DNA双螺旋:解读生命的奥秘

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DNA双螺旋:解读生命的奥秘

2024-07-10 00:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

山西临汾的施良飞越看自己的女儿越不像自己,也不像自己的妻子。2001年7月9日,他携妻带女一同到北京做DNA亲子关系鉴定。结果令他和妻子大吃一惊……

一只羊或牛不再像以前那样只是为人类提供肉类和皮革,通过克隆技术、转基因技术,这只羊或牛就会变成一个制药厂,生产着基因技术所需要的各种各样的药物……未来一个人的医院病历很简单,就是一张CD盘,其中含有病人的全部遗传信息……

小酒馆里宣称发现生命的秘密

1953年,年仅25岁的詹姆斯·沃森和37岁的弗朗西斯·克里克共同完成了一项伟业:他们从DNA(脱氧核糖核酸)的X光衍射图上解读了它的双螺旋结构。当时大多数人对于这一发现并没有予以关注,就连当时的媒体,也只有一家小报(现早已停刊)稍作报道。然而随着时光流转,DNA双螺旋结构的发现对人类社会产生的影响与日俱增,克隆技术、基因工程、生物芯片技术等都与之不可分割。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员莫鑫泉说,DNA双螺旋结构的发现开启了分子生物学时代。它使生物大分子的研究进入一个崭新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜”被打开,人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。50年来,分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明,DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。

有趣的是,在发现DNA双螺旋结构时,沃森是一个刚刚迈出校门不久的大学生,而克里克则是一个不懂遗传学的、一个不得志的物理学家。然而就是这两个人,改写了生物学的历史。他们的研究成果被誉为可与达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美的重要科学发现。

关于DNA双螺旋结构的发现日期还有一段小“故事”。1953年2月28日,37岁的克里克走进英格兰剑桥大学的雄鹰酒馆,在那里他向一群困惑的听众宣布,他和一位朋友发现了“生命的秘密”。然而包括沃森在内的许多科学家却都认为,只有当沃森和克里克于1953年4月25日在《自然》杂志上首次发表关于DNA双螺旋结构的论文时,生命的秘密才算得上是真正展现在人类面前。正因此,中国遗传学会将在这一论文发表50周年之际,于4月20-24日在南京举行隆重的学术纪念研讨会,国家有关部门也将在4月24日举行相关纪念活动。

“发现DNA双螺旋结构的意义对生物学来说怎么估量都不为过。”莫鑫泉先生对记者说:“用双螺旋结构解释遗传是如何进行的,这是人类对自己、对生物学认识的巨大飞跃。发现双螺旋之前,科学家对生命现象进行了长期的思考与研究:是什么因素使人类能够一代一代地将遗传特性保持下去?”的确,就是一个桌子还有腐朽变坏的时候,为什么人类就能代代延续?什么决定了人生人,老鼠生老鼠?

在20世纪初,没有人能够想到DNA就是遗传物质。当时科学家们猜测,生命的遗传物质应该是蛋白质,因为20种氨基酸多种不同的组合,可以形成许多不同的蛋白质,蛋白质作为酶催化生物代谢反应,由此控制多种遗传性状的表达。然而在沃森和克里克发现DNA双螺旋结构后,科学家们终于明白了,DNA的4种核苷酸分子不同的组合或序列构成了成千上万种基因,这些“化学语言”编码着不同的遗传信息,指导和控制着生物体的生化、形态、生理和行为等多种性状的表达和变化。DNA是自然界唯一能够自我复制的分子,正是这种精细准确的复制,为生物将其特性传递给下一代提供了最基本的分子基础。

DNA双螺旋结构的发现及由此产生的生物技术革命正以前所未有的深度和广度影响着人类的生活,影响着自然科学,包括社会科学的发展。

“为什么我的女儿不像我”

山西临汾的施良飞越看自己的女儿越不像自己,也不像自己的妻子。2001年7月9日,他携妻带女一同到北京做DNA亲子关系鉴定。结果令他和妻子大吃一惊:他们二人不是女儿的生物学父母。为此他们将妻子生产时的医院临汾铁路分局中心医院告上了法庭,要求返还亲生女儿并赔偿经济损失及精神损害。2001年8月,法院不公开开庭审理了此案。施良飞得到了一份医院提供的与其妻子同时住院者的名单,于是他便开始一家一户地悄悄寻找。

