重建生命史等

重建生命史（1968 年）

木村資生（1924～1994年）

20世紀(jì)60年代和80年代，科學(xué)家開始研究蛋白質(zhì)的變化和基因本身的變化等分子的進(jìn)化。結(jié)果證明分子進(jìn)化具有兩個(gè)出人意料的特性：一是速度快，二是進(jìn)化速度相對(duì)穩(wěn)定。

大約5 億年前，現(xiàn)代人的祖先長(zhǎng)得像魚。有些現(xiàn)代魚與現(xiàn)代人是同一祖先，它們的身體形狀幾乎沒有變化，而人類的身體形狀變化巨大，這說明身體形狀的變化可快可慢。但進(jìn)化為人和進(jìn)化為魚的分子變化數(shù)量幾乎相同：身體的形狀無論從化石魚進(jìn)化到現(xiàn)代魚沒有任何變化，還是從化石魚進(jìn)化到現(xiàn)代人發(fā)生了革命性變化，分子改變的數(shù)量應(yīng)該是相同的，它們都受“分子鐘”控制。

1968 年，日本遺傳學(xué)家木村資生意識(shí)到，新出現(xiàn)的分子進(jìn)化事實(shí)難以與自然選擇的達(dá)爾文標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化論相吻合。于是他提出：多數(shù)（但不是全部）分子進(jìn)化都是“中性的”，這些變化對(duì)生物體沒有任何影響。那么，分子進(jìn)化得以繼續(xù)靠的是隨機(jī)漂流。因?yàn)樗J(rèn)為多數(shù)分子進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力不是自然選擇，所以在當(dāng)時(shí)引起爭(zhēng)論，但現(xiàn)在人們已經(jīng)普遍接受了他的基本觀點(diǎn)。木村資生的中性理論是繼20 世紀(jì)20 年代“現(xiàn)代合成”理論之后進(jìn)化思想上的最大發(fā)展。它也成為我們這個(gè)時(shí)代一個(gè)主要研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)，這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃以分子為據(jù)重建生命史或生命“樹”。

綠色革命（1970 年）

諾曼·歐內(nèi)斯特·博勞格（1914～）

美國(guó)植物育種家諾曼·博勞格是綠色革命的創(chuàng)立人，因其成就于1970 年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)，人們贊頌他挽救的生命在歷史上無與倫比。

1944 年至1960 年，博勞格在墨西哥國(guó)際玉米與小麥中心工作，培育出高產(chǎn)抗病的半矮生小麥，最終在全世界范圍內(nèi)提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量。由于使用化肥，小麥的一個(gè)特點(diǎn)就是長(zhǎng)得高，結(jié)果在天氣惡劣的情況下容易受到損害。博勞格在小麥中加入矮化基因，培育出了適應(yīng)氮肥的栽培品種，麥稈矮了，但糧食產(chǎn)量卻大大增加。他勸說巴基斯坦和印度政府于20 世紀(jì)60 年代中期種植這些品種，當(dāng)時(shí)在這片次大陸上到處是饑荒。結(jié)果，巴基斯坦至1968 年達(dá)到小麥生產(chǎn)自給自足，印度于1974 年取得類似效果。20世紀(jì)70年代東南亞的水稻也實(shí)現(xiàn)了綠色革命，產(chǎn)量劇增，消滅了饑荒。

但博勞格的反對(duì)者指出，過于依賴化肥、殺蟲劑和灌溉破壞了環(huán)境，而且農(nóng)民支付不起昂貴的新技術(shù)費(fèi)用。

目前的人口增長(zhǎng)率迫切需要另一場(chǎng)綠色革命。1999 年，彭金榮及其同事克隆了促使高產(chǎn)小麥具有半矮生特點(diǎn)的矮化基因，喚起了人們的希望，或許可以利用遺傳工程學(xué)把這些基因用于其他農(nóng)作物。博勞格的綠色革命或許還遠(yuǎn)沒有結(jié)束。

