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1983年10月9日，斯德哥爾摩卡洛琳醫學院宣佈：美國遺傳學家巴巴拉．麥克林托克（B．McClintock，1902－）由於發現了可移動的遺傳物質，被授予諾貝爾醫學獎。獎狀說，當麥氏做出這發現時，他的同時代人還未能認識其重要意義。卡洛琳醫學院把麥氏的成就比之為一百年前另一位偉大的遺傳學家孟德爾的成就。這是怎麼回事呢？為了弄清這個問題，我們有必要探討麥克林托克的玉米研究。 轉座因子及其作用的發現 麥克林托克於1902年6月16日出生於康涅狄格州哈特福德。她性格沉靜，喜歡獨自一個做事。於是，在康奈爾大學修完生物學並獲得博士學位後，便來到長島冷泉港卡內基實驗室，在那個周圍佈滿森林的一座小建築物中工作。 為了揭開生物遺傳突變的秘密，她開始在小港附近的一塊小試驗田裡，別具匠心地種植玉米。玉米是經典遺傳學研究中採用的一個理想的供試對象。因為它的籽粒和葉子有顏色變化。這種顏色變化是由遺傳結構的基本改變引起的。但具體機制人們並不清楚。那時，人們還不知道DNA是怎樣結合以及如何起作用的。事實上，當時只有很少幾個研究者相信，的確是分子在各代之間傳遞信息。為了探究遺傳機構變化的內在機制，麥克林托克年復一年地在田間仔細地觀察玉米籽粒和玉米葉子的顏色發生的一代又一代的複雜變化；然後，將採下的材料帶回實驗室，觀察玉米染色體的斷裂和重組況。染色體的斷裂和重組，是麥克林托克藉以從細胞中獲得遺傳變化信息的唯一象。 30歲那年，麥克林托克在某些玉米籽粒中發現了玉米色素顯現著一些稀奇古怪的模式。她觀察到玉米籽粒顏色的遺傳很不穩定，有時籽粒上還出現一些斑斑點點。1944－1945年冬，她又看到少數玉米株心顏色出現的圖案與自己已觀察到的不同。 對於缺乏想像力的科學家來說，這些顏色變化可能被當作是隨機發生的自然變異。但是，麥克林托克沒有這樣看。她通過耐心的記錄和仔細的分析，從自然界的這種表面上顯得雜亂無章的過程中，發現了一種條理。這就是，使籽粒著色的色素基因是在某一特定代上「接上」或「拉斷」的。更為重要的是，同一個「接上」或「拉斷」，經常是在其後的某一代上在同一染色體的各部分、甚至在所有染色體上突然出現的。麥克林托克把它們叫做「控制因素」（或稱控制因子）。 通過兩年的摸索，到1947年，麥克林托克終於畫出了某些結構基因（例如產生色素的基因）的調節和控制系統的輪廓。此後的年月中，她反覆檢驗這些能闡明她的觀點的複雜實驗，更加堅定了自己的看法。到1949年時，她便開始撰寫文章，總結自己的實驗結果和發現。後來，在準備付印之前，她又慎重地從長達90頁的初稿中刪去了所有可能出錯的內容。 1951年，在冷泉港生物學專題討論會上，麥克林托克遞交了自己的學術論文，向科學界同行報告了她的新理論。她提出遺傳基因可以轉移，能從染色體的一個位置跳到另一個位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她把這種能自發轉移的遺傳基因稱為「轉座因子」（transposition elements）。 她提出，「轉座因子」除了具有跳動的特性之外，還具有控制其他其因開閉的作用，因此「轉座因子」又可叫做「控制因子」。控制因子可以插入到玉米染色體上的顏色基因附近。例如SG是一個產生紫色色素的結構基因，它附近的一個控制因子DS（稱為離解因子或分化變異因子）以一定的速率關閉SG，使玉米籽粒不能產生紫色色素，而成為黃色。DS從SG附近跳開，SG所受的控制作用即被解除，玉米籽粒又變成紫色。而DS跳到遠離AC處，或者AC本身跳開，DS即不受AC的控制，它又可以發揮對結構基因SG的抑製作用，使玉米籽粒成為黃色。這些控制因子跳動得如此之快，使得受它們控制的顏色基因時關時開，於是玉米籽粒便出現了斑斑點點。 她還提出，這種現象在植物發育的早期出現得特別頻繁，這時候，一種類型的細胞令人不可思議地生成所有不同的細胞，形成整個組織或整個機體。 