20世纪基因科学发展历程 

 

    仅仅一个世纪的发展,基因科学就已成为可动摇人类生存基础的一场革命,其巨大的创造力和破坏力使人们深切感受到其两面性。不论基因科学的研究将朝哪方向发展,人类历史都将因基因学而走向新的转折点,即出现一个重新认识自我的开端。德国《明镜》周刊1月11日一期刊登著名生物化学家于尔根-内费时文章,眉题为<发明的世纪>,正题为《基因技术的革命》,摘要如下:

    公历2000年标志着人类历史上一个转折点――随着基因技术革命的进行,它已动摇了人类自身生存的基础。这一变革的目标是一个被克隆的植物、动物和随时都有可能成为现实的克隆人的世界,一个人工繁殖的世界。那时,带有可控制的和可操纵的遗传本质的完美和理想的孩子降生已不再属于偶然。回顾本世纪基因技术的发展过程,我们会发现,20世纪的研究者们仿佛与魔鬼立了约以达到最终占有创造力,人类在科研领域里那种浮士德式的探索精神还从未像现在这样显露无遗。例如,将整个人类遗传特征解密的人类基因组项目这一全球科研的马拉松始终吸着人们的极大关注。美国生物学家瓦尔特-吉尔伯特曾把人类基因的染色体组称为自然科学的“圣杯”。现在,有人要碰这座“圣杯”,也反映出现代生物学进退两难的境地和两面性的特征:一方面它许诺让人们了解到人与自然在内心深处的结合,预言人类能战胜某些疾病甚至战胜死亡;而另一方面又以此威胁人的自由将结束和自然界将死亡就像自然界在几十亿年过程中几番毁灭和再生那样。人类正处在一个重新认识自我的开端。”今天,在基因组项目的高技术殿堂,人们能看到许多吸引人的又令人震惊的专业成果,例如;人作为机器的仆人看着机器人和分析器怎样将人的遗传特征解密少数几位在基因研究的最前沿从事科学奴隶劳动的专家每天读着成千上万个遗传物质的“字母”。用钢做的机械臂去抓做实验用的薄片或霉菌培养箱里的细菌和病毒提供培养基;用微型吸管滴出微量带有人体不可见的遗传物质碎片的溶液;特殊的凝胶在电场里将染色体组分离;扫描器和电脑每天不断地、夜以继日地分析利用已获得的数据。这些基因组织的化学组成部分用一大串字母来表示,也可以用一个字母简称。人类染色体组的排列顺序填满了大约一万册(每册都有300页)书。因此人的秘密也就不存在了。

    遗传学的诞生奥地利原天主教神父、遗传学家约翰·格雷戈尔-孟德尔(1822-1884年)曾将豌豆的不同变种杂交,并揭示出规律性。1865年,他发现遗传基因原理,总结出分离规律和自由组合规律,为遗传学提供了数学基础,创立了孟德尔学派,由此成为“遗传学之父”。孟德尔的《植物杂交实验》学术著作被许多国家共133个机构所收藏,但却没有引起应有的反响。虔诚的孟德尔信誓旦旦地说:“我的时代已经来到。”它确实到了,但却是在他逝世16年后。遗传学的诞生准确地说是在1900年。孟德尔的著作被束之高阁30多年后,三位欧洲学者重新发现了孟德尔的理论。在此之前,世界显然还没有成熟到接受孟德尔的观点。就连达尔文也不承认孟德尔的研究成果对他的进化论的意义。法国哲学家米歇尔-富科曾说:“孟德尔是一个十足的怪物。”当孟德尔的《植物杂交试验》再次出现时,时代已开始成熟地接受他的思想。

