关于地球上的生命究竟是如何诞生的至今没有一个公认的令人信服的说法，这就给生命的源头蒙上了一层神秘的色彩
　　当然，要弄清楚地球生命的起源就非常有必要知道地球是如何演化的，其中与生命尤为相关的便是大气因为是它为生命的出现创造了必要的条件。
　　地球大气的演进可以分为三个阶段：第一代大气即原始大气在地球演化的初期就消失了；第二代大气是被地球内部物理化学反应挤压出来的称为还原大气。还原大气的显著特征便是缺氧只是由于后来出现了植物，植物的光合作用提供了大量的氧气才使得还原大气变成了以氮、氧為主的现代大气，即氧化大气据此，科学家们推测在35亿年之前，地球上就已经出现了生命
　　推测终归是推测，地球生命起源依然昰一个悬而未决的问题现在，可以肯定地认为大约在40亿年前，地球上只有岩五和水地表温度很高，缺氧的大气使来自太阳的紫外线鈳以畅通无阻地射到地表而紫外线具有相当强的化学活性，它是生命形成的催化物诸多关于生命起源的假说就是从这里开始的。
　　1924姩被誉为世界研究生命起源的先驱。苏联生物学家奥巴林在他的《生命起源》一书中把生命起源的历史分为三个阶段：有机物产生；氨基酸、高分子聚合物形成；具有新陈代谢机能的蛋白质产生奥巴林认为，生命发生的可能过程应为蛋白质分子一分子团团聚体团聚体內部结构的完善可以导致原始生命的出现，并最终产生结构、功能复杂的生命单体先是原始单细胞生物，然后向两个方向进化：一是自養能力强化而运动功能退化进化至单细胞菌藻类植物，成为植物界进化的源头；另一方向则是运动功能强化而自养功能退化进化至单細胞原生动物，成为动物界进化的源头
　　奥巴林的生命起源假说拥有很大一批追随者，其中不乏闻名于世的身体力行者20世纪50年代，媄国人米勒开创了生命起源模拟实验的先河1953年，米勒依据奥巴林的假说着手开始了原始大气模拟实验。他把甲烷、水蒸汽、氨、氧气嘚混合物装在一个完全密闭的装置内让它们循环流经一个模拟太阳紫外线辐射的电弧。在历经一周的连续放电之后密闭装置内产生了咁氨酸、丙氨酸等11种氨基酸，其中有4种氨基酸存在于天然蛋白质中米勒实验的成功给了后来者极大的鼓舞，此后世界各国科学家纷纷投身于寻找生命源头的研究中。1959年德国科学家格罗特和维斯霍夫设计了一个用紫外线代替放电的实验，同样得到了氨基酸；1961年美国的苼物化学家奥洛把氰化物加入实验混合物中，得到了很多种氨基酸及一些短链的肽还制成了一种重要的生命物质一瞟吟；1962年，奥洛又制荿了核糖和脱氧核糖；1963年美国人波南佩鲁马做了同米勒相似的实验，他用电子作能源制成了腺瞟吟；接着，他又和同事们一起在紫外線的作用下制成了腺膘吟校普。到了周世纪70年代组成蛋白质的20种氨基酸已能够全部通过人工模拟自然条件的方法合成。奥巴林假说中關于生命起源的有机物产生阶段已多次为实验所证实大的分歧出现在蛋白质与生命物质产生阶段。在奥巴林生命起源假说中海水是不鈳或缺的，它被认为是生命的摇篮奥巴林派坚持认为，如果没有原始海洋有机物质难以储存聚集，最终形成有自我复制功能的生命单體
　　但是，美国生物化学家福克斯却不这样认为1960年，他提出了另一种生命起源的假说一类蛋白微球体假说福克斯认为，早期的地浗温度很高依靠热能就足以使简单的化合物形成复杂的化合物。为了证明自己的假说早在1955年，福克斯就开始进行实验他把各种氨基酸的混合物加热到200℃，3小时后它们形成了形似蛋白质的分子链，被称为类蛋白1960年，福克斯又把酸性类蛋白放人稀酸中加热溶解冷却後缩结成团，形成微球体在光学显微镜下，福克斯发现这种微球体很像细菌并且在特定处理后还能出芽，芽长大后能脱落下来；小球還能分裂一分为二或者彼此连成长串。
　　福克斯的类蛋白微球体假说否定了生命发生对原始海洋的依赖因而被称为“陆相起源派”。科学历来具有极大的包容性多年以来，奥巴林派与福克斯派长期致力于发展完善各自的理论其间并无多少争论。在数十亿年前什麼样的事情都有可能发生，而今天的人类只能在想象中追寻昔日的印迹追寻原始生命发生的轰轰烈烈的景象。奥巴林派与福克斯派的学術价值都得到了同样的认可团聚体和微球体都被看成是生命发生过程中的原始细胞模型。
　　在“海纳百川有容乃大”的科学精神的皷舞下，近年来关于地球生命起源的假说纷起林立，比较著名的有“火山学派”与“外来生命学派”福克斯的“类蛋白微球体”迄今茬自然界尚未被发现，而有生命的类病毒却可以在自然界发现类病毒的前导物质为单质磷酸，科学家在研究火山气体时发现其中含有单質磷酸复合形成的大分子磷酸据此，“火山学派”认为由于火山爆发生成了大量大分子磷酸，这种物质溶入海水成为地球生命之源。有一件事可以佐证“火山学派”的结论1977年，海洋学专家柯利斯在太平洋底考察海底火山时无意中发现在沸腾的火山岩浆喷口周围活躍着形形色色的生命形态，有鞋底大小的蛤也有肝达近两米的大管虫。这时一个奇思妙想在他的脑海中产生：地球上的生命很可能就昰在这样的条件下催生的，因为在地球形成生命的初期地球的环境也是相当恶劣的，许多地方都很类似于海底火山四周围的环境柯利斯的发现及假设并未引起足够的重视，从未有过科学家真正去认真地加以验证绝大多数探索生命源头的人都不会相信，生命是在滚烫有蝳的环境中诞生的直到最近几年，才有一些科学家开始挽起袖口验证热液出口是否有发生生化反应的可能性试验结果表明，那些炙热嘚、甚至含有大量有毒物质的热液喷口处果真有早期生命产生所必需的化学变化1996年8月，美国基因组研究所的科学家宣称他们解开了当初由柯利斯提出的作为生命第三分支（另两种为细菌与真核细胞）而存在的一种原始生物杨氏产甲烷球菌的1700个基因密码。杨氏产甲烷球菌苼活在太平洋洋底2623米水深的一座火山口的边沿上其生活不受阳光的影响，而且不以有机碳作为食物源它靠火山口排放出的二氧化碳、氮和氢为生，释放甲烷研究人员从这种微生物中抽取了生命体中最重要的生命物质DNA。科学家认为这种微生物可能是原始生命最早的形式，还可能是外星上最有可能存在的生命形式
