有问题就有答案
Q1：人类基因组计划为什么很难代替自然选择，完成国家基因库耗散结构开放系统，御防癌基因病的工作？
■人类基因组计划的研究现状与展望------发表日期：2004年3月30日 一、研究现状 1、人类基因组测序 1990年～1998年，人类基因组序列已完成和正在测序的共计约330Mb，占人基因组的11％左右；已识别出人类疾病相关的基因200个左右。此外，细菌、古细菌、支原体和酵母等17种生物的全基因组的测序已经完成。 值得一提的是，企业与研究部门的携手，将大大地促进测序工作的完成。美国的基因组研究所（The Institute of Genome Research, TIGR）与PE（Perkin-Elmar）公司合作建立新公司，三年内投资2亿美元，预计于2002年完成全序列的测定。这一进度将比美国政府资助的HGP的预定目标提前三年。美国加州的一家遗传学数据公司(Incyte)宣布（1998年〕，两年内测定基因组中的蛋白质编码序列以及密码子中的单核苷酸的多态性，最后将绘制一幅人的10万个基因的定位图。与Incyte公司合作的HGS（Human Genome Science）公司的负责人宣称，截止1998年8月，该公司已鉴定出10万多个基因（人体基因约为12万个），并且得到了95％以上基因的EST（expressed sequence tag）或其部分序列。 1998年9月14日美国国家人类基因组计划研究所（NHGRI）和美国能源部基因组研究计划的负责人在一次咨询会议上宣布，美国政府资助的人类基因组计划将于2001年完成大部分蛋白质编码区的测序，约占基因组的三分之一，测序的差错率不超过万分之一。同时还要完成一幅“工作草图”，至少覆盖基因组的90％，差错率为百分之一。2003年完成基因组测序，差错率为万分之一。这一时间表显示，计划将比开始的目标提前两年完成。 2、疾病基因的定位克隆 人类基因组计划的直接动因是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题。6000多个单基因遗传病和多种大面积危害人类健康的多基因遗传病的致病基因及相关基因，代表了对人类基因中结构和功能完整性至关重要的组成部分。所以，疾病基因的克隆在HGP中占据着核心位置，也是计划实施以来成果最显著的部分。 在遗传和物理作图工作的带动下，疾病基因的定位、克隆和鉴定研究已形成了，从表位→蛋白质→基因的传统途径转向“反求遗传学”或“定位克隆法”的全新思路。随着人类基因图的构成，3000多个人类基因已被精确地定位于染色体的各个区域。今后，一旦某个疾病位点被定位，就可以从局部的基因图中遴选出相关基因进行分析。这种被称为“定位候选克隆”的策略，将大大提高发现疾病基因的效率。 3、多基因病的研究 目前，人类疾病的基因组学研究已进入到多基因疾病这一难点。由于多基因疾病不遵循孟德尔遗传规律，难以从一般的家系遗传连锁分析取得突破。这方面的研究需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的 改进等方面进行艰苦的努力。近来也有学者提出，用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的激活或受抑。实际上，“癌肿基因组解剖学计划（Cancer Genome Anatomy Project,CGAP”就代表了在这方面的尝试。 4、中国的人类基因组研究 国际HGP 研究的飞速发展和日趋激烈的基因抢夺战已引起了中国政府和科学界的高度重视。在政府的资助和一批高水平的生命科学家带领下，我国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室，组建了北京、上海人类基因组研究中心。有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和建立了一批基因组研究中的新技术。中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了较大进展。 首先建立了寡核苷酸引物介导的人类高分辨染色体显微切割和显微基因克隆技术；已建立的17种染色体特异性DNA文库和24种染色体区特异性DNA文库及其探针；构建了人X染色体YAC图谱，已完成了人X染色体Xp11.2-p21.3跨度的约35cM STS－YAC图谱的构建；建立了YAC－cDNA筛选技术。 目前的研究工作还包括: 疾病和功能相关新基因的分离、测序和克隆的技术和方法学的创新研究；中国少数民族HLA分型研究及特种基因的分析； 人胎脑cDNA文库的构建和新基因的克隆研究。 中国是世界上人口最多的国家，有56 个民族和极为丰富的病种资源，并且由于长期的社会封闭，在一些地区形成了极为难得的族群和遗传隔离群，一些多世代、多个体的大家系具有典型的遗传性状，这些都是克隆相关基因的宝贵材料。但是，由于我国的HGP 研究工作起步较晚、底子薄、资金投入不足，缺乏一支稳定的、高素质的青年生力军， 我国的HGP 研究工作与国外近年来的惊人发展速度相比，差距还很大，并且有进一步加大的危险。如果我们在这场基因争夺战中不能坚守住自己的阵地，那么在21 世纪的竞争中我们又将处于被动地位：我们不能自由地应用基因诊断和基因治疗的权力，我们不能自由地进行生物药物的生产和开发，我们亦不能自由地推动其他基因相关产业的发展。 二、展望 1、生命科学工业的形成 由于基因组研究与制药、生物技术、农业、食品、化学、化妆品、环境、能源和计算机等工业部门密切相关，更重要的是基因组的研究可以转化为巨大的生产力，国际上一批大型制药公司和化学工业公司大规模纷纷投巨资进军基因组研究领域，形成了一个新的产业部门，即生命科学工业。 世界上一些大的制药集团纷纷投资建立基因组研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合资组建了Novartis 公司，并斥资2.5亿美元建立研究所，开展基因组研究工作。Smith Kline 公司花1.25亿美元加快测序的进度，将药物开发项目的25％建立在基因组学之上。Glaxo-Wellcome 在基因组研究领域投入4，700万美元，将研究人员增加了一倍。 大型化学工业公司向生命科学工业转轨。孟山都公司早在1985年就开始转向生命科学工业。至1997年，该公司向生物技术和基因组研究的投入已高达66亿美元。1998年4月，杜邦公司宣布改组成三个实业单位，由生命科学领头。1998年5月，该公司又宣布放弃能源公司Conaco，将其改造成一家生命科学公司。Dow化学公司用9亿美元购入Eli Lilly公司40％的股票，从事谷物和食品研究，后又成立了生命科学公司。Hoechst公司则出售了它的基本化学品部门，转项投资生物技术和制药。 传统的农业和食品部门也出现了向生物技术和制药合并的趋势。Genzyme Transgenics 公司培养出的基因工程羊能以较高的产量生产抗凝血酶III，一群羊的酶产量相当于投资1.15亿美元工厂的产量。据估计，转基因动物生产的药物成本是大规模细胞培养法的十分之一。一些公司还在研究生产能抗骨质疏松的谷物，以及大规模生产和加工基因工程食品。 能源、采矿和环境工业也已在分子水平上向基因组研究汇合。