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遗传学最大的遗忘 精选

已有 3497 次阅读 2020-7-13 14:08 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

文/徐鑫

遗传学是一门健忘的学科。

被遗忘的富兰克林

rosalindfranklin_photo51.jpg

富兰克林和她拍摄的DNA照片

沃森在他的名著双螺旋(The double helix)中说:

「Chiefly it was a matter of five people: Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Linus Pauling, Francis Crick, and me. 」

「DNA双螺旋的发现就是5个人的事,威尔金斯,富兰克林,鲍林,克里克,还有我。」

其中威尔金斯、克里克和沃森因DNA双螺旋的发现获得了1962年的诺奖。

而莱纳斯鲍林是唯一一个两次独吞诺奖的科学家。一次是1954年,因化学键,另一次是1962年,因为和平。

也就是说,沃森提及的DNA双螺旋发现关键5人,有4人在1962年获诺奖。

但拍出了发现DNA双螺旋关键照片的女科学家富兰克林,却很快就淡出了人们的视线。

被遗忘的孟德尔

001.jpg把时间再回溯大概100年。

1865年,孟德尔在捷克的布尔诺发表了自己的两篇研究报告。第二年,论文植物杂交实验(Experiments in Plant Hybridization)发表,系统总结了耗时八年的豌豆实验,揭示出遗传学规律。

也是在这一年, 曾国藩和李鸿章在上海创办江南制造总局,而刚刚统一美国南北的总统林肯被暗杀。

有趣的是,中国的曾李和美国的林肯都赢得中兴的不朽功业。

了却君王天下事,赢得生前身后名。

而孟德尔开先河的发现,却很快被遗忘了。

要等到35年后的1900年才被记起。

而那时,孟德尔已经去世16年了。

难怪孟德尔在他的论文中说:

It requires indeed some courage to undertake a labor of such far-reaching extent; this appears, however, to be the only right way by which we can finally reach the solution of a question the importance of which cannot be overestimated in connection with the history of the evolution of organic forms.

从事如此意义深远的科研工作确实需要一些勇气;然而,这似乎是我们最终能够解决一个问题的唯一正确途径,而这个问题的重要性在物种进化史中是不可低估的。

被遗忘的中国古人

但是,同接下来我要说的遗传学的遗忘,忘记富兰克林和孟德尔似乎显得微不足道了。

这就是中国古人,尤其是苏东坡,对遗传学的贡献。

中国古人很早就通过诗文泄露了自己对遗传学的了解。

未出土时便有节,

及凌云处尚虚心。

这句诗出自宋代徐庭筠的《咏竹》。

竹子没出土的时候,竹节就形成了;竹子长得很高的时候,也和小竹子一样心是空的。

这句诗说的其实是和遗传学关系密切的胚胎发育的预成论(Theory of Preformation)。这一理论认为生物从预先存在于细胞(精子或卵)中的雏形发展而成。

预成论是17-18世纪欧洲比较流行的一种胚胎发育理论。不知道是否成型于中国宋朝,由马可波罗把这种思想带回欧洲。

新竹高于旧竹枝

全凭老干为扶持

明年再有新生者

十丈龙孙绕凤池

这句诗出自清郑板桥的《新竹》。

说的其实是隔代遗传。诗中有老竹,有新竹,还有明年新生竹,所以是三代。

老竹不但能影响新竹,对第三代也有影响。

隔代遗传不仅仅依赖DNA序列,也可能是DNA和它的组织者——也就是组蛋白——的修饰,这就是所谓的表观遗传学。

中国古人对表观遗传学是研究的最多的。

不知细叶谁裁出,

二月春风似剪刀。

出自唐贺知章的《咏柳》。

说的是树叶形状这一遗传学性状会受到春风的影响。获得性性状可以遗传,典型的表观遗传学研究。

我家洗砚池边树,

花开多多淡墨痕。

出自明王冕的《墨梅》。

这句更泄露了天大的秘密:王冕一直在用洗砚台的水进行花朵颜色性状的遗传学研究!而且有惊人发现:洗砚水能导致花朵颜色改变!这是一篇可以发在Nature上的雄文。同样是表观遗传学的研究内容。

被遗忘的苏东坡

su.jpg

表观遗传的研究哪里会少了苏东坡。

晓来雨过,遗踪何在?一池萍碎。

春色三分,二分尘土,一分流水。

细看来,不是杨花,点点是离人泪

这句出自他的《水龙吟》。

说的是杨花会因为离人情思而改变形状,如眼泪状。这是集心理学,行为学,植物生理学和遗传学的多学科综合研究,具有极大的学术价值。

苏东坡是中国古代生物学研究集大成者,除了表观遗传学,还涉猎过发酵工程:

取通明于盘错,出肪泽于烹熬。

与黍麦而皆熟,沸舂声之嘈嘈。

味甘余而小苦,叹幽姿之独高。

知甘酸之易坏,笑凉州之蒲萄。

这是苏东坡在中山松醪赋中记载的利用发酵工程酿酒的经历。

其中「与黍麦而皆熟」一句指出酿酒中采用了面包加工中使用的酵母,是点睛之笔。

苏东坡还搞过动物繁育:

黄州好猪肉,

价贱如泥土。

贵者不肯吃,

贫者不解煮,

早晨起来打两碗,

饱得自家君莫管。

在苏东坡改良猪肉品种后,中国人才开始大规模吃猪肉。

苏东坡还曾去海南搞植物育种:

海南无嘉植,

野果名黄子。

苏东坡在海南搞育种,比袁隆平早了近1000年。

因为这个原因,苏东坡说他的海南之旅:

九死南荒吾不恨,

兹游奇绝冠平生。

如果不是有科研成果产出这个精神支柱,苏东坡如何会觉得奇绝冠平生呢?

当然苏东坡最大的生物学研究成就是他利用光学遗传学进行的昼夜节律研究。

光学遗传学(optogenetics)就是通过光控制生物学体系的一种技术。获得过Nature年度技术。

虽然光学遗传学主要是在神经生物学中使用,但是苏轼天才地意识到了植物中也可以采用该项技术。有诗为证:

只恐夜深花睡去,

故烧高烛照红妆。

苏轼的这首海棠诗,采用了光学遗传学技术。恐花睡去,故烧高烛,通过光学控制,研究植物性状。

那么研究的是什么性状呢?昼夜节律。花在晚上本来要进入一种不同于白天的节律,但苏东坡通过烛火改变了花的昼夜节律。人类的生理昼夜节律是有分子基础的。2017年昼夜节律的分子调控获得了诺贝尔奖。

苏东坡通过对海棠昼夜节律的研究,得到了新的海棠品种。这种新的品种在色泽和香味上都更胜一筹。有诗前两句为证:

东风袅袅泛崇光,

香雾空蒙月转廊。

所以这首诗其实是倒装,先说成果,再说成因。


遗传学有一个遗字,所以惯于遗忘;

遗传学还有个传字,经典总会流传。

也许,遗传学的遗忘是一种筛选,筛选的是那些真正需要流传的东西。

注:

本文中对DNA双螺旋的介绍来自于沃森的名著《双螺旋》原文,对孟德尔的介绍来自孟德尔自己发表的、被别人整理的《植物杂交实验》论文原文。

对中国古人遗传学研究的介绍则属于戏说:借用他们的诗句来对生物学晦涩名词做科普介绍。但需要说明的是:对古人尤其苏东坡的介绍,除了生物学研究部分也基本上都是真实的,例如有说法中国人自北宋之后才开始普遍吃猪肉(待考察)。苏东坡也确实曾在海南生活。

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