[哲学短篇论文 36]生物遗传基因（DNA）及其哲学意义
2011-06-16 07:42阅读：
生物遗传基因（DNA）及其哲学意义
闵家胤
从古代，中世纪到近代的几千年，欧洲哲学家和生物学者一直在追问生命的本质，或者说搜寻生命系统中的决定因素。在这个问题上，一直存在三种具有代表性的观点：（1）亚里士多德开启的生物发生学模式叫“渐成论”。亚里士多德被认为是“动物学之父”，他观察过540多种动物，亲手解剖过50多种，写下《动物学》一书。认为有机体在开始形成时是一团没有分化的物质，经过不同发育阶段，逐渐长出新的部分，最终发育成完整的个体。（2）古罗马哲学家塞涅卡（Seneca，约公元前4年—公元65年）持“预成论”观点，他说:“精子里面包含着将要形成的人体的每一部分”。（
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）古希腊最伟大的医生希波克拉底提出“泛生论”观点。他认为生殖物质来自身体的每一部分，“男性精液是由体内所有体液形成的”。
“渐成论”、“预成论”和“泛生论”，三种观点自由讨论，三派学人各自钻研，从形而上学性质的争论到做科学实验，经过两千多年，终于在近代催生出一门专门科学——遗传学。
当然，科学的遗传学的诞生有赖于技术的进步。首先一项是荷兰工匠-业余科学家列文虎克(Antony van Leeuwenhoek
1632-1723)在十七世纪发明了显微镜，这项发明的直接结果是导致解剖学从研究器官和组织进到研究细胞，从而逐步导致细胞遗传学的诞生。英国科学家胡克(Robert Hooke
1635-1702)在1665年出版的《显微图谱》一书中描述并图示了显微镜下软木片切片的蜂房状组织“细胞”（(cell)。德国科学家施莱登(Matthias Jacob Schleiden
1804-1881)、施旺(Theodor Schwann
1810-1882)等人发展出科学的细胞学说。施旺写道：“凡有生命的东西都源于细胞”，并且他已经提出细胞有精细的内部结构。到1875年细胞学说有增加了两项：动物和植物的细胞都是由先前细胞分裂形成，细胞核的分裂先于细胞分裂。在细胞学说建立之后，遗传学家们研究的注意力从细胞核到细胞质，从细胞质到细胞壁，再从细胞壁回到细胞核，再前进一步注意到细胞核内一直被忽视的染色体，从中发现了脱氧核糖核酸DNA，最终发现了生命的决定因素。
在宏观研究上，近代科学遗传学的起点，是奥地利一位修道院院长孟德尔在1854年用34个豌豆株系做的杂交试验，这导致他在1865年发表论文《植物杂交试验》。孟德尔的创新之处在于不以植株而以单一性状作为遗传研究单位，并采用数学统计方法做定量研究。他发现性状独立，不同性状在子代中可结合而不混合；性状分显性和隐性，在子代中显隐比例永远是3：1，更确切地说是1：2：1，可以用二元一次方程公式（A＋b）·（A＋b）=
AA＋2Ab＋bb直观体现。孟德尔的论文被忽视了三十五年，直到二十世纪有三位植物学家德佛里斯、柯灵斯和丘谢玛克各自独立地做了类似的试验并得出跟孟德尔相同的结论，他们才重新发现了孟德尔的论文并命名了孟德尔遗传定律：性状分离定律和性状自由组合定律。