    紧接着在基因科学领域发生了爆炸性事件:荷兰人胡戈-德弗里斯(1848-1935年)在他的实验中发现遗传特征的重大变化,他称之为“突变”。基因研究经历了一个令人陶醉的繁荣时代。1910年,美国人托马斯-亨特-摩根(1866-1945年)出版了他第一部关于果蝇实验的首批成果。他不仅证明了孟德尔定律的正确性,而且还证实了长期存在的一种猜测,即借助于显微镜能看到的在细胞核里呈小棍形状结构的染色体就是基因的所在地。生物学领域各种流派的繁衍当物理界靠爱因斯坦、普朗克和海森贝格等所取得的成就而光芒四射时,生物学家却在本世纪的头三分之一的时光内浑水摸鱼,进行着激队的派系斗争。首先达尔文的进化论就遭到许多人的强烈反对。当武斯特主教夫人看到达尔文1859年出版的《物种起源》时竟然说道:“让我们希望这不是真的。即使是真的,也让我们祈求它不被普遍承认!”祈求是没有用的。达尔文的进化论直至今天仍是生物学最重要的理论,它虽然受到长期的压制,但梵蒂冈在l00多年后终于承认进化论是物种起源的模式。“强者生存”,这绝不是达尔文的初衷,达尔文也从来没这么说过,但是,一个世纪以来它却发展成改变社会的意识形态,即使这种叫法隐藏着强权社会的“社会达尔文主义”思想。但这更多的是达尔文表兄弗朗西斯-高尔顿(1822-1911年)的意思。此人在19世纪后期提出了一个改善人种的纲要,他称之为“优生学”。于是高尔顿被所有其他人看作怪人,其实他不过是别人早一些领会了时代精神。当他的理论自本世纪初在英语世界受到最大的拥护时,优生学在德国在第一次世界大战结束之际已确立了完整的专业领域--首先于1917年在德国精神病学研究所、然后1927年在柏林威廉皇帝人类学遗传学和优生学研究所开辟了优生学专业,后者的主任欧根-菲舍尔同时也担任德国种族卫生学学会的领导。

    早在希特勒在慕尼黑发动啤酒馆暴动的1923年,该市的大学里就为优生学专业设了一个教授职位。当时流行一部专业性手册叫《人类遗传学和种族卫生学》,其作者之一就是欧根.菲舍尔。希特勒在坐牢期间曾读过这本手册,从中汲取了营养。欧根-菲舍尔的接班人奥特马·冯·弗许尔男爵后来曾考虑让自己的一个助手到奥斯威辛集中营去当医生。而这个人正是约瑟夫-门格勒。有些国家实施“消极的优生学”措施,以防止“劣等”基因的传播。希特勒在大选中通过大肆叫嚣要消灭劣等民族也赢得不少选票。在20年代后期,美国有大约20多个州补充了绝育法。在执行方面,加利福尼亚州可谓急先锋。在那里,连残疾人都被实施绝育。其数量比其他所有州都多。在第三帝国,优生学得到了德国式的最彻底最坚决地贯彻:数十万人按照加利福尼亚州的模式被施以绝育。种族主义狂热最终把优生学上升为种族灭绝。在第二次世界大战期间,估计有600多万人被杀害,他们当中主要是犹太人,还有吉卜赛人、病人、残疾人和持异见者。在世界其他地区,优生学都有市场。不久前曾揭露出瑞典直到1976年还对弱智者实施绝育,日本甚至直到1995年。在亚洲其他国家和地区,尤其是印度,一旦用超声波检查出是女孩的话就将胎儿打掉。但是,弗朗西斯-高尔顿除了优生学外还给世界留下了另一份遗产:他以“自然对环境”的公式创造了行为遗传学的基础,这是一门研究人的特性例如智慧、嗜好、同性恋、甚至忠诚或笃信等的学问。高尔顿以此在20世纪的科学和社会发展史上确立了他的地位。作为德国优生学的一个重点,高尔顿理论的捍卫者们想证明人的性格特征在很大程度上也是受遗传特征控制的。

