书城科普读物求知文库-生命的秘密
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第3章 生命的历程(3)

生物细胞工厂发出命令所使用的语言规律,可以说全世界都相同。假如别家工厂企图利用这家工厂的设备来制造自己需要的产品,只要能够把自己的录音带混进对方的工厂就可以了。这个录音带一播放,这家工厂的工人就会依照其命令程序,制造一些别人需要的产品了。当然,事情也不是那么单纯,因为每家工厂都有特殊的命令体系,以避免受到外来命令的干扰。它有自己特异的标识,就好像是工厂里拥有特殊规格的录音带卷轮,一般录音带绝对无法插进来。除此之外,工厂的围墙也是很严密的,除非有什么改良工厂的好处,否则它绝不会让别家工厂的录音带闯进来。

在不同类的工厂之间,除了上述的各种不同命令步骤的特异性外,每家工厂在播放工作命令时,也各有特别的方式。比如说,有些工厂喜欢在指示工作内容之前,先播放一段和工作无关的音乐。一旦有了这种识别的条件,即便混进来的录音带向工人发出命令,工人们必定心生猜疑,拒绝开始工作。

如果外来的录音带一开始就播放工人听不懂的外国歌曲,工人们更不可能合作了。有些更严密的工厂在发出重要的制造命令之前,会先播放发令机关的身份,或指定某某工作单位前来接头才发出命令。

这种特异的识别命令的方式非常多。事实上,科学家早就知道了生物细胞工厂里具有这种严密的识别功能。然而,在这些分子生物的社会组织里,它们到底采取怎样的接触识别,还不十分明了。不过,细胞里面的分子生物的社会系统,具有极为聪明而又十分简单的识别方式,是绝对不会错了的。

根据这些,只要能够把所要的产品制造程序做成录音带,巧妙地安插在人家工厂录音带的中间,成为工作内容的片段,我们就可以坐收生产成果。

我们只要供给细胞工厂足够的原料,它就能够转化出工作所必需消耗的能量,并能够制备生产过程需要的基本材料。各种细胞工厂所用基本材料的种类和数目差不多都一样,不外乎常用的20种氨基酸。所以,我们不必担心哪一家的工厂会因基本材料不同而交不出我们要求的产品。更妙的是,只要我们能够把工作内容安插在这家工厂的录音机上,这家工厂不单是会替我们制造产品,还会不断替我们复制我们给它的片段录音带。即使在扩建新工厂之后,每一家新工厂还是会忠实地为我们制造产品。

下面,我们具体说说如何完成这个任务的。

第一步,我们选用具有某种性质的工厂,我们叫它E厂(事实上是一种大肠菌的细胞)吧!这个工厂内除了主要的工作房之外,还有更小的并且是独立的小工作房。我们可以施加种种压力破坏此工厂的围墙,把这些小工作房中的小型录音带(细胞学里的名字叫质体)收集起来。

第二步,我们请一位高明的录音师,它能很快地从录音带的形式认出工作内容的起始点和终止点。我们交给这位专家两盘录音带。一盘是由人家小工作房抢过来的,另一盘上则录有我们所需产品的制造程序。我们请他剪掉前一盘的一部分,剩下的大部分,我们以A带称之。同时把后一盘录音带中我们所需的那一小段剪下来,我们称之为B带。

第三步,把B带补进A带的空隙里,成为A+B。

第四步,派一种能冒充E厂守卫的东西进入E厂充当守卫,然后将A+B的加工录音带混进E厂里面。这样,我们只需守着E厂,看它工作的时候有没有将我们期待的产品制造出来就是了。因为这种细胞工厂能够很快的繁殖,所以,只要有一个工厂成功,几十小时之后,我们就可以拥有109个以上那么多的生产工厂了。

上述四步中,最重要的是第二步所提出的录音带专家。在生物工程里,它的名字叫限制酶。除了限制酶,还需要其他很多种酶来共同完成作业。生物体中几乎任何生理反应均需要各种酶,否则谈不上什么生命的奥妙。

