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20世紀基因科學(xué)發(fā)展歷程 1999年09月29日 10:50:59: 編者按:僅僅一個(gè)世紀的發(fā)展,基因科學(xué)就已成為可動(dòng)搖人類(lèi)生存基礎的一場(chǎng)革命,其巨大的創(chuàng )造力和破壞力使人們深切感受到其兩面性。不論基因科學(xué)的研究將朝哪方向發(fā)展,人類(lèi)歷史都將因基因學(xué)而走向新的轉折點(diǎn),即出現一個(gè)重新認識自我的開(kāi)端。 德國《明鏡》周刊1月11日一期刊登著(zhù)名生物化學(xué)家于爾根-內費時(shí)文章,眉題為<發(fā)明的世紀>,正題為《基因技術(shù)的革命》,摘要如下: 公歷2000年標志著(zhù)人類(lèi)歷史上一個(gè)轉折點(diǎn)——隨著(zhù)基因技術(shù)革命的進(jìn)行,它已動(dòng)搖了人類(lèi)自身生存的基礎。這一變革的目標是一個(gè)被克隆的植物、動(dòng)物和隨時(shí)都有可能成為現實(shí)的克隆人的世界,一個(gè)人工繁殖的世界。那時(shí),帶有可控制的和可操縱的遺傳本質(zhì)的完美和理想的孩子降生已不再屬于偶然。 回顧本世紀基因技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,我們會(huì )發(fā)現,20世紀的研究者們仿佛與魔鬼立了約以達到最終占有創(chuàng )造力,人類(lèi)在科研領(lǐng)域里那種浮士德式的探索精神還從未像現在這樣顯露無(wú)遺棗例如,將整個(gè)人類(lèi)遺傳特征解密的人類(lèi)基因組項目這一全球科研的馬拉松始終吸引著(zhù)人們的極大關(guān)注。 美國生物學(xué)家瓦爾特-吉爾伯特曾把人類(lèi)基因的染色體組稱(chēng)為自然科學(xué)的“圣杯”,F在,有人要碰這座“圣杯”,也反映出現代生物學(xué)進(jìn)退兩難的境地和兩面性的特征:一方面它許諾讓人們了解到人與自然在內心深處的結合,預言人類(lèi)能戰勝某些疾病甚至戰勝死亡;而另一方面又以此威脅人的自由將結束和自然界將死亡就像自然界在幾十億年過(guò)程中幾番毀滅和再生那樣。人類(lèi)正處在一個(gè)重新認識自我的開(kāi)端! 今天,在基因組項目的高技術(shù)殿堂,人們能看到許多吸引人的又令人震驚的專(zhuān)業(yè)成果,例如;人作為機器的仆人看著(zhù)機器人和分析器怎樣將人的遺傳特征解密少數幾位在基因研究的最前沿從事科學(xué)奴隸勞動(dòng)的專(zhuān)家每天讀著(zhù)成千上萬(wàn)個(gè)遺傳物質(zhì)的“字母”。用鋼做的機械臂去抓做實(shí)驗用的薄片或霉菌培養箱里的細菌和病毒提供培養基;用微型吸管滴出微量帶有人體不可見(jiàn)的遺傳物質(zhì)碎片的溶液;特殊的凝膠在電場(chǎng)里將染色體組分離;掃描器和電腦每天不斷地、夜以繼日地分析利用已獲得的數據。 這些基因組織的化學(xué)組成部分用一大串字母來(lái)表示,也可以用一個(gè)字母簡(jiǎn)稱(chēng)。人類(lèi)染色體組的排列順序填滿(mǎn)了大約一萬(wàn)冊(每?jì)远加?00頁(yè))書(shū)。因此人的秘密也就不存在了。 遺傳學(xué)的誕生 奧地利原天主教神父、遺傳學(xué)家約翰·格雷戈爾-孟德?tīng)?1822-1884年)曾將豌豆的不同變種雜交,并揭示出規律性。1865年,他發(fā)現遺傳基因原理,總結出分離規律和自由組合規律,為遺傳學(xué)提供了數學(xué)基礎,創(chuàng )立了孟德?tīng)枌W(xué)派,由此成為“遺傳學(xué)之父”。 孟德?tīng)柕摹吨参镫s交實(shí)驗》學(xué)術(shù)著(zhù)作被許多國家共133個(gè)機構所收藏,但卻沒(méi)有引起應有的反響。