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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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(11)第十章 分子生物学  

2013-06-12 11:51:28|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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11)第十章  分子生物学 

 

我们现在知道五十年代是遗传学分子革命的十年。但是——具有讽刺意味或者恰如其分地说——这十年开始的时候,经典遗传学正遇上危机,在相当短的一段时间里,有可能会出现完全另外一种类型的革命。随着许多遗传学家对基因的经典概念的日益不满,现在是离经叛道者取得成功的时候了。在这种思潮下,麦克林托克的工作看来能够被一些人理解并且已被一些人理解了。她的工作是对这场分子革命的一个重要支持。虽然,在实际上,革命还没有发生。

 

  一九五一年,在冷泉港召开了“基因和突变”讨论会,与十年前召开的“基因和染色体”讨论会相比,这次会议主要讨论了基因的新进展情况。同时,会议对即将到来的十年略略作了展望。这门学科的过去情况和未来前景的明显对比是富有教益的。

 

  作为一九五一年讨论会的组织者,米利斯莱夫?德梅雷茨在刊印的资料汇编的一开始评论说:“差不多五十年以前就已经把遗传单位标为‘基因’了,但它的定义是什么这个老问题却一直没有解决。事实上,自一九四一年积累起来的大量信息使遗传学家比任何时候更无法确定基因的物理性质。”

 

  一九四一年的讨论会标志着在这十年里我们对遗传学染色体基础的理解几乎取得了持续的进展。在这期间,细胞遗传学研究之花已结出果实,大量的证据使遗传学家确信基因的基础在于物理化学,或者,更确切他说,在于分离的物理单位的综合。德梅雷茨总结当时对基因的普遍看法如下:“十年以前,染色体被想象为有明显界线的固定单位,它们排成一列,好象珠子串在线上,非常稳定,几乎不受外部的影响。”除理查德?戈德施米特和其他少数人外——他们最初是对抗这样一个简单化的论点并倾向于更为全面的遗传机制概念的——但后来都被说服了。甚至曾告诫说基因只不过是“有用的抽象物”(“符号”,就象麦克林托克称它们的那样)的那些更保守的思想家,看来也都被说服了。

 

  但在一九五一年,这一基因概念——它是分离的分子实体,就象“线上的珠子”一样,已看得出破绽了。德梅雷茨接着说:“现在,基因被视为一个界线非常不明确的集合体——染色体的一部分,而后者本身是一个单位,对环境的某些改变能迅速地作出反应。”这一评论大大地受到一九五一年座谈会第一次会议(其中心议题是“基因理论”)的三篇论文的鼓励。戈德施米特宣读第一篇论文,刘易斯?斯塔德勒宣读第二篇论文,麦克林托克则宣读第三篇论文。所有这三篇论文都集中讨论突变问题。

 

  戈德施米特和斯塔德勒指出,已知的关于基因的一切都得自对突变的研究。分离基因这个概念正是从局部突变的存在推知出来的,但突变是什么呢?如果不知道突变事件是由什么组成的,那么有什么证据可断定这些事件最后引起了这些被称作为基因的分离量的变化呢?随着致突变事件证据的增加,导致广泛的染色体重排,那么,是什么妨碍人们得出结论说所有的致突变事件都是染色体重排的结果呢?戈德施米特论证说那些看来好象是点突变的只不过是“亚显微水平的重排效应”。那么,怎样的一种分离基因假设才是所需要的呢?多年来戈德施米特一直争辩说,基因只不过是遗传学家们想象出来的一种臆造事物,遗传单位是染色体,而遗传特征是染色体一系列重排的反映,他认为最近对易变基因和染色体重排的(特别是麦克林托克的)研究工作证明他的论点是正确的。“我以不无满意的心情补充说,在这个领域里,越来越多的工作者开始把自己的思想对准类似的方向了。”他对麦克林托克工作的兴趣与其说来自对于控制和机制含义的理解,还不如说是固为它对于转座的论证,特别是麦克林托克(一九五0年论文)的结论。她说,她所观察到的表型改变不是实际基因改变的结果,“与其说它是组成基因本身的改变,不如说是染色质组成成分的改变的结果。”根据戈德施米特的看法,这一工作把这称为位置效应的现象提高到接近于普遍性的程度。“今天”,他说,“由于麦克林托克卓越的工作,它已成为植物最普遍的一个遗传现象,如果允许我们假定所有大量的名为易变基因有相同的细胞学基础的话”。