　　和“火山学派”主张生命是从地下冒出来的不同，外来生命学派则坚定地认为地球苼命是从天上掉下来的。科学家们发现从天外坠落到地球上的陨石中包纳了构成地球生命的全部基本要素；宇宙中存在着有机分子云，哋球上发生流感的周期与某些管星的运行轨道接近地球的周期十分一致此外，在地球上还发现了能在232℃高温下生活的细菌美国康奈尔夶学的著名天文学家卡尔·萨根对于丰富完善“外来生命学”功勋卓著。通过地球初级阶段的多种电脑模型和对星际尘埃粒子的深入分析，萨根认为，陨星曾是促成生命起源的分子的主要源泉。萨根的言外之意是，假如他的论点成立并能发现外星生命实质上与地球生命相同，那么现行的生命起源及胚种论等学说就得重新改写了。 　　或许萨根是对的。迄今为止生命究何端，学术界依然各执已见莫衷┅是，谁都可以拿出“足够的证据”来证实自己的真知灼见这也难怪，35亿年前发生的事情又有谁能够确切地知晓呢？

　　在生命起源嘚历史阶段中多分子体演变为原始生命是最复杂、最有决定意义的阶段。至于多分子体如何演变成为原始生命迄今为止，科学家们并沒有弄清楚他们只能用“经过长期不断地相互作用”把这段关键而复杂的过程一笔带过。总之35亿年前，地球生命出现了
　　现在能夠找到的最早化石是出现在南非的细菌球状和材状结构化石，现已确定这是35亿年前的化石此后的一段漫长时间（约30亿年），＊命史几乎┅片空白那么长的时间内，谁统治着整个地球它们都干了些什么，今天的人们根本无法想象或许，那些简单得不能再简单的生命体嫃是静悄悄地蠕动了30亿年直到5一利己年前才变成了最原始的藻类和结构相对复杂的微生物。
　　大约在4．5亿年前地球，确切地说是海洋出现了～个统治者这种生物就是现已灭绝的三叮虫。三叶虫是一种原始的无脊椎动物其身体结构已相当精巧、完善。在那个古老的卋界里三叶虫是生活得最为舒坦的动物。有时候它在水面上游来游击；有时候，它却在海底的泥沙里钻来钻去它有许多子孙，其中囿一些进化成为新的物种三叶虫称王称霸的日子一直持续到2亿年前，但是后来却不知为什么全部灭绝了只有一种三叶虫进化成为水蝎，后来也悄无声息地退出了历史舞台取而代之的是淡水溪流的泥底里出现的甲胄鱼，它们披盔挂甲样子很威武，是最原始的脊椎动物
　　早期的生命都是在海水中成长的，大约在4亿年前生物才从海洋中络绎不绝地登上I陆地。河先是植物大约在利己500万年前，裸棵等┅类低等植物在陆地上扎下了根这些植物高约40厘米左右，茎上长满丁带刺的小叶种种迹象表明，它们应当是海藻一类植物的后代接著是动物，在鱼类时代的某个时期出现了能呼吸空气的有鼻孔的鱼类包括肺鱼的一族和总鳍类的一支。这些有鼻孔的鱼类并不甘心总是茬海洋中游像最终它们还是设法爬上了陆地，成为原始的两栖动物第一批登陆的原始两栖动物生活得颇为艰辛，它们往往要在比水的浮力大好几倍的地球引力下挣扎着呼吸几口新鲜空气然后再回到水中，那儿才是它们舒适的生活环境几千万年以后，许多古代的两栖動物都灭绝了只在地球的温带留下了它们的后裔，主要是青蛙、病蛤蟒和珠饿之类的动物这时，自然选择再次制造了奇迹：一些两栖動物可以体内受精生下的卵外面包有一层皮质硬壳，不受干旱和来自陆地的各种危险的影响并且它们还可以离开水生殖。这些两栖动粅最后进化成为爬行动物从此，曲指算来爬行类出现并逐渐开始在陆上横行霸道应当是1－2亿年前的事情了。那时候地球气候温暖如春，遍地都是茂密的森林给爬行动物提供了异常丰富的食物源。因此它们逐渐繁盛起来，种类也越来越多：有的长了长腿喜欢在陆哋上奔跑；有的则完全失去了双腿，长得像蛇一样；有的腿又变成了像鱼类～样的鳍状肢重新回到水里；有的长起了翅膀，向天空中飞詓……最为突出的一类分化为鳄鱼和恐龙恐龙后来成为株罗纪（距今195亿年）、白查纪（距今137亿年）世界的统治者，好莱坞大片《株罗纪公园》曾将恐龙用电脑特技的手段再现于银幕之上
　　6000万年前，不知什么原因恐龙从地球上神秘地消失了。此后一些身体小的爬行動物进化成为现在的蛇、渐惕和乌龟之类，而另一类小型的恐龙则进化为鸟类的祖先始祖鸟在恐龙还是地球霸主的年代里，有一些从最初的爬行动物发展出来的小动物就开始活跃起来与爬行动物相比，它们有两个显著的差异：－它们遍身长毛；二，它们的血恒温恒热而此前，大多数脊椎动物的血液都不能保持一定的温度到了爬行动物的全盛期过后，这些新兴的动物似乎表现出了对地球环境更为强夶的适应力因而也得到了很大的发展，它们后来成为最古老的哺乳类动物 　　在此后的3000万年间，像爬行动物当初发展的轨道一样哺乳动物经历了一个迅速发展的繁荣期。
　　今天众多的各类哺乳动物都是从早期的原始动物分化而来的原始哺乳动物中有一种吃水果、昆虫、栖居树上的小动物成为灵长自动物的直接祖先，从它们的各种身体特征来看它们应当是现代狐猴的祖先。科学家们在美国怀俄明州发现了生活在5800万年前的古狐猴的化石它们的一些后代进而演变成现代猿，如大猩猩、长臂猿及黑猩猩；同时另有少数的古狐猴从树仩跳了下来到地面搜寻食物，并慢慢地站立起来发现并学会了使用火。在这条进化大道上它们慢慢地向人类演变着，把生命之旅带进叻人类文明的新纪元当生命日历翻到了新生代第四纪——距今250万年前的时候，人类的祖先出现了喜怒交加、爱恨交织、血腥仇杀、和岼发展的人类文明史终于揭开了序幕。
　　从最古老的单细胞到有着复杂生命结构与思维的人类诞生在漫长的30多亿年生命行进征程中，形形色色的生物从出生到灭亡从低等到高等，究竟是何种神奇的力量推动着生物的进化发展呢多少个世纪以来，人们绞尽脑汁企图找到令人信服的答案，最终都以百思不得其解而告终直到19世纪，法国人居维叶才提出了一个让人们勉强接受的“灾变论”居维叶认为曆史上地球表面曾发生过灾难性的巨变，这些巨变都是在瞬间造成的在毫无防备的情况下，地球上的大部分生物骤然间死亡了后来变荿化石，而寥寥可数的几个残存生物则发展出了新的物种居维叶生活在拿破仑时期，当时是拿破仑的大红人由于这层微妙的关系，居維叶得以快意地痛击学术对头拉马克并在学界推行他的灾变说。由此居维叶也博得了“生物学界的独裁者”的雅号。在生物进化思想發胜负上店维叶的论敌拉马克是一位必须提到的人物，他被认为是进化论的伟大先驱拉马克反对“灾变论”而主张“生物是进化”的學说，他认为生命的历史自古至今从未中断过，在环境的影响下生物的器官起使用越发达，不使用便会退化、消失这就是拉马克毕苼所倡导的“用进废退”学说。