    另一方面科学家们把从抚养到教育的所有非身体特征都归于环境影响。自20年代以来,行为主义在美国开始受到重视。美国心理学家伯赫斯-斯金纳(1904-1990年)几十年来一直是心理学界的权威,他认为人的行为几乎随意受积极和消极方面的影响,仅靠奖励与惩罚就能将各种“偏离分子”--从青少年违法者到精神病患者--带回到正道上来。但是,在斯金纳去世之前,他的思想体系已开始动摇,并走向极端。同样在20年代,比较行为研究也确立了基础。来自维也纳的生物学家康拉德-洛伦茨(1903一1989年)从1926年起就记录下他认为有“特征”的事物。洛伦茨对灰鹅进行了研究:他让雏鹅以他自己为第一个参考人物,跟着他行进。1943年,洛伦茨在他发表的著作《可能经验的固有形式》中对此作了描述。根据他的理论,甚至人都可以被动物当成模仿的父母。长期以来,洛伦茨的理论一直证明综合行为方式也是由基因决定的。这也成为今天再度盛行的生物学主义的支柱之一。生物学主义主张用生物学观点观察一切事物。1976年,英国人理查德-道金斯(1941年生)撰写了一部现代生物学主义的基础著作《自私的基因》,现在此书已成为经典著作。道金斯在书中把所有生物直至人都描述为其基因组的奴隶,其存在的唯一目的在于传播基因。

    30年代以来,生物学研究发生了戏剧性变化。分子生物学异军突起,遗传学家们发明了一系列来自微生物世界的“家畜”,这里的微生物特指单细胞真菌、细菌和病毒。这些简单的微生物将使人们能在分子一级研究基因和遗传学。揭示DNA的奥秘物理学家们在寻找新的有吸引力的课题,这也给生命研究带来一股清风。物理学家马克斯-德尔布吕克(1906-1981年)曾做过核裂变的发明者奥托,哈恩的助手。30年代初期,他在探访柏林威廉皇帝研究所遗传学部时遇到两位研究射线量与果蝇突变频繁程度之间的关联的同事。他们三人在一起长期讨论还一直相当抽象的孟德尔要素的本质。1935年,他们共同发表了他们的研究成果,书名叫《绿册子》,因为它的封面是绿色的。其中内容包括在当时还从未听说的一些想法,例如,突变可能是一个分子的变化,基因也不再是什么神秘的东西了,而是一种物质的固定的单元,即遗传物质,加拿大细菌学家奥斯瓦德-艾弗里(1877-1955年)1944年将其确认为脱氧核糖核酸(DNA)。只由4个不同部分组成的DNA将怎样承担生命和遗传的复杂任务呢?lg05年出生的德国生物化学家埃尔温-沙加夫从纳粹德国移居到了美国,后来此人成为基因科学最猛烈的批评者之一。1950年,他为问题的解决作出了关键性的贡献:他发现4个组成部分的每两个部分始终是等量的,每一个A就有一个T,每一个C就有一个G。DNA的“基础”显然是以双数存在的。奥地利物理学家埃尔温-施罗丁格尔(1887?961年)以他的《关于波动力学的论文集》获得1933年诺贝尔物理学奖,他就属于早期半路出家杀入生物学界的其他学科专家。1944年,施罗丁格尔的一本小册子《什么是生命?》引起了很大的轰动。他在书中从纯理论方面提出一种遗传密码。英国科学家弗朗西斯-克里克和莫里斯-威尔金斯(二人都生于1916年)认真阅读了施罗丁格尔的《什么是生命?》,后来获得本世纪最重大的发明。

