(陈月艳)徐徐展开遗传学历史的美丽画卷2

活的有机体的具有精确自我复制和自我组装的能力，这正是生命现象的精髓所在……分子的聚集体执行着一种程序，其最终结果是这种程序的复制以及这种分子聚集体的延续，简而言之，这就是生命！美国DavidL.Nelson和MichaelM.Cox1993《生物化学原理》一、我读过的那些书《生物学思想发展的历史》美.恩斯特.迈尔涂长晟等译四川教育出版社被誉为世界科学史的史诗TheGrowthofBiologicalThought:Diversity,EvolutionandInheritance以广博的文化史为背景的生命科学史书《生命科学史》薛定谔著被称为分子生物学上的《汤母叔叔的小屋》。沃森、克里克、威尔金斯都受过此书的影响《生命是什么》1944“我们对于生物的遗传变异几乎一无所知。”达尔文称进化为可传代的变异《物种起源》詹姆斯.沃森著正如劳伦斯.布拉格爵士在给本书做的序中写道:……这个故事中还有人的意义……《双螺旋》《狂热的追求—科学发现之我见》弗朗西斯.克里克“我猜想女人比男人多一根肋骨”“我从不在伤心或悲泣时哭泣，但欢乐的结局往往使我控制不住自己。当新娘满心欢喜地走过教堂的通道，管风琴奏出欢乐的音乐时，尽管我很不情愿，也很窘迫，泪水仍然会夺眶而出”《老虎机与破试管》卢里亚著，房树生译“我现在知道，这群小魔鬼，每个家伙都带有几十个到几百个基因。”“我就像一只移动中的阿米巴原虫，不时地伸出伪足，只知道前进到一个新的落脚处”《基因论》摩尔根著他喜欢在实验室里专心搞研究,常说自己是“一条实验室里的虫子”他说他虽是1966年出生的,但是他的生命是在1965年孕育的《DNA生命的秘密》詹姆斯.沃森2011年8月“我和克里克很快就体会到我们的发现在思想意义上的重要性,但是我们怎么也料想不到,双螺旋竟会对待科学和社会造成爆炸性的影响”二、假说演绎法是遗传学研究的最重要方法之一1.科学假说科学假说不仅是科学研究的一般成果，而且是科学创造的一种重要思维形式或研究方法，还是自然科学发展的一个重要环节或必经阶段。（是经验证据和科学思维的产物）科学假说的基本要素：事实基础；背景知识；进行猜测；形成预见。“一个好的理论不但要给出预言而且要给出惊人的预言”科学假说的一般特性：⑴科学性:以一定的科学事实为依据;以已知的科学原理为前提,按照事物自身的内在逻辑提升和推断的(因为……所以)。⑵假定性:假说是在不完全、不充分的经验事实基础上推论出来的，或科学资料不很充分、检验条件不完备的基础上提出来的，带有假定的成分。⑶易变性:对于同一问题或现象，占有材料不同，看问题角度不同,知识背景研究方法不同，可能会提出不同的假说.⑷预见性(如果……那么)⑸可检验性2.假说—演绎法如果说形成假说往往是归纳与综合方法的结果，那么检验假说则是演绎与分析方法的开端。因此科学哲学家把从检验假说到形成理论的步骤称之为假说—演绎法。假说演绎法是科学家为了获得对某一未知问题的答案，往往要通过自己的知识、经验和想象力提出一种假说，来解释这一未知的问题。从知识和经验上看，这种假设似乎是正确的，但要成为能被人们广泛接受的理论，还必需根据假说进行演绎推理得到一定的预期结果，再通过实验检验演绎推理的预期结果。如果实验结果与假说预期的结果一致，则说明假说是正确的，可以上升为理论；如果实验结果与假说预期的不一致，则还需要继续研究。（如果…….那么)假说的验证不仅有实验实证，还包括逻辑的论证，是在两者协同，互补中实现的。在实验的实证中，将假设与客观事实直接进行比较即直接实证。但对一些抽象的、微观的、动态的假设量的实证由于其抽象与复杂程度，它们与可观测事实之间的跨度较大，在直接实证显得困难的情况下，“就必须借助逻辑的力量，利用演绎推理等逻辑论证的方法将假设与可观测的事实间接联系起来，最终达到实证的目的。3.遗传学科学史中假说--演绎法的典型实例“……一般认为，事实尤其是实验事实,不仅是理论的铺垫,更是理论得以建立的前提和先导。进化论的创设就是以大量的事实作为铺垫的。