在遗传的承载体问题上，孟德尔认为在遗传中起作用的是“独立因子”。重新发现孟德尔遗传定理的荷兰植物学家德佛里斯(Hugo de Vries 1848-1935)，则在1889年出版《细胞内的泛生子》，其进步作用在于定位“泛生子”不再是在体内各处生成或循环，而是在细胞内存在着。在进化问题上，达尔文深信“自然界没有飞跃”，只有渐变，变异取决于生活环境的直接影响。基于自己用报春花做的试验，德佛里斯1901年出版了《突变论》。他认为，生物体的性状是由截然不同的单元组成，单元组合成集团，集团之间同化学分子之间一样没有过渡类型。新单元突然产生，新物种就通过突变突然出现。德佛里斯突变论的提出，跟孟德尔遗传定律的发现具有同样重要的意义。[①]
大约是在同时代并做出重要贡献的是德国生物学家魏斯曼，他提出“种质”学说，种质连续性和减数分裂三个重要概念。他认为，每一有机体都由“种质”和“体质”两者构成，前者是“潜在”的，后者是“被表达的”。种质传给后代，而体质则像树叶一样凋萎。他在1885年发表的论文《作为遗传理论基础的种质连续性》得出结论说：种质的连续性“是建立在在这样的概念基础上：遗传是由具有一定化学成分，首先是具有一定分子性质的物质，从这一代到另一代的传递来实现的。”后来，在显微镜下观察到了细胞核内染色体的有丝分裂，他又预测：在卵和精子的成熟过程中，必然有一个特别的减数分裂过程使染色体的数目减少一半，而在受精时，精卵两个细胞核融合又恢复正常的染色体数目。这就为在二十世纪发展出分子遗传学指明了方向。
“遗传学”（genetics）是英国人贝特森（William Bateson 1861-1926）在1905年命名的，“基因”(gene)则是丹麦人约翰逊(W.L.Johannsen 1857-1927)在1908创造的。贝特森还同时创造了“等位基因”、“纯型合子”（AA,bb）、“杂型合子”(Ab)等术语;贝特森还创造了“基因型”和“表现形”这两个术语。当时，以威尔逊(E.B.Wilson)在1896年出版的《发育中的细胞和遗传》一书为代表，遗传学和细胞学殊途同归。科学家们已经知道，“遗传基因”在细胞当中的染色体上；精子和卵子有相通数目的染色体，但卵子染色体是XX型，精子是XY——多一条钩型的性染色体；分配给配子（合子）的染色体数目是体细胞内染色体数目的一半，是通过减数分裂实现的；染色体的有丝分裂是纵向分裂。
1910年美国人摩尔根用果蝇做遗传学试验，发现果蝇白眼性状的伴性遗传现象，并把相应的基因定位在一条染色体上，这标志着现代细胞遗传学诞生。通过进一步的试验，摩尔根发现，在雄性生殖细胞的X染色体上，黄翅、白眼两对性状的基因是连锁在一起的，而在雌性生殖细胞的X染色体上，灰翅、红眼两对性状的基因是连锁在一起的，并且这种连锁是稳定的。可是，在二代交配体中，出现了1%的黄翅、红眼或灰翅、白眼的两种中间类型，说明等位基因出现了交换和重组。因此，在1912年摩尔根确立了遗传学的第三条定律：遗传基因的连锁和交换定律。
1926年摩尔根出版《基因论》，他庄严地写道：
“基因论认为个体上的种种性状都起源于生殖质内的成对的要素（基因），这些基因互相联合，组成一定数目的连锁群；认为生殖细胞成熟时，每一对的两个基因依孟德尔第一定律而彼此分离，因而每个生殖细胞只含一组基因；认为不同连锁群内的基因依孟德尔第二定律而自由组合；认为两个相对连锁群内的基因之间有时也发生有秩序的交换；并且认为交换频率证明了每个连锁群内诸要素的直线排列，也证明了诸要素的相对位置。
我把这些原理冒昧地统称为基因论。这些原理使我们在最严格的数字基础上研究遗传学问题，又容许我们以很大的准确性来预测在任何一定条件下将会发生什么事情。在这几方面，基因论完全满足了一个科学理论的必要条件”。[②]
基因论的进一步发展,