例如，用产甲烷菌Methanobacterium 作为一种新能源。用抗辐射的细菌Deinococcus radiorans清除放射性物质的污染，并在转入tod基因后，在高辐射环境下清除多种有害化学物质的污染。 2、功能基因组学 人类基因组计划当前的整体发展趋势是什么？一方面，在顺利实现遗传图和物理图的制作后，结构基因组学正在向完成染色体的完整核酸序列图的目标奋进。另一方面，功能基因组学已提上议事日程。人类基因组计划已开始进入由结构基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程。在功能基因组学研究中，可能的核心问题有：基因组的表达及其调控、基因组的多样性、模式生物体基因组研究等。 （1）基因组的表达及其调控 1）基因转录表达谱及其调控的研究 一个细胞的基因转录表达水平能够精确而特异地反映其类型、发育阶段以及反应状态，是功能基因组学的主要内容之一。为了能够全面地评价全部基因的表达，需要建立全新的工具系统，其定量敏感性水平应达到小于1个拷贝/细胞，定性敏感性应能够区分剪接方式，还须达到检测单细胞的能力。近年来发展的DNA微阵列技术，如DNA芯片，已有可能达到这一目标。 研究基因转录表达不仅是为了获得全基因组表达的数据，以作为数学聚类分析。关键问题是要解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络的机制。网络概念对于生理和病理条件下的基因表达调控都是十分重要的。一方面，大多数细胞中基因的产物都是与其它基因的产物互相作用的；另一方面，在发育过程中大多数的基因产物都是在多个时间和空间表达并发挥其功能，形成基因表达的多效性。在一个意义上，每个基因的表达模式只有放到它所在的调控网络的大背景下，才会有真正的意义。进行这方面的研究，有必要建立高通量的小鼠胚胎原位杂交技术。 2）蛋白质组学研究 蛋白质组学研究是要从整体水平上研究蛋白质的水平和修饰状态。目前正在发展标准化和自动化的二维蛋白质凝胶电泳的工作体系。首先用一个自动系统来提取人类细胞的蛋白质，继而用色谱仪进行部分分离，将每区段中的蛋白质裂解，再用质谱仪分析，并在蛋白质数据库中通过特征分析来认识产生的多肽。 蛋白质组研究的另一个重要内容是建立蛋白质相互关系的目录。生物大分子之间的相互作用构成了生命活动的基础。组装基因组各成分间的详尽作图已在T7噬菌体（55个基因）获得成功。如何在模式生物（如酵母）和人类基因组的研究中建立自动方法，认识不同的生化通路，是值得探讨的问题。 3）生物信息学的应用 目前，生物信息学已大量应用于基因的发现和预测。然而，利用生物信息学去发现基因的蛋白质产物的功能更为重要。模式生物体中越来越多的蛋白质构建编码单位被识别，无疑为基因和蛋白质同源关系的搜寻和家族的分类提供了极其宝贵的信息。同时，生物信息学的算法、程序也在不断改善，使得不仅能够从一级结构，也能从估计结构上发现同源关系。但是，利用计算机模拟所获得的理论数据，还需要经过实验经过的验证和修正。 （2）基因组多样性的研究 人类是一个具有多态性的群体。不同群体和个体在生物学性状以及在对疾病的易感性与抗性上的差别，反映了进化过程中基因组与内、外部环境相互作用的结果。开展人类基因组多样性的系统研究，无论对于了解人类的起源和进化，还是对于生物医学均会产生重大的影响。 1）对人类DNA的再测序 可以预测，在完成第一个人类基因组测序后，必然会出现对各人种、群体进行再测序和精细基因分型的热潮。这些资料与人类学、语言学的资料项结合，将有可能建立一个全人类的数据库资源，从而更好地了解人类的历史和自身特征。另外，基因组多样性的研究将成为疾病基因组学的主要内容之一，而群体遗传学将日益成为生物医药研究中的主流工具。需要对各种常见多因素疾病（如高血压、糖尿病和精神分裂症等）的相关基因及癌肿相关基因在基因组水平进行大规模的再测序，以识别其变异序列。 2）对其它生物的测序 对进化过程各个阶段的生物进行系统的比较DNA测序，将揭开生命35亿年的进化史。这样的研究不仅能勾画出一张详尽的系统进化树，而且将显示进化过程中最主要的变化所发生的时间及特点，比如新基因的出现和全基因组的复制。 认识不同生物中基因序列的保守性，将能够使我们有效地认识约束基因及其产物的功能性的因素。对序列差异性的研究则有助于认识产生大自然多样性的基础。在不同生物体之间建立序列变异与基因表达的时空差异之间的相关性，将有助于揭示基因的网络结构。 （3）开展对模式生物体的研究 1）比较基因组研究 在人类基因组的研究中，模式生物体的研究占有极其重要的地位。尽管模式生物体的基因组的结构相对简单，但是它们的核心细胞过程和生化通路在很大程度上是保守的。这项研究的意义是：1〕有助于发展和检验新的相关技术，如大规模测序、大规模表达谱检验、大规模功能筛选等；2〕通过比较和鉴定，能够了解基因组的进化，从而加速对人类基因组结构和功能的了解；3〕模式生物体间的比较研究，为阐明基因表达机制提供了重要的线索。 目前对于基因组总体结构组成方面的知识，主要来源于模式生物体的基因组序列分析。通过对不同物种间基因调控序列的计算机分析，已发现了一定比例的保守性核心调控序列。根据这些序列建立的表达模式数据库对破译基因调控网络提供了必要的条件。 2）功能缺失突变的研究 识别基因功能最有效的方法，可能是观察基因表达被阻断后在细胞和整体所产生的表型变化。在这方面，基因剔除方法（knock-out）是一项特别有用的工具。目前。国际上已开展了对酵母、线虫和果蝇的大规模功能基因组学研究，其中进展最快的是酵母。欧共体为此专门建立了一个称为EUROFAN(European Functional Analysis Network)的研究网络。美国、加拿大和日本也启动了类似的计划。 随着线虫和果蝇基因组测序的完成，将来也可能开展对这两种生物的类似性研究。一些突变株系和技术体系建立后，不仅能够成为研究单基因功能的有效手段，而且为研究基因冗余性和基因间的相互作用等深层次问题奠定了基础。小鼠作为哺乳动物中的代表性模式生物，在功能基因组学的研究中展有特殊的地位。同源重组技术可以破坏小鼠的任何一个基因，这种方法的缺点是费用高。利用点突变、缺失突变和插入突变造成的随机突变是另一中可能的途径。对于人体细胞而言，建立反义寡核苷酸和核酶瞬间阻断基因表达的体系可能更加合适。蛋白质水平的剔除术也许是说明基因功能最有力的手段。利用组合化学方法有望生产出化学剔除试剂，用于激活或失活各种蛋白质。 总之，模式生物体的基因组计划为人类基因组的研究提供了大量的信息。今后，模式生物体的研究方向是将人类基因组8～10万个编码基因的大部分转化为已知生化功能的多成分核心机制。而要获得酶一种人类进化保守性核心机制的精细途径，以及它们的紊乱导致疾病的各种途径的知识，将只能来自对人类自身的研究。 通过功能基因组学的研究，人类最终将将能够了解哪些进化机制已经确实发生，并考虑进化过程还能够有哪些新的潜能。一种新的解答发育问题的方法可能是，将蛋白质功能域和调控顺序进行重新的组合，建立新的基因网络和形态发生通路。也就是说，未来的生物科学不仅能够认识生物体是如何构成和进化的，而且更为诱人的是产生构建新的生物体的可能潜力。
Q2：遗传学的发展规律历程是怎么样的?
