基因發現簡史

劉鋼

基因的發現，是從一個假設開始的，它最初是為了解釋客觀現象而提出的，經過一個多世紀的探索，這一假設“因子”的客觀性不但得到了實驗的證實，而且它的結構及在生命體中的作用也日益清楚。在這一過程中，基因發現的成就屬于眾多科學家而不可能是一個或幾個，這充分體現了現代科學研究的集體性。這一發現模式在整個科學史上具有典型性。20世紀，遺傳學的發展舉世矚目。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。諾貝爾獎極其關注這一領域的探索，100年中，對遺傳學共頒獎18次。由于遺傳學的發展，科學的社會功能以及社會對科學的制約更受關注，從試管嬰兒到克隆技術再到人類基因圖譜的繪制無不牽動著世人的心。

遺傳學的基礎是19世紀科學家孟德爾建立的，因此探索20世紀的遺傳學發展史應從他起。從1854年到1865年間，他對豌豆的遺傳性狀進行了長期的探索，他發現豌豆的很多性狀如豆粒的顏色能夠有規律地傳給下一代，他就想：究竟是什么因素控制著這一遺傳過程？于是他對這一控制因素進行了猜測，把它叫做遺傳因子。他在這一概念的基礎上初步建立了遺傳學。其實孟德爾并沒有真的觀察到這一因子，但他堅信，在豌豆遺傳現象的背后肯定有原因。用他的因子假設能夠很好地解釋他的豌豆的雜交實驗結果，于是他寫了論文《植物雜交實驗》在奧地利的一個地方性雜志上發表，但是它的觀點沒有得到人們的重視。1900年初，三位不同國家的科學家分別獨立地得出了與孟德爾相同的結論，他們都去查閱前人的文獻，并且都看到了孟德爾的文章，因此他們把這一發現的殊榮歸之于孟德爾。隨后，孟德爾的理論得到了諸多科學家的證實和承認。

1882年，德國生物學家弗來明發現了染色體及細胞的有絲分裂過程。1883年，比利時的生物學家范·貝爾登發現了性細胞在分裂的過程中染色體的數目減少一半，而在受精后又恢復正常。人們不禁要想：在基因與染色體之間到底有什么關系？有人曾經設想染色體可能就是基因，但是，這里有一個問題：一種生物染色體是很少的（人有23對），但性狀卻多得多。但生物學家們已經意識到，既然孟德爾定律已經被證實，就必須把孟德爾的基礎概念——基因加以實體化，弄清基因與細胞內部所發生的一系列過程的關系。

讓遺傳學走上細胞水平，形成20世紀的遺傳的染色體學說的巨大成就，主要應歸功于美國的遺傳學家摩爾根。在孟德爾的兩個定律上，摩爾根又提出了第三個，這就是經典的“遺傳三定律”。1909年，摩爾根以果蠅為實驗對象，以顯微鏡觀察和統計學的計算方法，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律（如連鎖互換等）。但此時的基因被認為只是一個交換、重組和突變時無法再分的單位，它的物理、化學性質仍然是個謎。要對生物的遺傳和變異進行控制，不弄清基因的結構看來是不行的。于是生物學家們紛紛踏上了尋找基因的征程。從1930年到1952年美國的噬菌體研究小組經過一系列的實驗確定：DNA是遺傳物質。

但DNA如何儲存并表達遺傳信息，仍不得而知。這個問題引起了很多物理學家的興趣，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日是遺傳學史上最值得紀念的一天，這一天，英國的《自然》刊登了沃森和克里克的合作成果，他們提出了DNA的雙螺旋結構模型，這一天是分子生物學的誕生日。1954年，物理學家伽莫夫提出三聯體密碼的概念，1961年，尼倫伯格和馬太利用三聯體密碼合成了由苯丙氨酸組成的多肽長鏈，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。由此科學家們認為：基因是DNA分子的一個個片斷。可是，DNA只存在于細胞核中，而蛋白質的合成是在細胞質中進行的，是什么東西把細胞核中的遺傳信息轉達到了細胞質中呢？信息RNA和轉運RNA的發現給這個問題提供了答案，1958年克立克提出的“中心法則”很快得到了證實。

人們越來越意識到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系，那么我們就可以對其遺傳和變異進行控制。因此，基因測序工作在20世紀70年代起步了，70年代，科學家們已開發成功能每天拼出50萬個堿基的自動化測序機械。1985年有人提出了一個讓世界震驚的想法：給人類的全部基因列一個目錄！1990年《人類基因組計劃》開始實施，現在已經完成，我國也承擔了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系。

由于有了基因序列測試的實用技術，其應用范圍日益擴大。最重要的應用領域之一就是親子鑒定，對于現代人而言，親子鑒定對法醫學等諸多領域有著很重要的直接證據的功能。前不久復旦大學歷史學和人類學聯合課題組正式發布測定曹操家族DNA的研究成果，經過三年的研究，最終通過現代基因反推，再通過對曹操叔祖父曹鼎古DNA的比對，雙重驗證100%確定曹操家族DNA的Y染色體SNT突變類型為O2*-M268。該項研究成果也澄清了歷史上曹操身份的謎團，即曹操并非漢相曹參后代，同時推翻了曹操為夏侯氏抱養而來的說法。相關論文發表在國際著名學術刊物《人類遺傳學報》，并已得到國際認可。其意義還在于它在世界上首次把遺傳學精確到家族、歷史人物層面，通過現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孔子家族、隋唐盛世的李氏家族等更多中國著名歷史家族進行研究。從課題組目前所取得的一些成果來看，中國的政治史恐怕要大大向前推。課題組希望利用遺傳生物學與歷史研究相結合的手段，通過分析重要歷史人物基因、重要家族基因混入情況等，破解傳統研究無法解答的歷史謎案，逐漸呈現出整個中國民族衍變融合的歷史。（來源：科學網，2013-11-26）endprint