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芭芭拉·麦克林托克:为“跳跃基因”孤军奋战

[日期:2015-03-08] 来源:《中国科学报》   作者:余艾柯 [字体: ]

    在近代遗传学的发展史上,有两项研究成果被公认为是20世纪的最重要发现:一项是著名的“DNA双螺旋结构”,另一项则是公众并不熟知的“跳跃基因”。

与“DNA双螺旋结构”很快为其发现者詹姆斯·沃特森和弗朗西斯·克里克两位科学“大腕”带来诺奖殊荣不同,“跳跃基因”的发现者、美国女科学家芭芭拉·麦克林托克的命运却异常坎坷。

麦克林托克的研究获得科学界认可,足足经历了三十余年的漫长等待。在此期间,这位被誉为“玉米夫人”的女中豪杰,几乎是不可思议地完成了“一个人的战斗”。

1902年出生的麦克林托克,是美国著名植物学家、遗传免疫学家,1927年在康奈尔大学农学院获得植物学博士学位后,终生从事玉米细胞遗传学方面的研究。她的“跳跃基因”学说指出:基因可以从染色体的一个位置跳跃到另一个位置,甚至从一条染色体跳跃到另一条染色体。

尽管“跳跃基因”的概念早在1938年就被麦克林托克提出,但是这一调控系统却是她自1944年起整整花了6年时间才完全弄清楚的。通过1950年发表的《玉米易突变位点的由来与行为》和1951年发表的《染色体结构和基因表达》两篇论文,她向世界科学界介绍了自己的研究。

然而,同行在了解麦克林托克的这项研究工作之后,却认为这个女人也许是发疯了。

根据她的理论,基因在染色体上能够移动位置,进行“转座”或“跳跃”,这在当时的遗传学家看来与已有研究完全“背道而驰”。

按照传统观念,基因在染色体上是固定不变的,它们有一定的位置、距离和顺序,它们只可以通过交换重组改变自己的相对位置,通过突变改变自己的相对性质;但是,要从染色体的一个位置“跳”到另一个位置,甚至“跳”到别的染色体上,那是科学家们从来没有想过的。

六年的心血,同行竟是不屑一顾,这让麦克林托克非常失望。而在此之前,她在当时妇女并不受重视的美国科学界,被公认为仅有的几个出类拔萃的女性科学家之一。42岁成为美国国家科学院院士,43岁当选为“美国遗传学会”首位女性主席,她的周围曾是一片赞扬之声。

因为“跳跃基因”的研究,人们开始用怀疑的目光看待这位一度享有盛誉的女科学家。朋友和同事大都渐渐疏远,麦克林托克几乎成了孤家寡人,经受了一生中最长时间的孤寂和苦闷。

20世纪60年代初,法国科学家雅各布和莫诺用大肠杆菌做试验,提出了乳糖操纵子模型,揭示了生物体内基因调控的机制。这对麦克林托克是一个很大的鼓舞。她认为乳糖操纵子模型与她的调控系统实在是太相似了,并为此专门写了一篇论文《玉米和细菌基因控制体系的比较》,以期引起科学界对她的重视。

然而,科学界很快接受了雅各布和莫诺的学说,他们两人也因此于1965年获得诺奖,但科学界仍然无视麦克林托克的“跳跃基因”,依旧把她和她的理论视为另类和异端。

麦克林托克开始保持克制和沉默,不再谈论自己的发现,也很少发表相关文章,只是默默埋头于自己的玉米遗传学研究。

科学的美好在于真理终将得以揭示。随着分子生物学和分子遗传学的进一步发展,科学家们在细菌、真菌乃至其他高等动植物中都逐渐发现了许多与麦克林托克“跳跃基因”相同或相似的现象。

在研究大肠杆菌时,生物学家发现了具有特殊“插入序列”的DNA片段会插入别的基因之中,而这些具有“插入序列”的DNA片段并非外来物,都是源于细菌染色体的其他部位。紧接着,有人发现在沙门氏杆菌中竟然也有类似的单位,可以自由地在质体、染色体与噬菌体之间移动,并且能传递抗药性。

一系列的发现,迫使人们不得不重新回头审视麦克林托克在玉米中的研究,并且开始惊讶于她超越时代的科学发现,以及她超越常人的意志力。

1976年,在美国冷泉港实验室召开的“DNA插入因子、质粒和游离基因”专题讨论会上,科学界明确承认可用麦克林托克的术语“跳跃基因”来说明所有能够插入基因组的DNA片段。

1983年,瑞典皇家科学院诺贝尔奖金评定委员会终于把该年度的生理学和医学奖授予这位已是81岁高龄的科学家。由此,她也成为遗传学研究领域内第一位独立获得诺贝尔奖的女科学家。

获奖后,终生未婚、早已习惯在科学中安享孤寂生活的麦克林托克迎来了最为热闹的一年——到处都邀请她去演讲、座谈,人们等待着她的接见,向她索取研究用的玉米种子……

孤军奋战数十年的麦克林托克终于看到了自己的胜利,然而在周围人的赞许和仰慕之情纷至沓来之时,她却依旧淡然:“倘若你认为自己迈开的步伐是正确的,并且已经掌握了专门的知识,那么,任何人都阻挠不了你。不必理会人们的非难和品头论足。”

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