需要搞清楚基因的物质基础和基因的具体功能，这是在生物化学的研究成果基础上实现的。“生物化学”这门学科是在1903年诞生的，随后获得长足发展。到30-40年代，生物化学家们已经搞清楚酶具有催化和控制化学反应的本领，并提出“一个基因一个酶”假说。他们还知道，蛋白质具有由多种氨基酸聚合成的多肽链折叠成的立体结构。与生物化学平行发展，遗传学从细胞遗传学推进到微生物遗传学，或者说细菌遗传学与噬菌体遗传学。遗传学家们研究的对象逐步向微观更原始和更简单的生命系统推进。从果蝇推进到以红色面包霉为代表的真菌，从真菌推进到以大肠杆菌为代表的细菌，再从细菌推进到最简单的生命系统——噬菌体（病毒）。
噬菌体就是吞食细菌的生命体，更科学地说，就是以细菌为宿主的病毒。1892年发现的烟草花叶病病毒是植物病毒，1898年发现的引起口蹄疫的病毒是动物病毒，最后在1917年发现了细菌病毒——噬菌体。病毒比细菌更小，可以穿透过滤细菌的过滤器。病毒是最原始，最简单的生命系统。病毒外形各式各样，但都仅仅是一点点蛋白质外壳包着一点点核酸（DNA）。病毒本身无生命现象，只有吸附到动物、植物或细菌的细胞上才开始出现生命现象。1939年科学家们终于在电子显微镜下面看到了烟草花叶病病毒。从那以后病毒就成为生物化学和遗传学共同的研究对象。
现在，要研究的关键问题是二中选一：生物遗传基因到底是由蛋白质承载，还是由核酸承载？
“蛋白质”是荷兰人米尔德在1838年命名的，所用名词protein来自希腊语词proteios，意为“第一位”。十九世纪科学界的普遍认识，如当时先进思想家恩格斯表达的：“生命是蛋白质的存在方式”，以及蛋白质“与其周围的外部自然界不断的新陈代谢”。[③]所以，自从20世纪初生物遗传的“基因”提出来以后，在长达半个世纪的时间里，科学界普遍认为，“基因”必是由蛋白质表达。
“核酸”是一个年轻的瑞士研究生米谢尔(Jhann Friedrich Miescher
1844-1895)在1869年发现的，由于它存在于细胞核里，遂命名为“核质”。1879米谢尔的研究生同学考赛尔搞清“核质”由四个碱基组成：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。1889年阿尔特曼将“核质”准确命名为“核酸”。犹太人利文，经过20年研究，在1930年从核酸包含的核糖中区分出脱氧核糖。1938年科学界搞清楚了脱氧核糖核酸（DNA）同核糖核酸(RNA)的区别——除了所含核糖的成分不同，后者还含尿嘧啶。而且还搞清楚所有的动植物细胞内都含有这两类核酸。然而，偏见仍然占据主导地位——核酸太简单，不足以承载“基因”。
从上世纪40年代到50年代初，科学家们一直在通过试验探求核酸所起的作用。科学家们发现了病毒中的一类——噬菌体“侵略”细菌的过程。噬菌体先在细菌的包膜上打一个洞，然后把自己的某种东西注入细菌细胞内，过几十分钟，细菌死亡，包膜破裂，许多个复制出来的第二代噬菌体钻出来了。1952年，由赫尔希(A.Hershey)和蔡斯(M.Chase)领导的“噬菌体小组”做了一个著名的试验，最终证明：在噬菌体入侵宿主细菌的过程中，蛋白质外壳留在外面了，核酸（DNA）注入进去了，所以，生物遗传基因的物质载体是核酸（DNA），而不是蛋白质。这就是证明核酸（DNA）是生物遗传基因的物质载体的铁证。
剩下的工作就是测定核酸（DNA）的结构和发现生物遗传基因如何编码。这项工作在大西洋两岸紧张地进行。欧洲英国这边是“结构学派”，侧重于用物理化学定律研究生命物质的分子结构；美洲美国那边是“信息学派”，侧重于研究基因携带的遗传信息是如何表达的。
结构学派的鼻祖是犹太人阿斯伯里，他早在1938年就用X射线衍射技术拍到一张DNA照片，
