(06)二十一世纪之光-第10章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
质丝分成数目相等的两半，并且形成两个细胞核。这种分裂过程称做有丝分
裂。
1888年，染色质丝被称做染色体。
人们发现，各种生物的染色体数目是恒定的。在多细胞生物的体细胞中，
染色体的数目总是复数。
例如，人的体细胞染色体数目为46，果蝇为8，玉米为20等等。其中，
具有相同形状的染色体又总是成对存在着。因此，人的染色体为23对，果蝇
为4对，玉米为10对。
追溯每一对染色体的来源，其中一个来自精子，一个来自卵子。成对的
染色体互为同染色体。
细胞中成对染色体一般说来是相似的，但有一个例外，就是性染色体。
人有23对染色体，其中22对男女都一样，称为常染色体。另一对男女不一
样，就是性染色体。
女人的一对性染色体，形态相似，称为X染色体。男人的一对性染色体，
一个为X染色体，另一个为Y染色体。XX为女性，XY为男性。
染色体的数目同生物物种有联系，又同生物的繁殖有联系。
1903年，美国生物学家萨顿最早发现了染色体行为和孟德尔因子的分离
组合之间存在着平行关系。
即每条染色体有一定的形态，在连续的世代中保持稳定；每对基因在杂
交中保持它们的完整性和独立性。
其次，染色体成对存在，基因也成对存在；在配子中，每对同源染色体
只有其中一条，每对等位基因也只有一个。
再次，不同的等位基因在配子形成时是独立分配的；不同对染色体在减
数分裂后期的分离也是独立的。
1906年，英国生物学家本特森在几种植物中发现了几个“连锁群”，但
他拒绝接受染色体学说，而是固执地认为，基因的物质基础在细胞结构中没
有任何直接的证据。
但是，不管怎样，萨顿的假说还是引起了广泛的注意，因为染色体是细
胞中可见的结构，这个假说就显得十分具体。
要证实这个假说，需要把一些特定的基因与特定的染色体联系起来。
摩尔根的影响
首先做到这一点的，是美国生物学家摩尔根。20世纪初，由于其对果蝇
的研究，在遗传因子和染色体方面取得了令世人震惊的重大的进展。
摩尔根是个不同凡响的人物，他把遗传因子理论和染色体研究结合起
来，发现染色体就是遗传因子载体，他也因此而获得1933年的诺贝尔奖。
托马斯·亨特·摩尔根于1866年9月25日出生在肯塔基州列克辛顿这
样一个名门望族之家。他的父亲曾经担任过美国驻外领事。他母亲的祖父弗
朗西斯·斯科特是有名的美国国歌《星条旗》的词作者。
摩尔根从青少年时代起，就表现了其卓尔不群的个性。
他身高超过1。83米，一双蓝眼睛蓝得令人吃惊。他从来都不修边幅，找
不到裤带的时候，有时就用一根绳子扎裤子。甚至有一次，他发现衬衫上被
烟头烧了一个洞，便找来一张小白纸，用浆糊把洞给贴起来。
他热爱大自然，常常拿着采虫网到处旅行，采集动植物，制成标本。他
还跟随美国的一支地质考察队在家乡的山区工作过两个夏天。有一次，他还
独自一人跑到波士顿的海洋生物站，饶有兴趣地进行海洋生物的实验研究。
他对动植物有着强烈的兴趣和无限的好奇心。正是这种兴趣和爱好，驱
使他探索自然界的奥秘，并且使他在艰苦乏味的科学研究工作中获得无穷无
尽的乐趣。
1886年，摩尔根以优异的成绩从肯塔基州立大学毕业，并获得动物学学
士学位。并于同一年考入了霍普金斯大学的研究院做研究生。
1890年，摩尔根写出了《论海洋蜘蛛》的论文，他研究了四种水中无脊
椎动物，比较它们的形态变化，确定了它们的种属。因为这篇论文，摩尔根
获得了博士学位和布鲁斯研究员的席位。
20世纪初，摩尔根开始研究遗传学，他选择果蝇做实验动物。
果蝇比豌豆和其他动植物有许多优点，它有好几十个容易观察的特征，
有比较简单的染色体——每个细胞中只有四对染色体繁殖性，容易培养。
1908年，摩尔根就开始在他的哥伦比亚的实验室内繁殖果蝇，以便在动
物中看看是否有明显的突变发生。
尽管在摩尔根的饲养中没有惊人的、物种水平上的突变发生，但在1910
年5月，在摩尔根实验室的一群红眼睛的果蝇中，经过放射性射线照射，产
生了一只白眼睛的果蝇。
虽然这是一种突然出现的新性状，但却没有形成为一个果蝇的新种。摩
尔根把这种变化称为“突变”，并且让这个突变的新果蝇与正常的红眼雌果
蝇交配，所得子代都是正常的，即均为红眼果蝇。
当他把第一代的雌雄红眼果蝇相互交配，第二代既有红眼果蝇又有白眼
果蝇，红眼与白眼之比为三比一。
