阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第18章
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当然，没有人认为应该放弃核物理的研究，或者医生绝对不能
使用
X射线。不过，有一个强烈的建议，即要认识到辐射的危险，
把辐射量减少到最低限度。例如，
X射线要有区别地小心使用，在
每次使用期间都要把性器官防护起来。另一个建议是，每个人都
要记下自己的
X射线积累照射总量，以免超过合理的限度。
血型
当然，遗传学家不能肯定由植物和昆虫实验所得到的定律必
定适用于人类，毕竟我们既不是豌豆，也不是果蝇。但是对某些人
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的性状的直接研究证明，人的遗传确实遵循同样的定律。最著名
的例子就是血型的遗传。
输血是一种非常古老的医疗方法。早期的医生有时甚至试图
把动物的血输给因失血过多而身体衰弱的病人。但是即使输入的
血，也常常使情况更加恶化，所以曾经有一个时期制定了禁止输血
的法律。在
19世纪
90年代，奥地利病理学家兰德施泰纳终于发
现，人血有不同的血型，其中有些血型是互不相容的。他发现，有
时把一个人的血液和另一个人的血清样本（血液中去掉红血球和
凝集因子后剩下的液体）相混合，前者所有血液中的红血球会凝集
在一起。显然如果在输血时发生这种混合是非常危险的，倘若凝
集的血块堵塞了重要血管里的血液循环，甚至可能导致病人死亡。
但是，兰德施泰纳还发现，有些血液混合后不会引起任何有害的凝
集。
到
1902年，兰德施泰纳已经能够宣布，人的血液有
4种血型，
他命名为
A、B、AB和
O型。任何人都只有其中一种血型的血液。
当然，具有同一血型的人可以互相输血而没有危险。此外，O型血
可以安全地输给任何血型的人，而
A型血和
B型血都可以输给
AB型的病人。但是，当把
AB型血输给
A型或
B型的人时，当
A
型血和
B型血混合时，或者
O型血的人接受任何非
O型血时，都
会造成红血球凝集。（现在，为了避免可能的血清反应，合乎要求
的做法是只给病人输自己血型的血。）
1930年，兰德施泰纳（当时已成为美国公民）获得诺贝尔医学
与生理学奖。
遗传学家们已经证实，这些血型（以及后来发现的所有其他血
型，包括
Rh型）都是严格按照孟德尔的方式遗传的。好像有
3个
等位基因分别负责
A、B和
O型。如果父母都是
O型，则所有的
小孩都会是
O型。如果父母有一方是
O型而另一方是
A型，则所
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
有的小孩可能是
A型，因为等位基因
A对
O呈显性。等位基因
B
对
O同样呈显性。但是等位基因
B和等位基因
A相对不呈显性，
因而同时具有
A和
B两个等位基因的人是
AB型。
因为血型严格地遵循孟德尔的定律，所以可以（而且已经）用
血型来鉴定父亲的身份。如果一个
O型的母亲生了一个
B型的
小孩，则孩子的父亲一定是
B型，因为那个等位基因
B一定要有
个来源。如果女人的丈夫碰巧是
A型或
O型，则证明是女人不贞
（或者是医院里把小孩弄错了）。如果一个有
B型孩子的
O型女
人指控一个
A型或
O型的男人是小孩的父亲，那么她或是弄错了
或是在说谎。但是，尽管血型有时能够证明否定的观点，却无法证
明肯定的观点。如果这个女人的丈夫或被指控的男人是
B型，情
况仍得不到证明。任何
B型或
AB型的男人都可能是小孩的父
亲。
优生学
伴性性状的存在也证明孟德尔的遗传定律适用于人类。正如
我前面提到的，色盲和血友病几乎只发生在男性身上，而且遗传的
方式和果蝇伴性性状的遗传方式一模一样。
于是自然会出现这样一种想法：禁止患这种病的人生育，就能
够消灭这种病。通过指导下的适当婚配，甚至人种也可以得到改
良，就像家畜的品种已经得到改良一样。这绝不是一个新想法。
2 500年前，古代的斯巴达人就相信这个观点并试图实行。在近
代，英国科学家高尔顿（
C。 R。 达尔文的一个表兄弟）又使这个想
法复活起来。1883年，他创造了优生学一词来描述他的构想。
当时高尔顿不知道孟德尔的发现，他不明白为什么一些看起
来似乎不存在的性状却被以隐性的方式携带着；他也不理解成组
的性状为什么会完整地遗传，而且很难只去掉不想要的性状而不
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去掉想要的性状；他更不知道突变会把不想要的性状一代一代地
传下去。
虽然如此，想“改良”人种的愿望持续不断，时至今日甚至在科
学家中也可以找到优生学的支持者。这些支持者的动机很值得怀
