现代遗传学百年

现代遗传学百年在现代生物学发展伊始，就曾有科学家预言，21世纪将是生物技术主宰的世纪。然而，相当多的人们并没有意识到这句话的含义。直到1997年3月，一个名叫“多利”的小羊诞生被新闻媒介公布后，人们才第一次严肃地关注起当今生物技术来，谈论着生物技术能给人类带来些什么——

“克隆”，这个原来只在生物学研究领域中的专业术语如今却广为人知。多利的出生代表了本世纪以来最大、最有争议的科技突破——成体细胞克隆的成功，这就意味着人类可以利用动物的一个体细胞大量生产出完全相同的生命体，完全打破了千古不变的自然规律。从理论上讲，利用此技术复制人类也是有可能的，这既是人类历史上一项重大的科学突破，也是遗传工程的巨大飞跃。仅仅在19世纪才奠基、20世纪初创立的遗传学，在这一个世纪里发展竟如此神速，这不能不说是一个奇迹。

遗传是生物的一种属性，是生命世界的一种自然现象，遗传与变异构成生物进化的基础。人类何时开始认识到生物性状特征世代相传和发生变异的现象，已无稽可查了，但早在1809年，法国生物学家拉马克就发表了论述进化的第一部系统著作《动物学的哲学》，强调“用进废退”的理论，提出了有名的获得性遗传的观点。然而，他对于许多过程的解释过分简单，不免包含了若干错误的意见和作者的主观臆测。1859年11月2日达尔文的《物种起源》正式出版，该书对已知的各种有关遗传与变异的事实作了全面的考察，建立了全新的进化理论，并且提出了自然选择、人工选择的学说，给予进化过程以科学的解释。虽然达尔文的论述比拉马克要系统、详尽得多，但受当时科学水平的限制和认识方法的局限，仍不免有若干偏颇之处。

直到1900年，奥地利的神父格里戈·孟德尔经豌豆杂交试验而确立的遗传因子分离法则和独立分配法则被重新发现时，遗传学才被奠定在科学的基础上，成为一门自然科学。1906年英国生物学家贝特森首次提出了“遗传学”一词，以称呼这门研究生物遗传问题的新学科。

遗传学无疑是本世纪内生物科学领域中发展最快的一门学科。因此，有人提出20世纪是遗传学的世纪。

1860年，孟德尔发表了他的《植物杂交实验》一文，首次阐述了生物界有规律的遗传现象，但这篇划时代的论文并未引起学术界的重视，反而被埋没了近5年之久，1884年孟德尔带着深深的遗憾去世了。

20世纪的第一个春天，三位植物学家：德·弗里斯、科伦斯和冯·切尔迈克在不同的国家同时发表了他们的论文。他们用多种不同的植物进行了与孟德尔早期研究类似的杂交育种试验，并作出了与孟德尔相似的解释，从而证实了孟德尔的遗传规律，确认了它的重大意义。这个戏剧性的事件被历史学家称为孟德尔的再发现。这一事件开辟了遗传学的新纪元，孟德尔也被公认为现代遗传学的创始人。

20世纪头10年，科学家们除验证孟德尔遗传规律的普遍意义外，还确立了一些遗传学的基本概念，如1909年约翰逊称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”，1910年将孟德尔遗传规律改称为孟德尔定律。

这一历史时期，研究工作主要特征是个体水平进展到细胞水平，并建立了染色体遗传学说。人们在研究中发现，人体只有23对染色体，但人的遗传特征却成千上万，这使人们得出一个结论，这可能是由染色体上群集的基因决定的，那么，基因又如何在染色体上排列呢？这一问题的决定性实验是由摩尔根及其学生完成的。1909年，摩尔根在前人工作的基础上开始对果蝇进行实验遗传学的研究，发现了伴性遗传的规律。他和他的学生还发现了连锁、交换和不分离规律等，并进一步证明基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。摩尔根还给出了第一个果蝇染色体连锁图，从而确立了基因作为遗传基本单位的概念。1919年和1926年摩尔根又相继出版了《遗传学的物质基础》和《基因论》，建立了完整的基因遗传理论体系。摩尔根因此而获得了1933年的诺贝尔生理学和医学奖。

本世纪中叶，是遗传学从细胞水平向分子水平过渡的时期。这一时期，由于微生物遗传学和生化遗传学研究的广泛开展，工作进入微观层次。

1944年，美国细胞学家艾弗里的研究小组在用纯化因子研究肺炎双球菌转化实验中，证明了遗传物质是DNA（脱氧核糖核酸）而不是蛋白质。1952年赫尔希用同位示踪法再次确认DNA是遗传物质。