这说明，红眼和白眼受一对等位基因支配，红眼为显性。然而，第二代
中雌蝇都是红眼，雄蝇中有一半是红眼，一半是白眼。也就是说，白眼雄蝇
只把它的眼睛特性传给“孙男”，而不传给“孙女”。
由此，摩尔根认识到，决定白眼的遗传因子和决定性别的因素是相互联
系遗传的。以前，在对染色体的研究中已经发现，决定性别的因素是雄性精
子中的染色体。这样，就自然得出遗传因子是在染色体上的推论。
为了说明与性别有关的特殊的白眼遗传现象，摩尔根进一步设想，控制
眼色的孟德尔因子总是伴随着性别的遗传因子分离的。
摩尔根不由自主地想起了在1904年和1905年进行的影响性别决定的细
胞学工作。威尔逊等人曾独立地证明，所谓“副染色体”（结构上不推动相
同的两条配成对的同源染色体），其实与性别遗传是相联的。
威尔逊等人还证明，在某些种类的动物和植物中，看来正常的副染色体
结合在一起就产生雌性的生物；若一个正常的染色体与一个“畸形的”染色
体结合，就产生雄性个体。
因此，摩尔根得出结论，如果白眼雄蝇（ry）和红眼雌蝇（RR）杂交，
在第一代中，雌蝇的二条X染色体，一条为来自母本的带R基因的，一条为
来自父本的带r基因的，R为显性，所以表现为红眼。
第一代的雄蝇和雌蝇交配，两种卵和两种精子重新组合，产生四种第二
代果蝇。
在果蝇中具有类似白眼红眼这样遗传行为的性状不止一个，而是有一百
多个，它们都位于X染色体上。这些性状常常在一起作为整体传递，这种现
象叫做连锁。
在后来的岁月里，摩尔根和他的同事们又发现了许多令人惊异的结果。
他们创造了染色体作图的方法；证明了副染色体和体染色体的比率决定
了性别的表现；他们获得了有特殊标记的染色体并繁殖成为纯系，用以阐明
杂交结果与染色体结构的细胞学研究之间的相应关系。
1911年，摩尔根提出一种设想，如果孟德尔的遗传因子以线性方式排列
在染色体上，那么就应该有一些可以根据它们的相对距离来作图的方法。
摩尔根认为，两条同源染色体联接时发生部分的交换。而后，两个因子
在染色体上分离，它们之间常常发生高频的交换。这样，通过同时观察两个
性状，就可知道它们是在同一染色体上，子代中两个性状分离的频率，可能
表明染色体发生交换的频率。
1915年，摩尔根和人合作，发表了《孟德尔遗传机理》一书。
在这部划时代的著作中，摩尔根和他的同事们发展了孟德尔“遗传因子”
的思想，总结了对果蝇的研究结果，用大量的实验资料证明染色体是遗传因
子的载体，并且借助数学方法，精确确定遗传因子在染色体上的具体排列位
置，给染色体——遗传因子理论奠定了可靠的基础。
从此，遗传学中定性描述逐渐附属于定量实验的方法。
1916年，摩尔根宣布说：“我们现在知道父代所携带的遗传因子是怎样
进到生殖细胞里面去的。”
摩尔根证明这些遗传因子包含在一种叫做基因的东西里，而这些分别控
制各种遗传特征的基因则在活细胞的染色体链中。
个体发育时，一定的基因在一定的条件下，控制着一定的代谢过程，从
而体现在一定的遗传特征和特征的表现上。
例如：其中有一些专管树叶和花的形状，有一些专管头发和眼睛的颜色，
有一些则专管翅膀的长短等。
据此，摩尔根建立了染色体——基因理论。
1917年，摩尔根开始把遗传因子叫做基因。
1928年，摩尔根在其名著《基因论》一书里坚持染色体是基因的载体，
提出了基因是否属于有机分子一级的问题。
摩尔根染色体——基因理论的创立标志着经典遗传学发展到了细胞遗传
学阶段，并在这个基础上展现了现代生化遗传学和分子遗传学的前景，成为
今天的遗传学从经典遗传学中继承下来的最重要的遗产。
后世有人高度评价：“染色体学说是作为人类成就史上的一个伟大奇迹
而登上舞台的。”
1933年，在诺贝尔诞辰一百周年之际，摩尔根收到一份电报，通知他因
建立遗传的染色体理论的成就，授予他诺贝尔奖。
但是，摩尔根最害怕出风头，他拒绝参加在瑞典斯德哥尔摩举行的盛大
授奖仪式和纪念诺贝尔诞辰的宴会。
摩尔根一直对金钱都看得很淡。他曾经把4万美元的免税奖金平均分发
给了自己的助手的孩子们，供他们好好地上学。他对自己的钱财丝毫也不吝
啬，常用自己的积蓄来支付助手们的工资。
摩尔根非常注重家庭生活。无论工作多么繁忙，他每天总要挤出一点时
间来与家人一起共进晚餐。
他还经常陪孩子们做游戏，耐心地回答他们所提出来的一些稀奇古怪的
问题。临睡的时候，总要给孩子讲一些有趣的故事。
等孩子们终于睡着了，摩尔根才坐到书房里一直工作到深夜。他跟妻子
