2013年10月5日 星期六

性狀轉型的真相

有言在先:這一系列文字根據的是我多年之前自編的講義串連而成,沒有嚴格的考證。近日發現一本新書 --- <孟德爾之夢:基因的百年歷史>,討論的主題是一樣的,但卻是由一位教授經過仔細文獻、書籍考證的結晶,所以,如果你真的喜歡遺傳學,去讀這本書吧,你的收穫必然更豐富


隨著相關知識與技術的純熟,科學家們在探索自然界的奧秘時,也跟著越來越像外科手術般精準,有時還真的可以用神乎其技來形容。這現象有好有壞,你要不要試著想想為什麼?

        從格里夫茲發現肺炎雙球菌具有性狀轉型的能力後,又過了16年,此時正值二次世界大戰末期,雖然歐洲戰場的戰事已經結束,但美國則才剛剛加入戰局不到兩年,太平洋戰場上就在美國的加入後情勢開始逆轉。美國的國力在歷經兩次世界大戰後,非但沒有衰弱(因為主要的戰場是亞洲與歐洲),反而還因為廣納各國的人才,因而有機會成為新世界文化的熔爐,整個世界的文化中心就這麼從亞洲到歐洲最到轉到了美洲(北美更貼切)。世界大戰不僅造就了美國這個超級新星,也讓(美國的)科學的威力(不論是好的或壞的)有機會展現在所有世人面前,科學的影響力已經無所不在的開始滲透到每個人的心理與生活中了。

        美國不僅贏得了戰爭的勝利,在科學上也是大獲全勝。接下來即將討論的科學家們,幾乎清一色全是在美國完成他們的工作,像是馬上登場的阿芙來他生於加拿大。

        阿芙來比格里夫茲知道更多背景知識,他手邊有的技術也較新穎,所以他比格里夫茲更容易接近事實的真相。阿芙來將格里夫茲的實驗做了下列的修飾:
AS-菌萃出物+蛋白質分解酵素à混合R-菌培養è部分菌落呈現S-菌的平滑外觀
BS-菌萃出物+RNA分解酵素 à 混合R-菌培養 è 部分菌落呈現S-菌的平滑外觀
CS-菌萃出物+DNA分解酵素 à 混合R-菌培養 è 沒有菌落呈現S-菌的平滑外觀

        從上述結果清楚的看出來,只要DNA沒有被分解酵素破壞,肺炎雙球菌就能保有性狀轉型的能力,因此DNA上必定帶有決定該菌產生莢膜的基因。為了更進一步確認這個想法,阿芙來與其同僚們辛苦地將S-菌的DNA純化出來,然後重覆上列實驗,結果再一次驗證DNA就是基因的想法。

        故事發展至此結局已經浮現,孟德爾遺留下來的第二個問題,遺傳因子是什麼?也已經有了答案,就是DNA。後來赫爾雪(Hershey,1969年獲得諾貝爾獎)與蔡斯(Chase)的噬菌體實驗再次證明這個結論(原理是DNA含磷、無硫;蛋白質含硫、無磷,最後發覺噬菌體只有將含放射性磷標記的DNA注入大腸桿菌)。不過在我看來他們以及其他接續的科學家都只是錦上添花而已,所以有非常多人都為阿芙來抱屈。只不過這也怪不得諾貝爾獎基金會,因為他們強調的是原創性,可惜阿芙來用了格里夫茲的創意,否則他得獎自然當之無愧。

後記:2018生物指考試題


        DNA一夕之間成為所有生物及其相關科學家炙手可熱的研究對象,在投入大量的人力與資源下,孟德爾遺留下最後一個問題:遺傳因子如何控制性狀的表現?很快的人們就知道答案了,但是任何當時的科學家們絕對料想不到,如此無趣的分子,竟有如此豐富的內涵!(What a wonderful world!)

        DNA所控制的生命現象,其複雜程度遠遠超過所有人的想像,就算到今天,也沒人敢說徹底了解DNA了。是誰讓人輕忽了DNA百變風貌?這一切都要怪數學(哈哈,終於有理由討厭數學了!)。從前的科學家們都相信,自然法則是由數學語言寫成的,尤其是物理學家。像你們都能朗朗上口的,E=MC2或是F=ma 以及 pV=nRT,瞧,多麼簡潔有力,又放諸四海皆準。所以生物學家們也相信,生物法則也不例外,於是生物的中心教條出現了,也非常簡單:

DNA à RNA à Protein
 
簡單的東西就能被掌控,於是他們說,If we do not play God, who will ...

未完
預告
有人說科學家的墮落,就是從這裡開始的。DNA結構解析的爭奪戰。而被罵的最慘的,你知道是誰嗎?就是鼎鼎大名華生(Watson, James Dewey 1928- )


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