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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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医学诺贝尔之路(1933):蝇室传奇  

2012-10-25 13:40:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:赵承渊

拥有敏锐的观察力(或者说视力)会带来什么好处?让我们具体一点,比方说,在你面前有两个大大的玻璃瓶,瓶中分别关着一只长约5mm的苍蝇,你能透过厚厚的瓶身,区分出哪只苍蝇的眼睛是红色,哪只苍蝇的眼睛是朱砂色吗?

图片出处:http://www.columbia.edu/

你或许会觉得不可思议,但这样的人确实存在。1910年,21岁的卡文·布里奇斯(Calvin Blackman Bridges)就是凭借肉眼发现了实验动物中新出现的变异:朱砂眼果蝇,从那以后,这个原本只是在实验室里刷试管的年轻学生大受重视,立即成为哥伦比亚大学教授托马斯.亨特.摩尔根(Thomas Hunt Morgan )的私人助手,并在取得学士学位后直接攻读博士学位——当然,导师就是摩尔根。

在摩尔根的实验室,类似布里奇斯这样的奇人可不止一个,例如阿尔弗雷德.斯特蒂文特(Alfred Henry Sturtevant)。斯特蒂文特与布里奇斯截然相反,他不但没有超人的视力,反倒是个色盲。另外,斯特蒂文特相当不拘小节,据说此人在面对导师摩尔根时也毫不顾忌,不但“斜倚在椅子上”,“嘴里叼着烟斗”,还把“双脚放在桌子上”,大声与导师争论。这样有性格的学生可不多见。在通常的印象里,似乎只有非常牛的人才配有如此派头。事实也的确如此,这位患有色盲症年轻人虽然不能区分果蝇眼睛的颜色,却画出了世界上第一幅染色体遗传图谱,是摩尔根实验室的核心人物之一。

手下有如此得力的干将,你就该知道摩尔根教授和他的实验室是多么与众不同了。在哥伦比亚大学,摩尔根教授可以称得上是如雷贯耳,他的实验室(又被称为蝇室,Fly-room)更是远近闻名。作为一名生物学家,摩尔根在此饲养了数不清的果蝇用以进行遗传学研究。为了收集饲养果蝇用的容器,摩尔根和助手四处盗窃了大量的牛奶瓶;果蝇喜爱香蕉,摩尔根便让助手将香蕉捣成泥并发酵作为饲料。香蕉泥发酵后的气味四散,导致临近实验室的人员怨声载道。在蝇室内,卫生状况也难以恭维:一位曾在蝇室工作过的科学家曾写道:“在这热火朝天的蝇室里工作的那些年,每当我拉开工作台的抽屉,总免不了把头扭向一边,让蟑螂有机会逃到暗处去。有一次,我气喘吁吁地对他说:摩尔根博士,如果你把脚落在地板上,就会把耗子踩死的。果然,他踩着耗子了!”蟑螂、老鼠加上瓶子内的苍蝇,中国人所说的“四害”占了三样,然而摩尔根和助手们却乐在其中,原因只有一个:果蝇是“上帝赐予摩尔根的礼物”。

摩尔根最初接触果蝇的目的并不是遗传学,而是为了研究果蝇的胚胎。然而在研究中摩尔根发现,果蝇实在是遗传学研究的绝佳物种。首先,果蝇个头很小,对生存条件要求不高,可以在相对小的空间内大量繁殖;其次,果蝇的性成熟时间很短,10天左右即可由卵发育为成虫,一年可繁育30代!这比遗传学先驱孟德尔选择的豌豆要理想方便得多;最重要的是,果蝇只有4对8条染色体,且果蝇唾液腺细胞的染色体易于观察,研究起来更为简单。

在孟德尔定律(遗传因子的分离和自由组合定律)被重新发现的20世纪初,遗传学的发展受到了细胞学的大力促进。然而孟德尔所说的遗传因子究竟是什么东西大家仍众说纷纭。直到有人发现细胞核内的染色体数目在配子(生殖细胞)中的减数变化后,人们才逐渐将染色体与遗传联系在一起。而摩尔根的蝇室注定将是验证和发展孟德尔理论的最佳场所。

为了得到新的遗传性状,摩尔根和助手想尽办法折磨果蝇,他们用射线照射,用温度调节,加盐、加糖、改变酸碱度,甚至剥夺睡眠,一晃两年过去了,摩尔根终于在一群红眼果蝇中发现了一只白眼果蝇。经过摩尔根的精心照顾,这只白眼果蝇终于在临死前完成了交配,把白眼基因传递给了下一代。根据孟德尔定律,红眼相对于白眼是显性性状,那么白眼果蝇的下一代必然均为红眼,实验结果正是如此。而当这些白眼果蝇的子代相互杂交后,他们的后代中不出所料地再次出现了白眼果蝇,且红眼果蝇与白眼果蝇的数目比例大约为3/1。这一实验结果无可辩驳地证实了孟德尔豌豆杂交的结果,证明了孟德尔定律的正确性。

而摩尔根并未就此止步。在实验中,摩尔根发现,所有的白眼果蝇均为雄性,这与孟德尔的实验结果有所不同。而此前人们已经知道果蝇有一对染色体是决定性别的,那么白色雄性果蝇的出现意味着决定果蝇眼睛颜色的“遗传因子”恰恰位于果蝇的性染色体上。摩尔根将这种现象命名为基因的“连锁”,白眼果蝇实际上是一种伴性遗传。

此后,摩尔根与助手又发现了粉红色眼的果蝇(非伴性遗传),朱砂色眼的果蝇(伴性遗传),短翅果蝇(伴性遗传)等新的遗传性状。在研究短翅果蝇时,摩尔根注意到某些果蝇并未遵循严格的遗传规律,出现了一些本不应出现的红眼短翅果蝇和白眼正常翅果蝇。经过仔细考虑,摩尔根认为,之所以出现这些不符合遗传规律的果蝇,是因为不同染色体基因在遗传过程中出现了互换。两个基因在染色体上的距离越远,出现互换的几率就越大。根据这种几率,便可反推出染色体上基因的大致排列。这就是基因的互换定律。

摩尔根提出的基因连锁和互换定律发展了孟德尔的遗传学说,构筑了现代遗传学的基础。1928年,摩尔根的著作《基因论》问世,其本人则被称为“现代遗传学之父”。1933年,摩尔根凭借他在蝇室内的发现斩获了当年的诺贝尔医学奖,然而他本人并不喜欢这种庄重的场合,找个借口逃避了颁奖典礼。随后他将奖金分为三份,将其中两份寄给了自己的得力助手布里奇斯和斯特蒂文特。1945年,摩尔根病逝于美国加利福尼亚。

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