遗传规律 遗传病或人类遗传性状在上下代之间的传递一般遵循以下规律： （一）分离律 (law of segregation) 在生殖细胞形成过程中，等位基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞中，这一规律称为分离律，是由奥地利著名遗传学家孟德尔于 1865年通过豌豆杂交实验所发现，又称孟德尔第一定律。100多年来，这一规律被用来解释许多人类遗传病和性状的遗传规律。 （二）自由组合律 (law of independent assortment) 孟德尔在总结一对相对性状遗传规律的基础上，进一步研究了两对以上相对性状的遗传。发现以下规律 : 两对或两对以上的等位基因位于非同源染色体的不同位点时,在生殖细胞形成过程中，非等位基因独立行动，可分可合，有均等机会组合到同一个生殖细胞中。这是由于在形成配子的减数分裂过程中，同源染色体要相互分离，非同源染色体随机组合进入不同的配子中。自由组合律又称孟德尔第二定律。 （三）连锁与互换规律 (law of linkage and crossing-over) 自由组合律主要针对非同源染色体上的非等位基因的遗传规律。但许多基因位于同一染色体上，这一现象称为基因连锁。 1909年美国遗传家摩尔根及其学生在孟德尔定律基础上，利用果蝇进行的杂交实验，揭示了位于同源染色体上不同座位的两对以上等位基因的遗传规律，即著名的连锁与互换规律。其基本内容是：生殖细胞形成过程中，位于同一染色体上的基因是连锁在一起，作为一个单位进行传递，称为连锁律。在生殖细胞形成时，一对同源染色体上的不同对等位基因之间可以发生交换，称为交换律或互换律。 连锁和互换是生物界的普遍现象，也是造成生物多样性的重要原因之一。一般而言，两对等位基因相距越远，发生交换的机会越大，即交换率越高；反之，相距越近，交换率越低。因此，交换率可用来反映同一染色体上两个基因之间的相对距离。以基因重组率为 1%时两个基因间的距离记作1厘摩（centimorgan，cM）。
Q3：
Q4：遗传变异与人类进化
人类会说话源于基因变异 据英国广播公司（BBC）网站2002年8月27日报道，继去年10月第一个语言基因FOXP2的研究成果在《自然》杂志上发表之后，部分科学家以老鼠、猴子及人类为实验对象，研究“FOXO2”基因在不同物种中是否有不同的表现，并进一步论证语言与人类文明发展的关联。 结果令人惊讶：语言源于“FOXO2”基因的变异，人类会说话是个“意外”。 由德国莱比锡市马普人类进化研究所的遗传学家斯万特·帕博（Svante Pbo）率领的小组与英国研究者进行合作，着手追溯“FOXO2”基因的进化历史。他们测定了一些灵长类诸如黑猩猩、大猩猩、猩猩和猕猴及小鼠的“FOXP2”基因，并与人类“FOXP2”基因序列进行比较。 该研究小组在2002年8月14日的《自然》杂志网络版上报告说，人类与小鼠最近的共同祖先生活在大约7000万年以前，从那时到现在，“FOXP2”基因蛋白质的氨基酸序列上只产生了3处变化。其中2处变化发生在约600万年前人类支系与黑猩猩分离以后。 基因掌握着蛋白质形成的“密码”，而蛋白质是生物体中一切运动的杠杆和传动装置。“FOXP2”基因上的变异明显改变了相关蛋白质的形态，因此，某种程度上使得变异基因赋予人类祖先更高水平的控制嘴和喉咙肌肉的能力，从而使他们能够发出更丰富、更多变的声音，为语言的产生打下了良好的基础。 “FOXP2”的基因存在于所有哺乳动物，而该基因的变异使人类能够区别于黑猩猩，黑猩猩这个人类的远亲就只能掌握较少的语言了。 科学家发现，“FOXP2”基因关键片断上共有715个分子。其中，老鼠只有3个分子，黑猩猩更少，才2个。别小看这极其微小的差别，它却产生了深远的影响。 基因的变异在自然界中非常普遍。它主要是由于细胞的复制机制出了问题而引起的。大多数的变异是有害无益的，但也有意外的情况。这种“偶尔的意外”因为它的先进性而得以在人类进化中迅速传播。“FOXP2”就是例证之一。 德国科学家们指出，这种变异正好发生在20万年前解剖学意义上的现代人出现的时候，此后，现代人就取代了原始祖先，并排挤掉其他原始的竞争对手，主宰了地球。如果说进化论是生物学大厦的基础，它使得多姿多彩的生物界统一了起来，那么遗传学就是生物学大厦的主楼，连接着生物学的其他分支：分类学、形态学、生理学、发育生物学、生态学和进化论生物学。这是因为遗传是生命主要的特征，遗传的机理乃是一切生命现象的核心。然而有趣的是，生物学大厦的建筑却违背了常规，它先是未打地基在四周盖了几幢小楼，然后才开始奠基，最后才建筑中心主楼。分类学、形态学、生理学和发育生物学（胚胎学）都已有了数百年乃至几千年的漫长历史，而进化论以及与之相关的生态学和进化生物学却迟至十九世纪中叶才建立（以1859年《物种起源》的发表为标志），而遗传学的创建，又晚了40年（以1900年孟德尔定律被重新发现为标志）。 遗传学的建立为什么如此艰难？这似乎是很奇怪的事。遗传与变异是相当直观的现象，人类自古以来就已注意到。人类培育、养殖动植物，已有上万年的历史。所有的动植物育种，不管是通过人工选择还是杂交，都是因为已意识到优良的变异能够遗传。早在公元前六世纪，《越绝书》就说过“桂实生桂，桐实生桐”，东汉思想家王充则在《论衡》中做了一个普遍性归纳：“万物生于土，各似本种。”甚至还谈到了变异：“瑞物皆起和气而生，生于常类之中，而有诡异之性。”就是说，那些奇形怪状的所谓“瑞物”，不过是常类的变异而已。但是科学研究不能仅仅停留于对表面现象的描述、归纳，更重要的，必须探究现象背后的原因，试图做出解释，而这首先要知道问问题。能提出恰当的问题，是寻找正确答案的第一步。对遗传现象来说，必须提出的主要问题是： 遗传是否存在物质基础？ 遗传的物质基础是什么？ 遗传物质是如何传递的？ 遗传和环境的关系如何？ 古希腊哲人比古中国哲学的高明之处，就在于他们能够提出问题并试图做出理性的解释。遗传学就象几乎所有的科学学科，最终都可以追溯到古希腊。但是与现代科学不同，古希腊的原始科学并不重视实证，而处于思辨的状态。古希腊思想家所思考的问题，有时根据的不过是出于传闻。比如，据传说，有一群麦克罗色法利人，以头长为高贵，因此他们的父母在新生儿的头骨还柔软的时候，习惯将其尽量拉长，结果麦克罗色法利人都有长脑袋。在公元前410年左右，希波克拉底据此做了一番推测： “该性状起初是通过人工的方法而获得的，但是随着时间的推移，它会成为可遗传的性状，人工的方法就没有必要了。种子来自身体的所有部位，健康的种子来自健康的部位，有病的种子来自有病的部位。因此，如果秃头的父母通常有秃头的孩子，灰色眼睛的父母有灰色眼睛的孩子，那么，长头的父母为什么就不应该有长头的孩子呢。” 希波克拉底在这里提出了遗传学史上的三个重要观念：一、遗传有物质基础，而且是以看不见的颗粒形式（“种子”）传递的。二、泛生论，即认为身体的每个部位都提供了遗传颗粒。遗传物质来自于整个肉体。三、后天获得性能够遗传。这个观念虽然常常与18－19世纪的法国博物学家拉马克联系在一起，其实是一个很古老的观念。在这些观念中，颗粒性遗传是正确的，而泛生论和后天获得性遗传则是错误的。后两者其实是不可分的，如果相信后天获得性能够遗传（从前的人或多或少都相信），那么只能用泛生论来解释。 大约一个世纪后，亚里士多德（公元前384－322）对希波克拉底提出的遗传问题做了进一步的探讨。