通過300多年許許多多科學家的奮鬥,人們終於揭開了這個肉眼看不見的微生物王國的秘密。人們不僅發明了各種藥物、疫苗,征服了由微生物製造的形形色色的傳染病,而且還讓它們服服貼貼為人類服務,除了利用自然界存在的微生物工作外,人們還用遺傳工程的方法,製造出符合人類要求的人造微生物,讓它們為人類生產寶貴的藥品、食物、金屬等,微生物正在人類生活中發揮著越來越大的作用。
七、基因的發現
種瓜得瓜,種豆得豆。為什麼動物、植物能一代代生生不息繁衍下去?為什麼子女長得像父母?現在人們已經搞清了,這一切全是由於細胞內染色體上的小小基因所決定的。
基因是怎樣被發現的呢?遺傳的奧秘是怎樣被揭開的?事情還要從一百多年以前奧地利一個偏僻城市修道院的神父的豌豆實驗說起。
孟德爾豌豆實驗
1900年,在歐洲的三個不同國家裏有三位科學家——荷蘭植物學家德弗利斯、德國植物學家科倫斯、奧地利植物學家切爾馬克,在總結了他們各自所做的雜交實驗後,幾乎是同時發現了植物雜交的規律。更巧的是,當他們準備發表自己的論文,去查閱以前的文獻資料時,又不約而同的發現,他們的實驗結果,與35年前一個叫格裏戈爾·約翰·孟德爾的奧地利生物學家的實驗結果相同。他們三個人在發表論文時,又做出了同樣的選擇,把發現的榮譽歸於孟德爾,稱自己的工作是證實了孟德爾發現的植物雜交的遺傳規律。
這件事轟動了科壇,從此,這個被埋沒了35年的重大發現才引起了人們的重視。
孟德爾1822年生於奧地利一個貧苦農民的家庭。他從小聰明好學,功課優秀,而且特別愛好園藝。可是由於家庭貧困,交不起學費,他不得不中途輟學,16歲就開始自謀生路。後來,他進入了布爾諾修道院,成了一名神父。1850年,在朋友的資助下,他終於有機會進入著名的維也納大學深造。從小愛好園藝學的孟德爾,仍然是對植物學最感興趣,參加了維也納植物學會。回到布爾諾後,他在一所中學任教,教植物學和數學,同時開始了他的著名的豌豆雜交實驗。
早在18世紀中葉,科學家們就開始進行植物的各種雜交實驗了,不過那時主要是圍繞雜交能否產生新種進行的。隨著進化論的確立,這個問題解決了。但是雜種後代的性狀為何有遺傳又有變異?生物的遺傳是否有規律可循?這些問題卻無人知曉。孟德爾進行雜交實驗,就是想探究其中的規律。
每一種生物有那樣多的遺傳性狀,雜交後傳給後代,這些性狀的變化更是讓人眼花繚亂,如何才能發現其中的規律呢?孟德爾總結了前人的經驗和教訓,那就是隻有找到具有明顯、易觀察性狀的生物做實驗材料,才有可能獲得成功。為此,他在修道院一塊荒地上種了豌豆、菜豆、草莓等植物,還飼養了蜜蜂、小鼠等動物,經過反複比較,他發現豌豆正是他要尋找的理想材料。
孟德爾挑選了22個性狀穩定的豌豆品種,讓成對性狀不同的豌豆雜交:如高莖與矮莖豌豆雜交,紅花與白花豌豆雜交……從春到秋,年複一年,他穿梭在豌豆花叢中,精心地進行著各種雜交實驗,仔細觀察和記錄雜種後代的特點。8年中,他一共栽培了5千多株豌豆。
孟德爾不僅是一位出色的植物學家,而且擅長統計學方法。這二者的結合使他很快從獨特的角度發現了前人所未能發現的規律。例如,他發現,當高莖豌豆與矮莖豌豆雜交時,所產生的後代全都是高莖的,而讓這些後代相互交配培育出來的雜種第二代,高莖與矮莖的比例總是3∶1。其他性狀的遺傳也符合這一規律。
根據這一實驗結果,孟德爾提出植物的每一個性狀都是由一對遺傳因子控製的,其中一個來自父本,一個來自母本。當形成種細胞也即精子或卵子時,成雙的遺傳因子分離。當精卵結合,形成新的後代時,又從雙親那裏獲得控製這個性狀的兩個遺傳因子,這就是分離定律。
孟德爾還提出遺傳因子有顯性遺傳因子和隱性遺傳因子。例如代表高莖的遺傳因子是顯性的,代表矮莖的遺傳因子是隱性的,因此雜交產生的第一代後代,全都是高莖的。而它們相互交配生成的雜種第二代中,代表莖高矮的這對遺傳因子有四種可能的結合方式:高莖與高莖、高莖與矮莖、矮莖與高莖、矮莖與矮莖,其中前三種結合方式表現出來的都是高莖,隻有第四種情況才表現為矮莖,因此高莖與矮莖之比總是3∶1。
孟德爾又進一步研究了兩對或多對遺傳性狀在後代中出現的情況,發現各種遺傳因子自由結合的機會均等,總結出了自由組合定律。
1865年2月8日,布爾諾自然科學研究會召開例會,身穿黑色修士長袍的孟德爾走上講壇,報告了他發現的遺傳規律。然而他隻贏得了台下有禮貌的掌聲,既沒人反對,也沒人讚同。看來他的理論超出了人們的接受水平。