由於摩爾根首次用實驗揭示了基因與染色體的關係,建立了比較係統的染色體和基因理論,大大豐富和發展了孟德爾開創的現代遺傳學,他於1933年獲得諾貝爾生理學和醫學獎。
基因之謎
摩爾根雖然證明了染色體是基因的載體,然而染色體究竟是由什麼物質組成的?基因的化學構成是什麼?基因何以能傳遞遺傳信息?仍然是一個謎。
正像物理學家和化學家們假設了看不見的原子和電子一樣,生物學家們也假設了看不見的基因。隨著科學技術的發展,物理學家和化學家找到了原子、電子,生物學經過前赴後繼的努力,也找到了基因的實體,那就是脫氧核糖核酸。
核酸是怎樣發現的呢?
1869年,瑞士化學家米歇爾從膿細胞中分離出一種含有氮和磷的物質,這種物質的性質完全不同於蛋白質。由於細胞核主要是由這種物質組成的,因此,他稱之為核素。後來,人們發現這種物質是一種強酸,就改稱為核酸。
德國生化學家科塞爾第一個係統地研究了核酸的分子結構,發現了核酸中有四種不同的堿基,還有磷酸與戊糖。他的學生列文和瓊斯又進一步發現,戊糖有脫氧核糖和核糖兩種,兩者在結構上僅差一個氧原子,據此,將核酸分為兩大類:脫氧核糖核酸和核糖核酸,即DNA和RNA。
雖然人們發現細胞核主要是由核酸組成的,但是,當時人們都誤認為核酸是由四種核苷酸組成的單調均勻的大分子,因此,許多生物學家不相信核酸會是千變萬化的基因的載體,而把目光投向了細胞中的另一種物質——蛋白質。
蛋白質的發現比核酸還要早30年。由於蛋白質像雞蛋清一樣一加熱就會凝固,因此人們給它起名為蛋白質。蛋白質是由氨基酸組成的。
20世紀以來,人們發現的蛋白質的種類越來越多,功能也越來越廣泛,起免疫作用的球蛋白,具有形形色色的生理作用的激素等都是蛋白質。因此,許多科學家猜想它很可能是遺傳信息的載體,以致核酸反而遭到冷落。
那麼,人們是怎樣發現DNA是遺傳物質呢?是細菌的轉化實驗為人們提供了證據。
1928年,英國細菌學家格裏菲斯用肺炎雙球菌對小鼠做感染實驗。肺炎雙球菌有兩種,一種是有毒型,可以使動物患肺炎死亡,它的細胞外邊有外膜;另一種是無毒型,不會引起動物患病,它的細胞外邊沒有外膜。
格裏菲斯把有毒的肺炎雙球菌加熱殺死後,注射到小鼠體內,小鼠不再患病。可是當他把加熱殺死後的有毒菌和活的無毒菌混合後注射到小鼠體內時,這些小鼠全都患病死亡了,而且在小鼠體內發現了活的有毒菌。
實驗的結果簡直讓人不可思議,有毒的肺炎雙球菌是從哪裏來的呢?難道他們會死而複生?格裏菲斯提出,死去的有毒菌中有一種轉化因子,它們可以使無毒菌轉化為有毒菌。
美國洛克菲勒研究所的細菌學家艾弗裏敏銳地意識到格裏菲斯工作的重要性。他和他的兩個同事立即著手捕捉神秘的轉化因子。他們把有毒的肺炎雙球菌加熱殺死,從其中提出蛋白質片段,放入無毒菌的培養液中,結果不起任何作用;相反,當把其中的蛋白質、糖類都除去後,剩餘的物質仍有轉化作用,這個剩餘物質經過純化後證明,它們就是DNA。DNA不僅可以使無毒菌轉化成有毒菌,而且轉化生成的有毒菌還可以一代代複製下去。這就表明,DNA是遺傳信息的攜帶者,基因就在DNA上。