而追踪分子生物学的成长史,能让我们触目所及的是，由高超严谨的想象力编织的理论不仅引出事实,规范事实,而且在一个有意义的理论体系中,事实得以暴露真相……”问题或事实假说证实F1和F2代性状表现的原因孟德尔遗传因子假说测交验证基因的行为和染色体行为一致性萨顿博维里“遗传的染色体学说”摩尔根果蝇杂交实验核素的提取；DNA含量的稳定性及与染色体数量变化的一致性DNA组分和遗传性传递直接有关DNA是遗传物质的经典实验DNA的物质组成X射线衍射图像等DNA双螺旋模型现代生物技术和化学分析DNA如何能保证世代遗传信息的连续性半保留复制假说大肠杆菌密度梯度离心基因作用机理中心法则遗传密码的破译等混沌一片的遗传现象，由于孟德尔的精确——以数学统计为基础，孟德尔的坚韧——历时8年的杂交试验，孟德尔的大胆假设—可见的性状为不可见的遗传因子控制，孟德尔的巧妙实验验证——不可见的因子为可见的性状，而真相大白，其思维的精巧，推理的严密，实证的严肃，充分展示了科学的理性美。p非糯性水稻×糯性水稻DDF1D(蓝黑)Dd(蓝黑)含支链淀粉碘液染红褐色含直链淀粉碘液染蓝黑色ddd(红褐)配子(花粉)D(蓝黑)d(红褐)对自由组合现象解释的验证—测交实验yyrr↙↘YRYryRyrF1黄圆豌豆×绿皱豌豆YyRr黄圆黄皱绿圆绿皱1:1：1：1↓yrYyRrYyrryyRryyrr配子子代基因型子代表现型预测比例P方式正交反交亲本组合F1黄圆♀×绿皱F1黄圆♂×绿皱Ft表型(粒数)黄圆黄皱绿圆绿皱31272626黄圆黄皱绿圆绿皱24222526论证依据实验结论F1减数分裂时，一对等位基因与另一对等位基因之间的分离或重组互不干扰实验结果：F1产生4种数量相等的雌、雄配子“像物理学家和化学家假定电子一样，遗传学家假定了基因,因为这在假定基础上形成的理论能够帮助我们作出科学预测,所以它有存在的价值。“我冒昧地把这些原理(三大遗传规律)称为基因论，这些原理是我们在最严格的数字基础上研究遗传学问题，又容许我们以很大的准确性来预测任何一定条件下将会发生什么事情，在这些方面，基因论完全满足了一个科学理论的必要条件。”从内格里、魏斯曼到贝特森的所有遗传学家之所以没有能够提出一个完善的遗传学说是因为他们想同时解释遗传（遗传物质的逐代传递）和发育现象。他们想这样做并不奇怪，因为他们几乎都是从胚胎学角度研究遗传学问题。摩尔根的明智就在于他将发育生理问题搁在一边而集中全力于遗传物质的传递。“如果说所有基因在任何时候都发挥作用，每个细胞都有相同的基因，为什么有些细胞成为神经细胞，有些细胞成为肌肉细胞？……《基因论》1934”薛定谔(1943)：象受精卵细胞核这样小的物质微粒，怎么能包含了涉及有机体未来的全部发育的精细的密码正本呢？…….这种物质结构提供了各种可能的排列，在它的一个很小的空间范围内足以体现出一个复杂的“决定”系统。在这种结构里，不必有大量的原子就可产生出几乎是无限的可能的排列。为了把问题讲清楚，就想到了莫尔斯密码……如果密码有5种不同的符号，只挑出25个符号的组合，而且只挑出由五种不同的符号、每种符号都是五个所组成的那种组合，粗粗地算一下，组合数是62330000000000个……我们看到，整个发现过程，就如同一个猜谜游戏，沃森和克里克利用别人已提供的线索，在最快的时间内求得了正确答案。所以，他们的工作更多地不是在实验室或图书馆完成的，而是在办公室聚餐以及湖面泛舟时以闲聊的方式一步步接近答案的。难怪布拉格在为《双螺旋》写序时戏称他俩是“站在巨人的脚趾上”，用该书译者的话来说，他们连爬上巨人肩膀上的功夫都没花，此言妙极。而沃森在剑桥的导师佩鲁茨对沃森的评价是这样的：我们羡慕他们的不劳而获，其实是混淆了艰苦的工作与艰苦的思维之间的关系。沃森和克里克的成功凭借的是一种稀缺的想像力，而不是艰苦的实验数据收集，这决不是投机取巧。对此，别人只能望尘莫及。在全部生物学历史上还几乎没有比发现双螺旋更具有决定意义的突破。