疑，因为那些热衷于表明可以识别的种族之间重要遗传差异的人，
他们自己肯定属于“优等”之列。
例如，英国心理学家伯特发表了对不同种族智力的研究成果，
宣称有确凿的证据认为，男人比女人聪明，基督教徒比犹太人聪
明，英格兰人比爱尔兰人聪明，上等阶层的英国人比下等阶层的英
国人聪明，等等。在每次比较中，伯特自己都属于“优等”种族。他
的研究成果被两种人所接受。一种人像伯特那样，认为自己属于
“优等”种族；另一种人轻易地相信，那些被划为“劣等”种族的人不
是压迫和偏见的受害者，而是自身缺陷的受害者。
但是，在伯特
1971年去世以后，人们对他的数据产生了怀疑，
他的统计数字完美得令人无法相信。人们的怀疑越来越多，
1978
年，美国心理学家多尔夫曼能够相当确凿地证明，伯特急于证实他
深信不疑但无法用正当的方法证明的论点，便简单地编造了他的
数据。
然而，即使这样，晶体管发明者之一的肖克利仍然认为，由于
遗传因子的关系，黑人的智力比白人低得多，所以给黑人以同等的
机会以使黑人得到改善的企图注定要失败。这个观点使他声名狼
藉。德国血统的英国心理学家艾森克也坚持这个观点。
1980年，肖克利不小心透露出，在他
70岁时曾献出一些精
子，冷冻保存在精子库里，供高智力的志愿妇女受孕时使用。这件
事被一些爱开玩笑的人传为笑柄。
我自己的看法是，人类遗传学是一门极其复杂的学科，在可以
预见的将来不可能完全搞清楚。因为人不能像果蝇那样又快又多
第十三章 细 胞
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地生育；因为人的交配不能作为试验在实验室里进行；因为人的染
色体和遗传性状比果蝇多得多；因为我们最感兴趣的一些人的性
状（如创造性才能、智力和精神的力量）极其复杂，涉及到许多基因
的相互作用和环境的影响；由于这一切原因，遗传学家对人类遗传
学的研究不像他们研究果蝇遗传学那样有信心。
因此，优生学依然是一个梦想。由于缺乏知识，使它既不明确
又无实质，而且还有恶意，因为它很容易被种族主义者和抱偏见者
所利用。
化学遗传学
一个基因到底是怎样形成它所负责的身体性状的呢？它是通
过什么机制使豌豆的种子呈黄色，使果蝇卷翅，或者使人的眼睛成
为蓝色的呢？
生物学家现在已经确定，基因是通过酶起作用的。这方面最
清楚的例子之一就是眼睛、毛发和皮肤的颜色。颜色（蓝或棕，黄
或黑，红或棕，或介于二者之间的色调）是由色素的量决定的。这
种色素叫做黑色素，存在于眼睛的虹膜、毛发或皮肤里。黑色素是
由一种叫做酪氨酸的氨基酸经过许多步骤形成的，大部分步骤现
在都搞清楚了。许多种酶参与了这一过程，而且形成黑色素的量
取决于这些酶的多少。例如，其中有一种催化头两个步骤的酶，叫
做酪氨酸酶。大概是某个特殊的基因控制着细胞产生酪氨酸酶的
过程，从而用这种方式控制皮肤、毛发和眼睛的颜色，而且，因为这
个基因一代传一代，所以小孩在颜色上天生就像他们的父母。如
果突变碰巧产生一个不能形成酪氨酸酶的有缺陷的基因，这样就
会没有黑色素，那个人就会成为一个白化病人。因此，缺少一种酶
（从而缺少一个基因）就足以使人的性状发生重大变化。
假定一个生物体的性状是由其酶的组成控制的，而酶的组成
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又是由基因控制的，那么，下一个问题是：基因是怎样起作用的？
可惜，要详细地搞清楚这个问题，连果蝇这样的生物也太复杂了。
但是，1941年，美国生物学家比德尔和塔特姆开始用一种简单的
生物体进行此项研究。他们发现有一种生物体非常适合这一目
的，它就是普通的红色面包霉（学名为脉孢菌）。
脉孢菌不需要特别的营养。只要有糖和能够提供氮、硫及各
种矿物质的无机物，它就能生活得很好。除了糖以外，必须给它提
供的惟一有机物就是一种叫做生物素的维生素。
在它的生活周期的某个阶段，脉孢菌会产生
8个遗传成分完
全相同的孢子。每个孢子都含有
7个染色体；和高等生物的性细
胞一样，孢子的染色体都是单的，不成对。于是，只要有一条染色
体发生变化，就能够观察到它的作用，因为没有正常配对的染色体
掩盖它的作用。因此，比德尔和塔特姆能够用
X射线照射制造这
种霉菌的突变，然后追踪在孢子行为方面的特殊效果。
如果脉孢菌接受定量的辐射以后，孢子仍能在平常的培养
基中旺盛地生活，这就清楚地表明没有突变发生，至少负责生物体
生长所需营养的基因没有发生突变。如果孢子在普通培养基中不
生长，实验者就把它们放入含有各种维生素、氨基酸以及它们可能
需要的其他物质的完全培养基中饲养，进而确定它们是活着还是
已死去。如果孢子在完全培养基中生长，结论就是，
X射线产生了
改变脉孢菌营养需求的突变。很明显，现在至少需要在它们的食