虔誠的孟德?tīng)栃攀牡┑┑卣f(shuō):“我的時(shí)代已經(jīng)來(lái)到!彼_實(shí)到了,但卻是在他逝世16年后。 遺傳學(xué)的誕生準確地說(shuō)是在1900年。孟德?tīng)柕闹?zhù)作被束之高閣30多年后,三位歐洲學(xué)者重新發(fā)現了孟德?tīng)柕睦碚。在此之前,世界顯然還沒(méi)有成熟到接受孟德?tīng)柕挠^(guān)點(diǎn)。就連達爾文也不承認孟德?tīng)柕难芯砍晒麑λ倪M(jìn)化論的意義。法國哲學(xué)家米歇爾-富科曾說(shuō):“孟德?tīng)柺且粋(gè)十足的怪物! 當孟德?tīng)柕摹吨参镫s交試驗》再次出現時(shí),時(shí)代已開(kāi)始成熟地接受他的思想。緊接著(zhù)在基因科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生了爆炸性事件:荷蘭人胡戈-德弗里斯(1848-1935年)在他的實(shí)驗中發(fā)現遺傳特征的重大變化,他稱(chēng)之為“突變”;蜓芯拷(jīng)歷了一個(gè)令人陶醉的繁榮時(shí)代。1910年,美國人托馬斯-亨特-摩根(1866-1945年)出版了他第一部關(guān)于果蠅實(shí)驗的首批成果。他不僅證明了孟德?tīng)柖傻恼_性,而且還證實(shí)了長(cháng)期存在的一種猜測,即借助于顯微鏡能看到的在細胞核里呈小棍形狀結構的染色體就是基因的所在地。 生物學(xué)領(lǐng)域各種流派的繁衍當物理界靠愛(ài)因斯坦、普朗克和海森貝格等所取得的成就而光芒四射時(shí),生物學(xué)家卻在本世紀的頭三分之一的時(shí)光內渾水摸魚(yú),進(jìn)行著(zhù)激隊的派系斗爭。 首先達爾文的進(jìn)化論就遭到許多人的強烈反對。當武斯特主教夫人看到達爾文1859年出版的《物種起源》時(shí)竟然說(shuō)道:“讓我們希望這不是真的。即使是真的,也讓我們祈求它不被普遍承認!” 祈求是沒(méi)有用的。達爾文的進(jìn)化論直至今天仍是生物學(xué)最重要的理論,它雖然受到長(cháng)期的壓制,但梵蒂岡在l00多年后終于承認進(jìn)化論是物種起源的模式!皬娬呱妗,這絕不是達爾文的初衷,達爾文也從來(lái)沒(méi)這么說(shuō)過(guò),但是,一個(gè)世紀以來(lái)它卻發(fā)展成改變社會(huì )的意識形態(tài),即使這種叫法隱藏著(zhù)強權社會(huì )的“社會(huì )達爾文主義”思想。但這更多的是達爾文表兄弗朗西斯-高爾頓(1822-1911年)的意思。此人在19世紀后期提出了一個(gè)改善人種的綱要,他稱(chēng)之為“優(yōu)生學(xué)”。 于是高爾頓被所有其他人看作怪人,其實(shí)他不過(guò)是別人早一些領(lǐng)會(huì )了時(shí)代精神。當他的理論自本世紀初在英語(yǔ)世界受到最大的擁護時(shí),優(yōu)生學(xué)在德國在第一次世界大戰結束之際已確立了完整的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域棗首先于1917年在德國精神病學(xué)研究所、然后1927年在柏林威廉皇帝人類(lèi)學(xué)遺傳學(xué)和優(yōu)生學(xué)研究所開(kāi)辟了優(yōu)生學(xué)專(zhuān)業(yè),后者的主任歐根-菲舍爾同時(shí)也擔任德國種族衛生學(xué)學(xué)會(huì )的領(lǐng)導。早在希特勒在慕尼黑發(fā)動(dòng)啤酒館暴動(dòng)的1923年,該市的大學(xué)里就為優(yōu)生學(xué)專(zhuān)業(yè)設了一個(gè)教授職位。當時(shí)流行一部專(zhuān)業(yè)性手冊叫《人類(lèi)遺傳學(xué)和種族衛生學(xué)》,其作者之一就是歐根.