 

  戈德施米特单枪匹马的支持或许可说负债大于资产。几乎没有一个人愿意接受他的极端的结论:“所有的突变,不管它们排列的频率、发生部位、细胞学的可见性,或者不可见性,都是位置效应”,但是他那具有逻辑性的评论——在过去这一评论曾引导遗传学家将表型的变化归因于假设的“基因分子”的变化——显然得到了比过去更多的支持。

 

  斯塔德勒,一位在遗传学领域内比较认真并受到更广泛尊敬的领导人,由于一些同样的逻辑上的弱点而受到戈德施米特的攻击,他因此十分不安。斯塔德勒本来并不反对基因的概念,但到了一九五一年,他精心探索的理论分析导致他对基因理论提出了批评,看来,特别是由于他那众所周知的谨慎,使他比戈德施米特更有说服力。他逝世的前三年,一九五一年,斯塔特勒提出的论点,基本上与他死后在《自然》杂志上发表的最后论文所总结的论点相同(编辑把它称为“告别词”)。两篇论文的主要结论是:点突变是基因突变的假说是毫无根据的。“改变表型的突变是由基因突变所产生的(即,它们是新基因型的产物),但这一突变无法…以任何明确的标准将其与基因外突变区别开来。”由于我们所有的有关基因的知识依赖于突变的发生,这就意味着我们讨基因的定义仍属空中楼阁,在概念上兜来兜去。“坚持认为(X射线诱导的)突变的产生表明在特定的基因中有了质的改变,因为我们所指的基因突变适用于《穿过镜子》中汉普唐?杜普唐的一句格言,”斯塔特勒争辩说,“‘当我使用一个词,’汉普唐?杜普唐说,‘这只是表示我恰好挑选了这个词来表达。’”

 

  虽然斯塔德勒不准备全部抛弃基因的概念,他感到不得不承认,在引入基因几乎五十年之后,基本上仍未对它下过精确的定义。斯塔德勒,曾同米勒一起,发展了诱使发生突变的X射线技术以阐明遗传物质的发生情况,都无法对基因下定义。与发表声明反驳基因理论的戈德施米特不同,斯塔德勒的批评是在他终身从事他现在所主张的事业宣告失败后提出的。他感到迫切需要发展一种更合适的分析方法使遗传学家能够冲破他们现已普遍感觉到的束缚。

 

  麦克林托克就转座所作的工作对搞清戈德施米特和斯塔德勒两人所提出问题的来龙去脉是可喜的贡献。在同意基因是在一条线上固定的、独立存在的珠子这一假定的基础上,她集中探讨了“遗传”变异的机制问题,把它归因于“基因外”的染色体饰变。这样的做法有助于揭露“突变”必须代表基因本身的某些转化作用这一假说的谬误,一九五四年斯塔德勒(在谈到麦克林托克一九五0年和五一年的两篇论文时)写道:“麦克林托克关于玉米突变情况的卓越研究……已表明在基因突变的实验研究中(我们的假说的)这一限定的深远意义。”

 

