基因研究,承载了地球上60亿居民的无限希望。
2000年6月26日人类基因组“工作框架图”的发表,带来了全球范围内的基因大讨论和基因知识大普及。它使更多的人知道了基因,也开始了解基因对我们的健康、生活、经济以及与社会的关系。
在我国,由于历史的原因,至少有两代人不知道“基因”是什么,这就使“让更多的人知道基因”变得更加迫切。
在认识基因的漫漫长路上,我们不应该忘记先驱者的名字,不应忘记他们所付出的艰辛,不应忘记他们靠科学的态度、科学的智慧、科学的方法,将遗传基因——我们生命的出色“导演”搬上了历史舞台,在人类的心灵中播下了科学认识遗传的种子。从此,人类开始对自身有了透彻的了解,也掌握了利用自然的有力武器。
让我们一起来回顾基因是如何登上历史舞台的,感受一下基因的魅力吧。
“五个一工程入选作品少儿书系”精选了1992年“五个一工程”奖设立以来入选作品中的优秀品种共108册,分少儿文学、少儿科普、少儿图本三个系列出版,可以称得上是十余年以来国内童书创作的一次大检阅、大总结。
本书以生动有趣的文字讲述了人类基因的奥妙和遗传基因变化的丰富知识。
2.孟德尔在豌豆实验中发现了遗传因子
在认识基因的漫漫长路上,我们第一个不能忘记的是奥地利的一位修道士。他在生前忍受着寂寞,默默从事豌豆的杂交实验,获得了惊人的发现。尽管生前他的成果并没有得到世人的承认,但他身后的辉煌却将永远光照后世。
他的名字是孟德尔。
修道士在我们的印象中是身着黑袍、一脸严肃的样子,很难与科学家联想在一起。
然而,孟德尔却是一位非常热爱科学的修道士。受家庭的影响,孟德尔从小就十分喜爱植物学。虽然为生活所迫进了修道院,但孟德尔对科学的兴趣却大于对宗教的兴趣,寂寞单调的修道士生活正好给他提供了一个进行科学研究的好机会。
孟德尔所在的修道院里有一个后花园,种满了各种各样的植物。孟德尔一有时间就沉醉在五颜六色的植物世界中,细心摆弄着那些“植物娃娃”。从1856年起,孟德尔花了整整8年的时间,从事豌豆杂交实验。
孟德尔之所以选择豌豆作为实验材料,是因为豌豆属于自花授粉植物。自花授粉习性使豌豆保持了纯洁性,也就是说,在没有外来干扰的情况下,不会形成杂交种。
豌豆有不同品种:有高秆的,有矮秆的;有开红花的,有开白花的;长出的豆荚有饱满的,有不饱满的;结出的种子有圆粒的,有皱粒的。在自然状态下,开红花的豌豆品种,后代也开红花;高秆的豌豆品种,后代都是高秆的;结圆粒种子的豌豆品种,后代也一样。
那么,能不能人为地让红花品种开出白花呢?
孟德尔设计了一个实验:在红花豌豆自花授粉还没有进行时,抢先一步人为地把花药切去,然后将白花豌豆的花粉涂在红花豌豆的柱头上,再用一个合适的袋子罩在花朵上,并扎紧袋口。这样既消除了自花授粉的可能,又能防止其他花粉进入。用类似的方法,孟德尔将具有各种相对性状的植株进行杂交,这样结出的种子为杂交种。
孟德尔还将白花和红花结合结出的种子(即杂交种子)分别种植观察,看看杂交第一代有什么变化。结果他发现了有趣的现象:红花和白花杂交的后代都是红花,高秆和矮秆杂交的后代都是高秆,圆粒品种与皱粒品种杂交的后代结出的都是圆粒种子,豆荚饱满的品种和不饱满的品种杂交的后代长出的都是饱满豆荚。
这些现象促使孟德尔思考。原来,红花对白花、高秆对矮秆、圆粒对皱粒、饱满对不饱满,是一对对相对性状,是由一对对遗传因子控制的。它们之间存在着一种“显隐性关系”,或者说前一种性状更“厉害”一些,是显性,而白花、矮秆、皱粒、不饱满则属于隐性性状,它们一碰到红花、高秆、圆粒、饱满的性状就“隐身”了。
为了进一步找出这些成对性状之间的关系,孟德尔做了更细致的实验:他把杂交第一代的种子进行种植,让其自花授粉,由此结出的种子为杂交第二代。将杂交第二代再种植观察,发现原来被“隐身”的性状又冒出来了,而且总是以一定的比例出现。孟德尔认真记录下了每一个数字,并首次运用数学统计学方法加以分析。
经过观察统计,孟德尔感到在花粉与子房中,肯定有什么东西对开红花还是白花起决定作用。后来人们把这个“东西”叫做“基因”。基因如果成双成对存在,就叫“等位基因”。等位基因的一方对于另一方是显性。
