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基因的革命

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第一章 寻找基因(5 / 10)

    这就是遗传游戏的规则,而其他部分都是分子生物学,比较偏重机械而不是物理。

    至于基因的真实成分到底是什么?这个问题一直到科学家发现,从一个菌落(bacterialcolony)中,苹取出一种变异物质(transfondllgprincghe),将它送入另一个不同形状,但是相关的菌落中,可以改变后者的形状之后,才找到答案。这个变异物质,就是DNAo人类在很多年以前,就在沾满脓血的绷带上找到DNA,这种实验听起来恶心,不过DNA却是生物学上非常重要的物质。

    沃森、克里克和DNA双螺旋结构模型

    自摩尔根以来,随着遗传学的进一步发展,人们迫切想要了解基因的功能是否仅限于世代之间遗传信息的传递和表达。基因自身的化学成分是什么?基因是怎样作用于有机体而表达生物性状的?细胞分裂时又是如何实现自我复制……等等。诸如此类问题,从本世纪20年代起,随着对基因的物质结构、生化功能、物理性质和基因作为遗传信息携带者和传递者,作为控制遗传性状的发育单位和突变单位等方面知识的增长而提到解答的日程上来了。

    一DNA双螺旋结构发现的前奏1935年,着名理论物理学师玻尔的学生M·德勃留克,从物理学角度探讨了基因的物理性质和其对细胞的作用。他认为,基因之所以世代相传而维持其结构不变,在于染色体象非周期性晶体结构那样,与周围的原子或分子相连结,所以具有相对的稳定性,由于其不同部分排列上的特殊性,就有可能蕴藏着特定的遗传信息。十年后(1945),物理学家薛定愕在《生命是什么》一书中,发挥了德勃留克的观点,指出“……一个活细胞的最重要部分——染色体纤丝——可以恰当地称之为非周期性晶体”,它是“生命物质的载体”解定愕:《生命是什么》上海人民出版社1973年版,第5-6页),他还认为:染色体应是实现个体发育以及表达生物全部性状的“密码正本”、“每套染色体都含有全部密码”(同上书第72页)。染色体上的基因则是一种生物大分子,它发生变化或发生突变,起源于原子的重新排列时形成的同分异构体分子。正是基因这种大分子结构“提供了各种可能的(异构的)排列,在它的一个很小的空间范围内是以体现出一个杂交的‘决定’系统”(同上书第67页),这就是说原子排列上的差异形成了遗传密码。

    他想到用莫尔斯的点和横符号代表基因活动情况(即表示遗传密码的表达情况)。薛定愕的这些观点在多大程度上影响到遗传学领域,从而引起该领域发生革命性的变化是难以估计的。本世纪30年代以后,德勃留克转到对噬菌体遗传信息传递的研究上面,还有一些人对遗传信息的研究过分集中到蛋白质大分子活动的研究上了,忽视了生化反应中基因的效应,所以有关遗传信息活动的研究在生物物理领域中一时间得不到显着成效。

    大约与薛定愕《生命是什么伯一书刊出的同时,1944年,细菌学家艾维里及其同事麦克劳德和麦卡蒂等从事于肺炎球菌转化工作的研究。这项工作先前曾由英国医生兼细菌学家格里菲斯研究过(1929),格氏发现把加热杀死过的有毒型细菌(S型)同无毒型细菌(R型)同时注射到老鼠体内,从老鼠血液中只分离出S型细菌,这种情况表明R型细菌从S到细菌中得到某种物质,使无毒性的R型细菌转化成为具有有毒性的S型活性细菌。但他不了解转化的机制是什么,所以并不了解自己发现的意义。艾维里等人重新进行这项实验时紧紧抓住主要矛盾,把注意力集中到转化机制上,他们从S血型肺炎球菌中分离出活性的转化因子,进而弄清了这种因子的化学特性,它们是“一种高度聚合,而且宁夏粘滞的DNA钠盐”(艾维里等:树引起肺炎球菌类型转化的物质化学特性的研究》,载《遗传学经典论文选集》,科学出版社1984年版,第107页),这就明确了核酸(至少是脱氧核糖核酸类型的核酸)带有转化和遗传的特性。这种转化因子是使肺炎球菌SJ型起着转化功能的基本单位,可以比喻为一个基因。然而这项发现在正统的细胞遗传学的巨大影响下被冲淡了,并且限于从生化途径探讨基因特性,把注意力只集中于基因怎样控制生物代谢过程的,所以还没有象后来那样确定基因就是DNA生物大分子。

    到了1951-1952年,海尔希和蔡斯用放射性S标记噬菌体蛋白质中的半优氨酸和甲硫氨酸,用“P标记ENA中的磷酸,再用生P去感染细菌细胞,经分离后发现噬菌体内eP的DNAilliN到寄主细菌内,这表明只有DNA分子与新噬菌体的复制有关,而含有S的蛋白质氨基酸则留在噬菌体空壳内,由此证明DNA是实实在在的遗传物质。

    如果说上面的研究专门着重研究基因作为遗传物质是遗传信息的承担者和传递者,反映了“信息学派”研究的特点的话,那么,研究基因是如何起作用的,或专门着重研究基因的功能问题,则是生化学派的主要课题,而这两者都是为研究基因的物质结构和生化特性作准备的。