[科普中國(guó)]-DNA——獨(dú)一無(wú)二的生命遺傳樂(lè)章

自古以來(lái)，生命的起源就是人們心中的謎團(tuán)。人們懷著好奇心和無(wú)窮的想象力，描繪出一個(gè)又一個(gè)古老又美麗的神話。1859年英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文發(fā)表了《物種起源》這一偉大著作，第一次用大量的事實(shí)和系統(tǒng)的理論論證了生物進(jìn)化的規(guī)律?！斑M(jìn)化論”徹底推翻了上帝造物的神話，被譽(yù)為19世紀(jì)的三大自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

人們對(duì)于生命中的遺傳和變異現(xiàn)象越來(lái)越關(guān)注，并且越來(lái)越渴望知道藏在這些現(xiàn)象背后的本質(zhì)。

1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家格里菲斯進(jìn)行了肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。其中，光滑形的菌株有毒，在小鼠體內(nèi)導(dǎo)致敗血癥，并使小鼠死亡；粗糙形的菌株無(wú)毒，在人或動(dòng)物體內(nèi)不會(huì)致病。令人驚奇的是，格里菲斯將無(wú)毒活細(xì)菌與有毒死細(xì)菌的混合物注入小鼠體內(nèi)，小鼠也死亡了。這說(shuō)明，有毒死細(xì)菌內(nèi)有一種物質(zhì)能引起無(wú)毒活細(xì)菌轉(zhuǎn)化產(chǎn)生有毒菌，那么，這種物質(zhì)是什么呢？1944年美國(guó)細(xì)菌學(xué)家艾弗里等人在格里菲斯實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深的探究，把有毒菌中的各種化合物提取并分離，單獨(dú)作用于無(wú)毒菌。最終發(fā)現(xiàn)只有有毒菌DNA和無(wú)毒菌混合培養(yǎng)才會(huì)出現(xiàn)有毒菌。由此，科學(xué)家們初步得出DNA是遺傳物質(zhì)的重要結(jié)論。

隨后，1952年，德裔美國(guó)生物學(xué)家、物理學(xué)家德?tīng)柌剪斂?，意大利裔美?guó)生物學(xué)家盧里亞，美國(guó)遺傳學(xué)家赫爾希進(jìn)行了噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，他們用放射性同位素分別標(biāo)記了噬菌體DNA上的磷元素和蛋白質(zhì)上的硫元素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)噬菌體注入細(xì)胞體內(nèi)的是磷元素標(biāo)記物，從而證明了DNA是遺傳物質(zhì)。這個(gè)偉大的結(jié)論使長(zhǎng)久不被人們重視的DNA變成了生命領(lǐng)域光彩奪目的主角，同時(shí)進(jìn)一步闡明DNA的結(jié)構(gòu)和功能成了科學(xué)家們最迫切的任務(wù)。

這時(shí)，美國(guó)加州理工學(xué)院的鮑林，英國(guó)劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院的富蘭克林和威爾金斯，劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的沃森與克里克同時(shí)進(jìn)行著對(duì)DNA的研究。鮑林秉持著錯(cuò)誤的觀點(diǎn)——DNA分子是由三股螺旋組成的，于是誤入歧途。女生物學(xué)家富蘭克林認(rèn)定DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，并且運(yùn)用X射線衍射技術(shù)拍攝到了清晰漂亮的DNA晶體的衍射圖譜。她和威爾金斯提出“DNA分子中的磷酸根在外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)”，計(jì)算出了DNA分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軸向與距離和螺旋的直徑與長(zhǎng)度，這些結(jié)論為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立提供了重要依據(jù)。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，富蘭克林的DNA衍射照片被沃森與克里克看到了，并大大激發(fā)了他們的靈感。沃森、克里克認(rèn)為，當(dāng)時(shí)的技術(shù)并不能得到DNA的具體三維圖像，只能依據(jù)X射線衍射圖上的數(shù)據(jù)構(gòu)建出分子模型，再調(diào)整原子排列的細(xì)節(jié)。他們完善了富蘭克林和威爾金斯的想法：DNA分子有兩條主鏈，磷酸根在螺旋的外側(cè)構(gòu)成兩條多核苷酸鏈的骨架，互相平行而方向相反；堿基在螺旋內(nèi)側(cè)，兩兩對(duì)應(yīng)。隨后，他們開(kāi)始在辦公室里，嘗試用鐵皮和鐵絲搭建模型。終于，1953年2月28日，第一個(gè)DNA雙螺旋的模型誕生了！

這一模型的建立完成了遺傳學(xué)向“分子”水平的轉(zhuǎn)變，，開(kāi)啟了分子生物學(xué)的大門，生命科學(xué)的新時(shí)代由此開(kāi)始。在這一里程碑之后的近五十年里，遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等一個(gè)又一個(gè)生命的奧秘從分子水平得到了更清晰的闡明。1958年，克里克首次提出“中心法則”，即詳細(xì)說(shuō)明連串信息的逐字傳送的法則，大致可以描述為“遺傳信息是由DNA轉(zhuǎn)移到RNA，再轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)”。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型與中心法則密不可分，它們?cè)谔剿魃F(xiàn)象的本質(zhì)及普遍規(guī)律、解開(kāi)生物遺傳信息傳遞與生命物質(zhì)合成秘密等方面起到了不可磨滅的作用，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展。

在此基礎(chǔ)上，人們開(kāi)創(chuàng)了DNA重組技術(shù)，1973年，斯坦福大學(xué)的科恩小組第一次成功地完成了基因克隆實(shí)驗(yàn)；1981年，顯微注射培育出第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物小鼠；1983年，農(nóng)桿菌介導(dǎo)培育出第一例轉(zhuǎn)基因植物煙草；1991-1992年轉(zhuǎn)基因玉米與小麥獲得成功；21世紀(jì)基因工程的研究開(kāi)始進(jìn)入鼎盛時(shí)期，在醫(yī)、農(nóng)、牧、漁等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，蛋白質(zhì)工程、酶工程、發(fā)酵工程等相繼產(chǎn)生，這些生物技術(shù)的發(fā)展必將使人們利用生物規(guī)律造福于人類。

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