四十年的冷落 麥克林托克在會議上興致勃勃地介紹了自己的發現和理論。轉座因子的發現使人們對生物的奧秘取得了深入的理解。它不僅解決了整個機體如何從單個細胞發育起來（即從一個受精卵細胞如何變成形狀、大小和功能完全不同的細胞）的問題，而且解決了如何產生所有新種的問題，甚至解決了為什麼偶而有些細胞會瘋長的問題（如人的癌細胞）。既然如此，麥克林托克的報告理應受到科學界的歡迎；但事實上，聽眾反應卻十分冷淡。甚至有人稱她是「怪人，百分之百的瘋子」。她的論文被收入冷泉港論文集後，世界科學界也一直加以否定或忽視。麥克林托克開始感到受人冷落。她懊喪地提到，沒有人能理解她的主張。 這也難怪。在當時，占統治地位的染色體遺傳學理論認為，生物細胞內的遺傳物質比較穩定，不太容易發生變化。遺傳基因以一定的順序在染色體上作線性排列，彼此之間的距離也非常穩定。常規的交換和重組只發生在等位基因之間，並不擾亂這種距離。除了在顯微鏡下可見的、發生頻率極為稀少的染色體到位和相互易位等畸變可以改變基因的位置外，人們還從未認識到，也難以設想出基因會從一處跳躍到另一處。這樣，由於轉座子理論和經典遺傳學的傳統理論如此大相逕庭，當然也就不能立即被人們認識和接受了。 十年過後，當法國的分子生物學家F．雅各布和J．莫諾於1961年發現大腸桿菌中的調節和控制系統並成為科學界的頭條新聞時，麥克林托克再次提出了自己的理論，結果，又遭到了科學界的冷落。 儘管如此，麥克林托克仍孜孜不倦地繼續研究。她堅信不移地認為：「倘若你認為自己邁開的頻伐是正確的，並且已經掌握了專門的知識，那麼，任何人都阻撓不了你，……不必去理會人們的非難和評頭品足」。 60年代中期，關於遺傳物質的轉移，人們在細菌中發現了轉化和轉導現象。但人們仍不願接受麥氏的理論。在布魯海文學術會議上，麥克林托克向聽眾大聲疾呼：「我們已經接受了轉導作用（transduction）和轉化用用（rtansformation）的概念，用轉位作用（transposition）有什麼錯？」 客觀存在的自然規律終究要為大多數人所揭示。60年代後期，當人們運用遺傳工程這種強有力的新工具時，終於在細菌中發現了「轉座子」（rtansposon）（又譯為易位子，實際止是DNA的小片斷），從而開始激起人們對麥克林托克研究工作的興趣。許多研究很快與麥氏的早期研究所提出的相似現象聯繫起來。 整個70年代，分子遺傳學家找到了愈來愈多的可移動的或可轉移的遺傳因子，又稱之為「跳躍基因」（jumping gene）。這些因子不僅存在於細菌中，同時也存在於較高等的動物中。此時，麥氏的理論又得到了進一步的驗證，更加深入人心。 1980年，冷泉港的生物學家們召開專題討論會，集中討論了可移動的遺傳因子（movabl genetic elements）問題。雖然麥克林托克未出席會議，但是整個會議討論期間，人們紛紛提到她的各字。 道是無情卻有情。麥克林托克30年代初做出的發現、40年代提出的理論，到60年代末終於被重新提起，80年代初為科學界普遍接受。她走在時代前面四十年，同時也為此冷落奮鬥了四十年。 科學界一旦認識到麥克林托克提出的理論的重大意義，便將追求真理的熱情、仰慕偉人的崇敬之心，一下子傾注到她的身上。1981年，對於79歲高齡的麥克林托克來說，是特別熱鬧的一年。到處都在邀請她去演講和座談，等待她的接見，向她索取玉米種子。科學界高度評價她的科學研究和人格。她的早期同事、玉米遺傳學家M．盧德斯說：「我知道許多著名的科學家，但是只有一位，我認為是傑出的科學家，無疑是麥克林托克。」哈佛大學的M．梅西爾遜推測說：「歷史將記載她作為奧妙而且複雜的遺傳理論的先驅」。諾貝爾獎金獲得者、DNA雙螺旋結構的發現者之一沃森說：「她是個偉人，她孤軍作戰，標新立異。她的工作是極為重要的」。我國著名遺傳學家談家楨教授也指出，麥克林托克走在時代前面，她的光輝發現應獲諾貝爾獎。有好些研究小組爭先恐後地用新的分子生物學技術來支持麥氏的體系，並試圖闡明流動基因如何工作。