孟德尔在他长达8年的植物杂交实验中,以其敏锐细致的观察力和科学的统计学手段,发现了生物体内存在控制生物性状的遗传因子,找到了最基本的遗传学定律。但遗憾的是,他的发现在当时并没有得到应有的重视。
是金子总会发光。孟德尔坚信自己发现的价值,他曾说了这样一句话:“我的时代会到来的。”1884年,这位孤独的修道士带着遗憾离开了人世。
1900年,荷兰的德弗里斯首先发表了关于植物杂交的两篇文章。他和德国的柯灵斯、奥地利的切马克虽然身处异地,但都从事植物的杂交实验,获得了相似的结果。他们在总结自己工作、分析前人工作时,不约而同地看到了孟德尔的论文,惊讶地发现孟德尔早已走在了他们的前面。他们得到的结果充分证明孟德尔有关遗传规律的结论是正确的。
当20世纪的曙光来临后不久,孟德尔的学说开始在生物界得到了广泛的传播,他的名字被永远地载入了遗传学史册。20世纪初,人们对生物遗传规律认识还非常肤浅,孟德尔学说的确立,无疑开辟了遗传学的新纪元。
这个遗传学史上戏剧性的事件,后来被人们称为孟德尔的再发现。
小词典
显性基因和隐性基因
生物的某些性状是由一对基因控制的,成对基因往往有显性和隐性之分。显性基因和隐性基因同时存在时彳一般表达显性基因。所以,有时人们虽然带有致病的基因,但由于有显性基因的保护,并不发病。但如果两个隐性基因碰到一起就不妙了。人类身上还有许多性状属于成对性状,如黄眼睛对蓝眼睛是显性,正常颜色感觉对色盲是显性,多毛对失发是显性,有卷舌能力对不能卷舌的是显性,等等。还有,像血友病、镰刀型细胞贫血症、侏儒症等遗传病,都是由于父母双方的相同隐性基因结合的缘故。亲缘关系越近,携带相同隐性遗传性疾病基因的可能性越大,其后代中出现隐性基因纯合而表现出奇怪遗传病的可能性越大,我们常说近亲结婚不好,就是这个道理。
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从20世纪50年代以来,以美国生物学家沃森和英国生物物理学家克里克对脱氧核糖核酸(即DNA)分子结构模型研究为标志,生物科学从细胞时代,进入了分子生物学时代。
半个世纪以来,以分子生物学为核心的现代生命科学,成为当前自然科学各领域中最活跃、发展最迅速的领先学科。生命科学对于探索和综合治理当代人类面临的诸如人口、农业、能源和环境等问题,将起到极大的作用。同时,伴随着人类基因组研究的不断深入,我们对疾病和疾病治疗的观念将发生根本的改变,从而促进人对自身的认识。
由于党和国家的高度重视,我国的科学技术普及工作获得了空前发展。生命科学领域的DNA、基因、试管婴儿、克隆羊“多莉”、核酸等专业名词,人们已经不再陌生。
普及生命科学知识,不仅可以提高广大人民群众的科学文化素质,同时,也是进行马克思主义唯物论和无神论教育、树立科学世界观的重要内容。
当今,世界上许多国家和地区,形形色色的邪教组织活动仍很猖獗。在我国一些地区,愚昧迷信活动沉渣泛起,反科学、伪科学活动时常发生,尤其是李洪志及其“法轮功”邪教组织,以祛病健身、修身养性为诱饵,散布“消业”、“圆满”、“升天”等歪理邪说,愚弄坑害百姓,制造了一起又一起人间悲剧。
对生命科学知识的缺乏和无知,是伪科学和愚昧迷信活动得以盛行的土壤。其实,李洪志有关人的生老病死的歪理邪说,说什么“不用吃药就能治好病”,完全是反科学的欺人之谈。
人类对基因世界的探索和现代医学的发展,已经直接或间接地探明许多疾病的发病机理,并能根据掌握的遗传学等知识,依照基因正常序列,发现其变异和缺陷,而逐步做到有的放矢地诊断和治疗疾病。
唯物论与唯心论、科学与反科学、文明与愚昧的斗争是一项长期的任务。为了彻底根除邪教和迷信的影响,铲除歪理邪说滋生的土壤,我曾建议在全民中广泛开展生命科学知识普及教育。
这项建议得到了中央领导同志的亲切关怀和大力支持。在中国科协副主席、书记处第一书记张玉台同志的亲自主持下,动员了一批从事生命科学研究的两院院士和著名专家撰稿。他们在一些优秀科普作家和美术工作者的协助下,在短短的半年时间里完成了本套丛书的编写任务。
我相信,这套丛书的出版对弘扬科学精神,传播科学思想和科学方法,普及生命科学知识,以及使广大人民群众更加理解科学将起到积极的作用。
中国科学院院士、复旦大学教授 谈家桢