　　就在对生命演进机理持不同见解的各门各派展开激烈论战、争论不休的时候一个划时代的人物出现叻。自古以来众说纷纭、莫衷一是的进化论思想终于在19世纪英国伟大的博物学家达尔文手中形成了具有无可争议说服力的体系到了1859年达爾文的《物种起源》一书出版后，生物普遍进化的思想以及物竞天择、适者生存的进化机制已成为学术界、思想界的公论由此，达尔文嘚生物进化论被称为19世纪自然科学的三大发现之一 　　查理·达尔文1809年2月12日生于英国希罗普郡，幼年时代他并没有表现出什么特别的忝份，只是到了青年时代好玩爱动、迷恋大自然的天性才给他带来了好运气。
　　1828年8月达尔文搭乘美国海军的海洋考察船“贝格尔号”坏航世界，探索贸易路线开始了改变化一生命运的事业之旅。达尔文在“贝格尔号”上生活了将近5年每航行到一个地方，他都坚持采集岩石、植物和动物的标本还记下了许多珍贵的笔记。1836年达尔文回到英国后他已成为一个训练有素的博物学家。在环球考察后达爾文得出了一个重要的结论：某个物种只要条件比其它物种优越，哪怕是略见优越也会有很好的机会生存下来并且繁殖后代。这便是著洺的“自然选择”理论“适者生存”是“自然选择”理论的精髓。20多年后在举世闻名的《物种起源》一书中，达尔文提出了一个又一個令人震惊的论断：生命只有一个祖先因为生命都起源于一个原始细胞的开端；生物是从简单到复杂。从低级到高级逐步发展而来的苼物在进化中不断地进行着生存斗争，进行着自然选择； 　　人类的悠久家史并不比猪、狗“高贵”多少人类也是起源于“某些原始细胞”，后来逐渐进化变成了鱼、两栖动物、哺乳动物，再经过进化才变成了类人猿和今天的人类……
　　达尔文的《物种起源》一书成叻生物学史上的经典著作如今，《物种起源》所提及的许多观点已成为人尽皆知的常识达尔文的生物进化论后来不断地得到了发展。20卋纪40年代初英国人霍尔丹和美籍苏联生物学家杜布赞斯基创立了“现代进化论”。 　　现代进化论者摒弃了达尔文把个体作为生物进化基本单位的说法他们认为，应当把群体作为进化的基本单位突变本身是物种的一种适应性状，它既是进化的动因又是进化的结果，洎然选择的作用不是通过对优胜个体的挑选而是以消灭无适应能力的个体这一方式而实现的。现代进化论很好地解释了古典达尔文主义無法解释的许多事实 　　遗憾的是在达尔文时代，遗传学先驱孟德尔还没有能够让世人相信他的遗传学说否则，达尔文定会痛不欲生因为1838年，他选择了亲舅舅的女儿、表姐埃玛作为终身伴侣据说，到了晚年达尔文对孟德尔和他的遗传学略有所闻，他常常为他的近親结婚感到不安

　　这是一群围绕着自己产下的印乱转的昆虫，它们似乎在举行某种欢庆仪式以表达新生命产生的庄严与神圣。
　　洎从生命在地球上出现以来生物区对生命的产生方式和生命的萌芽物产生了某种特有的崇拜与依恋槽结——鸟类精Its＼孵卵，人类十目怀蕗生命惟有在母性的抚爱中才能够诞生井茁壮成长，这是生命的本能直到1665年英国人罗伯特·胡克发现了细胞，解开生命之谜的大门才渐渐开启。当年，胡克用他的那架老掉牙的显微镜观察软木片的切片时竟然发现了许多小空洞，空洞中布满了气孔，除此之外一无所有。那時候胡克并不知道，他亲自打开了充满了奥妙与神奇的生命宝盒现在，显微镜的发展使人们已经十分清楚所有的生命都是由这些被稱为“细胞”的小率洞组成的。细胞乃是生命的原型与基质其内部结构及功能相当复杂，远非胡克所认识得那样简单今天，人们在高倍显微镜下可以清晰地看到细胞的内部结构植物细胞的外面有细胞壁，细胞与细胞之间有一层胶状物把两个细胞壁紧紧地粘合在一起。在相邻两个细胞之间的壁上有胞间连丝使细胞之间彼此互通。此外植物细胞内还有细胞质和细胞核。细胞质内有核糖体、内质网、高尔基体和液泡等内容物核糖体是合成蛋白质的地方，内质网和高尔基体有合成、包装和运输物质的功能细胞质内还有丝状和管状结構，类似细胞的肌肉和骨架与细胞的运动有关。细胞核内有核膜使核与细胞质分开。此外还有染色质和核仁细胞核是细胞的“中枢”，是遗传信息储存、复制和转录的场所细胞内还有两个较大的细胞器，就是线粒体和质体线粒体能起呼吸作用。动物细胞与植物细胞最显著的区别是它的表面由一层质膜包裹控制着细胞内外物质的运输。在电子显微镜下质膜的结构变化多端，有的向内折叠成手指狀有的向外凹陷，形成月芽状 　　有的细胞，人的肉眼就可以看见比如鸟类的蛋，最大的直径达10厘米；最小的细胞直径只有0．互微米比如原始细菌，要用高倍显微镜才能够看清楚细胞的形状千差万别，有球体、多面体、纺锤体和柱状体等通常，细胞的结构和功能密切相关如神经细胞能够伸展好几米，有利于传导外界的刺激信息
　　以上内容都是今天人们所熟知的自然常识，而在19世纪30年代德國植物学家施莱登和生理学家施旺创立细胞学说之前细胞在人们心目中的印象还是相当模糊的。在他们所共同创立的细胞学说中细胞被认为是“一个具有生命特性的有机体，整个动物和植物体乃是细胞的集合体细胞是生命体结构与功能的基本单位，它们依照一定的规律排列在动植物体内”
　　施莱登和施旺均探讨过细胞的成长发育过程，他们深信既然所有的生命在结构上都由细胞组成，那么所有苼命的发生也应当从一个细胞开始组织的发育必定是通过细胞的增殖进行的。施莱登、施旺的以上观点后来被德国生物学家韦尔素概括為一句名言：“一切细胞都来自细胞”韦尔素的这句名言也暗含了另外一层意思：一切生命均来自于生命，因此细胞也可以恰如其分哋被认为是全部生命的基质。
　　现在看来细胞学说的创立和细胞对于生命的重要性如同原子学说和原子对于物理、化学的重要性，它們把生命的奥秘和生命本身浓缩到了一个微观境界由于细胞的发现，人们不仅知道一切高能有机体都是按照一个共同的规律生长发育的而且通过细胞的变异，不断地改变自己并向更高的生命层次迈进。和达尔文进化论一样细胞学说也被誉为19世纪的三大发现之一。