他列举了支持和反对泛生论的证据之后，认为反对的理由更充分。主要的反对理由是：一、象头发、指甲这类死组织怎么可能也产生种子？二、子女不光是继承了父母的身体特征，也能继承声音、步法等行为特征，行为怎么可能产生种子呢？三、还没有长胡子或白头发的年轻父亲生下的儿子以后却会变成长胡子或白头发，胡子和白头发的种子又从哪里来？四、子女有时不像父母，却象他们的远祖，远祖的这些性状在父母中没有，所以父母也不可能产生携带这些性状的种子。五、将植物的某些部分去掉后，其后代仍然能长出这些部分，而且象其亲本，说明这些部分的遗传并不是来自它们本身产生的种子。六、如果身体的每个部分都产生了代表它的种子，而子女同时从父母继承了这些种子，那么他们就应该有两个头，四根胳膊，四条腿，等等。 这些理由未必是很有说服力的，泛生论并没有遭受重大的打击。但是亚里士多德由此得出的结论却值得注意：“为什么我们不直接了当地承认精液是用于形成血肉的，而它本身并非就是血肉？”或者说，他持有的是一种后来被称为“渐成论”的正确观点，这是相当了不起的——甚至在二千年后还有科学家相信预成论，认为精子是具体而微的完整的小人。亚里士多德不仅确认了遗传有物质基础，遗传物质就在精液之中，而且做了个非常重要的区分：父母遗传给子女的，并不是性状本身，而是能够发育出这些性状的因素。这个因素我们现在叫做遗传信息，亚里士多德把它叫做形式因。但是，亚里士多德认为只有雄性的精液才提供了形式因，而与之对应的雌性生殖物质（他认为是月经）不过是质料因，即提供由形式因塑造的原料。亚里士多德认为遗传主要由雄性决定，雌雄的地位不平等，这是他的遗传学说的一大缺陷。 尽管古希腊的思想家对遗传的解释还相当模糊，全都存在重大的缺陷，但是他们不把遗传看做神秘的现象，而认为存在着客观的规律，是可以研究的一门学科，这种理念，才是他们对遗传学的最大贡献。但是随着基督教在西方占据了统治地位，西方进入了黑暗的中世纪，几乎所有的科学研究都终止了。遗传学的理论探讨在亚里士多德之后的两千年间可以说一无长进。文艺复兴之后西方的科学研究开始复苏，在18－19世纪，博物学家对动植物的遗传与变异做了大量观察，植物学家也热衷于做杂交试验，为遗传学的建立积累了丰富的材料，遗传的理论问题再次被提了出来。达尔文在1868年正式发表的泛生论对遗传学创立之前的遗传理论成果做了最好总结，是遗传学史前期最精致的一个假说。 达尔文对遗传变异的研究，是研究进化论的必然延伸。达尔文的自然选择学说认为生物进化的主要因素，是由于在生物个体中存在形形色色的变异，那些能够适应环境的优良变异在后代中得到保留，不能适应环境的劣质变异则被淘汰，长期选择的结果，使得生物出现适应环境的进化。但是，如果新的变异不能不断地产生，那么自然选择就失去了材料，在大多数变异都被淘汰之后，进化就会停止。变异是如何产生的？优良的变异又如何能保留、传播？当时的遗传知识无法回答这些问题，其答案甚至与自然选择学说相冲突。当时的人们普遍相信融合遗传，认为后代是父母性状（或者说血缘）融合的结果，比如黑人和白人通婚后生下的小孩肤色介于中间，如果一个白人到黑人部落生活、繁衍，他的后代的肤色会变得越来越黑，白肤色这种性状最终会消失。同理可证，一个适应环境的优秀变异也会一代一代地被其他变异稀释掉，而无法得到传播。我们现在知道融合遗传是错误的，是数量遗传（由多个基因决定的性状）造成的假象，基因本身是不会被稀释掉的。但是达尔文却为此苦恼终身。 在达尔文的晚年，他的主要精力都用于思考、研究遗传与变异的问题。他擅长的研究方法是归纳法，收集尽量多的有关事实，从中归纳出一些结论，然后提出一个假说来解释所有的结论。达尔文用这个方法成功地创建了自然选择学说。他决定对遗传学的遗传问题也如法炮制。在《动植物在家养条件下的变异》（1868）这部两卷本的大部头著作中，达尔文收集了当时最为完备的有关动植物遗传与变异的资料，并逐一做了归纳推理。 在当时并不是所有的人都相信生物的变异是遗传的，许多人认为变异主要是由于环境引起的。达尔文收集了大量的证据证明后代不仅总体上与父母相似，而且有一些很特别的性状能够一代一代地传下去。比如有一个家庭，连续四代有人生下来不久就患鱼鳞藓，而且只限于男性成员，由偶然因素引起的概率微乎其微。因此达尔文得出结论说，至少有些变异是能够遗传的。遗传必定有其物质基础。 由于在体外授精的动物中，卵和精子是联结上、下代的唯一物质，因此所有的遗传物质必定包含于卵和精子之中，并通过卵和精子传递。 但是有的生物，比如水螅，同时存在有性繁殖和无性繁殖的方式，经由发芽长出的水螅和受精卵长出的水螅完全相同，这说明遗传物质不可能只存在于卵和精子中，其他细胞也可能有。此外，许多动物和植物都有再生现象，能够重新长出损失的器官，这说明许多甚至可能全部的体细胞也都包含有遗传物质。 达尔文对隔代遗传和返祖现象特别感兴趣。祖父母辈的某个特征在父母之中不存在，在孙辈却重现。有时候，孩子能够出现远祖才有的某个特征。这说明遗传物质能够处于隐藏状态，而且是较为永恒和稳定的。达尔文甚至触及了现代遗传学的一个核心观念。他指出，在杂交时，第一代往往表现为亲代特征的混合，而第二代有时却又不同程度地表现出亲代双方或一方的特征。这说明第一代的混合特征并不是由于遗传物质的融合导致，而是由极细微的遗传物质颗粒镶嵌而成的，在第二代中又分开了，也就是说，融合遗传至少并不总是成立的。 由于遗传物质是一代代地传递的，那么必定存在着对遗传物质进行复制的某种机制。又由于新的变异能够突然出现，那么遗传物质又是可以被改变的。 以上这些观察、归纳和结论都是正确和基本正确的。但是达尔文也相信了某些错误的观察结果，从而得出了错误的结论，最终危及了他的遗传学说。 尽管达尔文认为器官受损一般来说不能遗传，比如犹太人已对男孩实施割礼数千年，而犹太男孩出生时还是有包皮。但是达尔文又提到有一些观察表明器官受损能够遗传，比如有一头母牛由于事故化脓感染失去了一根牛角，结果她生下的三头牛犊在同一侧都没有角。这些观察有很权威的来源，使达尔文无法否定其真实性，因此他认为对器官受损是否能遗传，无法有确定的结论。事实上，达尔文一直相信某种程度上的后天获得性能够遗传，在晚年这个倾向越严重。他需要 用后天获得性的遗传来解释新变异的产生，而让自然选择来从事剩下的挑选工作。但是他没有意识到的是，如果后天获得性能够遗传，又何必依赖自然选择的挑选？ 他相信某些育种学家所说的，单个的花粉不能使植物授精，而必须有几个花粉才行。这使他误以为在遗传时雄性配子和雌性配子不存在一配一的关系，而无法进行定量的研究，尽管他自己在做金鱼草杂交实验时，也得到了3：1这个“孟德尔比例”，却完全忽略了其中所隐含的定律。 他相信动物育种学家所普遍相信的，一头纯种的母畜在与不纯的公畜交配后，其血缘就受到了污染，即使以后再跟纯种公畜交配生子，后代也不纯。他提到，摩顿勋爵有一头阿拉伯栗毛母马，与一头南非斑驴（一种斑马，现已灭绝）交配后，生下的后代在形态上介于阿拉伯马和南非斑驴之间，这并不奇怪。但是这头母马后来被送到另一个牧场与一头阿拉伯公马交配，生下的马驹在腿部却有斑纹，就象是与南非斑驴的杂种一样，这就比较奇怪了。达尔文把这称做“迟滞遗传”，认为母马的遗传已被南非斑驴的精液所污染。我们现在知道并非如此，阿拉伯马本身就存在腿部有斑纹这种变异。但是达尔文不知道有这样的变异存在，他对“血缘污染”现象的接受，成了他的遗传学说的一个致命伤。 达尔文将这些或真或假的结论全综合在一起，用一个他谨慎地称之为“临时性的泛生假说”来解释。