  显然,有人已经知道(并至少已部分理解)麦克林托克所说明的转座是由遗传功能改变而产生的一个机制。事实上,到五十年代初,形势的发展应该对接受遗传学的新思想和新概念有利。另外许多遗传学家与斯塔德勒和戈德施米特一起对基因作为不可侵犯的、独立存在的单位,一个同时发生、但又分别是功能单位、突变单位和重组单位这一经典概念感到不满。如果说斯塔德勒在他自己的突变研究中发现了基因的矛盾之处的话,那么其他研究者在重组研究中也发现了矛盾,而且只要基因还被认为是一个不可分割的单位,问题就始终得不到解决。对所有这些研究者来说,发生这一类或那一类的概念上的变化似乎是必然的。从这个意义上来说,麦克林托克一九五一年宣读的论文十分及时,而且如果她在提供给她的短短的发言时间里不讲得那么多的话,或者,如果她能将论文表达得更清楚一些的话,她就可能成功地赢得听众的想象力了。

 

  但是,在一九五一年,其它一些活动仍在进行——这些活动很快就将戈德施米特和斯塔德勒的批评淹没了。只有一些意见还跟着)‘基因”,作为分离的单位,已遇到信念危机这一论调跑的,德梅雷茨继续注意到:

 

  这十年里,最令人注目的一项发展是用于基因研究的生物材料的改变。一九四一年,大约有百分之三十的讨论会论文是报告果蝇研究的,仅百分之六的论文涉及微生物;而今年却只有百分之九的论文与果蝇有关,大约有百分之七十的论文是讲微生物的。

 

  研究的重点已从象果蝇(和玉米)这样的多细胞的动植物转移到细菌和噬菌体,而在以后的年代里这一趋势甚至更为明显。德姆雷茨注意到了这个事实,他谈到,到一九五一年,这场革命最有力的指示物正在酝酿之中。

 

  如果果蝇每十四天就产生新的一代而优于玉米一年产生一代的话,那么细菌更是好得无法比拟。每隔二十分钟,一个细菌分裂成为两个,而噬菌体在细菌分裂的一半时间里就能经历几次复制。另一方面,细菌与“较高等”生物之间的差别是如此之大,以致于它表明生物最初的分化不是在动物和植物之间进行的,而是在称为原核生物和真核生物间开始的。在原核生物中(细菌是其主要的代表),没有细胞膜将最初的遗传物质与细胞质隔开。确实,直到一九四五年,科学家们并不认为大多数细菌具有染色体,许多生物学家怀疑究竟它们是不是有基因,至少按照术语的普通含义来讲是这样。象细菌这样的染色体物质的确是由很细的线组成的,它一点也不象细胞遗传学家在显微镜下一直看到的“染色的物体”。这些线不经历较高等生物染色体以有丝分裂和减数分裂为特点的周期,因此细菌一直被认为是不适宜(甚至不可能)用作细胞学研究的。而且,自十九世纪末以来,人们就已经知道,核的主要化学组成是核蛋白——核酸和蛋白质的组合。虽然生物学家不知道基因的化学基础是什么,但是核酸结构之简单看来使他们作出了一个靠不住的选择。大多数遗传学家相信遗传信息存在于染色体物质的蛋白质化合物之中。另一方面,细菌的染色体,即使有的话,只包括了很少的蛋白质。那么,它们是怎样携带遗传信息的呢?最后,由无性分裂繁殖的细菌可能甚至无需遗传器。整个细胞难道就不能简单地一部分一部分地自身复制吗?总的来说,细菌,作为有性复制、分化较高等的生物的复杂机制的模式,看来是一个不好的选择。

 

  德梅雷茨在一九五一年注意到的变化反映了整个四十年代一直进行着的三项不同然而相互关联的发展,三项彻底的改变:一,遗传学的研究方法;二,由谁研究遗传学;以及三,最终怎样理解基因。在几年之内,詹姆斯?沃森能够说:“基因不复是一个神秘的实体了,只要通过繁殖试验就能研究它的情况。相反,它很快成为化学家们可以客观地将其看作是与较小的分子同样实在的分子物体。”

 