菲舍爾。希特勒在坐牢期間曾讀過(guò)這本手冊,從中汲取了營(yíng)養。歐根-菲舍爾的接班人奧特馬·馮·弗許爾男爵后來(lái)曾考慮讓自己的一個(gè)助手到奧斯威辛集中營(yíng)去當醫生。而這個(gè)人正是約瑟夫-門(mén)格勒。有些國家實(shí)施“消極的優(yōu)生學(xué)”措施,以防止“劣等”基因的傳播。希特勒在大選中通過(guò)大肆叫囂要消滅劣等民族也贏(yíng)得不少選票。在20年代后期,美國有大約20多個(gè)州補充了絕育法。在執行方面,加利福尼亞州可謂急先鋒。在那里,連殘疾人都被實(shí)施絕育。其數量比其他所有州都多。 在第三帝國,優(yōu)生學(xué)得到了德國式的最徹底最堅決地貫徹:數十萬(wàn)人按照加利福尼亞州的模式被施以絕育。種族主義狂熱最終把優(yōu)生學(xué)上升為種族滅絕。在第二次世界大戰期間,估計有600多萬(wàn)人被殺害,他們當中主要是猶太人,還有吉卜賽人、病人、殘疾人和持異見(jiàn)者。 在世界其他地區,優(yōu)生學(xué)都有市場(chǎng)。不久前曾揭露出瑞典直到1976年還對弱智者實(shí)施絕育,日本甚至直到199 5年。在亞洲其他國家和地區,尤其是印度,一旦用超聲波檢查出是女孩的話(huà)就將胎兒打掉。 但是,弗朗西斯-高爾頓除了優(yōu)生學(xué)外還給世界留下了另一份遺產(chǎn):他以“自然對環(huán)境”的公式創(chuàng )造了行為遺傳學(xué)的基礎,這是一門(mén)研究人的特性例如智慧、嗜好、同性戀、甚至忠誠或篤信等的學(xué)問(wèn)。高爾頓以此在20世紀的科學(xué)和社會(huì )發(fā)展史上確立了他的地位。作為德國優(yōu)生學(xué)的一個(gè)重點(diǎn),高爾頓理論的捍衛者們想證明人的性格特征在很大程度上也是受遺傳特征控制的。另一方面科學(xué)家們把從撫養到教育的所有非身體特征都歸于環(huán)境影響。自20年代以來(lái),行為主義在美國開(kāi)始受到重視。美國心理學(xué)家伯赫斯-斯金納(1904-1990年)幾十年來(lái)一直是心理學(xué)界的權威,他認為人的行為幾乎隨意受積極和消極方面的影響,僅靠獎勵與懲罰就能將各種“偏離分子”棗從青少年違法者到精神病患者--帶回到正道上來(lái)。但是,在斯金納去世之前,他的思想體系已開(kāi)始動(dòng)搖,并走向極端。 同樣在20年代,比較行為研究也確立了基礎。來(lái)自維也納的生物學(xué)家康拉德-洛倫茨(1903一1989年)從1926年起就記錄下他認為有“特征”的事物。洛倫茨對灰鵝進(jìn)行了研究:他讓雛鵝以他自己為第一個(gè)參考人物,跟著(zhù)他行進(jìn)。1943年,洛倫茨在他發(fā)表的著(zhù)作《可能經(jīng)驗的固有形式》中對此作了描述。根據他的理論,甚至人都可以被動(dòng)物當成模仿的父母。 長(cháng)期以來(lái),洛倫茨的理論一直證明綜合行為方式也是由基因決定的。這也成為今天再度盛行的生物學(xué)主義的支柱之一。生物學(xué)主義主張用生物學(xué)觀(guān)點(diǎn)觀(guān)察一切事物。1976年,英國人理查德-道金斯(1941年生)撰寫(xiě)了一部現代生物學(xué)主義的基礎著(zhù)作《自私的基因》,現在此書(shū)已成為經(jīng)典著(zhù)作。道金斯在書(shū)中把所有生物直至人都描述為其基因組的奴隸,其存在的唯一目的在于傳播基因。 30年代以來(lái),生物學(xué)研究發(fā)生了戲劇性變化。分子生物學(xué)異軍突起,遺傳學(xué)家們發(fā)明了一系列來(lái)自微生物世界的“家畜”,這里的微生物特指單細胞真菌、細菌和病毒。這些簡(jiǎn)單的微生物將使人們能在分子一級研究基因和遺傳學(xué)。 揭示DNA的奧秘 物理學(xué)家們在尋找新的有吸引力的課題,這也給生命研究帶來(lái)一股清風(fēng)。