这个假说认为每一种器官，每一种细胞都能产生一种极其细小的颗粒“微芽”决定着生物的遗传和发育，即心脏能产生心脏微芽，眼睛能产生眼睛微芽，等等。这些微芽能在体内各部分传输，所以所有的细胞，包括精子和卵，也都含有所有种类的微芽。父母的生殖细胞收集了所有种类的微芽，然后在授精时结合起来一起传给下一代。鱼鳞藓病患者产生了鱼鳞藓微芽传给下代，所以其后代也天生就得鱼鳞藓。后代的性状表现为父母的融合，是由于父母微芽混合的结果。有时父母一方的性状较明显，是由于其微芽有某种优势。由于体细胞也含有整套的微芽，所以无性繁殖和再生能够发生。隔代遗传和返祖现象是由于休眠的微芽复苏。某种遗传病较多地在某个性别表现出来的性连锁遗传现象是由于该遗传病的微芽在这个性别有优势。人工选择是可能的，因为人们在选择某种可望得到的性状时，实际上是选择、累积了代表这种性状的微芽。器官损伤一般是不能遗传的，因为在器官受损之前，该器官产生的微芽已遍布全身，送到生殖细胞了。那些能够遗传的器官损伤，似乎都与病变（比如化脓）有关，可能是由于病变能够把该部位原先产生的微芽都吸引来聚而歼之。环境能够刺激体细胞产生新的微芽，这些新微芽又能送到生殖细胞遗产给下一代，所以后天获得性能够遗传。微芽又能够传染，当斑驴与母马交配时，其精液中包含的微芽不仅传给了下一代，也进入了母马的卵巢，污染了母马的血缘，所以以后母马与公马的后代还携带着斑驴的微芽。 就这样，达尔文用泛生论成功地解释了当时所知的所有遗传现象，这并不奇怪，因为这个假说本来就是为了解释所有的这些遗传现象而发明出来的。可惜的是这些遗传现象中有的是虚假的，这就使得这个看上去很完美的解释也变得虚假。用归纳法得来的结论很容易被相反的现象否证，何况它所归纳的现象中有的根本就靠不住呢？达尔文的表弟高尔顿对这个泛生假说不以为然，做了个实验加以否证。他将黑毛兔子的血抽出来输入到银灰毛兔子的身体中，让这些银灰毛兔子互相交配。如果泛生论是正确的，那么我们预计这些银灰毛兔子的后代的毛色应该会变得深一些，然后结果并非如此。高尔顿向达尔文报告说，他通过这个实验已否证了表哥的泛生论。达尔文有点生气地回答：他从来没说过微芽是通过血液传输的，微芽也不能是通过血液传输的，因为有许多生物并没有血液循环；所以这个实验不能否证泛生论，最多说明微芽是通过血液循环之外的途径传播的。在1909年，有两名科学家做了进一步的实验，使得连这样的辩解也无效。他们将一只未成熟的黑色豚鼠的卵巢移植到一只切除了卵巢的白色豚鼠中，然后将这只白色豚鼠和一只未经白色雄豚鼠交配，连续三窝的后代的皮毛都是黑色的。这说明除了卵巢，身体的其他部位对遗传没有任何影响。泛生论至此被完全否定，这时达尔文已逝世多年了。 为什么用同样的研究方法所得到的自然选择学说是一个伟大的成功，而泛生论却是一个失败呢？为什么科学史上最伟大的人物之一在为生物学的创立贡献了如此之多的成果之后却在遗传问题上失手呢？自然选择定律就象经典物理定律一样简明而美丽，以致赫胥黎在读完《物种起源》后，感叹道：“此前没有想到它，是多么的愚蠢！”但是遗传学却没有这么幸运。生物的遗传是极其复杂的现象，再伟大的人物，也不可能以一己之力，面面俱到、一蹴而就地完成遗传学的理论建造。雄心勃勃的大理论是注定要失败的。遗传学需要有一个更为谦卑的开端。遗传学的创建，需要先从一个具体的问题入手，做细致的分析，而不是大而无当的综合。在当时几乎无人知道的是，一个相信进化论的天主教修道士，同样为了解决进化的遗传问题，在修道院的花园默默地做着豌豆杂交的实验，而且早在1865年，即达尔文提出泛生假说的前三年，就已经在当地的一次学术会议上报告了他的发现。但是这个划时代的发现看上去非常的不起眼，以致毫无反响。遗传学事实上早已诞生，然而其基本观念与时代风气是如此的格格不入，却注定还要被遗忘35年。
Q5：
Q6：有关DNA！！
DNA(英文中脱氧核糖核酸的缩写)，又称脱氧核糖核酸，是染色体的主要化学成分，也是由基因组成的，有时被称为“遗传粒子”。脱氧核糖核酸是一种分子，可以构成遗传指令来指导生物发育和生命功能。主要功能是长期信息存储，可以比作“蓝图”或“食谱”。在细胞中构建其他化合物，如蛋白质和核糖核酸，需要包含的说明。带有遗传信息的DNA片段被称为基因，与其他DNA序列一样，其中一些直接通过自身结构发挥作用，另一些则参与调控遗传信息的表达。聚合物——脱氧核糖核酸链，也称为DNA，由单体脱氧核糖核酸聚合而成。在繁殖过程中，父母将自己的一部分DNA(通常是一半，也就是DNA的双链之一)转移给后代，从而完成性状的传播。因此，化学DNA将被称为“遗传粒子”。原核细胞的类细胞核是一种长的DNA分子。真核细胞的细胞核中有一条以上的染色体，每条染色体含有一条或两条DNA。然而，它们通常比原核细胞中的脱氧核糖核酸分子大，并与蛋白质结合。DNA分子的功能是储存决定物种性状的所有蛋白质和RNA分子的几乎所有遗传信息；对生物有机体在一定时间和空间内有序转录基因和表达蛋白质的所有程序进行编码和设计，完成定向发育；初步确定生物的独特特征和个性以及与环境相互作用时的所有应激反应。真核细胞的线粒体和叶绿体中除染色体DNA外，还存在少量结构不同的DNA。DNA病毒的遗传物质也是DNA，很少是RNA。DNA是一种长链聚合物，其组成单元称为核苷酸，糖和磷酸分子通过酯键连接形成其长链骨架。每个糖分子与四个碱基中的一个相连，这些碱基沿着长DNA链排列的序列可以形成遗传密码，这是蛋白质氨基酸序列合成的基础。读取密码的过程叫做转录，就是根据DNA序列复制一段叫做RNA的核酸分子。大多数核糖核酸携带合成蛋白质的信息，而另一些具有特殊功能，如rRNA、snRNA和siRNA。四链DNA Sundpuist和Klug在模拟一种原生动物棘球蚴的端粒DNA时，人工合成了一个DNA序列。发现模拟的富G单链DNA在一定条件下可以形成四链DNA结构。因此推测染色体端粒尾的单链之间形成四链体。康等通过实验证明，富含G的DNA也可以分别在晶体和溶液中形成四链体DNA结构。四链体DNA的基本结构单元是G-四链体，即在四链体的中心有一个被四个带负电荷的羧基氧原子包围的“口袋”。通过G-四链体的积累，可以在分子内部或分子之间形成右旋螺旋。与DNA双螺旋结构相比，G-四螺旋具有两个显著的特点：1 .它的稳定性取决于口袋中结合的阳离子种类，已知K离子的结合使四链螺旋最稳定。2.它的热力学和动力学性质非常稳定。目前，根据对一些生物的DNA序列分析，富含鸟嘌呤的DNA序列大多存在于一些功能和进化相当保守的基因组区域。多项研究表明，富含鸟嘌呤的DNA链形成的G-DNA可能是分子间相互识别的元素之一，在生物细胞中发挥着一些特殊的作用【编辑本段】【DNA复制】【DNA是遗传信息的载体，因此母体DNA必须以自身分子为模板精确复制成两个拷贝，并分发给两个拷贝。DNA的双链结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制精度非常重要。(1)半保守复制沃斯顿和DNA的Click在提出DNA双螺旋结构模型时研究了DNA的复制过程。他们发现，在DNA复制过程中，碱基之间的氢键首先被破坏(通过解旋酶)，双螺旋结构被拧开并分离，每条链都被用作模板来合成新的链