  首先,这出由各学科上演的新戏的主要角色离经典遗传学相距甚远。他们是生化学家、微生物学家、X 射线结晶学家,或者,特别是物理学家。他们中间很少有人受到遗传学的训练,更不用说细胞学训练了。三十年代和四十年代细胞学方面所进行的研究工作对生物学产生了巨大的影响,他们深信基因的性质是有形的、物质的。但是,当把注意力转向基因的分子特征时,他们就超过了细胞学家,在某种程度上甚至超过了较年长的遗传学家。

 

  对遗传学新方法进行思考的主角是马克斯?德尔布吕克,一位受过尼尔斯?波耳训练的物理学家。普遍认为,德尔布吕克是分子生物学的奠基人之一,这与其说是因为与他的名字联系在一起的特殊发现,还不如说是因为他对新生物学家在思想上和方法论上所施加的影响。他忠于传统,寻求简单形式而不是复杂形式的理解——通过最简单的形式将现象孤立起来进行研究,把变化着的、丰富多采的自然看作杂乱无章的东西,为了寻求总的法则,必须对其进行剪裁,进行清理。作为一个物理学家,他探索用可能是最简单的生物进行分析。而在生物学中,最简单的很可能指的是最小的。这可能意味着回避遗传学家们一直试图解释的某些特殊复杂的问题。这种回避并不是一个问题,而是一种研究的好方法。

 

  一九三七年,当德尔布吕克第一次从德国来美国时,他径直到加利福尼亚理工学院,“想显示一下他在物理科学方面的背景可以怎样广泛地应用于生物学问题。”接下去进行的工作是研究甚至比细菌更小的生物——这些生物是如此之小,以致于实际上在显微镜下也无法看到它们。一九二六年,费利克斯?德埃雷勒首先描述了细菌病毒的生活史。在将自身附着于宿主细菌上之后,它进入细菌进行自身复制,最后宿主细胞裂解,释放出原病毒的子代来。因为细菌病毒(即噬菌体)太原始了,没有宿主生物体的帮助不可能自身进行增殖,生物学家争论说事实上它们究竟是不是真正的生物。确实,这种处于有机分子和有生命生物边缘状态的中间物首先激起了德尔布吕克的兴趣。他写道:“某些大蛋白质分子(病毒)具有在有生命的生物中繁殖的性质,(这一过程)对化学是这样的陌生,而对生物学却又是这样的基本。”这里,无疑指的是可能存在的最简单的体系,这一体系对研究复制过程来说确实是基本的。人们并不去注意究竟噬菌体(或者甚至细菌)是否拥有“基因”这一令人烦恼的问题,它进行了复制,这就足够了。

 

  八年之后,年龄稍长和更为老练的德尔布吕克回忆起年轻时代的热情时流露出乐观的情绪:

 

    现在,假如有一位想象中的物理学家,尼尔斯?波尔的学生,做了这样一个实验:一个病毒颗粒进入一个细菌细胞,二十分钟之后,细菌细胞裂解,释放出一百个颗粒。他会说:“在二十分钟之内,一个颗粒怎么会变成同一类型的一百个颗粒的?”那是非常有趣的。让我们来查明它是怎样发生的!颗粒是怎样进入细菌的?它是怎样繁殖的?它是象细菌一样地繁殖、生长、分裂,还是以全然不同的机制繁殖的?它是不是非得在细菌内部进行这一繁殖?当我们把细菌碾碎后,繁殖还能象以前一样地继续吗?这种繁殖是有机化学家所没有发现的有机化学的一个骗局吗?让我们来查明它。这一现象是这样的简单,以致于不难找到答案。不出几个月我们就会知道,我们必须研究的是各种条件是怎样影响繁殖的。通过以不同的温度,不同的培养基和用不同的病毒做一些实验,一切都会迎刃而解的。也许我们不得不在感染和裂解的中间阶段使其进入细菌。无论如何,每次实验只要几个小时,所以无需很久所有问题都将得到解决。

 

  德尔布吕克没有解决“生命”的问题,但他的影响是明白无误的。在同一个报告中,这位“想象的物理学家”补充说:

 