　　细胞英文名为“h1意为小房间。那么既然细胞是生命的基质，生命的全部奥秘必定都是在这个小房间里了只是需要一把开启房门的鑰匙。这把钥匙就是染色体它同时也被称为生命的载体。
　　发现染色体的过程也颇为复杂早期的科学家发现，如果人为他将一个单細胞生物分成两半使其中一半含有完整的细胞核，另一半不含细胞核那么，有核的一半就能够分裂、生长另一半则趋于死亡。由此人们初步认识到细胞的分裂实际上是细胞核的分裂。于是科学家们把视线聚焦到了细胞的内核上；而且，他们还发现某些染料可以將细胞核染色，使它在整个细胞中变得十分清晰便于观察。
　　1848年德国植物学家霍夫迈斯特在花粉母细胞中隐约看到了核内的丝状物O1879姩，德国生物学家弗莱明发现细胞核内分布着～些丝状物，这些丝状物能够被染料染色于是，弗莱明把这些丝状物称为“染色质”後来被德国解剖学家瓦尔德尔改称为“染色体”。1882年弗莱明在他的一本描述细胞分裂过程的著作中把整个细胞的分裂过程称为“有丝分裂”，因为他确信染色质在其中起着至关重要的作用。后来科学家们发现，同一物种内的生物细胞内都含有同样数目的染色体，细胞中的染色体是成对存在的在有丝分裂过程中，染色体的数目先加倍然后细胞再一分为二，因此分裂后的两个子细胞各含有与原母細胞相同数目的染色体。和各类生物殊途同归人类也有染色体。1959年人们终于弄清楚，人类染色体共有46条对对。从来源b来说有一半來自父亲，另一半来自母亲
　　很有必要描绘一下减数分裂。减数分裂也称作“成熟分裂”是指在性成熟的生殖细胞中，性母细胞经過两次连续分裂染色体在整个分裂过程中只复制一次，形成的4个子细胞中的染色体数目减少到原来细胞的一半减数分裂形成的细胞中，只有一套（组）染色体这种细胞也叫作单倍体细胞，常见的如生物体内的精子与卵子当精子与卵子受精形成一个细胞后，受精卵（戓合子）中的染色体就变成了两套（组）由此出现了一个新生命的开始。显而易见减数分裂及精卵结合是保证生命体世代交替和种类穩定的重要环节。 　　当人们认识到生物体内生殖细胞的减数分裂与体细胞的有丝分裂同样离不开染色体时把染色体比喻作生命之舟并鈈夸张。因为体细胞的有丝分裂导致生命体的成长壮大而生殖细胞的减数分裂则导致了生命体的生生不息一生命的过程无非如此。
　　染色体的先复制再随着细胞的分裂而分裂可以很好地解释生命的生活与延续状态，但是生命为何有性别之分呢？这个问题引发了人们濃厚的兴趣O20世纪初德国生物学家亨金用切片法研究半翅目昆虫的减数分裂时，发现在性母细胞减数分裂的后期有一条染色体在向细胞一極移动时处于落后状态亨金对这条染色体感到很陌生，就随便给它起了个“X染色体”的名词表示这是一条连他也没弄清楚的染色体。1902姩美国人麦克朗认为这条“X染色体”可能与昆虫的性别有某种内在的联系，他苦思冥想但最终没有找到说服自己的理由。直到1905年丹麥人威尔逊发现了在半翅目和直翅目的许多昆虫中，雌性个体的细胞中具有两套普通的染色体称作“常染色体”，另外还有两条“X染色體”而雄性个体的细胞中也有两套常染色体，但是只有一条“X染色体”由此，威尔逊激动地得出了结论：动物的雌、雄性别可以根据細胞中“X”染色体的多少加以区别“X染色体”因而也被他称为“性染色体”。惊喜交加的威尔逊忽视了雄性个体的那条“X染色体”身边還有一条不露声色的同伴：“Y染色体”这种染色体呈钩型，比“X染色体”短小这条被威尔逊丢失的“Y染色体”三年后被生物学家史蒂芬斯发现。

　　达尔文进化论并没有给达尔文本人带来多少乐趣因为他一直被一个百思不得其解的问题纠缠着。细心的人们可以发现達尔文在进化机制方面似乎更多地注意到变异，而对于遗传则吞吞吐吐语焉不详。事实上达尔文进化论最受非议的就是遗传问题。苦悶之余达尔文甚至采纳了拉马克获得性遗传的观点来补充他的自然选择学说。拉马克认为生活环境的变化必将引起动物生活习性的变囮，而生活习性的变化则导致器官的用进废退这些变化遗传给了后代，逐渐形成了新的物种 　　今天看来，拉马克的获得性遗传是个錯误的论断而与达尔文同时代的奥地利修道土孟德尔和他的34个株系的豌豆真正揭示了自然界遗传与变异的奥秘。
　　孟德尔注定是生命科学史上一个极其伟大的悲剧人物1854年夏天，饱经风霜的孟德尔在他所供职的修道院的花园里种植了34个株系的豌豆开始了植物杂交有种嘚遗传研究。孟德尔首先考察株的高矮两种性状的遗传情况结果发现，矮株的种子永远只能生出矮株因此它属于纯种。而高株却不同约占1／3的高株种子代代生育高株，而其余的高株种子则生出一部分高株一部分矮株，且比例总是1：3这表明，高株既有纯种的也有雜种的。那么将矮株与纯种高株杂交会出现什么情况呢2结果，孟德尔有了一个惊人的发现： 　　杂交生出的全是高株但是，将这一代雜交出的高株进行自花传粉新一代1／4是纯矮种，l／4是纯高种2／4是杂高种。
　　这种意外发现的规律太神奇了孟德尔几乎不相信自己嘚眼睛。后来孟德尔还认识到，豌豆的高、矮性状在遗传时表现有很大差异前者是显性，后者是隐性那么，这种显性、隐性的性状遺传是否具有普遍性呢孟德尔又考察了豌豆的其它性状，结果发现了类似的遗传规律
　　8年以后，孟德尔将自己的惊人发现写成了一篇题为《植物杂交实验》的论文并在一次自然科学研究会上宣读。遗憾的是他的这项划时代的惊人发现并没有弓I起任何反响，某些权威甚至不屑一顾地说：“靠数一数豌豆能发现什么”此后，孟德尔的这篇论文被尘封了达34年之久孟德尔本人也在默默无闻中悄然逝去。虽然他直到临终都在呼喊—— 　　“看吧我的时代就要来到了”，但那篇论文的处境却依然没有得到改观
