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解密生命 作者: 周祥 生命密码箱：基因 基因早先被称为“遗传因子”，要知道它的确切来历，还得要回到孟德尔的那篇论文中。那篇论文指出，生物体表现出来的高矮、胖瘦、大小、颜色等性状只是人们能够感觉到的表面现象，而这些现象的反复出现一定有着某种内在的原因。孟德尔把这种决定性状的内在原因称为‘’遗传因子”，这是孟德尔学说的核心概念。孟德尔认为，由于有了遗传作用，生物在进化过程中就不会是连续的变异，而是不连续的变异。这与达尔文的连续变异的进化思想是迥然不同的。 孟德尔还指出，生物体的每种性状都是由两个遗传因子决定的，一种决定显性，另一种决定隐性。生物体在形成生殖细胞时，原来成对的遗传因子不能同时进入一个生殖细胞，每个生殖细胞中只有一对遗传因子中的一个，由雌。雄生殖细胞的合二为一而恢复成对。在孟德尔的学说中，成对的遗传因子在生物体形成生殖细胞时必然要分离被称作遗传学第一定律，即“分离定律”，而分离后的遗传因子再次组合成一对的遗传因子时，可以和原来并非是一对的遗传因子自由搭配在一起，共同进入一个生殖细胞中——这种各对遗传因子的独立分离和遗传因子的自由组合被称为遗传学第二定律，即“自由组合定律”。 孟德尔和他的学说在20世纪初掀起了一个宏大的科学热潮，遗传学迅速成为当时生物学家们的研究热点，“遗传”、“变异”、“遗传因子”等词语也成了颇为时髦的流行语。在实际研究工作中，“遗传因子”是用得比较多的概念。1909年，丹麦植物学家和遗传学家约翰逊提出，“遗传因子”使用起来很不方便，而“基因”代替“遗传因子”更能反映出事物的本质，说起来也朗朗上口。此后，人们便习惯于将决定和控制生物遗传和变异内在的某种细微因子称为“基因。”但是，基因究竟是什么东西？当时谁也没有亲眼见到过。 那么，基因在哪里？究竟是什么样子呢？比较顺理成章的推测是，基因必定孕育于细胞中，而且很可能就是染色体或在染色体上。1902年，美国哥伦比亚大学生物学研究生沃·萨顿发现，染色体显然不是基因，但是染色体与基因有许多相似之处，比如在受精时来自父方的一个基因与来自母方的一个基因合在一起恢复成双，而来自父方的一条染色体与来自母方的一条染色体也是合到一起，恢复成双。这种比较研究的结果令萨顿极为振奋，因为他已经意识到，基因很可能就在染色体上。据此，萨顿提出了一个假说：染色体是基因的载体。令萨顿欣喜若狂的是，他的假说很快被各项实验所证实。 1908年，美国哥伦比亚大学生物系的生物胚胎学家摩尔根开始沿着校友萨顿的思路在果蝇身上寻找基因。在摩尔根看来，果蝇是颇为理想的实验材料，它的生活周期只有10－14天，易于饲养，而且染色体不多，只有4对。最终，果蝇帮了摩尔根大忙。多年以后，摩尔根和他的弟子们建立了相当系统的基因遗传学说，揭示了基因是组成染色体的遗传单位，它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位。摩尔根本人也因此获得了1933年度诺贝尔医学和生理学奖。 在一群嗡嗡乱飞的果蝇身L，摩尔根发现，生物遗传基因的确在生殖细胞的染色体上，而且基因在每条染色体内是呈直线排列的。染色体可以自由组合，但排在一条染色体上的基因是不能够自由组合的。基因总是跟随着染色体——这种特点被摩尔根称为基因的“连锁”，即染色体好比是链条，基因好比构成链条的链环，链环跟着链条跑。可是，这种由链环连接而成的链条偶尔也有丢掉一个链环再补上的情形。由于同源染色体的断离与结合而产生了基因的“交换”。连锁和交换定律是摩尔根发现的遗传学第三定律，它揭示了一个奥秘：染色体好比是传递基因的接力棒，它永不停息地从上一代传往下一代。 基因遗传理论虽然确立了，但是基因究竟是不是一种物质实体在当时尚不清楚。摩尔根则倾向于基因“代表一个有机的化学实体”的看法，他在著名的《基因论》一书中写道：“像物理和化学家设想的看不见的原子和电子一样，遗传学家也设想了看不见的要素——基因……它之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”摩尔根确信，等到生物化学发展到一定程度之后，基因的客观存在性必定会得到证实。 