    “喔,我犯了一个错误。我不能在几个月内完成它。也许需要几十年,也许需要几十个人的帮助。但是请听一下我发现了什么。也许你们将会感兴趣,将会同我一起干。”

 

  许多人听了,事实上是已经听了,也感到了兴趣,就同他一起干。  这些人中间的第一位是受过医学训练的微生物学家萨尔瓦多?卢里亚,他是又一位从德、意法西斯蹂躏下新来的人。当他还在意大利时,他已经对噬菌体的研究感兴趣了。这两个人组成了协调和自然的搭挡,对象卢里亚这样的生物科学家来说,显然,微生物的中心问题是确定遗传器,特别是在突变能力方面,细菌是否象高等生物一样。众所周知,细菌能适应不同的环境,但是当时的许多生物学家认为这一适应是环境诱导的。卢里亚把细菌称作是“拉马克主义的最后堡垒”。一九四三年他设计了一个实验,那能够表明细菌的适应性究竟是环境诱导的,还是在自发突变中自然选择的产物。他写信给德尔布吕克,建议他们合作,花了大约几个月,实验完成了,结果发表了。他们的论文被视作是自然选择理论的直接证据。同时,论文表明细菌在某种意义上经历了与高等生物同样的突变,现在遗传学家可以毫无保留地将注意力转向这一乐于每二十分钟自身复制一次的简单生物了。细菌遗传学已成为研究的合法领域。

 

  第二位新成员是名叫艾尔弗雷德?赫尔希的微生物学家,出生于美国。三个人在一起组成了以后以美国噬菌体集团著称的核心。一九六九年,因为他们在生理学和医学上的建树而分享了诺贝尔奖金。冈瑟?斯坦特,原先是一位分子生物学家,后来成了历史学家,把这一时期描述为分子生物学的“罗曼蒂克时期”——“其精神标志探索基因的物质基础”的时期,对斯坦特和其他一些人来说,这一罗曼蒂克时期是由德尔布吕克、卢里亚和赫尔希统治的。

 

  在开始的时候,噬菌体集团的发展是缓慢的,但是,自从德尔布吕克在冷泉港组织了首届夏季噬菌体课程之后(在夏天那三个人就在那里碰头),它的发展速度就直线上升了。由于德尔布吕克的课程,冷泉港在全新一代生物学家的心目中占了一席之地。就象斯坦特所说的,课程的目的是“坦率地传教:在物理学家和化学家中间传布福音。”利奥?西拉德——有人说至少在吸收物理学家补充生物学以及将物理学家的思想方法介绍给生物学方面,他发挥了与德尔布吕克同样重要的影响——在一九四七年参加了这一课程的学习。艾伦?诺维克——一位有机化学家,曾在芝加哥大学和西拉德一起工作过,在那年夏天也参加了学习。诺维克称这为:

 

    使得已有物理科学背景的人们感到惬意的一门生物学。在这三星期的课程中,我们受教了一套明确的定义,一组实验技术以及一种精神以尝试阐明和理解那课程。看来,对于我们,德尔布吕克几乎是单枪匹马地开创了一个我们能够进行研究的领域……

 

  詹姆斯.沃森,那时是卢里亚的一个年轻的一年级的研究生,一九四八年学习了噬菌体的课程。对沃森来说,德尔布吕克已经是一个重要的名字,他回忆起他怀着相当强烈的情感与德尔布吕克最初的几次会见。在那些日子里,尼尔斯?波尔、欧文?施盖丁盖尔,在某种程度上还有德尔布吕克,都怀着希望多次进行交谈以把生物学引向“物理学法则”的又一发现上去。由于经常提到量子力学,使沃森觉得不合适。“但是在德尔布吕克面前我表示希望有一天能在某项伟大的发现中谨参与微力。”事实证明,一个人无需知道量子化学就可加入到这思索遗传学新方法的队伍中去,尤其重要的是,要学会一种既轻松愉快,又严肃认真,同时还是大胆的风格。这种风格指的是:提出一些尖锐的问题、将丰富的生物学变化概括为一些基本的情况,这样就能以简单的方法解释一种模式。