的关系非常好。每当黄昏时分，一家人总是手拉手，去散步，或欣赏一些古
典音乐。
1941年12月4日，摩尔根这位伟大的生物学家因胃溃疡突发引起动脉
破裂而逝世。
然而，摩尔根的染色体学说可以说是人类想象力的一个重大飞跃，它给
医学上预防和治疗遗传性疾病开辟了一条广阔的道路，也给分子生物学的产
生和发展准备了充分的条件。
分子生物学
本世纪40年代和50年代，完全可以被称作“分子生物学时代”。
这个时期，在生物学领域，对诸如蛋白质及后来的核酸分子的结构和功
能的研究，开辟了研究生命系统微观结构的新前景，并且揭示了在生物学广
阔领域中存在的新联系。
从19世纪末期到20世纪初期，人们已经知道细胞主要是由蛋白质、核
酸等生物大分子所组成的。
所谓的生物大分子，就是化学中所说的高分子。
一般无机物的分子量只有几十，比如水由3个原子构成，分子量是18。
而组成生命的基本物质即蛋白质和核酸是有机化合物，他们通常由几千
到几亿个原子组成，分子量高达几万甚至几百亿，所以称它们是生物大分子。
在20世纪的早期，人们就已经发现，病毒其实就是最简单的在一定种类
的活细胞中能够自我复制的生命形式，它是比细胞还小的生命体。
同时，病毒主要是由蛋白质和核酸这样的生物大分子构成。有一些病毒
则可以成结晶状，被认为是接近非生命物质的生物。
蛋白质、核酸这些生物大分子的聚集物，组成了细胞膜、细胞核、细胞
质。比研究细胞再深入一层，在生物大分子的水平上研究生命运动，这就是
分子生物学。
分子生物学不光包括结构和功能的因素，而且也包括信息的因素。
它涉及一些重要的生物大分子（如蛋白质或核酸）结构如何在细胞代谢
中行使功能和携带特定的生物学信息的问题。
物理的和结构化学的方法 （诸如晶体分子的X射线衍射和建立分子模
型），已被用于研究分子的结构。
同时，生物化学的方法也被用于确定细胞内的大分子与其他小分子之间
是如何相互作用的。
分子生物学是沿着三条思路形成的：
结构方面：与生物分子的结构有关。
生化方面：与生物大分子在细胞代谢和遗传中如何相互影响有关。
信息方面：与信息如何在有机体世代间传递以及该信息如何被翻译成特
定的生物分子有关。
在现代分子生物学中，所有上述这三方面都融合起来了。因此，可以肯
定地说，对任何分子现象的完整描述，都必须包括结构、生化和信息这三方
面的资料。
在几种生物大分子中，最先引起人们高度重视的是蛋白质。
部分原因是因为蛋白质在生物组织中含量丰富，而且也是由于19世纪的
思想家强调了作为生命物质基础的“原生质”的胶体性质所致。
蛋白质被认为对确定胶体性质有着重要的作用。
此外，由于蛋白质的结构在本世纪头20年里已越来越清楚，人们认为这
些分子似乎特别适合于携带遗传信息。
蛋白质这个名称的来源是这样的：生物中有一些物质像鸡蛋清一样，加
热以后会凝固，化学家就把这类物质称做蛋白质。
蛋白质的基本成分是氨基酸，它能以各种方式排列，具有贮存大量复杂
信息的潜力。蛋白质似乎是唯一具有这种潜力的大分子。
蛋白质和一般有机物相比较，有两个显著的特点，这就是成分复杂和品
种极多。
组成复杂蛋白质的氨基酸大约有20种，大量的不同种的氨基酸按照不同
的排列组合，就可以得到不同品种和不同性能的蛋白质。
例如，血清蛋白质由500多个氨基酸组成，它可能的结构就是一后面有
600个零，更不用说含有几万个氨基酸的复杂蛋白质了。
从1945年起，英国生物化学家桑格开始研究肽链上氨基酸的排列次序。
通过卓有成效的工作，桑格发现了牛胰岛素的分子结构，发明了测定RNA顺
序的科学方法，把人们引入了生命的殿堂。
桑格也因此于1958年和1980年两度获得诺贝尔化学奖。
桑格的贡献
1918年，桑格出生于英国的一个知识分子家庭，父亲是从事医药研究的
学者，他小的时候，受父亲的影响非常深刻，求知欲很强。
中学毕业以后，桑格考入了剑桥大学的约翰学院，在这里，他对用化学
来解释生命科学非常感兴趣。
桑格天生有一种嗜好，就是他爱整天躲在实验室里一刻不停地实验、观
察，后来，他选择了实验室工作作为自己的职业，一直到1983年他65岁退
休时为止。
桑格从来不喜欢自我标榜，自我吹嘘，也不喜欢抛头露面，所以他所在
的实验室，即使是在空闲的时候，也总是在讨论生化问题，而没有把时间浪
费在闲聊上。
桑格不止一次地说，“我喜欢这样的环境，很能激励人，我能在这样的
实验室里工作，这真是很幸运。不存在�
