基因發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史

劉鋼

基因的發(fā)現(xiàn)，是從一個(gè)假設(shè)開始的，它最初是為了解釋客觀現(xiàn)象而提出的，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的探索，這一假設(shè)“因子”的客觀性不但得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，而且它的結(jié)構(gòu)及在生命體中的作用也日益清楚。在這一過程中，基因發(fā)現(xiàn)的成就屬于眾多科學(xué)家而不可能是一個(gè)或幾個(gè)，這充分體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)研究的集體性。這一發(fā)現(xiàn)模式在整個(gè)科學(xué)史上具有典型性。20世紀(jì)，遺傳學(xué)的發(fā)展舉世矚目。基因概念及其理論的建立，打開了人類了解生命并控制生命的窗口。諾貝爾獎(jiǎng)極其關(guān)注這一領(lǐng)域的探索，100年中，對(duì)遺傳學(xué)共頒獎(jiǎng)18次。由于遺傳學(xué)的發(fā)展，科學(xué)的社會(huì)功能以及社會(huì)對(duì)科學(xué)的制約更受關(guān)注，從試管嬰兒到克隆技術(shù)再到人類基因圖譜的繪制無不牽動(dòng)著世人的心。

遺傳學(xué)的基礎(chǔ)是19世紀(jì)科學(xué)家孟德爾建立的，因此探索20世紀(jì)的遺傳學(xué)發(fā)展史應(yīng)從他起。從1854年到1865年間，他對(duì)豌豆的遺傳性狀進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，他發(fā)現(xiàn)豌豆的很多性狀如豆粒的顏色能夠有規(guī)律地傳給下一代，他就想：究竟是什么因素控制著這一遺傳過程？于是他對(duì)這一控制因素進(jìn)行了猜測(cè)，把它叫做遺傳因子。他在這一概念的基礎(chǔ)上初步建立了遺傳學(xué)。其實(shí)孟德爾并沒有真的觀察到這一因子，但他堅(jiān)信，在豌豆遺傳現(xiàn)象的背后肯定有原因。用他的因子假設(shè)能夠很好地解釋他的豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，于是他寫了論文《植物雜交實(shí)驗(yàn)》在奧地利的一個(gè)地方性雜志上發(fā)表，但是它的觀點(diǎn)沒有得到人們的重視。1900年初，三位不同國(guó)家的科學(xué)家分別獨(dú)立地得出了與孟德爾相同的結(jié)論，他們都去查閱前人的文獻(xiàn)，并且都看到了孟德爾的文章，因此他們把這一發(fā)現(xiàn)的殊榮歸之于孟德爾。隨后，孟德爾的理論得到了諸多科學(xué)家的證實(shí)和承認(rèn)。

1882年，德國(guó)生物學(xué)家弗來明發(fā)現(xiàn)了染色體及細(xì)胞的有絲分裂過程。1883年，比利時(shí)的生物學(xué)家范·貝爾登發(fā)現(xiàn)了性細(xì)胞在分裂的過程中染色體的數(shù)目減少一半，而在受精后又恢復(fù)正常。人們不禁要想：在基因與染色體之間到底有什么關(guān)系？有人曾經(jīng)設(shè)想染色體可能就是基因，但是，這里有一個(gè)問題：一種生物染色體是很少的（人有23對(duì)），但性狀卻多得多。但生物學(xué)家們已經(jīng)意識(shí)到，既然孟德爾定律已經(jīng)被證實(shí)，就必須把孟德爾的基礎(chǔ)概念——基因加以實(shí)體化，弄清基因與細(xì)胞內(nèi)部所發(fā)生的一系列過程的關(guān)系。

讓遺傳學(xué)走上細(xì)胞水平，形成20世紀(jì)的遺傳的染色體學(xué)說的巨大成就，主要應(yīng)歸功于美國(guó)的遺傳學(xué)家摩爾根。在孟德爾的兩個(gè)定律上，摩爾根又提出了第三個(gè)，這就是經(jīng)典的“遺傳三定律”。1909年，摩爾根以果蠅為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以顯微鏡觀察和統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)算方法，判定遺傳基因就在染色體上以直線排列，并探明了基因的一系列遺傳變異規(guī)律（如連鎖互換等）。但此時(shí)的基因被認(rèn)為只是一個(gè)交換、重組和突變時(shí)無法再分的單位，它的物理、化學(xué)性質(zhì)仍然是個(gè)謎。要對(duì)生物的遺傳和變異進(jìn)行控制，不弄清基因的結(jié)構(gòu)看來是不行的。于是生物學(xué)家們紛紛踏上了尋找基因的征程。從1930年到1952年美國(guó)的噬菌體研究小組經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)確定：DNA是遺傳物質(zhì)。

但DNA如何儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息，仍不得而知。這個(gè)問題引起了很多物理學(xué)家的興趣，1945年，E·薛定諤出版了一本輝煌的著作《生命是什么》，書中提出了遺傳密碼的概念。1953年4月25日是遺傳學(xué)史上最值得紀(jì)念的一天，這一天，英國(guó)的《自然》刊登了沃森和克里克的合作成果，他們提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這一天是分子生物學(xué)的誕生日。1954年，物理學(xué)家伽莫夫提出三聯(lián)體密碼的概念，1961年，尼倫伯格和馬太利用三聯(lián)體密碼合成了由苯丙氨酸組成的多肽長(zhǎng)鏈，到1963年，64種遺傳密碼的含義全部得到了解答，形成了一部密碼辭典。由此科學(xué)家們認(rèn)為：基因是DNA分子的一個(gè)個(gè)片斷。可是，DNA只存在于細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，是什么東西把細(xì)胞核中的遺傳信息轉(zhuǎn)達(dá)到了細(xì)胞質(zhì)中呢？信息RNA和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的發(fā)現(xiàn)給這個(gè)問題提供了答案，1958年克立克提出的“中心法則”很快得到了證實(shí)。

人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到DNA的重要性，如果我們能夠搞清楚人類的基因序列圖，搞清楚基因和生物性狀的關(guān)系，那么我們就可以對(duì)其遺傳和變異進(jìn)行控制。因此，基因測(cè)序工作在20世紀(jì)70年代起步了，70年代，科學(xué)家們已開發(fā)成功能每天拼出50萬個(gè)堿基的自動(dòng)化測(cè)序機(jī)械。1985年有人提出了一個(gè)讓世界震驚的想法：給人類的全部基因列一個(gè)目錄！1990年《人類基因組計(jì)劃》開始實(shí)施，現(xiàn)在已經(jīng)完成，我國(guó)也承擔(dān)了1%的工作。接下來的工作便是弄清人類基因庫中變異的頻率及其與疾病的關(guān)系。

由于有了基因序列測(cè)試的實(shí)用技術(shù)，其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是親子鑒定，對(duì)于現(xiàn)代人而言，親子鑒定對(duì)法醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著很重要的直接證據(jù)的功能。前不久復(fù)旦大學(xué)歷史學(xué)和人類學(xué)聯(lián)合課題組正式發(fā)布測(cè)定曹操家族DNA的研究成果，經(jīng)過三年的研究，最終通過現(xiàn)代基因反推，再通過對(duì)曹操叔祖父曹鼎古DNA的比對(duì)，雙重驗(yàn)證100%確定曹操家族DNA的Y染色體SNT突變類型為O2*-M268。該項(xiàng)研究成果也澄清了歷史上曹操身份的謎團(tuán)，即曹操并非漢相曹參后代，同時(shí)推翻了曹操為夏侯氏抱養(yǎng)而來的說法。相關(guān)論文發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《人類遺傳學(xué)報(bào)》，并已得到國(guó)際認(rèn)可。其意義還在于它在世界上首次把遺傳學(xué)精確到家族、歷史人物層面，通過現(xiàn)代人的精確反推歷史人物的基因，開拓了歷史研究的新路徑。該課題組接下來還要對(duì)孔子家族、隋唐盛世的李氏家族等更多中國(guó)著名歷史家族進(jìn)行研究。從課題組目前所取得的一些成果來看，中國(guó)的政治史恐怕要大大向前推。課題組希望利用遺傳生物學(xué)與歷史研究相結(jié)合的手段，通過分析重要?dú)v史人物基因、重要家族基因混入情況等，破解傳統(tǒng)研究無法解答的歷史謎案，逐漸呈現(xiàn)出整個(gè)中國(guó)民族衍變?nèi)诤系臍v史。（來源：科學(xué)網(wǎng)，2013-11-26）endprint