 

  在冷泉港的几周里,这些人每天都与巴巴拉?麦克林托克有来往。他们共用同一场地,同一饭厅,同一讲堂。但他们并不在一起讨论。德尔布吕克和卢里亚极端尊重麦克林托克在经典遗传学方面的工作,但是沃森正很快地学会了向前看而不向后看;对于他,她属于这样的一种传统,他从中是学不到什么的。在回忆录《在噬菌体集团中成长》中他只顺便地提到了一下麦克林托克:

 

    随着夏天过去,我越来越喜欢冷泉港了,无论是它内在的美,还是它使真伪科学得到筛选的简单有效的方法。星期四晚上,在夏天的来访者在布莱克福德大厅作大报告,除卢里亚之外通常每一个人都去听、卢里亚是抵制理查德?罗伯茨关于超感觉的直觉和W.谢尔登的关于人的体型和疾病及个性相互关系的报告的。在那些夜晚,和所有其它的夜晚一样,是由厄恩斯特?卡斯帕里宣布报告开始与结束的,我们都对他对演讲者“最有趣的介绍”表示感谢的能力而感到惊奇。

 

    有许多个夜晚我们站在布莱克福德大厅或胡珀大楼前期待着某些激动人心场面的出现,有时候也开玩笑,说究竟我们会不会看到德梅雷茨走进一间空房间将不用的灯关上。有许多次,当显然不会再发生不寻常的事情时,我们会跑到乡下,在内普丘恩地窖里喝啤酒。在其它的夜晚,我们在麦克林托克玉米地隔壁的场地上打棒球,球经常飞到玉米地里。

 

  如果斯坦特是对的话,如果这个噬菌体集团的精神标志是探索基因的物理性质的话,那么,应该指出,这个集团所探索的并不全是遗传物质的生化特征。至少,德尔布吕克所探讨的是某种更基本的东西,他认为在理解真正重要的遗传学问题时,生物化学可能是无用的,就象他所看到的那样,生物化学家倾向于将细胞描绘成“一袋对底物起作用的酶,通过各种中间阶段把底物转换成细胞物质或者底物”,生化学家为自己安排的任务是了解酶是如何合成和作用的。德尔布吕克认为这样的努力是走入歧途的,它寻求以“复杂的来解释简单的”——用化学的术语来说就是——“被疑心有那么一种味道:即根据复杂的机械模式来阐明原子。”也就是说,生化学家不是去找寻遗传学的基本单位(德尔布吕克相信它可能服从物理学新定律),而是错误地试图从头到尾地做一遍。找寻细胞的“原子”,是阐明生物学的正确的起点,它要求花较大的注意力于细胞变化的具体情况,而在理论上,则需要大胆些。德尔布吕克指出:“在这方面,物理学家表现出最大的热情,他们对生物学进行新的理智的探讨,并为生物物理这个使用得不当的术语提供解释。”

 

