至有人稱她為「怪人,百分之百的瘋子」。她的論文被收入冷泉論文集后,科學界也九_九_藏_書一直加以否定和忽視。麥克林托克被潑了一盆冷水。
先來講一講遺傳學的奠基人——孟得爾的故事。
首先,艾佛里以他老科學家的固有修養,在某些向題上顯得太謹慎。在最初的論文中他這樣寫道:「當然可能,被描述的物質的生物學活性不是核酸的內在特性,而是由於吸收在核酸的少量其它物質,或者是與核酸緊密結合著、以至無法檢測到的物質。」對這種謹慎,科學史家稱之為「幾乎神經過敏地迴避了DNA是基因,基因也只不過是DNA」這個主張。
為什麼呢?因為當時作為科學界重大突破的達爾文的進化論把科學界的注意力都吸引了過去(孟得爾發表論文時,《物種起源》問世剛7年)。而且孟得爾也做得不夠,達爾文本人對雜交問題很重視,卻沒有看到過他的論文。至於其他科學家,像維也納植物園主任凱爾納,植物學教授福克都對他的成果不屑一顧。福克說:「孟得爾所作的很多次雜交的結果,十分類似於奈特的結果,但孟得爾自以為發現了各種雜交類型之間穩定的數量關係。」他否定的恰好是孟得爾的成功之處。
這是一次正式的報告,她提出遺傳基因可以轉移,能從染色體的一個位置跳到另一個位置,甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她給這種能自發轉移的遺傳基因起了個名字叫「轉座因子」(TRANSPOSITIO NELEMENTS)。
然後就輪到艾佛里走背運了。
第一代高矮雜交種出來的那些高莖稈,是因為「高個兒」有顯性遺傳的功能,矮個子的遺傳是隱性的,所以,那些高矮雜交的種子最後長高了;它們自交的新一代則應該有四種遺傳配方——高高,高矮,矮高和矮矮。只有最後一種才會使矮個子遺傳因子變成顯性,也就是說,長成矮豌豆。這樣一來新一代種子的高矮比例總是三比一。他認為不同遺傳因子雖然在細胞里是互相組合的,但並不互相摻九九藏書混,是各自獨立可以互相分離的。後人把這一發現稱為分離定律。另一個推論是,植物在雜交中不同遺傳因子的組合,遵從排列組合定律,後人把這一規律稱為自由組合定律。這兩個定律成為遺傳學的基礎。
世俗的人們也許無法羡慕他們這樣的經歷。這是些孤獨的、近乎自我禁閉的人。孟得爾想不起來把他的論文寄給達爾文看看;艾佛里有他的小組,但他那麼謙和以至於連他的小組成員都越過他更大胆地宣揚自己的觀點;麥克林托克在最終獲得諾貝爾獎后,非常局促地對記者說她不喜歡個人財物帶來的麻煩,只想回到她熟悉的研究中去。他們在科學上衝鋒得那麼遠,在塵世中就像剛從時間隧道鑽出來的一般,比常人還要脆弱無助。
到了晚年,倔強的老院長為了一筆不公平的稅金與政府對峙多年,加上被人忘卻的痛苦,終於在62歲上健康崩潰,早早離開了人世。
孟得爾在34歲上開始了他最重要的研究——豌豆雜交實驗。開始他並不知道自己會得出什麼結論,雄心勃勃地一下子選用了22個品種,其中有黃葉子綠葉子圓葉子甚至皺巴巴的葉子。他把這些看上去不像是一種植物的豌豆分別進行雜交,最後用數學統計對它們的後代進行分析。經過多次沒有效果的實驗,他漸漸有了一個絕妙的想法。
在這之前,美國科學家格里菲斯發現,細菌被加熱致死後,其殘留的某種物質依然具有攜帶遺傳信息的能力,並在新一代的細菌性狀中表現出來。但他無法確定那究竟是一種什麼樣的物質。艾佛里在他的基礎上前進。他開始對細菌的無細胞提取物進行分餾、純化工作,採用了一系列非常有思想的實驗方法。他先是推斷蛋白質是遺傳物質,卻發現把蛋白質、類脂、多糖和核糖核酸一一從提取物中去掉,剩餘物質仍然保持著遺傳能力。他迷惑了,突發奇想把提取物徹底純化到無活性的程度,注入非常小劑量的原細九九藏書胞DNA,那種遺傳又發生了。他們斷定,所謂遺傳物質就是脫氧核糖核酸!1944年,《實驗醫學雜誌》發表了這一研究成果。艾佛里的實驗和結論是DNA認識史上的一次重大突破,徹底改變了「脫氧核糖核酸在生物體內無足輕重」的傳統觀念。但他得到的不是鮮花,而是眾多科學家極大的驚訝和懷疑。主要有兩種反對意見,一種是碰巧DNA的化學特性造成似乎是遺傳的結果,其實它只是跟某個具體的變化相關聯,這種變化並不是遺傳而來的;另一種認為無論如何提純,艾佛里的實驗材料都含有蛋白質的雜質,而那就可能是遺傳發生的原因。
首先用高莖稈的豌豆與矮莖稈的雜交,把它們的後代中那些高莖稈的豌豆挑選出來,然後讓它們自交(也就是讓第二代豌豆自行授粉),新一代豌豆出現了非常有意思的變化:它們之中高莖稈與矮莖軒的比例始終穩定在三比一。
孟得爾開始了他的天才推論:
艾佛里雖然不走運,但畢竟他的研究有人理睬和爭論。麥克林托克則是連爭論都沒有怎樣挑起,她發現了基因中的轉座因子(也就是控制因子),同時也發現了科學界令人難以置信的遲鈍和冷漠。
孟得爾生在1822年,父親是個喜歡養花的農民。他後來對植物的遺傳特性感興趣,應該受了點兒他父親的影響。孟得爾的童年是在半飢餓狀態中度過的,中學以後他靠著妹妹準備作嫁妝的錢進了大學。他後來成了修道院的修士,應該說這個職業極大地束縛了他的創造力,但他依然顯示了自己的才幹,到25歲時,他被任命為修道院的院長。
艾佛里的故事發生在二十世紀四十年代。
麥氏被冷落有多方面的原因,有她自己的性格因素,她的早期同事就認為,她過於孤軍奮戰了;也有她令人難以理解的實驗技術,當時的人們都用細菌,惟獨她喜歡高等植物;但最重要的原因是:她太超前了。人們剛剛接受了艾佛里的遺傳理論,正https://read.99csw.com在消化,沒有人有這種心理準備,即相信基因是非穩態的,是可以隨時發生變動的東西。
1933年,麥克林托克在某些玉米顆粒中發現了玉米色素的隱顯存在一種稀奇古怪的模式,有時她預期會出現的花紋和圖案卻成為完全不可理解的圖案,敏感異常的她開始著手解決這個常人看來無足輕重的問題。她用無比的耐心進行觀察,最後認識到自然界這種表面上的雜亂無章實際上有它的道理,那些玉米色素基因是在某一個特定後代「接上」和「拉斷」的;更為重要的是,同一種「接上」和「拉斷」經常是在其後的某一代上出現在同一染色體的各部分,甚至在所有的染色體上突然出現。麥克林托克認為,這是基因的「控制因子」在起作用。與艾佛里一樣,她是相當慎重的人,到1951年,她才在冷泉的生物學專題討論會上遞交了自己的學術論文。
巴巴拉·麥克林托克,生於1902年。1947年提出了某些結構基因的調節和控制系統的輪廓。1983年獲得諾貝爾醫學獎。這位女士生性喜靜,特立獨行,從一開始就開闢了不同於前人的工作方式。我們知道,研究基因一般都從非常低等的生物,比如細菌開始,她則先從玉米這種高等植物開始。
憤怒而沮喪的麥克林托克退守原陣地。她寫道:「倘若你認為自己邁開的步伐是正確的,並且已經掌握了專門的知識,那麼任何人都阻撓不了你——不必去理會人們的非難和評頭論足。」她經受了10年的冷遇,雖然其間,她曾再次提出自己的理論,結果依然沒有引起重視。法國的分子生物學家雅各布因發現大腸桿菌中的調節和控制系統而成了科學界的頭條新聞。麥克林托克在這些孤寂的歲月里反覆檢查和提高自己的實驗方法,等待著其他生物學家追上她的思想。
與孟得爾不同的是,艾佛里並非孤軍奮戰,他和他的同盟軍H·泰勒、哈赤基斯和麥卡蒂展開了歷時數年的反攻。泰勒和哈赤基斯九-九-藏-書發明了新的實驗,繞過給反對者以口實的實驗方法,取得與艾佛里一致的結果;艾佛里本人則在1946年著手證明DNA對遺傳功能的惟一性。他使用反證法,用各種有分解功效的酶破壞所有被懷疑是遺傳物質的有機化合物。結果,蛋白水解酶沒有使提取物喪失遺傳性能;核糖核酸酶也沒有;而一旦使用DNA酶,遺傳作用立刻就消失了。他無可辯駁地證明了DNA就是遺傳信息的載體。
應該說,我們的文明擔負著善待這種人的責任,甚至——在我們還沒有理解他們之前。
基因現在是個時髦的詞彙,意味著大量的金錢和前衛的科學研究。如果回顧歷史,我們會發現這種繁榮局面並不是偶然得來的。在追尋生命本質的賽跑中,曾有三個人跑得比誰都快。他們中的一個對種豌豆保持了很多年的興趣;一個把死去的微生物反覆地提純;第三個則是玉米葉子上的花紋圖案的鑒賞專家。他們各自從古怪的角度著手,為世人打開了自然界謎語庫中最精緻的那個秘密。那麼世人對他們怎麼看的呢?
無論他們的實驗多有說服力,科學界就是不能正確評價這個突破。他獲得了諾貝爾獎提名也遲遲不能通過,而以他們的成就來說,這個獎項是非常恰當的報償。年邁而謙和的艾佛里最後帶著無盡的遺憾去世,幾年以後則輪到諾貝爾評選委員會承受愧疚和責難。翻開當年的史料,我們會發現那是一系列的舉措失誤和思想混亂造成的結果。
進入七十年代,越來越多的分子生物學家找到了可移動或可轉移的遺傳因子,給它們取了五花八門的名稱,世界作好了接受麥氏理論的準備。八十年代初,人們已經無法忽視她的貢獻,1980年,冷泉召開了集中討論可移動的遺傳因子的問題,麥克林托克被人們反覆提起。1982年,一個名叫王身立的華人在《自然雜誌》撰文,題目就是《麥克林托克應獲諾貝爾獎》。經歷了整整40年的冷遇,這位偉大的遺傳學家終於獲得了世人的承認。