    年轻的女物理化学家罗莎琳林德·富兰克林(1921一1958年)在伦敦国王学院的威尔金斯实验室借助于伦琴射线进行DNA结构分析。弗朗西斯.克里克在剑桥同很有天才的美国生物学家詹姆斯-沃森(1928年生)开展会作。在他们第一次会面后不久,两人就决心单独研究DNA的结构--这真是一个大胆的计划。但是,他们的计划也有明显的缺点,没有从化学方面对该分子进行更多地研究。利用已掌握的沙加夫的理论和富兰克林的研究成果,克里克和沃森开始着手这方面的工作:他们以极大的热情攒出一个高约两米的双螺旋模型,以此从化学方面来解释孟德尔的理论。生物学研究再一次经历认识上的飞跃。但是,在发现:了DNA结构不久,人们也已经清楚地认识到基因的采集和翻译的过程不能无控制地进行。法国人弗朗索瓦·雅各布(生于1920年)和雅克-莫诺(1910-1976年)1961年指出DNA的分子“开关”支配着基因在一个复杂的结构中保持活跃或不活跃的状态。这是一个跟发现双螺旋一样有相似意义的突破。这一突破在本世纪最后四分之一时间内再次引发一场科学革命:基因技术。自70年代初以来,生物学家已经能从所有生物那里提取DNA切片。生物学最终从一门想要理解生命的分析科学突变成一门能改变生命并创造新的生物的合成科学。基因技术:进退两难的境地和两面性的特征医学界在几方面从基因研究中获利,例如研制新的疫苗。诺贝尔医学奖大部分都授予了(分子)生物学家、生物化学家和基因研究人员,而几乎没给过医学专家,这不无道理。作为医学进步的推动力量,生物学界也因此没有像物理学界那样自广岛原子弹爆炸以来长期受到批评。但近来警惕遗传学家的行为的声音越来越受到重视。采用基因技术修改的植物,例如抗昆虫玉米,转基因动物,像巨型老鼠或诸如多莉这样被克隆的生物的出现证明能以此种方式挽救某些生物的消失。像热带雨林这样的生态系统在今天除了它对全球气候的意义外还是潜在的可利用基因的巨大蓄水池。

    《科学美国人》杂志已经预言基因研究的时代即将到来。今天,人们借助于所谓的DNA切片已能同时研究上百个遗传基质。美国惠普公司研制了一台仪器,只用10个这样的切片就能采集整个人的遗传物质。基因的研究达到了这样一个发展高度,几年后,随着对人类遗传物质分析的结束,人们开始集中所有的手段对人的其他部分遗传物质的优缺点进行有系统地研研究。本世纪初,当优生学家要求根除“劣等”遗传基质时,法国儿科医生、遗传学家让一弗朗索瓦-马泰就已警告防止“通过减少病人的方式来根除一种疾病的可能”。不久前在美国发现了矮小人种最常见特征的基因,侏儒们作出了惊恐的反应:“他们要根除我们。”现在,人们都希望下一代身体健康,这有可能形成一种嘲“强迫要求一个健康孩子”方向发展的自身动力。这虽不是有恶意的研究者的计划或出于一些公司对利润的追求,而更多的是迫于公众的压力。“健康”的概念扩展到其他领域的时间已为期不远了。要说今后一两代人不仅身体健康,而且连后代的胡貌差不多都可以准确地预告也没多大害处。1978年7月25日,人类历史上第一个试管婴儿路易斯·布朗的诞生标志着生物学的发展进入到一个新的阶段。它给那些为自己不能生育而苦恼的父母们带去了福音;通过移植他人捐献的精于和卵子,不孕妇女也能怀上自己的孩子。但是,生物学的发展也有其消极的一面:它容易为种族主义提供新的遗传学方面的依据。例如,一些基因研究者们指出,在旅居德国的土耳其人中间存在某种能导致癌症的突变,而在本地的德国人身上却很少出现这些突变。不难想象心怀不良的人在获得此认识后会作何感想?对新的遗传学持批评态度的人总喜欢描绘出一幅可怕的景象:没完没了的测试、操纵和克隆、毫无感情的士兵、基因很完美的工厂工人……遗传密码使基因研究人员能深入到人们的内心深处;并给他们提供了操纵生命的工具。然而他们是否能使遗传学朝好的研究方向发展还完全不能预料。法国人弗朗西斯·雅可布在回顾本世纪遗传学的发展时写道:“老鼠、苍蝇和人,我们是核酸和回忆、欲望和蛋白质的可疑的大杂烩。在即将结束的20世纪,我们在核酸和蚤白质方面进行了深入的研究。在新的21世纪,我们将把主要精力集中到对回忆和欲望的研究上。”