  幸运的是,并不是每个人都抱有象德尔布吕克那样的偏见。在冷泉港西面不过四十英里的洛克菲勒研究所,研究人员对生物化学研究的评价就比德尔布吕克高得多,在那里一系列的攻击是针对基因的物理学(或至少化学)本质的。奥斯瓦德?艾弗里既非遗传学家又非物理学家,他受过内科医生的训练,但主要是微生物学家和生化学家。他不研究物理学或生物学的新法则,甚至不研究基因的物理性质。确切地说,他想发现说明细菌转化特别现象的物质——这一现象是由一位英国内科医生弗雷德里卡?格里菲斯在一九二八年发现的。格里菲斯发现,当他将所培养的两种肺炎球菌混和在一起:一种能引起疾病,但已被高温杀死,另一种是活的、无毒的。活的细菌以某种方式得到了死的细菌的毒素,并将其传给它们的子代。是什么物质将死细菌的毒素传给活细菌的呢?只有当人们理解了转化作为遗传交换的一个例子时(也就是一种物质的交换,它产生从此被代代遗传下去的特征),这才成为遗传学的一个问题。只要认为细菌是不携带基因的,产生转化物质的鉴定就显然不是指基因的物理性质方面的。卢里亚和德尔布吕克一九四三年的实验使一些人想到细菌也有基因,但是并不能使每个人都立即信服。一九四四年,艾弗里和他的同事科林?麦克理奥德和麦克林.麦卡蒂发表了他们的分析,表明转化的物质几乎可以肯定就是DNA,有几个人意识到基因是由DNA组成的。但即使是卢里亚本人,对此还是半信半疑的。首先很难想象DNA(德尔布吕克称之为“乏味的”分子,因为它仅由四种碱基组成,是否足够专一性以携带大量活的生物所要求的遗传信息。蛋白质比DNA复杂得多,又有那么多的变化,对许多人来说似乎仍然是一个较为显而易见的选择。此外,卢里亚和德尔布吕克所做的噬菌体实验似乎表明噬菌体遗传与DNA无关。后来,花了八年时间,并且做了一个关键性的实验,才使遗传学界普遍地确信遗传物质是DNA。一九五二年,艾尔?赫尔希和马太?蔡斯在冷泉港指出,只有噬菌体的DNA进入细菌,而蛋白质则留在外面。在这以后,事情发展得非常迅速。沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构的故事,人们已重复多次,这里就不再赘述了。我们只要提一下他们的发现对生物学产生的巨大影响就够了,关于遗传机制,有一大堆问题,但它的答案简单得出乎人们的意料之外,它直接回答了基因是怎样复制的这一个问题(双螺旋的每一条上的基本单位——碱基,通过简单的化学配对进行自身复制),而一旦提出了遗传信息取决于碱基的排列顺序而不是碱基的种类的学说后,就能发现DNA很容易携带基因所需的信息和特征。

 

  一九五三年沃森和克里克提出了关键性的理论:“精确的碱基排列顺序是携带遗传信息的密码。”物理学家乔治?盖莫夫很快就用行动来支持这一理论所包含的思想,他发现遗传信息可用极普通的密码来表示。试想一下四个可能的碱基就象字母表的字母那样组成DNA分子,而二十个或更多的氨基酸象另一字母表的字母那样组成蛋白质这一情况吧。这样,要懂得DNA是怎样“控制”特殊的蛋白质结构的,仅须找到将一张字母表的“词”转译成另一张字母表的“词”的密码。盖莫夫提出几种可能的密码,但是三个字母的密码——即一长链由三个DNA的碱基组成的氨基酸,并由氨基酸链组成蛋白质分子,与DNA的碱基三联体相对应的理论最后得到了确认。

 

  大多数密码是两路转译的。但是分子生物学的基本假设表明碱基转译仅以单向进行。一九五七年,弗朗西斯?克里克把这个假说称为“中心法则”:

 

    这说明“信息”一旦传向蛋白质,就不能再回复了。(着重号是原有的。)具体他说,信息由核酸传向核酸,或由核酸传向蛋白质是可能的,但不可能由蛋白质传向蛋白质,或由蛋白质传向核酸。

 

  从中心法则到证明看来只是很小的一步。几年以后,雅克?莫诺德感到有资格说:

 

    分子生物学已经做的,你知道,毫无疑义地就是以全新的方法证明遗传信息完全独立于发生在细胞外或者细胞内的事件之外——这一遗传密码的结构和它转录的方法表明细胞外甚至没有任何一种外界的信息能够穿透可遗传的遗传信息。

 

  如果遗传信息完全独立于染色体组以外所发生的事件的话,那么细胞所处环境所引导的遗传变化就不可能存在。拉马克的幽灵就再一次被埋葬了。

 