一天,施良飞按照名单找到了一家小卖部,一眼就看到了女主人段香翠居然和自己的“女儿”长得一模一样,并且段香翠的“女儿”长得又很像自己的妻子。2001年11月19日,施良飞夫妇及“女儿”、段香翠夫妇及“女儿”共6人在法院的监督下在临汾地区医院抽取血样各1份并当场贴了封条。次日,两个家庭的血样送到公安部物证鉴定中心做DNA亲缘关系鉴定。22日,检验出来了:施良飞的女儿是段香翠夫妇之生女的相对机会为99.9999%;段香翠的女儿是施良飞夫妇之生女的相对机会为99.9999%,至此,案件的基本事实终于大白于天下。

撇开案件错综复杂的关系及结果不说,公安部物证鉴定中心为此案所作检验时利用了DNA的检测技术。其原理是,人身上的每个细胞有总数约为30亿个碱基对的DNA,每个人的DNA都不完全相同,人与人之间不同的碱基对数目达百万之多,因此通过分子生物学方法所显示出来的人的DNA模样就会因人而异,人们就可以像指纹那样分辨人与人的不同了;同时DNA还具有遗传性,是负责遗传特性的基本物质,人们可以利用这一特点来鉴别两个人之间的亲缘关系。施良飞虽认为段翠香的女儿长得很像自己的妻子,这并不能说明二人之间就有血缘关系。只有利用了DNA的检测技术才能确认这一关系。

这件事反映了DNA对我们现代生活的影响,然而鉴定血缘关系或者是警方利用DNA技术破案都仅仅是这种影响中的极小部分。中国科学院基因组信息学中心研究员、国家863科技攻关计划人类基因组单体型图构建项目课题组长曾长青博士对记者说,DNA双螺旋的发现对人类的影响实际上很难一样一样地数出来,就像电的发明对今天人类社会的影响一样。它本身属于一项非常基础性的科学发现。了解了DNA、RNA(核糖核酸)和蛋白质的结构与功能,就如同解读了从遗传信息到生命活动的三步曲,就可以使人类从分子水平上解释生命,认识生命,直到改造生命。发现了双螺旋,可以说带来了人类知识的大爆炸。

克隆塔斯马尼亚虎

1936年最后一只塔斯马尼亚虎死于澳洲的霍巴特动物园。塔斯马尼亚虎是一种食肉的有袋类动物,身上有虎皮斑纹,后腿像袋鼠的腿,腹部有育儿袋,实际上更像狼,曾生活于澳大利亚、巴布亚新几内亚和塔斯马尼亚岛。当200年前白人来到这些地方后,因其吃羊而大量捕杀,终于造成塔斯马尼亚虎灭绝。

2002年5月28日,澳大利亚博物馆馆长迈克·阿彻在悉尼宣布,科学家从保存130年之久的塔斯马尼亚虎标本中提取了DNA并复制成功,这只标本从1866年以来便泡在酒精中保存。他们希望在10年之内克隆出一头塔斯马尼亚虎。科学家认为,从死亡动物身上取得的DNA,并没有“失效”,与从活着的动物身上取得的DNA一样有效。如果克隆塔斯马尼亚虎成功,可以推而广之到其他灭绝的动物。

这绝对是一个利好的消息。如果科学家克隆塔斯马尼亚虎成功,就表明许多其他的绝种动物都可以克隆;从某种意义上说,绝种并不一定意味着永久消失。

克隆技术也许会为绝种动物死而复生打开方便之门。关于克隆生命,争议最大的恐怕就是克隆人了。但这不属于科学问题,引发争议的主要是它所带来的伦理问题和道德问题。撇开了伦理道德的影响,又有多少人反对利用基因技术、克隆技术复活已绝种的动物呢?