40年代中细胞遗传学、微生物学和生化遗传学取得巨大成就，一些物理学家对研究生物学产生了浓厚的兴趣，纷纷投身于遗传的分子基础和基因的自我复制这两个中心问题的研究中，注入了物理学新的理论、概念和方法。1951年用生物物理学家维尔金斯给出的关于DNA纤维的X射线衍射图，为DNA双螺旋结构的发现打下了基础。

1953年美国生物学家沃森和英国物理学家克里克在量子力学家薛定谔的《生命是什么》一书影响下，根据对DNA的化学分析和对DNA的射线晶体学资料，成功地提出了双螺旋结构模型。这是由两条右旋但反向的链绕同一个轴盘绕而成的，活像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就刻在梯子的横档上。双螺旋结构模型的提出是遗传学史上划时代的事件，它宣告了分子遗传学的诞生。以此为开端，生物学各分支科学及相关农学、医学也发生了巨大的变化。

DNA结构的出现给解决遗传信息的传递问题带来新的希望。有4种碱基组成的DNA如何决定蛋白质的20种氨基酸的排列组合呢？《生命是什么》一书中提出遗传密码的思想，1954年物理学家迦莫夫提出了假定有些氨基酸基础可对应几种碱基密码的著名三联密码学说。1959年克里克支持此假说，认为DNA将遗传信息由细胞核传送到细胞质，并决定蛋白质的合成，这被后来的一系列实验证实，人们已能够破译许多遗传密码，并排出一张遗传密码表来。

遗传密码的破译导致了一门新科学即遗传工程出现。尤其1973年成功地实现了DNA的体外重组，人类开始进入按需要设计并能动地改造物种和创造自然界原先不存在的新物种的新时代，为遗传学发展走上产业化道路奠定了基础。由此而兴起的以遗传工程为主体的生物工程不仅拉动整个生命科学研究，还将成为一股巨大力量来改变工农业、医疗保健事业的面貌以造福人类。分子遗传学和生物工程已成为当今生物科学中最活跃最前沿的新领域。

1986年3月7日，美国《科学》杂志刊登杜尔贝科题为“癌症研究的转折点——测定人类基因组序列”的论文，指出癌症与其它疾病发生都与基因有关。1991年，耗资30亿美元、长达15年的跨世纪宏伟工程——人类基因组计划正式实施。预期到2005年这项生物科学史上绝无仅有的“大科学”计划——人类基因组计划将详细调查和破译出人体遗传物质的大约30亿对基因碱基，编绘出人体的全部基因图。人类基因组计划包括四项任务：遗传图谱的建立，物理图谱的建立，DNA顺序测定和基因的识别，还包括对一些模式生物体基因组的全测序。该项研究是目前生命科学和医学领域中令人瞩目的跨国、跨世纪工程。美、英、法、日、意及加拿大等发达国家及某些发展中国家均先后制定了各自的人体基因组研究计划，并成立了国际人体基因组研究组织。

人体基因组计划实施8年多来，由于投入的不断增加，研究队伍的扩大和测序技术的改进，取得了令人惊叹的成就。例如：1996年完成了酿酒酵母1206．8万个碱基的全序列；1998年完成结核病菌基因序列工作，同年科学家破译了斑疹伤寒菌图谱。我国于1992年开始了水稻基因组全序列分析研究，预计用15年时间完成。国家自然科学基金委员会“八五”期间最大的研究项目《中华民族基因组中若干点位基因结构的研究》从1993年启动到1997年6月止，已取得一批重要成果。

目前，以测序为核心的人类基因组计划的完成指日可待，通向全基因组科学的大门已经敞开。人类基因组计划正在完成其作为生物学和生物医学领域中唯一一项最重要的大科学工程的承诺：永久性地改变生物学和医学。例如，基因治疗方法就是利用人体基因图识别治病基因，即进行基因分析诊断以弄清哪一个或哪几个基因出了“差错”以及出了什么“差错”。人们之所以不遗余力地进行这项工作，很大程度上是由于这部“人体基因全景图”对人类健康保护的重大意义。这项伟大计划的完成终将革新生物学问题的深度和广度，对基础生物学、生物医学研究和生物技术带来长久不衰的影响。

现在，科学家们已开始考虑人类基因组计划后的研究，这将是一个集分子、细胞、发育、遗传、生理、病理、基因功能、信息科学为一体，较人类基因组计划更艰巨的科学工程，这方面研究将延续到整个21世纪。

早在1906年英国学者贝特森就曾宣称，“现代遗传学，已经无所不包（穿透一切）而成为整个生物学的中心”，世纪之交，我们惊奇地发现，他的话已得到了印证。事实上，现代社会除了依靠遗传学解决农、林、牧、渔等部门的品种改良问题之外，在医药保健、计划生育、发酵工业、环境保护等方面，如免疫、寿命、癌症防治、智力开发等领域，遗传学受到了越来越多的关注。因此，有人认为，遗传学在发展过程中，其自身的固有的边界似乎正在消失，融合于各个学科之中。