  实际上,没有人会怀疑关于DNA结构和功能的这一发现已成为科学史上最主要的一次革命。它标志着一个新领域(分子遗传学)的诞生,在这个领域里,经典遗传学的主要方法和概念看来都已不适用了。DNA提供了既实际又抽象的支架以挂上所有的遗传过程。在分子遗传学家的头脑里,早期范畴的遗传型和表型已让路给DNA和蛋白质,因此研究的重点已从细胞学和种植实验转向生化和分子模型结构。基因象“串在线上的珠子”的概念已不成其为问题了,它仅仅是不需要了。

 

  当人们逐渐地放弃基因象“珠子”的想法时,他们开始想象它是线性顺序的核苷酸碱基。根据经典的理论,只不过解决了基因同时是重组单位、突变单位以及功能单位这一假定。使这一转化得以完成的关键实验工作是另一位物理学家西摩?本泽提供的。他最初是通过冷泉港的噬菌体课程才进入生物学的大门的。本泽积累了大量表现出相同表型的噬菌体突变。通过绘制这些突变,他能够表明虽然它们的功能相同,但它们中间有许多能发生重组:它们并不完全恰好在同一位点上。他又表明突变可按照它们的重组率以线形形式排列。一九五七年,他用顺反子这个词来表示组成功能单位(一个单位与一个表型特征相对应)遗传物质的最短长度,而用另外两个词——重组子和突变子分别表示一维排列的、能够在遗传重组中交换的最小因子和最小突变单位。顺反子实际上可能释为DNA的一个片段,而重组子和突变子则为独立的核昔酸碱基(或碱基对)。

 

  本泽这一出色的分析使得遗传学家认为经典理论的主要问题业已解决。理解为顺反子的基因不再是不可分割的了,突变和重组可发生在沿DNA的任何一点上,而基因内部重组则解决了全部概念上的困难。曾经有一度有人坚持认为基因(或顺反子)被基因外物质所隔开,但是逐渐地,人们确信染色体不是别的,而是一个连续的DNA长链,它的片段组成分离的基因。如果这样的话,所有的突变一定是基因内的。

 

  确实,本泽的分析在噬菌体上得到了落实,到五十年代未,噬菌体和细菌对整个遗传学来说已成为模式体系。普遍认为,莫诺德所提出的“对大肠杆菌是确实的,对大象也是确实的”这种假定,同样适用于噬菌体。象果蝇和玉米这样的高等生物可能在有些方面有所不同,但是有关遗传学基本机制问题的研究,有希望获得普遍的成功。

 

  当然,并不是经典遗传学的所有问题都已得到解决:每经过一次科学革命,总留有一些松动的结,在较主要的概念上也会有一些鸿沟。戈德施米特在麦克林托克工作中看到,主要的意义在于它们证实了遗传信息并不是严格地在独立存在着的基因内部的。基因象“线上的珠子”的概念并不能说明它主张基因的功能可能因其位置而不同。新的理论,即遗传信息存在于核昔酸碱基顺序内的理论,比起旧的理论来,并没有说明功能从属于位置的原因。如果顺反于是一个与特别顺序排列的“字母”(碱基)不同的词,那么不管它在染色体的什么位置,它还是同一个词。从这个意义上来说,新理论也是“局部的”理论。麦克林托克关于转座的理论需要非局部的,即全面的、有效的承认。遗传因子不仅能改变位置,而且在每一新的位置能显示出新的功能。在五十年代末期,还没有一个人找到一种方法可以用DNA顺序的术语来说明这样的现象。

 

这样的现象是如何逐步地被调节的?这个问题甚至使人感到进退两难。确实,分子遗传学所取得的成就,并不使它比旧理论接近于在遗传学与发育之间的鸿沟上所架设的桥梁。但是随着新理论的巨大成功和刺激而来的,必然是自大甚至偏执。随着这许多问题都如此戏剧性地得到解决,谁还会注意不能解决的问题呢(这些问题在生物学的源流中出现,现在是越来越遥远了)?

 

 

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