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生命科學(xué)百年之旅（一）
——現(xiàn)代遺傳學(xué)的開始

回眸生命科學(xué)發(fā)展史，我們發(fā)現(xiàn)，作為研究生物生長、發(fā)育、遺傳，以及腦、神經(jīng)、認(rèn)知活動(dòng)等生命現(xiàn)象及其本質(zhì)與規(guī)律的科學(xué)，生命科學(xué)在20世紀(jì)取得了一系列重大突破，影響了人類的歷史。

有一天，豆豆媽深惡痛絕地說：“為什么我女兒吃包子的時(shí)候和她爸爸一個(gè)樣兒，都是從底部咬起……我有強(qiáng)迫癥，包子會漏油啊——”我笑到肚子痛……但也想起，我和我爸腳底都有一塊紅胎記……

田亮一家的“復(fù)制粘貼”

讓我們走進(jìn)現(xiàn)代遺傳學(xué)的開始——細(xì)胞遺傳學(xué)，認(rèn)識一下里程碑式的人物和事件。

豌豆雜交實(shí)驗(yàn)及其結(jié)論推動(dòng)生物遺傳研究進(jìn)入了嶄新的紀(jì)元；孟德爾定律的重新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代遺傳學(xué)的產(chǎn)生；摩爾根對果蠅的研究發(fā)現(xiàn)了基因的大秘密；馬勒的誘發(fā)突變實(shí)驗(yàn)是第一次人工改變基因的嘗試；艾弗里等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了遺傳密碼是DNA（脫氧核糖核酸）。

孟德爾定律被重新發(fā)現(xiàn)

19世紀(jì)60年代，奧地利的天主教神父孟德爾通過卓有成效的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，提出了具有深遠(yuǎn)歷史意義的獨(dú)特見解后，生物遺傳研究才進(jìn)入到一個(gè)嶄新的紀(jì)元。

孟德爾，1822年出生于奧地利海森道夫地區(qū)的一個(gè)貧苦農(nóng)民家庭。父親和母親都是園藝家。1840年，他考入奧爾米茨大學(xué)哲學(xué)院，學(xué)習(xí)古典哲學(xué)、數(shù)學(xué)。工作幾年后，孟德爾又到維也納大學(xué)深造，受到相當(dāng)嚴(yán)格、系統(tǒng)的科學(xué)教育和訓(xùn)練，也受到許多杰出科學(xué)家的影響，如多普勒、恩格爾等。1856年，孟德爾在奧地利布隆的修道院中，開始了長達(dá)8年的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。

孟德爾

孟德爾根據(jù)統(tǒng)計(jì)到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的理論論證，以題為《植物雜交的實(shí)驗(yàn)》的論文，總結(jié)出了被后人稱為“分離定律”和“自由組合定律”兩個(gè)遺傳定律。論文被送至國內(nèi)外130多個(gè)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的圖書館，但是各方面都沒有作出任何反應(yīng)，整個(gè)科學(xué)界對此保持沉默。誰也沒有認(rèn)識到，在孟德爾的論文中，蘊(yùn)藏著一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。

1900年，荷蘭的德弗里斯、德國的科倫斯和奧地利的丘歇馬克，這三位不同國度的植物學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)了孟德爾的遺傳定律，并查閱到了被淹沒在圖書館文獻(xiàn)中達(dá)三十多年之久的《植物雜交實(shí)驗(yàn)》原文，把它重新公之于世。孟德爾所發(fā)現(xiàn)的遺傳規(guī)律被稱為孟德爾定律，他本人被譽(yù)為現(xiàn)代遺傳學(xué)的奠基人。孟德爾定律再發(fā)現(xiàn)的1900年則標(biāo)志著現(xiàn)代遺傳學(xué)的開始。