物理學(xué)家馬克斯-德?tīng)柌紖慰?1906-1981年)曾做過(guò)核裂變的發(fā)明者奧托,哈恩的助手。30年代初期,他在探訪(fǎng)柏林威廉皇帝研究所遺傳學(xué)部時(shí)遇到兩位研究射線(xiàn)量與果蠅突變頻繁程度之間的關(guān)聯(lián)的同事。他們三人在一起長(cháng)期討論還一直相當抽象的孟德?tīng)栆氐谋举|(zhì)。1935年,他們共同發(fā)表了他們的研究成果,書(shū)名叫《綠冊子》,因為它的封面是綠色的。其中內容包括在當時(shí)還從未聽(tīng)說(shuō)的一些想法,例如,突變可能是一個(gè)分子的變化,基因也不再是什么神秘的東西了,而是一種物質(zhì)的固定的單元,即遺傳物質(zhì),加拿大細菌學(xué)家?jiàn)W斯瓦德-艾弗里(1877-1955年)1944年將其確認為脫氧核糖核酸(DNA)。 只由4個(gè)不同部分組成的DNA將怎樣承擔生命和遺傳的復雜任務(wù)呢?lg05年出生的德國生物化學(xué)家埃爾溫-沙加夫從納粹德國移居到了美國,后來(lái)此人成為基因科學(xué)最猛烈的批評者之一。1950年,他為問(wèn)題的解決作出了關(guān)鍵性的貢獻:他發(fā)現4個(gè)組成部分的每?jì)蓚(gè)部分始終是等量的,每一個(gè)A就有一個(gè)T,每一個(gè)C就有一個(gè)G。DNA的“基礎”顯然是以雙數存在的。 奧地利物理學(xué)家埃爾溫-施羅丁格爾(1887?961年)以他的《關(guān)于波動(dòng)力學(xué)的論文集》獲得1933年諾貝爾物理學(xué)獎,他就屬于早期半路出家殺入生物學(xué)界的其他學(xué)科專(zhuān)家。1944年,施羅丁格爾的一本小冊子《什么是生命?》引起了很大的轟動(dòng)。他在書(shū)中從純理論方面提出一種遺傳密碼。英國科學(xué)家弗朗西斯-克里克和莫里斯-威爾金斯(二人都生于1916年)認真閱讀了施羅丁格爾的《什么是生命?》,后來(lái)獲得本世紀最重大的發(fā)明。 年輕的女物理化學(xué)家羅莎琳林德·富蘭克林(1921一1958年)在倫敦國王學(xué)院的威爾金斯實(shí)驗室借助于倫琴射線(xiàn)進(jìn)行DNA結構分析。弗朗西斯.克里克在劍橋同很有天才的美國生物學(xué)家詹姆斯-沃森(1928年生)開(kāi)展會(huì )作。在他們第一次會(huì )面后不久,兩人就決心單獨研究DNA的結構棗這真是一個(gè)大膽的計劃。但是,他們的計劃也有明顯的缺點(diǎn),沒(méi)有從化學(xué)方面對該分子進(jìn)行更多地研究。利用已掌握的沙加夫的理論和富蘭克林的研究成果,克里克和沃森開(kāi)始著(zhù)手這方面的工作:他們以極大的熱情攢出一個(gè)高約兩米的雙螺旋模型,以此從化學(xué)方面來(lái)解釋孟德?tīng)柕睦碚。生物學(xué)研究再一次經(jīng)歷認識上的飛躍。 但是,在發(fā)現:了DNA結構不久,人們也已經(jīng)清楚地認識到基因的采集和翻譯的過(guò)程不能無(wú)控制地進(jìn)行。法國人弗朗索瓦·雅各布(生于1920年)和雅克-莫諾(1910-1976年)1961年指出DNA的分子“開(kāi)關(guān)”支配著(zhù)基因在一個(gè)復雜的結構中保持活躍或不活躍的狀態(tài)。這是一個(gè)跟發(fā)現雙螺旋一樣有相似意義的突破。這一突破在本世紀最后四分之一時(shí)間內再次引發(fā)一場(chǎng)科學(xué)革命:基因技術(shù)。自70年代初以來(lái),生物學(xué)家已經(jīng)能從所有生物那里提取DNA切片。生物學(xué)最終從一門(mén)想要理解生命的分析科學(xué)突變成一門(mén)能改變生命并創(chuàng )造新的生物的合成科學(xué)。 