(2) DNA复制过程1。DNA双螺旋的解旋(1)单链DNA结合蛋白，SsbDNA蛋白(2)DNA解旋酶(3) DNA解链(2)冈崎片段和半不连续复制(3)复制的起始和终止(3)端粒和端粒酶1941年，印第安美国人人Mc Clintock提出了端粒假说，认为染色体末端一定存在特殊结构3354端粒。目前已知端粒至少有两个功能：保护染色体末端不受损伤，保持染色体稳定；与核纤维层连接定位染色体。【编辑本段】【DNA的理化性质】【DNA是大分子聚合物，DNA溶液是高粘度的大分子溶液。DNA可以吸收紫外线，当核酸变性后，吸光度增加。当变性核酸复性时，吸光度将恢复到原始水平。温度、有机溶剂、pH、尿素、酰胺等试剂都会引起DNA分子变性，即DNA双键之间的氢键断裂，双螺旋结构解开。DNA(脱氧核糖核酸)是指脱氧核糖核酸(染色体和基因的组成部分)脱氧核苷酸的聚合体，是染色体的主要组成部分。绝大多数遗传信息储存在DNA分子中。【编辑本段】【DNA的酶催化活性】20世纪90年代，Cuenoud等人发现DNA也具有酶催化活性。他们根据共有序列设计合成了由47个核苷酸组成的单链DNA——E47，可以催化两个底物DNA片段之间的连接。脱氧核糖核酸的双重功能挑战了“核糖核酸世界”的进化观点。【编辑本段】【分布与功能】原核细胞的染色体是一个很长的DNA分子。真核细胞的细胞核中有一条以上的染色体，每条染色体只含有一个DNA分子。然而，它们通常比原核细胞中的脱氧核糖核酸分子大，并与蛋白质结合。脱氧核糖核酸分子的功能是储存该物种的所有卵子。白质和RNA结构的全部遗传信息；策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间；确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。除染色体DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA。[编辑本段]【DNA的发现】 自从孟德尔的遗传定律被重新发现以后，人们又提出了一个问题：遗传因子是不是一种物质实体？为了解决基因是什么的问题，人们开始了对核酸和蛋白质的研究。 遗传学创始人孟德尔早在1868年，人们就已经发现了核酸。在德国化学家霍佩·赛勒的实验室里，有一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔（1844--1895），他对实验室附近的一家医院扔出的带脓血的绷带很感兴趣，因为他知道脓血是那些为了保卫人体健康，与病菌“作战”而战死的白细胞和被杀死的人体细胞的“遗体”。于是他细心地把绷带上的脓血收集起来，并用胃蛋白酶进行分解，结果发现细胞遗体的大部分被分解了，但对细胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析，发现细胞核中含有一种富含磷和氮的物质。霍佩·赛勒用酵母做实验，证明米歇尔对细胞核内物质的发现是正确的。于是他便给这种从细胞核中分离出来的物质取名为 “核素”，后来人们发现它呈酸性，因此改叫“核酸”。从此人们对核酸进行了一系列卓有成效的研究。 20世纪初，德国科赛尔（1853--1927）和他的两个学生琼斯（1865--1935）和列文（1869－－1940）的研究，弄清了核酸的基本化学结构，认为它是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成的。其中碱基有4种（腺瞟吟、鸟嘌吟、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有两种（核糖、脱氧核糖），因此把核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。 列文急于发表他的研究成果，错误地认为4种碱基在核酸中的量是相等的，从而推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成的四核苷酸，以此为基础聚合成核酸，提出了"四核苷酸假说"。这个错误的假说，对认识复杂的核酸结构起了相当大的阻碍作用，也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为，虽然核酸存在于重要的结构--细胞核中，但它的结构太简单，很难设想它能在遗传过程中起什么作用。 美国遗传学家摩尔根蛋白质的发现比核酸早30年，发展迅速。进入20世纪时，组成蛋白质的20种氨基酸中已有12种被发现，到1940年则全部被发现。 1902年，德国化学家费歇尔提出氨基酸之间以肽链相连接而形成蛋白质的理论，1917年他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。于是，有的科学家设想，很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。如果核酸参与遗传作用，也必然是与蛋白质连在一起的核蛋白在起作用。因此，那时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。 1928年，美国科学家格里菲斯（1877--1941）用一种有荚膜、毒性强的和一种无荚膜、毒性弱的肺炎双球菌对老鼠做实验。他把有荚病菌用高温杀死后与无荚的活病菌一起注人老鼠体内，结果他发现老鼠很快发病死亡，同时他从老鼠的血液中分离出了活的有荚病菌。这说明无荚菌竟从死的有荚菌中获得了什么物质，使无荚菌转化为有荚菌。这种假设是否正确呢？格里菲斯又在试管中做实验，发现把死了的有美菌与活的无荚菌同时放在试管中培养，无荚菌全部变成了有荚菌，并发现使无荚菌长出蛋白质荚的就是已死的有荚菌壳中遗留的核酸（因为在加热中，荚中的核酸并没有被破坏）。格里菲斯称该核酸为"转化因子"。 1944年，美国细菌学家艾弗里（1877--1955）从有美菌中分离得到活性的“转化因子”，并对这种物质做了检验蛋白质是否存在的试验，结果为阴性，并证明“转化因子”是DNA。但这个发现没有得到广泛的承认，人们怀疑当时的技术不能除净蛋白质，残留的蛋白质起到转化的作用。 美籍德国科学家德尔布吕克（1906--1981）的噬菌体小组对艾弗里的发现坚信不移。因为他们在电子显微镜下观察到了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是以细菌细胞为寄主的一种病毒，个体微小，只有用电子显微镜才能看到它。它像一个小蝌蚪，外部是由蛋白质组成的头膜和尾鞘，头的内部含有DNA，尾鞘上有尾丝、基片和小钩。当噬菌体侵染大肠杆菌时，先把尾部末端扎在细菌的细胞膜上，然后将它体内的DNA全部注人到细菌细胞中去，蛋白质空壳仍留在细菌细胞外面，再没有起什么作用了。进入细菌细胞后的噬菌体DNA，就利用细菌内的物质迅速合成噬菌体的DNA和蛋白质，从而复制出许多与原噬菌体大小形状一模一样的新噬菌体，直到细菌被彻底解体，这些噬菌体才离开死了的细菌，再去侵染其他的细菌。 1952年，噬菌体小组主要成员赫尔希（1908一）和他的学生蔡斯用先进的同位素标记技术，做噬菌体侵染大肠杆菌的实验。他把大肠杆菌T2噬菌体的核酸标记上32P，蛋白质外壳标记上35S。先用标记了的T2噬菌体感染大肠杆菌，然后加以分离，结果噬菌体将带35S标记的空壳留在大肠杆菌外面，只有噬菌体内部带有32P标记的核酸全部注人大肠杆菌，并在大肠杆菌内成功地进行噬菌体的繁殖。这个实验证明DNA有传递遗传信息的功能，而蛋白质则是由 DNA的指令合成的。这一结果立即为学术界所接受。 