遗传的奥秘

“种瓜得瓜,种豆得豆”早已是人们的常识,孩子像父母更是习以为常。

但为什么会像呢?是什么力量使得生物的遗传特性一代一代传下来的?科学家们用了一百年的时间给我们提供了比较满意的答案。

不能说孟德尔是一个地地道道的生物学家,因为他的职业不是科学,然而,职业并不能决定一个人的科学成就的大小。深居修道院的孟德尔连续8年研究豌豆,发现控制豌豆各种性状的遗传物质,是呈颗粒状的成对存在的因子,完成了遗传学的经典之作。按孟德尔的观点,这些呈颗粒状成对存在的因子可以自由组合,以此决定下一代的性状。表现出来的性状能大致说明生物体一定有哪个遗传因子和一定没有哪个遗传因子。如果把豌豆的高矮这对性状用A与a表示出来,高豌豆的遗传因子既可以是Aa,也可以是AA,而矮豌豆的则必定是aa。如果雄性豌豆是Aa(生物学上叫杂合体)那么产生的后代就是这样:

Aa×aa(自由结合)

AaAaaaaa

高矮

就是说高矮的概率各占50%

如果雄性豌豆是AA(生物学上叫纯合体),那么产生的后代就是这样:Aa×aa(自由结合)

AaAaAaAa

就是说,下一代肯定都是高的。

把孟德尔的这一发现推而广之,我们人体的高矮、胖瘦、黑白、手的大小、嗓音的高低、眼睛的形状等等都是由从父母遗传下来的因子决定的。这些遗传因子,后来被生物学家们称为基因,是生命得以延续的活载体。

孟德尔用遗传因子解释遗传非常有道理,但遗憾的是他不能告诉我们那个颗粒状的基因在哪里,是什么样子。揭开基因神秘面纱的是美国的细菌学家艾弗里和后来的噬菌体小组。噬菌体是一种低等微生物,以细菌细胞为寄主。它的结构十分简单,形如蝌蚪,外部是一个蛋白质膜,膜里面包着脱氧核糖核酸(即DNA)。特别有趣的是,当它侵犯细菌的时候,好像是一个注射器,先用尾部末端扎在细菌的细胞膜上,然后将体内的DNA全部注入到细菌的细胞里面去,而把蛋白质外壳留在外部,再没有什么用了。侵入细菌中的DNA,利用细菌细胞内的物质,坐享其成,不断地制造自己的后代,直到后代太多,把细菌细胞彻底吃掉,才又分散四处,继续侵入其他细菌。就像前面我们在细胞工厂里看见的那样。

噬菌体的所作所为告诉我们,噬菌体的遗传繁殖就是通过其体内的DNA来实现的。

基因是什么?基因就是DNA。DNA是一个大分子,样子很像摩天大楼里的楼梯,螺旋状伸展。楼梯两侧的扶手是核苷酸长链,梯的阶级是配对的碱基连接而成的。一个小鼠的DNA大约含有1.2万个核苷酸对;一个人的一个DNA分子大约含有30亿个核苷酸对。正是由于DNA的千差万别,才有了各种生物各不相同的遗传性状与功能。

再严格一点,说基因就是DNA并不十分准确,而准确的说法是,基因是DNA分子中的某一个片段(即核苷酸片断),是DNA长链上占有一定位置的遗传单位。一个DNA分子上具有若干个“基因”,每个基因大约有1000个碱基对长短。一个基因能够控制生物体一种性状。据测算,小病毒的DNA上只有4~5个基因,大肠杆菌的DNA含有3~4千个基因,而我们人体的DNA所含的基因大约有10万个。基因在染色体上并不是固定不动的,排列在细胞内染色体上的成串基因,有时以不规则的方式不停地运动,变换着位置,并且可以从一个细胞跑到另一个细胞中去。

现在,我们可以用另外一种语言把孟德尔的思想做一个表述:生物在生长发育时,细胞要分裂,细胞核中的DNA能自我复制,一个变成两个,两个DNA所带的遗传信息完全一样。在有性繁殖中,精子含有父方体细胞DNA的半数,这些DNA上携带着父本的全部特征;卵子也带有母方体细胞DNA的半数,和全部的母本特征。精卵结合后,重新组成了DNA的一个整数。父母双方的遗传特征在新一代中都会保留下来。生物能够遗传的秘密全在于此。