但是，人们对于基因是否实际存在并非像摩尔根那样充满信心。事实上，基因学说一问世，不少人就认为，基因不过是以某种特定的形式排列在染色体上的位点，它并不实际存在。其后，遗传学家普遍认为，要想揭示基因的秘密，必须通过更为精密的遗传分析。另外一部分学者则耐心地等待着分子生物学时代的到来，他们认为，无论基因是否客观存在，遗传的研究进入分子层次总能够发现一些意想不到的未解之谜。1910年，德国生物学家魏斯曼提出：“生物科学必须通过把物理学和化学结合起来的方法，并一直深入到分子原子这样的单位上，才能解释生命世界的种种现象。”事实证明，遗传的微观机制只有通过物理化学的方法才能揭示，魏斯曼的论断吸引了一大批物理学家、化学家介入了遗传领域，从而促发了分子生物学时代的早日来临。 人类最终解开基因之谜则要归功于一条带血的绷带。1868年，年轻的瑞主化学家米歇尔在一条满是浓液的绷带上找到了记录遗传信息的“无字天书”——核酸。说起来，核酸的发现极其偶然。那条为人类遗传学作出了不朽贡献的绷带是米歇尔从外科诊所的废物箱中捡来的。浓血主要由白细胞和人体细胞组成，米歇尔用硫酸钠稀溶液冲洗绷带，使细胞保持完好并与脓液中的其它成分分开，得到了很多白血球细胞。然后，他又用酸溶解了包围在白血球外的大部分物质而得到了细胞核，再用稀碱处理细胞核，又得到了一种含磷量很高的本知物质。这种未知物质被兴趣盎然的米歇尔定名为“核素”。不久，米歇尔的德国导师塞勒也从酵母菌中提取出了核素。1879年，塞勒的另一名弟子科塞尔开始系统地研究核素的结构。到了20世纪初，科塞尔和他的学生们已经把核素的所有组成成分一一一一一一糖、磷酸、膘吟碱、嘴院碱全部辨认出来。由于在细胞核中找到的那种含磷量很高的“核素”具有很强的酸性，因此，“核素”后来被“核酸”所取代，并为科学界广泛采纳。 按说，至此，基因物质已全部登场，基因的秘密也该真相大白了。但是，事实并非如此，科塞尔等人并不知道他们所发现的核酸究竟和基因有什么关系，因此，摩尔根的预言尚未能够得到证实。1909年，美国生物化学家欧文发现核酸中的碳水化合物是由5个碳原子组成的核糖分子；到了1930年，他又发现米歇尔在绷带上所发现的“胸腺核酸”中的糖分子仅仅比塞勒从酵母菌中发现的“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子，因此把这种糖分子称为“脱氧核糖”。此后，这两种核酸分别被命名为“核糖核酸”（RNA）与“脱氧核糖核酸”（DNA）。1934年，欧文把以上两种核酸分解为含有一个膘吟（或喷院）、一个糖分子和一个磷酸分子的许多片段，并把这种片段叫作“核苷酸”。欧文认为，核酸是由核苷酸连接而成，根据核苷酸中包含的源吟和陵牌的种类不同，核苷酸可分成4种。在DNA中，4种核甘酸是： 腺瞟吟（A）、鸟膘吟（G）、胞密啶（X）和胸腺密啶（X）核苷酸。在RNA中分为：腺膘吟（A）、鸟膘吟（G）、胞密啶（X）和尿密啶（X）核苷酸。 DNA一般只在细胞核中，而RNA除了细胞核，还分布在细胞质中。后来，它们被证明为携带遗传秘密的基因物质，这些基因物质内贮存了生命的所有密码旦开启基因一这个永恒的生命密码箱，那么，生命的全部奥秘都将尽显无遗，而生命的归宿也必将命中注定。这是一位名叫道金斯的美国科学家的观点，他坚定不移地认为，生命在本质上应该被视作是基因的载体。生命照管自己的基因，并且通过某种特定的方式与同类的基因（通常是这样）相混合，将它们传递给后代以延续种族。生命传递给每一个后代的便是由生命密码组成的启动程序，是基因的特定组合。事实上，当地球生命开始出现的时候，基因的传递便开始了，而且还要永远传递下去，因此，每个生命只是一个暂时的基因载体。 果如道金斯所言，生命所经历的实在是一场精致的悲剧人生，而生命存在的价值——至说人类存在的价值——然只是携带着一个生命密码箱在生命演进的大道上放足狂奔。 |
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