几乎与此同时，奥地利生物化学家查加夫（1905--）对核酸中的4种碱基的含量的重新测定取得了成果。在艾弗里工作的影响下，他认为如果不同的生物种是由于DNA的不同，则DNA的结构必定十分复杂，否则难以适应生物界的多样性。因此，他对列文的"四核苷酸假说"产生了怀疑。在1948－ 1952年4年时间内，他利用了比列文时代更精确的纸层析法分离4种碱基，用紫外线吸收光谱做定量分析，经过多次反复实验，终于得出了不同于列文的结果。实验结果表明，在DNA大分子中嘌吟和嘧啶的总分子数量相等，其中腺嘌吟A与胸腺嘧啶T数量相等，鸟嘌吟G与胞嘧啶C数量相等。说明DNA分子中的碱基A 与T、G与C是配对存在的，从而否定了"四核苷酸假说"，并为探索DNA分子结构提供了重要的线索和依据。 1953年4月25日，英国的《自然》杂志刊登了美国的沃森和英国的克里克在英国剑桥大学合作的研究成果：DNA双螺旋结构的分子模型，这一成果后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。 沃森（1928一）在中学时代是一个极其聪明的孩子，15岁时便进入芝加哥大学学习。当时，由于一个允许较早人学的实验性教育计划，使沃森有机会从各个方面完整地攻读生物科学课程。在大学期间，沃森在遗传学方面虽然很少有正规的训练，但自从阅读了薛定愕的《生命是什么？--活细胞的物理面貌》一书，促使他去"发现基因的秘密"。他善于集思广益，博取众长，善于用他人的思想来充实自己。只要有便利的条件，不必强迫自己学习整个新领域，也能得到所需要的知识。沃森22岁取得博士学位，然后被送往欧洲攻读博士后研究员。为了完全搞清楚一个病毒基因的化学结构，他到丹麦哥本哈根实验室学习化学。有一次他与导师一起到意大利那不勒斯参加一次生物大分子会议，有机会听英国物理生物学家威尔金斯（1916--）的演讲，看到了威尔金斯的DNAX射线衍射照片。从此，寻找解开DNA结构的钥匙的念头在沃森的头脑中索回。什么地方可以学习分析X射线衍射图呢？于是他又到英国剑桥大学卡文迪什实验室学习，在此期间沃森认识了克里克。 克里克（1916一2004）上中学时对科学充满热情，1937年毕业于伦敦大学。1946年，他阅读了《生命是什么？－活细胞的物理面貌》一书，决心把物理学知识用于生物学的研究，从此对生物学产生了兴趣。1947年他重新开始了研究生的学习，1949年他同佩鲁兹一起使用X射线技术研究蛋白质分子结构，于是在此与沃森相遇了。当时克里克比沃森大12岁，还没有取得博士学位。但他们谈得很投机，沃森感到在这里居然能找到一位懂得DNA比蛋白质更重要的人，真是三生有幸。同时沃森感到在他所接触的人当中，克里克是最聪明的一个。他们每天交谈至少几个小时，讨论学术问题。两个人互相补充，互相批评以及相互激发出对方的灵感。他们认为解决DNA分子结构是打开遗传之谜的关键。只有借助于精确的X射线衍射资料，才能更快地弄清DNA的结构。为了搞到DNAX射线衍射资料，克里克请威尔金斯到剑桥来度周末。在交谈中威尔金斯接受了DNA结构是螺旋型的观点，还谈到他的合作者富兰克林（1920一1958，女）以及实验室的科学家们，也在苦苦思索着DNA结构模型的问题。从1951年11月至1953年4月的18个月中，沃森、克里克同威尔金斯、富兰克林之间有过几次重要的学术交往。 1951年11月，沃森听了富兰克林关于DNA结构的较详细的报告后，深受启发，具有一定晶体结构分析知识的沃森和克里克认识到，要想很快建立 DNA结构模型，只能利用别人的分析数据。他们很快就提出了一个三股螺旋的DNA结构的设想。1951年底，他们请威尔金斯和富兰克林来讨论这个模型时，富兰克林指出他们把DNA的含水量少算了一半，于是第一次设立的模型宣告失败。 有一天，沃森又到国王学院威尔金斯实验室，威尔金斯拿出一张富兰克林最近拍制的“B型”DNA的X射线衍射的照片。沃森一看照片，立刻兴奋起来、心跳也加快了，因为这种图像比以前得到的“A型”简单得多，只要稍稍看一下“B型”的X射线衍射照片，再经简单计算，就能确定DNA分子内多核苷酸链的数目了。 克里克请数学家帮助计算，结果表明源吟有吸引嘧啶的趋势。他们根据这一结果和从查加夫处得到的核酸的两个嘌吟和两个嘧啶两两相等的结果，形成了碱基配对的概念。 他们苦苦地思索4种碱基的排列顺序，一次又一次地在纸上画碱基结构式，摆弄模型，一次次地提出假设，又一次次地推翻自己的假设。 沃森(左)和克里克有一次，沃森又在按着自己的设想摆弄模型，他把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然，他发现由两个氢键连接的腺膘吟一胸腺嘧啶对竟然和由3个氢键连接的鸟嘌吟一胞嘧啶对有着相同的形状，于是精神为之大振。因为嘌吟的数目为什么和嘧啶数目完全相同这个谜就要被解开了。查加夫规律也就一下子成了 DNA双螺旋结构的必然结果。因此，一条链如何作为模板合成另一条互补碱基顺序的链也就不难想象了。那么，两条链的骨架一定是方向相反的。 经过沃森和克里克紧张连续的工作，很快就完成了DNA金属模型的组装。从这模型中看到，DNA由两条核苷酸链组成，它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，很像一座螺旋形的楼梯，两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架，而踏板就是碱基对。由于缺乏准确的X射线资料，他们还不敢断定模型是完全正确的。 威尔金斯富兰克林下一步的科学方法就是把根据这个模型预测出的衍射图与X射线的实验数据作一番认真的比较。他们又一次打电话请来了威尔金斯。不到两天工夫，威尔金斯和富兰克林就用X射线数据分析证实了双螺旋结构模型是正确的，并写了两篇实验报告同时发表在英国《自然》杂志上。1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学和生理学奖，而富兰克林因患癌症于1958年病逝而未被授予该奖。 20世纪30年代后期，瑞典的科学家们就证明DNA是不对称的。第二次世界大战后，用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2nm。 DNA双螺旋结构被发现后，极大地震动了学术界，启发了人们的思想。从此，人们立即以遗传学为中心开展了大量的分子生物学的研究。首先是围绕着4 种碱基怎样排列组合进行编码才能表达出20种氨基酸为中心开展实验研究。1967年，遗传密码全部被破解，基因从而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明：基因实际上就是DNA大分子中的一个片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。在这个单位片段上的许多核苷酸不是任意排列的，而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的DNA，可以控制合成相应结构的蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。因此，基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上相继产生了基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等，这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福于人类。