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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(17)冷落四十年的转座子理论  

2013-05-31 12:12:59|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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17)冷落四十年的转座子理论

 

1983109日, 斯德哥尔摩卡洛琳医学院宣布:美国遗传学家巴巴拉.麦克林托克(BMcClintock 1902-)由于发现了可移动的遗传物质,被授予诺贝尔医学奖。奖状说,当麦氏做出这发现时,他的同时代人还未能认识其重要意义。卡洛琳医学院把麦氏的成就比之为一百年前另一位伟大的遗传学家孟德尔的成就。这是怎么回事呢?为了弄清这个问题,我们有必要探讨麦克林托克的玉米研究。

 

转座因子及其作用的发现

 

麦克林托克于1902616日出生于康涅狄格州哈特福德。 她性格沉静,喜欢独自一个做事。于是,在康奈尔大学修完生物学并获得博士学位后,便来到长岛冷泉港卡内基实验室,在那个周围布满森林的一座小建筑物中工作。

 

为了揭开生物遗传突变的秘密,她开始在小港附近的一块小试验田里,别具匠心地种植玉米。玉米是经典遗传学研究中采用的一个理想的供试对象。因为它的籽粒和叶子有颜色变化。这种颜色变化是由遗传结构的基本改变引起的。但具体机制人们并不清楚。 那时,人们还不知道DNA是怎样结合以及如何起作用的。事实上,当时只有很少几个研究者相信,的确是分子在各代之间传递信息。为了探究遗传机构变化的内在机制,麦克林托克年复一年地在田间仔细地观察玉米籽粒和玉米叶子的颜色发生的一代又一代的复杂变化;然后,将采下的材料带回实验室,观察玉米染色体的断裂和重组况。染色体的断裂和重组,是麦克林托克借以从细胞中获得遗传变化信息的唯一象。

 

30岁那年,麦克林托克在某些玉米籽粒中发现了玉米色素显现着一些稀奇古怪的模式。她观察到玉米籽粒颜色的遗传很不稳定,有时籽粒上还出现一些斑斑点点。19441945年冬,她又看到少数玉米株心颜色出现的图案与自己已观察到的不同。

 

对于缺乏想象力的科学家来说,这些颜色变化可能被当作是随机发生的自然变异。但是,麦克林托克没有这样看。她通过耐心的记录和仔细的分析,从自然界的这种表面上显得杂乱无章的过程中,发现了一种条理。这就是,使籽粒着色的色素基因是在某一特定代上“接上”或“拉断”的。更为重要的是,同一个“接上”或“拉断”,经常是在其后的某一代上在同一染色体的各部分、甚至在所有染色体上突然出现的。麦克林托克把它们叫做“控制因素”(或称控制因子)。

 

通过两年的摸索,到1947年,麦克林托克终于画出了某些结构基因(例如产生色素的基因)的调节和控制系统的轮廓。此后的年月中,她反复检验这些能阐明她的观点的复杂实验,更加坚定了自己的看法。到1949年时,她便开始撰写文章,总结自己的实验结果和发现。后来,在准备付印之前,她又慎重地从长达90页的初稿中删去了所有可能出错的内容。

 

1951年,在冷泉港生物学专题讨论会上,麦克林托克递交了自己的学术论文,向科学界同行报告了她的新理论。她提出遗传基因可以转移,能从染色体的一个位置跳到另一个位置,甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。她把这种能自发转移的遗传基因称为“转座因子”(transposition elements)。

 

她提出,“转座因子”除了具有跳动的特性之外,还具有控制其他其因开闭的作用,因此“转座因子”又可叫做“控制因子”。控制因子可以插入到玉米染色体上的颜色基因附近。例如SG是一个产生紫色色素的结构基因,它附近的一个控制因子DS(称为离解因子或分化变异因子)以一定的速率关闭SG,使玉米籽粒不能产生紫色色素,而成为黄色。DSSG附近跳开,SG所受的控制作用即被解除,玉米籽粒又变成紫色。而DS跳到远离AC处,或者AC本身跳开,DS即不受AC的控制,它又可以发挥对结构基因SG的抑制作用,使玉米籽粒成为黄色。这些控制因子跳动得如此之快,使得受它们控制的颜色基因时关时开,于是玉米籽粒便出现了斑斑点点。她还提出,这种现象在植物发育的早期出现得特别频繁,这时候,一种类型的细胞令人不可思议地生成所有不同的细胞,形成整个组织或整个机体。