物里增加一种新的物质。为了查明到底需要何种物质，实验者把
孢子放入许多培养基内，每个培养基分别缺少完全培养基中的某
些物质。它们可能缺少所有的氨基酸或各种的维生素，或者只有
一两种氨基酸或一两种维生素。用这种方法，他们逐渐缩小营养
需求的范围，直到识别出孢子因为突变现在所需求的食物是
什么。
第十三章 细 胞
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结果证明，有时突变的孢子需要精氨酸。正常的野生种能用
糖和铵盐制造自己的精氨酸。现在，由于基因的改变，所以它不能
再合成精氨酸；而且如果不在食物中提供这种氨基酸，它就不能制
造蛋白质，因此不能生长。
解释这种情况的最明白的方法，就是假定
X射线破坏了一个
负责合成某种酶的基因，而这种酶是制造精氨酸所必不可少的。
因为缺少正常的基因，所以脉孢菌不能再制造这种酶，没有这种酶
也就没有精氨酸。
比德尔和他的同事们继续利用这类资料研究基因与代谢化学
的关系。例如，有一种方法可以证明，不止一个基因参与了制造精
氨酸。为了简便起见，我们假设有两个基因——基因
A和基因
B——负责合成两种不同的酶，两者都是合成精氨酸所必需的。
那么，不论是基因
A还是基因
B发生突变，都会使脉孢菌失去制
造这种氨基酸的能力。假设我们照射两组脉孢菌，在每一组中都
产生一株没有精氨酸的霉菌。如果我们幸运的话，一个突变种可
能含有一个有缺陷的基因
A和一个正常的基因
B；另一个突变种
含有一个正常的基因
A和一个有缺陷的基因
B。要想知道是不是
这种情况，让我们把这两个突变种在它们生活周期的性阶段进行
杂交。如果两个菌株确实有这种区别的话，染色体的重组就会产
生一些基因
A和基因
B都正常的孢子。换句话说，利用两个不能
制造精氨酸的突变种，我们可以得到能够制造精氨酸的后代。果
然，在进行实验时发生的正是这种情况。
我们可以对脉孢菌的代谢进行比这更详细的探讨。例如，这
里有三株不能靠普通培养基制造精氨酸的突变种：一株只有供给
精氨酸才能生长；第二株无论得到精氨酸还是瓜氨酸（一种和精氨
酸非常类似的化合物）就能生长；第三株靠精氨酸、瓜氨酸或鸟氨
酸（另一种类似的化合物）都能生长。
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你能据此得出什么结论呢？我们可以猜出这三种物质是连续
的三个步骤，最终产物是精氨酸。每一步骤需要一种酶。首先，在
一种酶的帮助下，由某种更简单的化合物形成鸟氨酸；然后，另一
种酶把鸟氨酸变为瓜氨酸；最后，第三种酶把瓜氨酸变为精氨酸。
一株缺少制造鸟氨酸的酶但具有其他酶的脉抱菌突变种，如果供
给它鸟氨酸，它仍能活下去，因为它的孢子能够利用鸟氨酸制造瓜
氨酸，然后再制造必需的精氨酸，当然靠精氨酸本身也能生长。由
于同样原因，我们可以推断出，第二株突变种缺少把鸟氮酸变为瓜
氨酸所需要的酶，因此必须给这个菌株提供瓜氨酸（它能够利用瓜
氨酸制造精氨酸）或精氨酸本身。最后，我们可以得出这样的结
论：只靠精氨酸生长的突变种已经失去了负责把瓜氨酸变为精氨
酸的酶（和基因）。
通过分析他们能够分离的各种突变菌株的行为，比德尔和他
的同事们创立了化学遗传学这门科学。他们研究出生物体合成许
多重要化合物的过程。比德尔提出了著名的一个基因一种酶学
说
①，就是说每个基因都控制着一种酶的形成，这个学说现在为遗
传学家所普遍接受。由于他们的开创性工作，比德尔和塔特姆分
享了
1958年的诺贝尔医学与生理学奖。
异常血红蛋白
比德尔的发现使生物化学家们对蛋白质中（当然，特别是人的
各种突变中）由基因控制的变化的迹象警觉起来了。一个与一种
叫做镰形细胞贫血症的疾病有关的病例意外地出现了，这种疾病
①后来发现，一个基因只能控制合成一条肽链，而一种酶或蛋白质要有几种相同
或不相同的肽链结合成一定的空间结构（构型），才具有正常的生理功能，所以，一个基
因一种酶的公式被一个基因一条肽链所代替。——译注
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
是人类
1 600多种遗传性疾病之一。
这种疾病是美国芝加哥医生赫里克
1910年首先报道的。在
用显微镜观察一个
10多岁的黑人患者的血液样本时，赫里克发现
在正常情况下应为圆形的红血球呈现出各种奇怪而弯曲的形状，
其中许多看起来就像新月形的镰刀。其他医生也开始注意这种奇
特的现象，患者几乎都是黑人。最后，研究者确认镰形细胞贫血症
是一种遗传性疾病，这种疾病遵循孟德尔的遗传定律：显然有一种
镰形细胞基因，如果从父母那里得到两个这样的基因，就会产生这
些畸形的红血球。这种红血球不能很好地携带氧气，而且寿命特
别短，所以