曾长青博士认为,DNA的发现不仅改变了整个生命科学,而且对包括社会科学在内的其他的科学和学科都有极大的影响。像今天很“热闹”的为全球各界人士所关注的克隆人、干细胞、基因和转基因等都是在知晓了DNA结构后才有可能产生的,而它们所带来的一系列有关遗传学、人类道德标准和生命伦理学的问题或挑战也成为当代社会科学工作者的热门话题。曾博士戏称,DNA双螺旋结构的发现及其所带来的

现代生物技术的革命也给社会科学研究者创造了众多的“就业”机会 。

病历———一张CD盘

假如你得了感冒,到医院就诊,大夫会给开一些治疗感冒的药物。你必定会按照大夫的要求定时吃药,企盼着能早日康复。其实大夫给你治感冒开这几种药,给别人治感冒基本也是开这几种药。同样一个心脏病患者到医院就诊,大夫给他开的药与给别的心脏病患者开的药也没什么两样,可以说是看病不看人。但实际上人们对药物的反应是不一样的,有的药对某人起作用,但对另一人可能就不起作用。

曾长青博士认为,随着现代生物技术的发展,这种治疗方法肯定会改变。她向我们展示了这样一幅蓝图:未来的医学将是“个体医学”。一个人得了病,可以根据他的基因特点设计几种药物,更有针对性和更少副作用地予以治疗;当了解了你有某些能够引起疾病的基因或是对某一疾病的易感基因后,就可以通过分子遗传学的手段对你的基因进行更换,或者修正;或是通过治疗使它不表达,使它没有什么活性。曾博士设想,未来一个人的医院病历很简单,就是一张CD盘,其中含有病人的全部遗传信息,告诉你有多大的可能性会得心脏病,你对肝炎敏感性有多大,患高血压的概率是多少,也能清楚你有多大的可能性不得这些疾病。将来还可利用基因“改善”人的健康状况。比如藏族人、蒙古族人高血压的发病率较高,但彝族人就不爱得高血压。假如彝族人到藏族人群中居住,尽管他酒肉不拒,患高血压的可能仍比藏族人低。可能将来不仅找到了有关高血压的各个基因,并可对一些不好的位点进行“改造”,那么藏族人也就不易患高血压了。

当然这张CD盘不能做到让你不得病,它只是告诉你有易患某种病的倾向,使你可以预防或有针对性地治疗。可能通过转基因食品,使人们在填饱肚子的同时,就“嫁接”过来了许多预防或治疗疾病的基因。

DNA、基因、一张CD盘、转基因食品,我们仿佛看到人类未来生活的美丽的蓝图。肯定当年DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克是想不到这些的。当然他们也想不到,就凭这一发现,1962年他们成为了诺贝尔奖的获奖者。

四条腿的“制药厂”

生命科学被称为21世纪的科学,生物技术被认为是信息技术之后将统领世界经济的排头兵。有人说,1953年,沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构,标志着生物经济的开始。基因是决定一个生物物种所有生命现象最基本的因子,因而2000年人类基因组测序的完成和公布标志着生物经济进入成长阶段。

科技部生物中心主任、中国农业大学博士生导师王宏广教授向记者展望了未来生物经济的前景:生物技术已经成为许多国家研究开发的重点,成为国际科技竞争、经济竞争的热点,生物技术产业已经成为继信息产业之后的又一个新的经济生物生长点。现代生物技术革命是新的科技革命的重要内容,生物技术在医学方面的应用,必将导致现代医学巨大的变化。生物药在化学药、生物药、天然药这三大类药物中的比重会直线上升,在重大疫病包括天花、乙肝以及各种细菌型、病毒型的大型传染病防治等方面,生物药都将发挥其他药物不可替代的作用;干细胞的研究可能使人体的器官像汽车零件一样予以更换。现代生物技术在农业方面的应用,必将引发第二次绿色革命。转基因技术将对人类已经种植数千年动植物品种进行改良,一只羊或牛不再像以前那样只是为人类提供肉类和皮革,通过克隆技术、转基因技术,这只羊或牛就会变成一个制药厂,生产着基因技术所需要的各种各样的药物。生物肥料的使用将部分替代人类已经用了近一个世纪的化学肥料,生物农药将部分替代化学农药,不仅能为农民节约大量的资金,而且减少了农产品与环境污染。

随着王宏广主任的描述,记者眼前出现了一幕幕的未来图画:在西部干旱缺水的地区种植着具有抗旱基因的树种和草,使干旱贫脊的半壁江山变成秀美山川;以往令人无可奈何的盐碱地通过抗盐基因的注入变成良田,生产着木材和纤维;城乡的污水通过发酵等生物技术处理,又能为人所灌溉、利用;经过生物技术处理的固体垃圾,变废为宝,为我们产生着新的能源……

我们所展望的只是今天能想到的,同我们所不知道的相比,实为沧海一粟,未知的生命科学前景才是我们人类更大的福祉。



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