基因技術(shù):進(jìn)退兩難的境地和兩面性的特征 醫學(xué)界在幾方面從基因研究中獲利,例如研制新的疫苗。諾貝爾醫學(xué)獎大部分都授予了(分子)生物學(xué)家、生物化學(xué)家和基因研究人員,而幾乎沒(méi)給過(guò)醫學(xué)專(zhuān)家,這不無(wú)道理。作為醫學(xué)進(jìn)步的推動(dòng)力量,生物學(xué)界也因此沒(méi)有像物理學(xué)界那樣自廣島原子彈爆炸以來(lái)長(cháng)期受到批評。但近來(lái)警惕遺傳學(xué)家的行為的聲音越來(lái)越受到重視。 采用基因技術(shù)修改的植物,例如抗昆蟲(chóng)玉米,轉基因動(dòng)物,像巨型老鼠或諸如多莉這樣被克隆的生物的出現證明能以此種方式挽救某些生物的消失。像熱帶雨林這樣的生態(tài)系統在今天除了它對全球氣候的意義外還是潛在的可利用基因的巨大蓄水池。 《科學(xué)美國人》雜志已經(jīng)預言基因研究的時(shí)代即將到來(lái)。今天,人們借助于所謂的DNA切片已能同時(shí)研究上百個(gè)遺傳基質(zhì)。美國惠普公司研制了一臺儀器,只用10個(gè)這樣的切片就能采集整個(gè)人的遺傳物質(zhì)。 基因的研究達到了這樣一個(gè)發(fā)展高度,幾年后,隨著(zhù)對人類(lèi)遺傳物質(zhì)分析的結束,人們開(kāi)始集中所有的手段對人的其他部分遺傳物質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行有系統地研研究。 本世紀初,當優(yōu)生學(xué)家要求根除“劣等”遺傳基質(zhì)時(shí),法國兒科醫生、遺傳學(xué)家讓一弗朗索瓦-馬泰就已警告防止“通過(guò)減少病人的方式來(lái)根除一種疾病的可能”。不久前在美國發(fā)現了矮小人種最常見(jiàn)特征的基因,侏儒們作出了驚恐的反應:“他們要根除我們! 現在,人們都希望下一代身體健康,這有可能形成一種嘲“強迫要求一個(gè)健康孩子”方向發(fā)展的自身動(dòng)力。這雖不是有惡意的研究者的計劃或出于一些公司對利潤的追求,而更多的是迫于公眾的壓力!敖】怠钡母拍顢U展到其他領(lǐng)域的時(shí)間已為期不遠了。要說(shuō)今后一兩代人不僅身體健康,而且連后代的胡貌差不多都可以準確地預告也沒(méi)多大害處。 1978年7月25日,人類(lèi)歷史上第一個(gè)試管嬰兒路易斯·布朗的誕生標志著(zhù)生物學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)新的階段。它給那些為自己不能生育而苦惱的父母們帶去了福音;通過(guò)移植他人捐獻的精于和卵子,不孕婦女也能懷上自己的孩子。 但是,生物學(xué)的發(fā)展也有其消極的一面:它容易為種族主義提供新的遺傳學(xué)方面的依據。例如,一些基因研究者們指出,在旅居德國的土耳其人中間存在某種能導致癌癥的突變,而在本地的德國人身上卻很少出現這些突變。不難想象心懷不良的人在獲得此認識后會(huì )作何感想? 對新的遺傳學(xué)持批評態(tài)度的人總喜歡描繪出一幅可怕的景象:沒(méi)完沒(méi)了的測試、操縱和克隆、毫無(wú)感情的士兵、基因很完美的工廠(chǎng)工人……遺傳密碼使基因研究人員能深入到人們的內心深處;并給他們提供了操縱生命的工具。然而他們是否能使遺傳學(xué)朝好的研究方向發(fā)展還完全不能預料。 法國人弗朗西斯·雅可布在回顧本世紀遺傳學(xué)的發(fā)展時(shí)寫(xiě)道:“老鼠、蒼蠅和人,我們是核酸和回憶、欲望和蛋白質(zhì)的可疑的大雜燴。在即將結束的20世紀,我們在核酸和蚤白質(zhì)方面進(jìn)行了深入的研究。在新的21世紀,我們將把主要精力集中到對回憶和欲望的研究上!
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