遺傳工程（1973年）

保羅·伯格（1926～），赫伯特·韋恩·博耶（1936～），斯坦利·科恩（1935～）

20 世紀(jì)70 年代早期，斯坦福大學(xué)的保羅·伯格和赫伯特·博耶與加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的斯坦利·科恩，發(fā)現(xiàn)了將基因從一個(gè)物種轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種的方法。遺傳工程基本上是將連綿不斷的脫氧核糖核酸“剪切、粘貼并復(fù)制”。首先，從含有特殊“限制酶”的人體組織中切開較長(zhǎng)的脫氧核糖核酸分子，分離出感興趣的基因，比如凝血蛋白8 號(hào)因子基因。然后將8 號(hào)因子基因嵌入稱作“帶菌者”的帶菌分子，帶菌者可能是病毒，也可能是稱作“質(zhì)粒”的一點(diǎn)圓形細(xì)菌脫氧核糖核酸。最后，帶菌者“傳染”上宿主細(xì)胞，宿主細(xì)胞可能是細(xì)菌，也可能是酵母菌，甚至可能是哺乳動(dòng)物細(xì)胞。宿主細(xì)胞攜帶了異體脫氧核糖核酸——在此例中是人體8 號(hào)因子基因——但卻將其看做是自身的基因。這種含有一個(gè)物種以上基因的脫氧核糖核酸被稱作“重組細(xì)胞”。隨著細(xì)胞增殖，其脫氧核糖核酸開始活躍，產(chǎn)生宿主蛋白和8 號(hào)因子的復(fù)制品。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，可以獲得8號(hào)因子分子。

遺傳工程具有許多用途。人們已經(jīng)應(yīng)用遺傳工程制造了幾種人造蛋白，如用胰島素治療糖尿病，用8 號(hào)因子治療血友病，因此不再使用人體組織。許多血友病病人由于用于配置8 號(hào)因子的血液受感染而染上艾滋病病毒。現(xiàn)在理想的方式應(yīng)該是重組細(xì)胞。

遺傳工程也應(yīng)用于植物，轉(zhuǎn)移抗除草劑和抗昆蟲基因。

定向突變（1988 年）

約翰·凱恩斯（1922～）

1988 年，哈佛分子生物學(xué)家約翰·凱恩斯報(bào)告了實(shí)驗(yàn)情況，認(rèn)為細(xì)菌在環(huán)境的壓力下可以選擇產(chǎn)生突變的模式。這種“定向突變”理論與認(rèn)為突變屬于隨機(jī)事件的進(jìn)化論格格不入。更為糟糕的是，它又令人想起了讓·巴蒂斯特·拉馬克19 世紀(jì)的論點(diǎn)：“獲得性”特征推動(dòng)進(jìn)化——一種人們已經(jīng)拒絕相信的理論。

在凱恩斯的實(shí)驗(yàn)中，細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境缺乏氨基酸色氨酸等主要成分的培養(yǎng)基。細(xì)菌一直在突變，但此時(shí)似乎多數(shù)情況下會(huì)產(chǎn)生有利突變，幫助細(xì)菌合成自己的色氨酸。這表明細(xì)菌提前就“知道”哪種突變可能會(huì)有益。自從凱恩斯進(jìn)行了這一引起爭(zhēng)論的研究，研究者們一直在尋找解釋定向突變的機(jī)制。

可能是壓力——對(duì)細(xì)菌來說饑餓就足以成為一種壓力——促使細(xì)菌更多地產(chǎn)生突變，努力擺脫危機(jī)狀態(tài)。依照進(jìn)化論的觀點(diǎn)，突變?nèi)匀皇请S機(jī)的，但產(chǎn)生有害或中性突變的細(xì)菌當(dāng)然無法存活下來，也就無法計(jì)算在內(nèi)，而產(chǎn)生有利突變的細(xì)菌卻能夠存活，當(dāng)然也就可以計(jì)算在內(nèi)。有相當(dāng)多的證據(jù)證明這一“ 超級(jí)變異”——研究者們甚至發(fā)現(xiàn)了將這一過程進(jìn)行下去的“增變”基因。但迄今為止還沒有人肯定超級(jí)變異是一種普遍現(xiàn)象，還是僅僅局限于細(xì)菌。