科倫斯　

德弗里斯

丘歇馬克

小果蠅發(fā)現(xiàn)大秘密

托馬斯·亨特·摩爾根

摩爾根，現(xiàn)代遺傳學(xué)的先驅(qū)。他發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳規(guī)律，并與其學(xué)生一起發(fā)現(xiàn)了基因連鎖、交換和不分開等現(xiàn)象，從而發(fā)展了染色體遺傳學(xué)說，更進(jìn)一步證明了作為遺傳單位的基因是在染色體上作直線排列，并創(chuàng)立了基因?qū)W說。摩爾根在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要以果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，他的重要發(fā)現(xiàn)就是從果蠅身上取得的。

果 蠅

在自然界中，果蠅只是一種常見的昆蟲，然而在實(shí)驗(yàn)室里，這種小動(dòng)物卻為人類遺傳學(xué)研究做出了重要貢獻(xiàn)。作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，果蠅有很多優(yōu)點(diǎn)。首先是飼養(yǎng)容易。用一只牛奶瓶，放一些搗爛的香蕉，就可以飼養(yǎng)數(shù)百甚至上千只果蠅。第二是繁殖快。果蠅的生命周期只有十天左右，一年之中可以傳30代，對遺傳的研究非常有利。最重要的是，果蠅的唾腺細(xì)胞內(nèi)有巨大染色體，用低倍顯微鏡即可觀察到。

摩爾根的實(shí)驗(yàn)“蠅室”

摩爾根開始用果蠅進(jìn)行誘發(fā)突變實(shí)驗(yàn)。他的實(shí)驗(yàn)室被同事戲稱為“蠅室”，里面除了幾張舊桌子外，就是培養(yǎng)著千千萬萬只果蠅的幾千個(gè)牛奶罐。

摩爾根在細(xì)胞學(xué)和胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上，用果蠅為材料進(jìn)行了大量雜交實(shí)驗(yàn)，證明并發(fā)展了孟德爾遺傳學(xué)理論。

染色體遺傳

摩爾根認(rèn)為，染色體是遺傳性狀傳遞機(jī)制的物質(zhì)基礎(chǔ)，而基因是組成染色體的遺傳單位，基因的突變會導(dǎo)致生物體遺傳特性發(fā)生變化。摩爾根和他的學(xué)生還推算出了各種基因的染色體位置，并畫出了果蠅的4對染色體上的基因所排列的位置圖。

基因?qū)W說誕生了，從此遺傳學(xué)結(jié)束了空想時(shí)代，重大發(fā)現(xiàn)接踵而至，并成為20世紀(jì)最為活躍的研究領(lǐng)域。摩爾根因?qū)z傳學(xué)的發(fā)展有卓越貢獻(xiàn)，獲得了1933年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

第一次人工改變基因

赫爾曼·約瑟夫·穆勒

1911—1916年間，赫爾曼·約瑟夫·穆勒是摩爾根果蠅小組的一個(gè)重要成員，他的主要工作是研究果蠅的遺傳交換。1927年，他用X射線照射果蠅，最早人工誘發(fā)基因突變獲得成功，因此獲得1946年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

發(fā)現(xiàn)遺傳密碼——DNA

艾弗里

艾弗里，美國細(xì)菌學(xué)家。1877年10月21日生于加拿大新思科舍省哈利法克斯，1887年隨做牧師的父親遷入美國紐約市。1904年畢業(yè)于哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院，后到布魯克林的霍格蘭實(shí)驗(yàn)室，對致病細(xì)菌的化學(xué)特征展開研究。1913年轉(zhuǎn)到紐約的洛克菲勒研究所，投入到對一種肺炎雙球菌的深入研究中。

1943年，已過花甲之年的艾弗里被洛克菲勒研究所授予榮譽(yù)退休職工稱號，并繼續(xù)堅(jiān)持對肺炎鏈球菌的研究。1944年艾弗里與他的同事共同發(fā)表報(bào)告，表示脫氧核糖核酸（DNA）是導(dǎo)致細(xì)菌轉(zhuǎn)化的真正物質(zhì)。

DNA攜帶遺傳信息的發(fā)現(xiàn)，是遺傳學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要成就。

（李一一 輯）