现代生物学的发展，愈来愈显示出它将要上升为带头学科的趋势。[编辑本段]【DNA重组技术的发展】 20世纪50年代，DNA双螺旋结构被阐明，揭开了生命科学的新篇章，开创了科学技术的新时代。随后，遗传的分子机理――DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、作为遗传的基本单位和细胞工程蓝图的基因以及基因表达的调控相继被认识。至此，人们已完全认识到掌握所有生物命运的东西就是DNA和它所包含的基因，生物的进化过程和生命过程的不同，就是因为DNA和基因运作轨迹不同所致。 知道DNA的重大作用和价值后，生命科学家首先想到能否在某些与人类利益密切相关的方面打破自然遗传的铁律，让患病者的基因改邪归正以达治病目的，把不同来源的基因片段进行“嫁接”以产生新品种和新品质……于是，一个充满了诱惑力的科学幻想奇迹般地成为现实。这是发生在20世纪70年代初的事情。 实现这一科学奇迹的科技手段就是DNA重组技术。1972年，美国科学家保罗?伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子，标志着DNA重组技术――基因工程作为现代生物工程的基础，成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。 DNA重组技术的具体内容就是采用人工手段将不同来源的含某种特定基因的DNA片段进行重组，以达到改变生物基因类型和获得特定基因产物的目的的一种高科学技术。 到了20世纪70年代中后期，由于出现了工程菌以及实现DNA重组和后处理都有工程化的性质，基因工程或遗传工程作为DNA重组技术的代名词被广泛使用。现在，基因工程还包括基因组的改造、核酸序列分析、分子进化分析、分子免疫学、基因克隆、基因诊断和基因治疗等内容。可以说，DNA重组技术创立近 30多年来所获得的丰硕成果已经把人们带进了一个不可思议的梦幻般的科学世界，使人类获得了打开生命奥秘和防病治病“魔盒”的金钥匙。 目前，DNA重组技术已经取得的成果是多方面的。到20世纪末，DNA重组技术最大的应用领域在医药方面，包括活性多肽、蛋白质和疫苗的生产，疾病发生机理、诊断和治疗，新基因的分离以及环境监测与净化。 许多活性多肽和蛋白质都具有治疗和预防疾病的作用，它们都是从相应的基因中产生的。但是由于在组织细胞内产量极微，所以采用常规方法很难获得足够量供临床应用。 基因工程则突破了这一局限性，能够大量生产这类多肽和蛋白质，迄今已成功地生产出治疗糖尿病和精神分裂症的胰岛素，对血癌和某些实体肿瘤有疗效的抗病毒剂――干扰素，治疗侏儒症的人体生长激素，治疗肢端肥大症和急性胰腺炎的生长激素释放抑制因子等100多种产品。 基因工程还可将有关抗原的DNA导入活的微生物，这种微生物在受免疫应激后的宿主体内生长可产生弱毒活疫苗，具有抗原刺激剂量大、且持续时间长等优点。目前正在研制的基因工程疫苗就有数十种之多，在对付细菌方面有针对麻风杆菌、百日咳杆菌、淋球菌、脑膜炎双球菌等的疫苗；在对付病毒方面有针对甲型肝炎、乙型肝炎、巨细胞病毒、单纯疱疹、流感、人体免疫缺陷病毒等的疫苗……。我国乙肝病毒携带者和乙肝患者多达一二亿，这一情况更促使了我国科学家自行成功研制出乙肝疫苗，取得了巨大的社会效益和经济效益。 抗体是人体免疫系统防病抗病的主要武器之一，20世纪70年代创立的单克隆抗体技术在防病抗病方面虽然发挥了重要作用，但由于人源性单抗很难获得，使得单抗在临床上的应用受到限制。为解决此问题，近年来科学家采用DNA重组技术已获得了人源性抗体，这种抗体既可保证它与抗原结合的专一性和亲合力，又能保证正常功能的发挥。目前，已有多种这样的抗体进行了临床试验，如抗HER-2人源化单抗治疗乳腺癌已进入Ⅲ期试验，抗IGE人源化单抗治疗哮喘病已进入Ⅱ期试验。 抗生素在治疗疾病上起到了重要作用，随着抗生素数量的增加，用传统方法发现新抗生素的几率越来越低。为了获取更多的新型抗生素，采用DNA重组技术已成为重要手段之一。目前人们已获得数十种基因工程“杂合”的抗生素，为临床应用开辟了新的治疗途径。 值得指出的是，以上所述基因工程多肽、蛋白质、疫苗、抗生素等防治药物不仅在有效控制疾病，而且在避免毒副作用方面也往往优于以传统方法生产的同类药品，因而更受人们青睐。 人类疾病都直接或间接与基因相关，在基因水平上对疾病进行诊断和治疗，则既可达到病因诊断的准确性和原始性，又可使诊断和治疗工作达到特异性强、灵敏度高、简便快速的目的。于基因水平进行诊断和治疗在专业上称为基因诊断和基因治疗。目前基因诊断作为第四代临床诊断技术已被广泛应用于对遗传病、肿瘤、心脑血管疾病、病毒细菌寄生虫病和职业病等的诊断；而基因治疗的目标则是通过DNA重组技术创建具有特定功能的基因重组体，以补偿失去功能的基因的作用，或是增加某种功能以利对异常细胞进行矫正或消灭。 在理论上，基因治疗是治本治愈而无任何毒副作用的疗法。不过，尽管至今国际上已有100多个基因治疗方案正处于临床试验阶段，但基因治疗在理论和技术上的一些难题仍使这种治疗方法离大规模应用还有一段很长的距离。不论是确定基因病因还是实施基因诊断、基因治疗、研究疾病发生机理，关键的先决条件是要了解特定疾病的相关基因。随着“人类基因组计划”的临近完成，科学家们对人体全部基因将会获得全面的了解，这就为运用基因重组技术造逼于人类健康事业创造了条件。 不过，虽然基因技术向人类展示了它奇妙的“魔术师”般的魅力，但也有大量的科学家对这种技术的发展予以人类伦理和生态演化的自然法则的冲击表示出极大的担忧。从理论上来讲，这种技术发展的一个极致就是使人类拥有了创造任何生命形态或从未有过的生物的能力。人们能够想像这将是怎样的结果吗? 科学家在DNA中发现除基因密码之外的新密码 据台湾媒体报道，美国与以色列科学家相信，他们已在DNA(去氧核醣核酸)之中找到除了基因密码之外的第二种密码。新发现的密码负责决定核体—亦即DNA所环绕的微型蛋白质线轴—之位置。这些线轴同时保护与控制通往DNA本身的途径。 这项发现若获得证实，可能开启有关控制基因更高位阶的机制新知。譬如，每一种人体细胞得以激活其所需基因，却又无法触及其它种类细胞所使用的基因等既关键又神秘的过程。 以色列魏兹曼研究院的塞格尔与美国西北大学的威顿及其同僚，在这一期“自然”科学期刊中，撰文描述这种DNA新密码。 每一个人体细胞里都有约三千万个核体。之所以需要这么多的核体，是因为DNA线包覆每一个核体仅一.六五次，每个DNA螺旋就包含一百四十七个单位，而且单一染色体里的DNA分子在长度上可能就有高达二亿二千五百万个单位。 生物学家多年来一直怀疑，DNA上的某些位置，特别是DNA最容易弯曲的那些位置，可能比其它位置更有利于核体的存在，但整体模式并不显而易见。如今，塞格尔与威顿博士分析了酵母菌基因内约二百个位置的序列，这些都是既知核体纠结在一起的地方，两人发现其中确实隐含一个模式存在。 透过了解此一模式，他们成功预测其它有机体大约五成核体的位置。这个模式乃是能让DNA更容易弯曲，以及紧密包复核体的两种序列结合而成。但在此一模式中，每一个核体纠结的位置仅需若干序列出现即可，因此并不明显。正由于其形成条件松散，因此并不与基因密码冲突。