當我們想要將食物更長久的保存起來時,我們便創造出了冰箱;當我們想更快更便捷的出行時,我們便創造了飛機、火車、汽車、自行車等交通工具;當我們想起遠方的朋友時,拿起手中的電話,送去真誠的問候……
創造,無時不刻的伴隨著人類文明的進程中,也許隻是一個不經意的瞬間,就會讓我們的生活變得更為美好。
從豌豆雜交到基因工程
孟德爾豌豆實驗
進化論剛剛問世之初,被稱為“現代遺傳學之父”的奧地利人孟德爾剛開始進行豌豆實驗。起初,孟德爾豌豆實驗並不是有意為探索遺傳規律而進行的。他的初衷是希望獲得優良品種,隻是在試驗的過程中,發現了生物遺傳的基本規律,逐步把重點轉向了這個鮮為人知的課題,並得到了相應的數學關係式。人們稱他的發現為“孟德爾第一定律”,這個定律揭示了生物遺傳奧秘的基本規律。
豌豆的雜交實驗從1856年至1864年共進行了8年。孟德爾將其研究的結果整理成論文《植物雜交試驗》發表,當時未能引起學術界的重視,一直被埋沒了35年之後,來自三個國家的三位學者同時獨立地發現了孟德爾遺傳定律。1900年,成為遺傳學史乃至生物科學史上劃時代的一年。從此,遺傳學進入了孟德爾時代。
“核酸”的來源
1869年,瑞士生物學家米歇爾從膿細胞中提取到了一種富含磷元素的酸性化合物,因存在細胞核中而將它命名為“核質”。
“核酸”這一名詞在米歇爾發現“核質”20年以後才正式啟用。早期的研究僅將核酸看成細胞中的一般化學成分,沒有人注意到它在生物體內的重要性。
轉化因子
蛋白質的發現比核酸早30年,發展迅速。進入20世紀時,組成蛋白質的20種氨基酸中已有12種被發現,到1940年則全部被發現。1902年,德國化學家費歇爾提出氨基酸之間以肽鏈相連接而形成蛋白質的理論,1917年他合成了由15個甘氨酸和3個亮氨酸組成的18個肽的長鏈。有的科學家設想,如果核酸參與遺傳作用,也必然是與蛋白質連在一起的核蛋白在起作用。因此,那時生物界普遍傾向於認為蛋白質是遺傳信息的載體。
DNA的結構
1928年,美國科學家格裏菲斯發現了核酸,他將核酸稱為“轉化因子”。1944年,美國細菌學家艾弗裏在這方麵做了大量的研究工作,發現了DNA(脫氧核糖核酸)。1953年克裏克繪製出DNA的雙螺旋線結構圖。
奧地利生物化學家查加夫對核酸含量的重新測定取得了成果,他認為如果不同的生物種是由於DNA的不同而造成的,則DNA的結構必定十分複雜,否則難以適應生物界的多樣性。他經過多次反複實驗,結果表明,DNA分子中的堿基是配對存在的,並為探索DNA分子結構提供了重要的線索和依據。
DNA雙螺旋結構被發現後,極大地震動了學術界,啟發了人們的思想。從此,人們以遺傳學為中心開展了大量的分子生物學的研究。1967年,遺傳密碼全部被破解,基因從而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明:基因實際上就是控製生物性狀的遺傳物質的功能單位和結構單位。在這個單位片段上的許多核苷酸不是任意排列的,而是以有含意的密碼順序排列的,基因對性狀的控製是通過DNA控製蛋白質的合成來實現的。
DNA雙螺旋結構模型的提出,則是開啟生命科學新階段的又一座裏程碑。由此,人類開始進入改造、設計生命的征程。
基因工程
1971年,美國微生物學家內森斯和史密斯在細胞中發現了一種“限製性核酸內切酶”,這種酶能在DNA上核苷酸的特定連接處以特定的方式把DNA雙鏈切開。此外,他們又發現了另一種“DNA連接酶”,這種酶能把兩股DNA重新連接起來,從而為幹預生物體的遺傳物質,改造生物體的遺傳特性,直至創造新生命的類型奠定了物質基礎。在這樣的科學背景下,基因工程應運而生了。
1973~1974年,美國斯坦福大學教授科恩領導他的小組,先後三次對大腸杆菌進行了DNA重組實驗,均獲得了成功。之後,科恩教授以DNA重組技術發明人的身份向美國專利局申報了世界上第一個基因工程的技術專利。
由科恩為首的科研小組首次取得成功的基因工程的研究,不僅打破了不同物種在億萬年中形成的天然屏障,預示著任何不同種類生物的基因都能通過基因工程技術重組到一起。科恩的專利也同樣標誌著人類確實可以以自己的意願、目的,定向地改造生物的遺傳特性,甚至創造新的生命類型。科恩的專利技術引起了全球轟動,在短短幾年中,世界上許多國家的上百個實驗室開展了基因工程的研究。
用基因工程創造新生物的最大優越性是可以在短期內培育出新的生物類型,而且可以由基因工程創造的新生物生產人們期望的生物產品。除了生長激素抑製因子外,還有如胰島素、幹擾素等,都可以用基因工程的方法獲得。