各種榮譽也紛至沓來。特別是這年年底，她連獲三項大獎。這就是：阿普拉斯卡基礎研究獎（這是美國榮譽和聲望最高的醫學獎，通常是通向諾貝爾獎的台階），麥克阿瑟基金會獎和以色列的沃爾夫基金會獎。 過慣了冷落寂寞生活的麥克林托克，面對國內外科學界的讚譽和獎勵，又添了一種新的煩惱。她閘侷促不安地向記者表示，她完全不喜歡宣揚；她所想的只是退到實驗室裡一處安靜的地方；她不在乎個人財物，也不喜歡積聚個人財物。 冷落的原因和啟示 麥克林托克的「轉座子」理論為什麼會被科學界冷落了四十年左右的時間呢？綜合起來看，不外乎下述幾個方面的原因。 第一，從轉座子理論和經典遺傳學的關係來看，轉座子理論推翻了經典遺傳學關於基因是穩定的這一傳統觀念，是一種革命性的理論，因而不能為經典遺傳學家所接受。 第二，從轉座子理論和分子遺傳學的關係來看，是由於前者走在了時代前面，是一種超時代發現。科學界還沒有做好接受它的準備。因而不可避免地遭到分子遺傳學家的冷落。一般說來，一項科學發現或技術發明，只有當社會以其科學技術發展的全部進程為領會它們準備的時候，也就是如通常所說的，當這種發現或發明的思想「已經成為潮流」的時候，才能為社會立刻領會，給予正確評價和使用。而「超進代」的發現和發明，遠遠走在了絕大多數人認識進程的前面，只能為極少數人所接受，而不能此起同時代大多數的共鳴，往往長期作為「自在之物」存在，受到人們的冷落。只是隨著科學的發展，當這種發現或發明為某人或許多人所重複的時候，人們才重新提起它、研究它。轉座子理論正是這樣。對於麥氏來說，在30年代，它便成了「為我之物」；而對於絕大多數分子遺傳學家來說，只是進入到80年代時，它才被真正認識到。她的理論在很長一段時間內像愛因斯坦的理論一樣，人們都很佩服它，但很少有人能說已經弄懂了。「陽春白雪，和者為寡」。人們不懂它，當然也就談不上接受它了。 第三，從轉座子理論賴以建立的實驗材料看，是由於它離開了分子生物學的主流。麥克林托克雖然身在冷泉港生物學實驗室，但她所採用的材料，與該室中極大多數科學家不同。她沒採用病毒和細菌作材料，研究基因的拼接、剪切和重組，而是採用玉米這樣的高等植物作為研究對象。據美國《時代》週刊稱，對她這種堅持用經典遺傳學的技術研究遺傳秘密的做法，她的同事一直是感到「不可思議」的。 此外，在一定程度上，也和她的孟德爾式的孤軍作戰的方式有關。這種方式對於她的理論的傳播是非常不利的。據有人對科學上克報阻力過程的專門研究，許多革命性的發現，只有借助於團結一致的積極分子團體的活動，才能較快地得到科學界的承認。這點，正是麥氏的工作方式所欠缺的。 值得慶幸的是，儘管麥克林托克採用了孟德爾式的工作方式，利用了大體相同的實驗材料（都是高等植物），得出了相同性質的超時代發現，也遭受了大體相同的命運，但她畢竟在晚年看到了自己理論的勝利，並獲得了科學界的最高獎勵——諾貝爾獎。 麥克林托克奮鬥五十餘年的科學生涯，給人們留下了許多值得學習的地方。我們要學習她敢於推翻傳統理論觀念的革命精神；學習她獻身科學、不惜犧牲個人利益的高風亮節；學習她不因冷遇而自棄、不為榮譽所陶醉，始終如一，孜孜追求真理的高尚情操；學習她在經典遺傳學和分子遺傳學之間鋪設橋樑、開闢新領域的創新意識；學習她洞見細微的敏銳觀察力和見微知著的高度想像力；學習她從運動角度思考問題的辯證方法。麥克林托克的遭遇也給我們提出了許多值得注意的問題。在對待一種新學說時，我們要努力克服思維的保守性，採取正確的態度給以熱情支持。在評獎中，我們應努力做到有眼光、有魄力、有遠見，不僅對那些很快就要被證實的發現應該給予獎勵，而且對那些需要較長時間才能充分證實的超時代發現也應給予榮譽。人們預計，諾貝爾評獎委員會對麥氏的獎勵，在科學界將受到廣泛的歡迎。 ------------------ 亦凡公益圖書館掃校 |
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