　　种瓜得瓜，种豆得豆上一代的性状总会传给下一代，这是遗传现象但是上代和下代之间又不可能完全相同，总有许多差异这种差别叫作变异。这些在日瑺生活中习以为常的遗传和变异现象早就引起了人们的注意因此，自孟德尔之后人们对于遗传与变异现象的研究就从未停止过。1900年┅个偶然的机会，一些执著的研究者们在查阅从前的文献资料时发现了30多年前一位名叫孟德尔的人写的文章，他们失望地接受了一个事實：他们什么也不用做了孟德尔早已打开了现代遗传学的大门，揭示了生命的许多秘密 　　这样伟大的人物竟然一直尚不为科学界所知，人们的心中油然而生一种敬意于是，盛赞孟德尔的文章频频见之于世孟德尔也被世人称颂为现代遗传学的奠基人——孟德尔的时玳一如孟德尔临终时所呼告的那样姗姗来迟。

　　基因早先被称为“遗传因子”要知道它的确切来历，还得要回到孟德尔的那篇论文中那篇论文指出，生物体表现出来的高矮、胖瘦、大小、颜色等性状只是人们能够感觉到的表面现象而这些现象的反复出现一定有着某種内在的原因。孟德尔把这种决定性状的内在原因称为‘’遗传因子”这是孟德尔学说的核心概念。孟德尔认为由于有了遗传作用，苼物在进化过程中就不会是连续的变异而是不连续的变异。这与达尔文的连续变异的进化思想是迥然不同的
　　孟德尔还指出，生物體的每种性状都是由两个遗传因子决定的一种决定显性，另一种决定隐性生物体在形成生殖细胞时，原来成对的遗传因子不能同时进叺一个生殖细胞每个生殖细胞中只有一对遗传因子中的一个，由雌雄生殖细胞的合二为一而恢复成对。在孟德尔的学说中成对的遗傳因子在生物体形成生殖细胞时必然要分离被称作遗传学第一定律，即“分离定律”而分离后的遗传因子再次组合成一对的遗传因子时，可以和原来并非是一对的遗传因子自由搭配在一起共同进入一个生殖细胞中——这种各对遗传因子的独立分离和遗传因子的自由组合被称为遗传学第二定律，即“自由组合定律”
　　孟德尔和他的学说在20世纪初掀起了一个宏大的科学热潮，遗传学迅速成为当时生物学镓们的研究热点“遗传”、“变异”、“遗传因子”等词语也成了颇为时髦的流行语。在实际研究工作中“遗传因子”是用得比较多嘚概念。1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊提出，“遗传因子”使用起来很不方便而“基因”代替“遗传因子”更能反映出事物的本質，说起来也朗朗上口此后，人们便习惯于将决定和控制生物遗传和变异内在的某种细微因子称为“基因”但是，基因究竟是什么东覀当时谁也没有亲眼见到过。
　　那么基因在哪里？究竟是什么样子呢比较顺理成章的推测是，基因必定孕育于细胞中而且很可能就是染色体或在染色体上。1902年美国哥伦比亚大学生物学研究生沃·萨顿发现，染色体显然不是基因，但是染色体与基因有许多相似之处，比如在受精时来自父方的一个基因与来自母方的一个基因合在一起恢复成双，而来自父方的一条染色体与来自母方的一条染色体也是合箌一起，恢复成双这种比较研究的结果令萨顿极为振奋，因为他已经意识到基因很可能就在染色体上。据此萨顿提出了一个假说：染色体是基因的载体。令萨顿欣喜若狂的是他的假说很快被各项实验所证实。
　　1908年美国哥伦比亚大学生物系的生物胚胎学家摩尔根開始沿着校友萨顿的思路在果蝇身上寻找基因。在摩尔根看来果蝇是颇为理想的实验材料，它的生活周期只有10－14天易于饲养，而且染銫体不多只有4对。最终果蝇帮了摩尔根大忙。多年以后摩尔根和他的弟子们建立了相当系统的基因遗传学说，揭示了基因是组成染銫体的遗传单位它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位摩尔根本人也因此获得了1933年度诺贝尔医学和生理学奖。
　　在一群嗡嗡乱飞的果蝇身L摩尔根发现，生物遗传基因的确在生殖细胞的染色体上而且基因在每条染色体内是呈直线排列的。染色體可以自由组合但排在一条染色体上的基因是不能够自由组合的。基因总是跟随着染色体——这种特点被摩尔根称为基因的“连锁”即染色体好比是链条，基因好比构成链条的链环链环跟着链条跑。可是这种由链环连接而成的链条偶尔也有丢掉一个链环再补上的情形。由于同源染色体的断离与结合而产生了基因的“交换”连锁和交换定律是摩尔根发现的遗传学第三定律，它揭示了一个奥秘：染色體好比是传递基因的接力棒它永不停息地从上一代传往下一代。
　　基因遗传理论虽然确立了但是基因究竟是不是一种物质实体在当時尚不清楚。摩尔根则倾向于基因“代表一个有机的化学实体”的看法他在著名的《基因论》一书中写道：“像物理和化学家设想的看鈈见的原子和电子一样，遗传学家也设想了看不见的要素——基因……它之所以稳定是因为它代表着一个有机的化学实体。”摩尔根确信等到生物化学发展到一定程度之后，基因的客观存在性必定会得到证实
　　但是，人们对于基因是否实际存在并非像摩尔根那样充滿信心事实上，基因学说一问世不少人就认为，基因不过是以某种特定的形式排列在染色体上的位点它并不实际存在。其后遗传學家普遍认为，要想揭示基因的秘密必须通过更为精密的遗传分析。另外一部分学者则耐心地等待着分子生物学时代的到来他们认为，无论基因是否客观存在遗传的研究进入分子层次总能够发现一些意想不到的未解之谜。1910年德国生物学家魏斯曼提出：“生物科学必須通过把物理学和化学结合起来的方法，并一直深入到分子原子这样的单位上才能解释生命世界的种种现象。”事实证明遗传的微观機制只有通过物理化学的方法才能揭示，魏斯曼的论断吸引了一大批物理学家、化学家介入了遗传领域从而促发了分子生物学时代的早ㄖ来临。
　　人类最终解开基因之谜则要归功于一条带血的绷带1868年，年轻的瑞主化学家米歇尔在一条满是浓液的绷带上找到了记录遗传信息的“无字天书”——核酸说起来，核酸的发现极其偶然那条为人类遗传学作出了不朽贡献的绷带是米歇尔从外科诊所的废物箱中撿来的。浓血主要由白细胞和人体细胞组成米歇尔用硫酸钠稀溶液冲洗绷带，使细胞保持完好并与脓液中的其它成分分开得到了很多皛血球细胞。然后他又用酸溶解了包围在白血球外的大部分物质而得到了细胞核，再用稀碱处理细胞核又得到了一种含磷量很高的本知物质。这种未知物质被兴趣盎然的米歇尔定名为“核素”不久，米歇尔的德国导师塞勒也从酵母菌中提取出了核素1879年，塞勒的另一洺弟子科塞尔开始系统地研究核素的结构到了20世纪初，科塞尔和他的学生们已经把核素的所有组成成分一一一一一一糖、磷酸、膘吟碱、嘴院碱全部辨认出来由于在细胞核中找到的那种含磷量很高的“核素”具有很强的酸性，因此“核素”后来被“核酸”所取代，并為科学界广泛采纳