 

四十年的冷落

 

麦克林托克在会议上兴致勃勃地介绍了自己的发现和理论。转座因子的发现使人们对生物的奥秘取得了深入的理解。它不仅解决了整个机体如何从单个细胞发育起来(即从一个受精卵细胞如何变成形状、大小和功能完全不同的细胞)的问题,既然如此,麦克林托克的报告理应受到科学界的欢迎;但事实上,听众反应却十分冷淡。甚至有人称她是“怪人,百分之百的疯子”。她的论文被收入冷泉港论文集后,世界科学界也一直加以否定或忽视。麦克林托克开始感到受人冷落。她懊丧地提到,没有人能理解她的主张。

 

这也难怪。在当时,占统治地位的染色体遗传学理论认为,生物细胞内的遗传物质比较稳定,不太容易发生变化。遗传基因以一定的顺序在染色体上作线性排列,彼此之间的距离也非常稳定。常规的交换和重组只发生在等位基因之间,并不扰乱这种距离。除了在显微镜下可见的、发生频率极为稀少的染色体到位和相互易位等畸变可以改变基因的位置外,人们还从未认识到,也难以设想出基因会从一处跳跃到另一处。这样,由于转座子理论和经典遗传学的传统理论如此大相径庭,当然也就不能立即被人们认识和接受了。

 

十年过后,当法国的分子生物学家F.雅各布和J.莫诺于1961年发现大肠杆菌中的调节和控制系统并成为科学界的头条新闻时,麦克林托克再次提出了自己的理论,结果,又遭到了科学界的冷落。

 

尽管如此,麦克林托克仍孜孜不倦地继续研究。她坚信不移地认为:“倘若你认为自己迈开的频伐是正确的,并且已经掌握了专门的知识,那么,任何人都阻挠不了你,……不必去理会人们的非难和评头品足”。

 

60年代中期,关于遗传物质的转移,人们在细菌中发现了转化和转导现象。但人们仍不愿接受麦氏的理论。在布鲁海文学术会议上,麦克林托克向听众大声疾呼:“我们已经接受了转导作用(transduction)和转化用用(rtansformation)的概念,用转位作用(transposition)有什么错?

 

客观存在的自然规律终究要为大多数人所揭示。60年代后期,当人们运用遗传工程这种强有力的新工具时,终于在细菌中发现了“转座子”(rtansposon)(又译为易位子, 实际止是DNA的小片断),从而开始激起人们对麦克林托克研究工作的兴趣。许多研究很快与麦氏的早期研究所提出的相似现象联系起来。

 

整个70年代,分子遗传学家找到了愈来愈多的可移动的或可转移的遗传因子,又称之为“跳跃基因”(jumping gene)。这些因子不仅存在于细菌中,同时也存在于较高等的动物中。此时,麦氏的理论又得到了进一步的验证,更加深入人心。

 

1980年,冷泉港的生物学家们召开专题讨论会,集中讨论了可移动的遗传因子(movabl genetic elements 问题。虽然麦克林托克未出席会议,但是整个会议讨论期间,人们纷纷提到她的各字。

 

道是无情却有情。麦克林托克30年代初做出的发现、40年代提出的理论,到60年代末终于被重新提起,80年代初为科学界普遍接受。她走在时代前面四十年,同时也为此冷落奋斗了四十年。

 

科学界一旦认识到麦克林托克提出的理论的重大意义,便将追求真理的热情、仰慕伟人的崇敬之心,一下子倾注到她的身上。1981年,对于79岁高龄的麦克林托克来说,是特别热闹的一年。到处都在邀请她去演讲和座谈,等待她的接见,向她索取玉米种子。科学界高度评价她的科学研究和人格。她的早期同事、玉米遗传学家M.卢德斯说: 、我知道许多著名的科学家,但是只有一位,我认为是杰出的科学家, 无疑是麦克林托克“。哈佛大学的M.梅西尔逊推测说:“历史将记载她作为奥妙而且复杂的遗传理论的先驱” 。诺贝尔奖金获得者、DNA双螺旋结构的发现者之一沃森说:“她是个伟人,她孤军作战,标新立异。她的工作是极为重要的”。我国著名遗传学家谈家桢教授也指出,麦克林托克走在时代前面,她的光辉发现应获诺贝尔奖。有好些研究小组争先恐后地用新的分子生物学技术来支持麦氏的体系,并试图阐明流动基因如何工作。各种荣誉也纷至沓来。特别是这年年底,她连获三项大奖。这就是:阿普拉斯卡基础研究奖(这是美国荣誉和声望最高的医学奖,通常是通向诺贝尔奖的台阶),麦克阿瑟基金会奖和以色列的沃尔夫基金会奖。

