二、遗传物质DNA

一粒小小的豌豆能用来做什么？不同人会有不同的答案。阿基米德会想如果用这粒豌豆做支点或许也可以翘起整个地球；安徒生会想如何用它来寻找到真正的公主；痴迷电子游戏的玩家们则会用豌豆做武器阻挡僵尸的进攻……而在大约150多年前，一颗小小的豌豆却被一名修道士玩出了新花样，这一玩就奠定了现代生物学的一大基石。

没错，我说的是孟德尔。身着一身黑色的修道服，胸口挂着神圣的十字架，这或许是孟德尔给我们最深刻的印象。然而，孟德尔其实并不完全是一名修士。虽然孟德尔出身于一个贫苦的农民家庭，但他自幼接受过良好的教育，这也为他后来能够全面地理解那些复杂的遗传机制打下了坚实的基础。随后，孟德尔进行了大量植物杂交试验，他曾采用不同的植物进行实验，其中豌豆杂交试验做得最为成功。在整整8年的时间里，孟德尔不断培育这些豌豆，对所有豌豆的性状、数量和代数都做了详细的记录和分析。最后他在前人研究的基础上，通过总结自己的研究成果提出了遗传单位是遗传因子的学说，并且通过豌豆实验详细揭示和阐明了遗传学的分离规律和自由组合规律，为遗传学的发展奠定了坚实的基础。这一研究也发表了题为《植物杂交试验》的论文，这两个重要规律的发现和提出，正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。

那么遗传因子到底是什么呢？托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）指出了解开谜团的新方向。他在进行有关果蝇杂交实验时偶然发现了一种罕见的白眼果蝇，而其他果蝇都是红眼的；进一步研究他又发现所有的白眼果蝇均为雄性。经过研究和验证，摩尔根推测白眼雄性果蝇的出现可能是由于决定果蝇眼睛颜色的“遗传因子”刚好是位于果蝇决定性别的性染色体上，才会导致所有白眼果蝇均为雄性，而白眼果蝇的出现实际上是一种伴性遗传。摩尔根将这种基因伴随遗传的现象命名为基因的“连锁”。摩尔根的研究首次证明了遗传因子是位于染色体上的。

虽然知道了遗传因子位于染色体上，但是染色体物质的绝大部分是蛋白质，而遗传物质是蛋白质还是脱氧核糖核酸（DNA），科学家们一直没有给出统一的答案。就在这样的大背景下，细菌学家首先展开了研究。他们采用两种不同的肺炎球菌菌株，一种称为S菌株，有平滑的外膜，一种称为R菌株，由于缺少构成完整被膜所需的酶，所以该菌株没有外膜，并且外表粗糙。经过研究发现，将S菌株的细胞浸出物与R菌株的活菌株混合后，注射到小鼠体内，虽然并未对小鼠注射S菌株，但是依旧能在小鼠组织中发现S菌的活菌株。显然S菌株的浸出物中应该含有一种遗传因子，它可以给R菌株提供构建被膜所需的酶，使R菌株转变成S菌株。接下来艾弗里分离提取了S菌株中的蛋白质、DNA、荚膜物质等，分别将这三种物质加入到R菌株的培养基中。他发现，只有在培养基中加入DNA时，R型菌才能转化成S型菌，并且用DNA酶处理DNA样品，DNA被降解后就不能使R型菌发生转变，从而证实这种因子是纯粹的DNA，并非蛋白质。但是由于当时无法得到百分之百纯度的DNA，DNA样品中还是会有蛋白质杂质的存在，因此该结论曾一度受到质疑。

如果说艾弗里的实验存在质疑的话，那么赫尔希和蔡斯的实验才是真正能证明DNA是遗传物质的压轴表演。他们运用T2噬菌体进行了侵染大肠杆菌实验。之所以选择T2噬菌体，是因为T2噬菌体结构简单，它只有核酸和蛋白质衣壳两部分构成。他们用同位素磷32标记噬菌体核酸，因为核酸是含磷元素而蛋白质不含有这种元素，然后他们又用同位素硫35标记噬菌体的蛋白质衣壳，同样也是因为只有蛋白质含硫元素而DNA不含硫。接下来就是用标记后的噬菌体侵染大肠杆菌，通过离心分离上清和菌体，再通过检测放射性确定子代噬菌体所含的放射性标记物。研究发现，用磷32标记噬菌体产生的子代噬菌体中含有磷32标记；而用硫35标记噬菌体产生的子代噬菌体中，并没有检测到放射性。因为噬菌体子代的产生，要由遗传物质的指导，因此只有进入细菌中的标记物才可能是指导子代产生的遗传物质，这也就说明了真正进入细菌的物质是DNA，而不是蛋白质。赫尔希蔡斯的噬菌体侵染实验被认为是“DNA是遗传物质”的最好证明。

经过后来几十年的发展，科学家们又发现了许多RNA病毒，这些病毒不是以DNA作为遗传物质，而是核糖核酸RNA，并且还发现，作为遗传物质的RNA既可以是单链的，也可以以双链形式存在。虽然艾弗里和赫尔希的实验证明遗传物质是DNA而不是蛋白质，但是后来人们发现，蛋白质也可以作为遗传物质，这一典型代表就是朊病毒（又称普里昂、朊粒）。由此我们发现，DNA是遗传物质，是一种主要的遗传物质，但同时DNA并不是唯一的遗传物质！

（贺 光） sV7IXxMyeeQEoy6U7J1dVEvNFZ2iRkV9Rhx9rEd2nyE7Y1o9aPBGfPz2JENIJOQJ