　　按说，至此基因物质已全部登场，基因的秘密也该真相大白了但是，事实并非如此科塞尔等人并不知道他們所发现的核酸究竟和基因有什么关系，因此摩尔根的预言尚未能够得到证实。1909年美国生物化学家欧文发现核酸中的碳水化合物是由5個碳原子组成的核糖分子；到了1930年，他又发现米歇尔在绷带上所发现的“胸腺核酸”中的糖分子仅仅比塞勒从酵母菌中发现的“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子因此把这种糖分子称为“脱氧核糖”。此后这两种核酸分别被命名为“核糖核酸”（RNA）与“脱氧核糖核酸”（DNA）。1934年欧文把以上两种核酸分解为含有一个膘吟（或喷院）、一个糖分子和一个磷酸分子的许多片段，并把这种片段叫作“核苷酸”欧文认为，核酸是由核苷酸连接而成根据核苷酸中包含的源吟和陵牌的种类不同，核苷酸可分成4种在DNA中，4种核甘酸是：
　　腺瞟吟（A）、鸟膘吟（G）、胞密啶（X）和胸腺密啶（X）核苷酸在RNA中分为：腺膘吟（A）、鸟膘吟（G）、胞密啶（X）和尿密啶（X）核苷酸。
　　DNA┅般只在细胞核中而RNA除了细胞核，还分布在细胞质中后来，它们被证明为携带遗传秘密的基因物质这些基因物质内贮存了生命的所囿密码旦开启基因一这个永恒的生命密码箱，那么生命的全部奥秘都将尽显无遗，而生命的归宿也必将命中注定这是一位名叫道金斯嘚美国科学家的观点，他坚定不移地认为生命在本质上应该被视作是基因的载体。生命照管自己的基因并且通过某种特定的方式与同類的基因（通常是这样）相混合，将它们传递给后代以延续种族生命传递给每一个后代的便是由生命密码组成的启动程序，是基因的特萣组合事实上，当地球生命开始出现的时候基因的传递便开始了，而且还要永远传递下去因此，每个生命只是一个暂时的基因载体 　　果如道金斯所言，生命所经历的实在是一场精致的悲剧人生而生命存在的价值——至说人类存在的价值——然只是携带着一个生命密码箱在生命演进的大道上放足狂奔。

　　DNA和RNA的发现似乎并没有掀起多少波澜因为它们的发现者们并没有能够很好地说明DNA和RNA与生物遗傳基因究竟有什么关系。直到19M年以前人们还认为，蛋白质才是生命体内主要的遗传物质
　　1944年，美国科学家埃弗雷设计了一个很巧妙嘚实验间接证实了DNA就是那个被遗传学家们找了很久的基因物质，在DNA身上带有生命的遗传秘密指令埃弗雷用的实验材料是肺炎球菌。肺燚球菌有两种一种能致病，表面光滑称为S型；另一种不能致病，表面粗糙称为R型。早在1928年人们就已经发现将杀死了的S型肺炎球菌囷活着的R型肺炎球菌一起注入小鼠体内仍会致病，从而说明S型肺炎球菌中存在着某种物质能使R型菌转化成具有致病能力的肺炎球菌这一結论给了埃弗雷不小的启发，他将S型菌粉碎后提纯其体内的各种物质，获得了纯度很高的糖类、脂类、蛋白质和核酸等将这些物质分別与R型菌进行混合培养，发现只有和核酸混合培养的R型菌才能转变为具有致病能力的细菌由此可见，核酸才是主要的遗传物质后来，叒有科学家发现RNA也是一个携带遗传秘密的基因物质。
　　1951－1952年美国科学家赫尔希和德尔布吕克通过对噬菌体的研究，进一步证实了埃弗雷的观点噬菌体是能吃细菌的物体，这种物体离开了细胞是一种无生命的物体而一旦进入细胞，就具有生物体新陈代谢、繁衍后代等一切特性赫尔希和德尔布吕克选择了一种专食大肠杆菌的噬菌体，外形像绒科有短而粗的头和一条尾巴。当这种噬菌体遇到大肠杆菌时先把尾巴搭住细菌并在细菌身上打开一个孔，然后把自己体内的物质通过小孔注入细菌体内随后，数以千计的噬菌体形成了细菌也破裂了。噬菌体的外壳是蛋白质而内容物只有DNA。噬菌体把自己的DNA注入到细菌体内生出了小噬菌体就证明了DNA具有指导遗传的功能也說明DNA决定着蛋白质的合成以及蛋白质的性质和构成。蛋白质是组成生命的基础物质是生命功能的最主要执行者，因此DNA就是生命遗传的基因物质。 　　在以上几位科学家所取得的巨大成就的鼓舞下生物化学家们开始重新考察核酸的结构。
　　那么DNA中的4种核苷酸是怎样連接起来的呢？在很长的一段时间内许多科学家一直把蛋白质作为生物性状表现的工具，认为核酸是通过蛋白质起作用的因此，核酸茬遗传中的重要作用没有受到足够的重视直到20世纪40年代末50年代初，人们才发现核酸不但能够水解分裂成碱基片段而且还可以进行定量汾析。1950年美国生物化学家查尔加夫分析了DNA的组成成分，发现了不同来源的DNA分子中膘哈类核苷酸和呼院类核苷酸的总数总是相等，腺膘吟核苷酸（A）的数目总是等于胸腺唤院核苷酸阿）鸟源吟核苷酸（G）的数目等于胞陵陡核苷酸（C），即A＝TG＝C；A＋G＝T＋C。这就是著名的“查尔加夫规则”
　　通过研究，查尔加夫还发现DNA碱基成分随着来源的不同有很大的差异，4种碱基可以按不同的序列排列表现出极夶的多样性和特异性，能得到4”种不同的排列方式是一座十分庞大的遗传密码库。而且4种碱基的组合还遵循一个共同的规律：不论DNA的来源如何在4种碱基中，腺瞟吟（A）总是跟胸腺阐陡河）配对腺喀院（C）总是跟鸟膘哈（则配对。这种严格的碱基配对叫作“碱基互补原則”
　　查尔加夫的发现大大地推进了人们对DNA的理解程度，下一步就是要搞清楚DNA的化学结构以及它在蛋白质中产生何种作用从而支配著蛋白质的合成。就在查尔加夫埋头对DNA展开细致研究的同时运用X射线等先进的物理学方法研究生物大分子的晶体结构也取得了突破性进展。这一工作主要是在英国进行的50年代初，英国科学家威尔金斯等人用X射线衍射技术对DNA结构潜心研究了3年后发现DNA是一种螺旋结构。1951年英国女物理学家富兰克林拍到了一张十分清晰的DNAX射线衍射照片。这些卓有成效的工作为DNA双螺旋结构的发现打下了坚实的基础
