解密DNA探索历程

如果你不想就此停下探索的脚步,那就解开DNA探索历程的谜题吧!

当人类还未能观察到小如DNA的物质之时,现象的总结成为相关知识的唯一来源。“龙生九子,各有不同”“种瓜得瓜,种豆得豆”……这些常识组成了18世纪之前人们对于遗传的基本认知。但一直等到孟德尔(Gregor Mendal 1822.7.20—1884.1.6)的出现,人类才真正敲开了遗传学的大门。 孟德尔通过将豌豆自交、杂交、测交若干代不断统计性状分离状况,终于在1865年发现了基因分离定律,基因自由组合定律,当时孟德尔称之为“遗传因子”的东西就是后来的“基因”。

可基因究竟是什么?在哪里?科学家们开始孜孜不倦地追求答案。

1903年萨顿基于基因和染色体行为的高度一致性提出假说“基因在染色体上”,这个假说在1915年由摩尔根(T.H.Morgan)通过果蝇实验证实。同时摩尔根又发现了一些异常的实验结果(不同性别的果蝇竟然会出现截然不同的实验结果!),基于这些实验现象他发现了伴性遗传。 于是遗传学向人类一步步展现自己的绚烂与神秘,不计其数的科学家日以继日地实验,想要弄清基因的真实身份。 工作终于在1928年取得了突破性进展。格里菲斯(Frederick Griffith)通过肺炎双球菌转化实验(小鼠体内转化)发现肺炎双球菌体内存在某种“转化因子”,可以使无毒的R型菌转化为致死的S型菌!

这项成果使科学家们明确了研究方向。既然“转化因子”在肺炎双球菌体内,那它必然是DNA,蛋白质,荚膜多糖中的一种。于是1944年艾弗里团队通过控制变量完成了肺炎双球菌的体外转化实验,发现只有向R型菌中加入DNA才会发生转化,便得出结论DNA就是“转化因子”。

但实验结果遭到了质疑,因为尽管艾弗里使用90%体积分数的酒精提取DNA,仍然无法避免有少量杂质蛋白质。质疑的科学家们认为也有可能是这微量的蛋白质导致了转化。但真理并不会因为质疑而动摇。1952年,赫尔希,蔡司(Hershey&Chase)两人通过T2噬菌体侵染大肠杆菌实验完美证明了DNA是遗传物质。因为T2噬菌体侵染大肠杆菌时只将自己的DNA注射入大肠杆菌,而蛋白质外壳不进入。DNA和蛋白质的完全分离严谨而巧妙地驳倒了所有质疑。

与此同时,当一众科学家为“转化因子”的本质争论不休,又有一批科学家开始了对DNA化学性质以及结构的探索。

1947年査戈夫(Erwin Chargoff)实验发现DNA中腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)数量几乎完全一样,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)数量几乎完全一样(査戈夫第一定律),且不同物种之间的DNA组合(A/T和C/G的比例)是不同的(査戈夫第二定律)。由此很容易猜想在DNA中A和T配对,C和G配对。

1953年富兰克林和威尔金斯(Franklin&Wilkins)通过对DNA进行X射线衍射阐明了DNA的螺旋性质。

螺旋……配对……咖啡馆里,一个天才的想法在沃森和克里克(Watson&Crick)的脑海里浮现。同年(1953年),两人完成了DNA双螺旋模型的搭建。其中碱基朝内,磷酸和糖在外部;A和T,C和G之间依靠氢键结合;DNA以半保留的方式复制。半保留复制假说最早由前苏联生物学家尼古拉·科尔佐夫(Nikolai Koltsov)于1927年提出,沃森和克里克给出了结构上的有力证据。1958年美国科学家马修 梅塞森(Matthew Meselson)和富兰克林 斯塔尔(Franklin Stahl )的DNA同位素标记试验证实了DNA的双螺旋结构和半保留复制机制。以上成果在遗传学的史册上留下了划时代的一笔。1962年沃森,克里克和威尔金斯共同获得诺贝尔奖,宣告了人类对DNA征服的开始。

就在这个时间段,1957年克里克提出了中心法则,第一次阐释了DNA作为遗传物质发挥作用的方式与途径。机理的明确为利用DNA给人类服务提供了理论基础。

1970年Smith&Nathans发现了限制性核酸内切酶。无数个大胆的想法在生物学家脑海里喷涌而出。如果人类能改变DNA,又清楚DNA的作用机理,是否可以创造出罕见的性状,甚至创造出自然界不曾存在的性状?

PCR,基因工程,蛋白质工程,细胞工程,胚胎工程,实践在地球的每个角落每分每秒进行着,彻夜不息。人类看到了治疗极端疾病的希望,看到了粮食产量不断突破上限的希望,看到了拯救濒危物种的希望;与此同时,转基因食品安全在全世界被恒常地讨论,克隆的伦理问题人们莫衷一是……DNA的历史不会停下,可人类征服DNA后究竟是光明还是黑暗仍然无从得知。而未来,在你我手中,我们有能力共筑光明。

问题:

Q1:下列哪一个实验完美证明了DNA是遗传物质?

   1.烟草花叶病毒重建实验

   2.赫尔希、蔡司T2噬菌体侵染大肠杆菌实验

   3.艾弗里肺炎双球菌转化实验

   4.基因的分离和自由组合实验

Q2:萨顿提出了假说“基因在染色体上”,这一假说之后由哪位科学家通过实验证明?

   1.摩尔根

   2.孟德尔

   3.克里克

   4.格里菲斯

Q3:下列哪一项没有佐证沃森、克里克构建的DNA双螺旋结构模型?

   1.1953年富兰克林和威尔金斯通过对DNA进行X射线衍射阐明了DNA的螺旋性质。

   2.1947年査戈夫实验发现DNA中腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)数量几乎完全一样,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)数量几乎完全一样。

   3.1958年美国科学家马修 梅塞森和富兰克林 斯塔尔的DNA同位素标记试验。

   4.1944年艾弗里团队通过控制变量完成了肺炎双球菌的体外转化实验,发现只有向R型菌中加入DNA才会发生转化。

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