因为从这一结构中，科学家门可以推测“DNA怎样在每一个世代细胞中复制自己，怎样在个体发育和机体功能上起作用，怎样经历了那种作为有机进化基础的突变过程“……我们未曾忽略,我们提出来的碱基特异性配对的原则立即展示出遗传物质可能的复制机制。”——《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》克里克把这一句子称为“妥协”。虽然克里克想讨论这一模型的遗传含义，但沃森却感到担忧，生怕这个结构也许是错的，会由此闹出笑话。克里克坚持要把这个联想加进去，因为他们不这样做，别人也会这样做，这意味着他们自己是“如此地缺乏洞察能力以至于看不出这一点来。”甚至在得出DNA结构以前，沃森就为自己写下了一条预测：“DNA→RNA→蛋白质。”他用胶布把这条“公式”贴在他办公桌上方的墙壁上。这个预测中的箭头“并不意味着化学的转换，而是表示：在DNA分子核苷酸顺序中的遗传信息是怎样传递到蛋白质中的氨基酸顺序上的。”“进化是可传代的变异……我深深感到对变异法则的无知”、“为什么有些杂交后代出现中间类型，而有些却只和亲代相同……”1859年三、生命的延续性是模块教学的核心主线1865年《植物的杂交实验》生物的遗传章教学顺序的安排性状遗传现象what基因及传递规律减数分裂染色体及行为基因定位在染色体上再发现遗传的分子基础how性状遗传现象生殖细胞受精作用细胞核细胞分裂配子受精作用where1905年,贝特森从生殖一词的词根(gene-)创造了遗传学这个词(genetics)四、基因的传递规律（一）一个精子就能使卵细胞受精是孟得尔假说的基础之一。如果躯体的一切部位都由细胞组成，则性腺（卵巢和睾丸）是否也是如此？雄性和雌性的“种子物质”是否也由细胞构成？1824年两位瑞士生理学家J．L．Prevost和J.B．Duma研究蛙的生殖证明了精子是使卵受精的要素，精液只是精子的载体。1856年N．Pringsheim通过对淡水藻Oedogonium的观察研究，就受精过程作出决定性结论：新个体的第一个细胞（合子）是由雄配子与卵细胞融合而成；受精作用只要一个游动精子就能完成。（二）孟德尔的名著，将作为科学实验和对数据资料的深遂理解的范例永世长存显性，回复，正反交的同一性，第一代杂种的一致性以及第二代的变异性等等在孟德尔以前已经有很多学者阐述过。孟德尔在《植物杂交实验》的序言中的一段话：“在所有已做的大量实验中，没有一个是以这样的规模和这样的方法，以便能确定杂种后代中各种类型的数目，或是很有把握地把每一代出现的类型进行分类；或是确定这些类型的统计学关系。要从事这么大规模的工作是需要勇气的，但这样的工作，看来是我们最后解决问题的唯一正确方法，这个问题对有机类型进化史上的重要性是难以估量的。”他的实验全部设计、方法的说明以及试验材料的选择，推测他在实验的早期思想中，已经有了一个构思完整的学说，他的试验实际上就是为了检验这一学说。他的简短论文，《植物杂种试验》，正如CurtStern所描述的那样，“是人类思维所取得的伟大胜利之一。它不仅是宣告了通过新的观察和实验方法发现了重要事实。更确切地说，在最高级的创造性活动上，它将这些事实以概念系统的形式呈现出来，这就使之具有普遍意义……”（三）遗传的细胞学基础有赖于对生殖的研究性状遗传现象what基因及传递规律减数分裂染色体及行为基因定位在染色体上再发现遗传的分子基础how性状遗传现象生殖细胞受精作用细胞核细胞分裂配子受精作用where1905年,贝特森从生殖一词的词根(gene-)创造了遗传学这个词(genetics)案例.减数分裂问题串⑴为什么说减数分裂是特殊方式有丝分裂(时间、部位、过程)⑵有丝分裂能实现亲子细胞染色体数目恒定(等数分裂)的原因是什么?⑶减数分裂使染色体数目减半的可能过程是怎样的（学生提出两种假设：不进行染色体的复制,一次分裂,平均分配；一次复制,两次连续的细胞分裂）⑷若不进行染色体复制,一次分裂,平均分配；你认为染色体怎样分配?⑸一个精原细胞减数分裂能产生四个染色体数目减半的精子,这说明什么