　　最终唍成这一宏伟工程的是美国生物学家沃森和英国生物学家克里克。沃森是埃弗雷噬菌体研究小组的成员克里克则是英国结构学派的成员。1951年11月两人在剑桥大学的卡文迪许实验室相遇，并进行了愉快的交谈很快发现彼此都对DNA分子结构极感兴趣，于是便相约合作研究试圖揭示和阐明遗传信息的结构基础。
　　此后沃森与克里克抓紧时间研究已经获得的各项数据，并于1951年底提出了一个由三股链组成的螺旋结构模型但是很快，他们便失望了因为由于算少了DNA的含水量，搭构出来的三股链的样子连他们自己看着都觉得别扭第一个模型失敗了。1952年7月克里充意外地从查尔加夫那里得知DNA所含的4种碱基含量并不相等，他意识到果真如此，那么只有一种可能那就是它们只能昰两条链上碱基互相以配对的形式而存在。1953年2月克里克与沃森又得到了关于DNA结构的X射线衍射照片和新数据。根据各方面对DNA研究的信息和罙入细致的研究分析沃森和克里克形成了一个共识：DNA是一种双链螺旋结构。于是他们搭建了一个DNA双螺旋模型，并于1953年4月将新的DNA结构模型在权威刊物帕然》杂志上公布于世
　　这是一个极为成功、无懈可击的DNA分子结构模型，它由两条右旋但反向的链在同一个轴上盘绕而荿像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就列在梯子的横档上DNA双螺旋结构模型完美地说明了遗传物质的遗传、生化和结构的主要特征，它的提出是生物学史上划时代的事件从此，遗传学的历史和生物学的历史正式从细胞阶段进入了分子阶段由于这一划时代的贡献，沃森、克里克和英国科学家威尔金斯共获1962年度诺贝尔医学和生理学奖这一殊荣今完全出乎意料的克里克、沃森感慨万千，激动不已克裏克在他的回忆录《狂热的追求——科学发现之我见》中表述了这种心情：“双螺旋确实是一种了不起的分子，也是一个了不起的发现現代人的历史约有5万年，文明的历史几乎不到1万年美国的历史仅仅200多年，可是RNA、DNA都至少存在了几十亿年从古至今，双螺旋就一直存在並活跃着可是我们还是近些年才知道。当然值得庆幸的是，我们是地球上最先意识到它的存在的生物有关我们发现双螺旋的文章如此之多，我很难再补充什么我想说，DNA是由4个字母的语言写成的长长的生命信息这是生命的语言……”
　　沃森与克里克发现的DNA分子双螺旋结构模型有4个重要特点：一，DNA分子是由两条成对的链以双螺旋的方式接一定空间距离相互平行盘绕像一根扭曲的大麻花。DNA分子的长鏈从头至尾都严格遵守碱基配对原则二，两条长链的方向是相反的三，腺瞟吟（A）
　　跟胸腺嚼咛灯）以两氢键联结配对而胞喷促（C）与鸟瞟吟（G）却以三氢键联结配对。比如一条链上的碱基排列顺序是TCGACTGA……，AF么另一条链上的碱基排列顺序一定是AGCTGACT……。这就意味著DNA中一条链的碱基顺序一旦确定，那么另一条链的碱基顺序也就确定了四，DNA双螺旋结构模型表明它的结构对于碱基的顺序不存在任何限制 　　据科学家统计，一个体细胞的全部DNA“螺旋楼梯”长约2米若将一个人的全部DNA连接起来，可以在地球和太阳之间扯上80个来回
　　在那个伟大的发现之后，沃森与克里克从未停止过对生命更深层次的探索不久，他们又给《自然》杂志撰写第二篇文章提出了DNA分子嘚复制假说：在体细胞的有丝分裂中，每个DNA分子双螺旋先分解成两个单螺旋每个单螺旋再利用细胞中现成的游离膜吟、啧啧以及酶重建夨去的那一半。实际上可以形象地认为，每个单链好像“模子”按照某种特定方式浇注出一个个与“模子”相匹配的产品。因此生命体内DNA分子由一个变为两个的复制被称为“半保留复制”。沃森和克里克阐述的关于DNA分子的复制假说得到了当时科学界广泛认同人们开始认识到，生命就是一个不断复制和进化的过程而这个过程起始于DNA的复制，从而保证了父辈的生命密码像拷贝一样准确无误地传给了子孫至此，千百年来一直困扰人类的生命遗传之谜终于被解开了到了20世纪90年代中期，分子生物学家的研究发现所有的DNA都有一种语言的特性：分子中的每4种碱基对必定组成4个字母，由此构成长的文字系列事实上，编译出基因中信息的DNA系列已经被生物学家形象地称为“生命的语言”他们为了把“生命的语言”“逐字表述出来，让DNA通过一系列语言的测试测试的结果令人惊讶：一部分DNA显示的文字，其构造竟然同天然的语言十分相似而另一部分DNA显示的文字则形同“天书”，完全不像天然的语言而这一部分DNA恰恰含有能编译密码、制造蛋白質的基因。

　　在层层剥离生命的奥秘显现出生命的全部密码之前很有必要提一提蛋白质。这个名词对于许多人都不会陌生“高蛋白”几乎成了高营养的代名词。虽然蛋白质在生物学上的重要性并非全在于营养方面但是，在生命体这座雄伟大厦的图纸上真正构筑起夶厦并行使各种功能的主要还是蛋白质，它是生命功能最忠实的执行者
　　蛋白质是一类含氮的生物高分子，其基本组成单位是氨基酸构成蛋白质的氨基酸只有20种，其中有8种是人体内无法合成的需要从食物中摄取。蛋白质可以分为两大类一类是简单蛋白质，它们的汾子只由氨基酸组成另一类是结合蛋白质，它们的分子由氨基酸和部分非蛋白质部分组成结构相当复杂…··二总之，蛋白质是一种高汾子有机化合物，种类繁多由于不同生命体细胞内存在着不同的蛋白质，所以生命体能显示出不同的性状
　　显然，生命体无法直接將它特有的蛋白质传递给后代犹如父母并不能把他们的眼睛、鼻子、嘴唇直接传给子女一样。在这一具有决定性意义的传递过程中起關键作用的只有DNA，DNA可以把遗传信息表现为细胞的结构和功能它可以“指示”细胞合成自身生命活动所需要的一切蛋白质，蛋白质再进而顯示出生物体的遗传性状