 

过惯了冷落寂寞生活的麦克林托克,面对国内外科学界的赞誉和奖励,又添了一种新的烦恼。她闸局促不安地向记者表示,她完全不喜欢宣扬;她所想的只是退到实验室里一处安静的地方;她不在乎个人财物,也不喜欢积聚个人财物。

 

冷落的原因和启示

 

麦克林托克的“转座子”理论为什么会被科学界冷落了四十年左右的时间呢?综合起来看,不外乎下述几个方面的原因。

 

第一,从转座子理论和经典遗传学的关系来看,转座子理论推翻了经典遗传学关于基因是稳定的这一传统观念,是一种革命性的理论,因而不能为经典遗传学家所接受。

 

第二,从转座子理论和分子遗传学的关系来看,是由于前者走在了时代前面,是一种超时代发现。科学界还没有做好接受它的准备。因而不可避免地遭到分子遗传学家的冷落。一般说来,一项科学发现或技术发明,只有当社会以其科学技术发展的全部进程为领会它们准备的时候,也就是如通常所说的,当这种发现或发明的思想“已经成为潮流” 的时候, 才能为社会立刻领会,给予正确评价和使用。而“超进代”的发现和发明,远远走在了绝大多数人认识进程的前面,只能为极少数人所接受,而不能此起同时代大多数的共鸣,往往长期作为“自在之物”存在,受到人们的冷落。只是随着科学的发展,当这种发现或发明为某人或许多人所重复的时候,人们才重新提起它、研究它。转座子理论正是这样。对于麦氏来说,在30年代,它便成了“为我之物”;而对于绝大多数分子遗传学家来说,只是进入到80年代时,它才被真正认识到。她的理论在很长一段时间内像爱因斯坦的理论一样,人们都很佩服它,但很少有人能说已经弄懂了。“阳春白雪,和者为寡”。人们不懂它,当然也就谈不上接受它了。

 

第三,从转座子理论赖以建立的实验材料看,是由于它离开了分子生物学的主流。麦克林托克虽然身在冷泉港生物学实验室,但她所采用的材料,与该室中极大多数科学家不同。她没采用病毒和细菌作材料,研究基因的拼接、剪切和重组,而是采用玉米这样的高等植物作为研究对象。据美国《时代》周刊称,对她这种坚持用经典遗传学的技术研究遗传秘密的做法,她的同事一直是感到“不可思议”的。

 

此外,在一定程度上,也和她的孟德尔式的孤军作战的方式有关。这种方式对于她的理论的传播是非常不利的。据有人对科学上克报阻力过程的专门研究,许多革命性的发现,只有借助于团结一致的积极分子团体的活动,才能较快地得到科学界的承认。这点,正是麦氏的工作方式所欠缺的。

 

值得庆幸的是,尽管麦克林托克采用了孟德尔式的工作方式,利用了大体相同的实验材料(都是高等植物),得出了相同性质的超时代发现,也遭受了大体相同的命运,但她毕竟在晚年看到了自己理论的胜利,并获得了科学界的最高奖励——诺贝尔奖。

 

麦克林托克奋斗五十余年的科学生涯,给人们留下了许多值得学习的地方。我们要学习她敢于推翻传统理论观念的革命精神;学习她献身科学、不惜牺牲个人利益的高风亮节;学习她不因冷遇而自弃、不为荣誉所陶醉,始终如一,孜孜追求真理的高尚情操;学习她在经典遗传学和分子遗传学之间铺设桥梁、开辟新领域的创新意识;学习她洞见细微的敏锐观察力和见微知著的高度想象力;学习她从运动角度思考问题的辩证方法。麦克林托克的遭遇也给我们提出了许多值得注意的问题。在对待一种新学说时,我们要努力克服思维的保守性,采取正确的态度给以热情支持。在评奖中,我们应努力做到有眼光、有魄力、有远见,不仅对那些很快就要被证实的发现应该给予奖励,而且对那些需要较长时间才能充分证实的超时代发现也应给予荣誉。人们预计,诺贝尔评奖委员会对麦氏的奖励,在科学界将受到广泛的欢迎。

 

 

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