书城历史108影响人类的重大事件
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第67章 生命密码的破译

——DNA结构得以揭示

1953年4月25日,英国《自然》杂志上登载了一篇题为《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》的文章,作者是两位年轻的科学家:美国的沃森和英国的克里克。这篇仅一千多字的论文及附加的一幅I)NA双螺旋结构示意图,引起了科学界的极大反响。

19NA是分子生物学中的一个术语的英文缩写,它的全称是“脱氧核糖核酸”。这种物质存在于染色体中,与蛋白质及少量的核糖核酸(RNA)共同组成了染色体。在生物的遗传过程中,起着主导作用。

一般来说,人们都把DNA的发现称之为20世纪的重大科学事件。其实,DNA真正的发现者另有其人,追根溯源的话,这里边还有一段发生在一百多年前的故事。核酸的真正发现者是19世纪的瑞士人米歇尔。

有一次,他从病人用过的绷带上获得了脓细胞,在研究脓细胞的过程中,发现了一种含磷很高而含硫很低的强有机酸。这种有机酸的溶解度性质以及它对胃蛋白酶的耐受性表明,它显然是一种不同于蛋白质的另一种新的细胞成分。米歇尔把这种新物质称之为“核素”。核素是一种十分不稳定的胶体物质,只有在低温下才能提取,而且还要特别小心,速度要特别快,制备出的核酸要放在酒精里保存。米歇尔为了制备核素,从凌晨5时开始,在一个低温的房间里动作迅速地加紧工作。可是,米歇尔的同时代人对米歇尔的艰巨工作和重大发现不屑一顾。甚至有人还粗暴地批评他的核素“无非是一种不纯净的蛋白质物质”而已。

直到一百年后,米歇尔的工作才被证明是正确的,他的重大发现——核素(后人管它叫“核酸”)也恢复了它在遗传过程中的主导地位。核酸发现者米歇尔的故事与遗传学创始人孟德尔的故事很相似,不过,孟德尔被重新发现后,他的工作被证明是正确的,他的天才受到了人们的赞扬,他的名字同遗传定律联系在一起,而米歇尔却不如孟德尔幸运,他被重新发现后,依然是一个被人遗忘的人。发现DNA的桂冠没有戴在这个辛苦制备“核素”者的头上,而是属于20世纪的生物学家们。

20世纪初,生物学家已搞清生物性状是由基因决定的。基因存在于细胞核的染色体中。染色体是由蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)和少量核糖核酸(RNA)组成。可这三种成分到底哪一个是遗传物质呢?寻找真正的遗传物质的故事由此拉开了序幕。

1926年,英国微生物学家格里菲思在对肺炎双球菌的研究中,发现了一种非常奇特的现象:他先把双球菌中有毒的s型细菌加热杀死,然后把死细菌注入家鼠体内。小家鼠安然无恙,这说明,注入的死细菌的确失去了传染性。接着,他又将已死的s型细菌和活的无毒R型细菌混合在一起,注入小家鼠体内,结果,小家鼠死了。格里菲思随后从死鼠体内分离出活的细菌,在显微镜下一看,正是有毒的S型细菌,难道是已加热杀死的s型细菌又复活了吗?还是R型细菌从死s型细菌获得了某种物质,这种物质能使R型转化成具有s型的致命有机体吗?显然,格里菲思已观察到遗传化现象。眼看他就要抓住遗传物质了,可限于当时的科技发展水平,他苦思冥想也不得其解,只好宣布:“把它留给后人去解决吧!”后人果真解决了格里菲思留下的难题。遗憾的是,他却没能在生前看到他的工作最终表现出来的巨大意义。1941年,一颗炸弹摧毁了他那能上能下的旧实验室,他和助手双双当场不幸身亡。

1946年,美国生物学家艾弗里继续了格里菲思的实验。他运用当时先进的科学技术,从加热后杀死的有毒S型细菌中提取出了DNA、蛋白质和荚膜物质,分别将它们与活的R型菌混合培养,发现只有DNA才能够把R菌转变为S菌。经过几代培养,所有转化了的菌的后代都是s菌。这说明DNA所诱发的转化可以永久遗传。人们由此认识到DNA是决定遗传的物质,艾弗里为此荣获了诺贝尔奖。

虽然DNA就是遗传物质的这种观念正在被人们所接受,但它的结构仍然是一个谜。在攻克DNA结构之谜的科学竞赛中,荣获冠军的是美国人沃森和英国人克里克这对合作者。他们集各路沃森与克里克科学家的研究成果,经过计算和思考,终于建立了DNA的双螺旋结构模型。DNA分子是由两条多核苷酸彼此缠绕而成的双螺旋,两者靠碱基之间的氢键连在一起,结成对的碱基虽不同,但是互补的:腺嘌呤与胸腺嘌呤相连,鸟嘌呤与胞嘌呤相连。一条链控制另一条链的碱基顺序。它是由碱基配对法则决定的。

揭开了染色体的秘密后,医学和生命科学的发展开创了一条人们从未预料到的途径。通过控制人体性染色体的组型,人类在生儿育女的选择方面有了更大的自由。医学研究也很可能通过对核酸的研究找到根治癌症的方法,人类完全有理由发现或合成足以对抗癌细胞、阻止癌细胞增殖、扩展的DNA。另外,一旦获得了特殊机能的DNA,并用于克服器官移植时的异体排斥性,人类就可以无条件地接受别人的心、肺、肾、肝等组织器官。

人工创造生命已经不再是神话或梦想了。从20世纪50年代起,中外科学家们先后在实验室里人工合成DNA分子获得成果。虽然,距离创造活细胞的道路还很漫长,但是人工创造生命的基础毕竟已经奠定了。

由美国政府在1990年发起的人类基因组工程,被认为是自太空竞赛以来最具雄心的探索计划——将用时15年,耗资30亿美元来破解组成人类DNA字母表的30亿个化学字母。1998年,两个基因工程企业主又抢去了风头,他们成立了一家专门公司,倾尽全力在2001年完成这项工作。基因组图谱很可能会揭示出所有遗传疾病的病因——自然就找到了医治之法。

水是这个星球必不可少的资源,水又是人类灾难的根源。面对着滚滚波涛,荷兰人说:“上帝造海,我们造岸”