《物种起源》出版之时
在摩尔根解开染色体之谜的年代(20世纪10年代—20年代),人们还不清楚染色体的结构。不过那时人们已经通过化学分析,知道了染色体是由蛋白质和脱氧核糖核酸(DNA)组成的。
但在萨顿和摩尔根之前,从来没有任何人能想到染色体会和遗传有关,甚至完全没能意识到DNA的重要性。就让我们来回顾一下在这样的时代背景下,染色体研究拉开序幕的历史。
内格里在细胞核内发现染色体,是在1842年。在内格里之后大约30年,弗雷德里希·米歇尔第一次从细胞核中分离出了核酸(1869年)。达尔文出版《物种起源》(1859年),孟德尔公布了自己的研究(1865年)正好也是在这一时期。
一开始,米歇尔利用生物化学的方法来研究白细胞。生物化学是用化学方法研究生物体的一门学科,和生物物理学、细胞生物学共同构成了医学和生理学的基础。当然,它也为之后的遗传学和分子生物学奠定了基础。米歇尔的父亲和叔父都是瑞士巴塞尔大学医学系的解剖学教授,他受此影响也进入巴塞尔大学医学系学习,但他并没有成为父亲和叔父那样的临床医生,而是选择了基础研究的道路。据说这是因为米歇尔童年时患斑疹伤寒(发热)而留有后遗症,听力有障碍,无法使用听诊器。
米歇尔在德国的哥廷根大学获得学位后,进入图宾根大学开始了自己的研究生涯。说到图宾根大学,那可是天文学家约翰尼斯·开普勒[1](因提出关于行星运动的“开普勒定律”而闻名)和哲学家格奥尔格·黑格尔[2]曾经就读的历史名校。
米歇尔的实验材料是人类的白细胞,他选择从渗入外伤患者的绷带内的脓水中提取白细胞(在医院可以找到很多这样的绷带)。脓水当中含有大量的白细胞。在当时,因为消毒的重要性还没有在医疗场所得到普及,人一旦受了伤,伤口很快就会化脓。但想要从沾满脓水的绷带上取出干净的白细胞,却不是那么容易的事。
米歇尔便换了个思路,他不再通过物理手段分离细胞,而是将细胞溶解,通过化学手段分离并提取。米歇尔将提取物命名为“核素”(nuclein)。这种物质,之后被更名为“核酸”。
实际上,因为核素含有很多磷酸,所以米歇尔以为核素是一种与储存磷相关的蛋白质。之后,米歇尔回到巴塞尔大学担任生理学教授,做出了很多成绩,但研究学会并不关心核素,研究一直没有进展。或许是因为总是在寒冷的实验室里忙于工作,他患上了结核病,1895年,年仅51岁就去世了。
米歇尔的学生理查德·阿尔特曼去除了米歇尔提取出的核素中的所有蛋白质,提取出了严格意义上的核酸(1889年)。将核素改名为核酸的也是阿尔特曼。
阿尔特曼凭借当时的光学显微镜,在解析度只够勉强观测的情况下,发现了颗粒状的细胞器(线粒体),取得了非常了不起的成绩,可关于他的英语和日语资料却极为罕见。他曾在莱比锡大学担任临时的解剖学教授,那里的医学系在德国可谓首屈一指,这样的人物得到的评价如此之低的原因不明。阿尔特曼在1900年去世,年仅58岁。
理解遗传信息所需的最重要的物质
同一时期,阿尔布雷希特·科塞尔[3]从核素中分离、提纯出了5种核碱基。
核酸是由核碱基、一种聚糖和磷酸构成的高分子化合物。科塞尔提取出的5种核碱基分别是腺嘌呤[4]、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶,分别可以简称为A、G、C、T、U。核碱基正是理解遗传信息的关键,是最为重要的物质。
科塞尔凭借对核酸和蛋白质的研究于1910年获得了诺贝尔奖。阿尔特曼其实是科塞尔的师兄,科塞尔的诺贝尔奖,相当于是颁给他和米歇尔、阿尔特曼三个人的(米歇尔和阿尔特曼被过分忽略了,实在是令人惋惜)。