　　那么，DNA如何“指示”细胞合成蛋白质这一过程的复杂程度在人们没有破译出生命遗传密码之前几乎难以設想。因为DNA是由4种碱基组成而蛋白质却由20种氨基酸组成，4种碱基若能够决定20种氨基酸的排列组合一定会有某种特别的编码方式。1944年著名的量子物理学家薛定愕出版了《生命是什么》一书，提出了遗传密码的思想薛定愕认为，莫尔斯电码只用了点和划两种符号便可产苼几十种代号基因分子的编码方式必定具有雷同之处。薛定愕未能走得再远一些而是把这个很伤脑筋的问题留给了业余生物爱好者、媄国天文学家盖莫夫。1953年沃森和克里克关于DNA双螺旋结构模型发表之后盖莫夫在1954年2月便提出了一个大胆的设想：DNA分子中的4种核音酸分解形荿各种不同的组合，每一种组合就是一种氨基酸的符号盖莫夫的设想立即在美国招致非议，倒不是他说得没有道理而是他作为一个天攵学家，“管得太宽了”不该在生物学界“评头论足”。盖莫夫只好转而求助于丹麦的一家科学杂志没想到引起了很多物理学家的关紸。1955年这些物理学家凭借着惊人的抽象思维能力，提出了三个核音酸组合在一起决定着一个氨基酸的设想
　　1957年，克里克在吸收物理學家关于DNA组合编码的思想、对核苷酸可能是蛋白质合成的密码进行研究时提出了“三联体密码”假说：在DNA分子中三个核苷酸组成一种氨基酸的密码，除了每个氨基酸有自己的“三体密码子”外多余的密码子是蛋白质合成或终止合成的符号。此外也确实存在着一种氨基酸有几种不同的密码子的情况。至此纷繁复杂的生命最终在三体密码的基础上获得了统一，基因的真实面目也大白于天下：它只是一个密码的系统而不是人们原先想像的那样是某种神秘的物质实体。生物界从最简单的病毒到最高等的人类基本活动都是合成蛋白质的活動，而且无一例外地都服从统一的、由核各酸组合而成的密码的支配所有的生物都在按照这个密码体系进行着生命接力棒的传递。接下來又发生了一件轰动20世纪生命科学界的大事20世纪60年代，美国生物学家尼伦伯格等人破译了DNA中核苷酸组合成的生命遗传密码1961年，美国生粅学家尼伦伯格等人合成了由许多“尿核青酸”连结成的长链称为“多聚尿着酸（U－U－U－U……）”，他们把这条人工合成的长链加入含囿多种氨基酸、酶、核糖体和一些合成蛋白质所必需的溶液中不久，奇迹出现了这种溶液中形成了一条只有苯丙氨酸连接而成的多肽鏈。于是尼伦伯格等人断定苯丙氨酸的三联体密码是U－UU。此后尼伦伯格等人进行了更为复杂的试验，并采用类似的方法确定了亮氨酸、异亮氨酸等多种氨基酸的密码到了1967年，他们破译了20余种氨基酸的密码还发现了不少代表着起始、终止和标点的密码。后来人们把胒伦伯格等人破译的生命遗传密码组合成一部精致的密码字典，利用这部特殊的字典便可以随心所欲地找到各种氨基酸和它所对应的遗传密码 　　查阅遗传密码字典的时候，先取左边（第一碱基）的一个字母再取上面（第二碱基）
　　的一个字母，最后再取右边（第彡碱基）的一个字母，合起来就是一个氨基酸例如GAG代表谷氨酸，AAU代表天冬酚胺等非常有趣的是，密码里还有句号用来表示氨基酸连荿I一个段落。不妨借助这部生物字典翻译下列一段密码：GCA（丙氨酸）、AAC（天冬酚胺）、UCC（丝氨酸）GGU（甘氨酸）、AUC（异亮氨酸）、UAC（酪氨酸）、UAA（句号）、UAG（句号）、GGA（甘氨酸）、UUA（亮氨酸）、CCC（脯氨酸）、AUG（甲硫安酸）、UCG（丝氨酸）、AAG（赖氨酸）、ACA（苏氨酸）、AAG（赖氨酸）。原来它就是噬菌体R17身上的部分遗传密码。科学家指出从细菌到人类的一切生物的遗传密码都能从遗传密码字典上找到（附：遗传密码字典）。
　　当科学家们破译了决定生命基础的蛋白质的氨基酸合成密码后遗传信息的传递机理便成了人们迫切渴望获知的热门话題。可是在当时，对遗传信息的传递过程作出合情合理的解释实在令人望而生畏。因为细胞学所掌握的事实是所有DNA都在细胞核内，洏蛋白质却存在于细胞质中像DNA这样硕大的分子是无法随意进入细胞质的。但是DNA的遗传密码如果不能被带入细胞质就无法合成特定的蛋皛质，换言之这个密码就无所作为。于是科学家们大胆地推测，一定有一个传递信息的使者从DNA那里拷贝了一份密码文件，并带入了細胞质中那么，这个传递信息的使者染色体是由许多记录遗传信息的小基因区段组成每一个基因区段负责控制生物一种性状或者负责幾种相关的性状，或者是几个基因区段负责控制生物体某方面的性状等等一旦这些正常基因发生变化就会变成异常基因，相应地由它决萣的正常性状也就变成了异常性状突变基因产生后就会通过精、卵、受精卵传给下一代。但在DNA模型尚未建立之前弗里斯无法很好地解釋突变的内在机制。
　　弗里斯的突变理论后来不断得到证实较为著名的有这样一个实例：是谁呢？经过试验和观察人们终于发现，這个信使就是RNARNA在合成蛋白质过程中的作用很快被实验所证明：科学家们用一种除去DNA的酶除去细胞中99％的DNA，结果发现细胞仍有合成蛋白质嘚能力而如果用另一种除去RNA的酶，只要除去35％的RNA细胞就彻底失去了合成蛋白质的能力。
　　RNA的结构与DNA极为相似也是由核苷酸连接而荿的长链，只不过DNA是双链RNA是单链。如果在DNA单链的鸟源吟（G）处连上一个跑呼咬（C）在腺瞟吟（A）处接上一个尿喷院（U），这样形成的┅条新链就是RNA
　　现在，人们已经知道细胞核内DNA的遗传信息必须由RNA翻译过来并带入细胞质才能合成蛋白质。可是细胞为什么不直接紦氨基酸直接运到细胞核中的DNA那里合成，却必须要经过RNA的翻译呢科学家们的回答近似神话，听起来饶有趣味：生物细胞中的DNA可是生物体傳宗接代的根本它如同一份绝密的构造生命的图纸，是万万不能遗失的所以这份蓝图只能锁在保险箱——细胞核中，只许抄写不能借出或销毁。此外DNA分子太大太长，细胞核这个工作车间太小了装配起来甚为不便，因此必须依靠翻译家的帮助，才能完成如此程序囮的工于是，在DNA的指挥下翻译家RNA不辞辛劳，帮助生物体合成各种各样的蛋白质 　　在生物界，蛋白质的种类是一个天文数字仅就囚体而言，细胞内的蛋白质可能就有1 种以上这就是人体表现出各种性状的物质基础。例如子女有的地方像父亲有的地方像母亲，那是洇为子女从父母那里得到了一张独特的生命蓝图从而合成了表现一定性状的蛋白质，产生了一定的遗传性状至于子女和父母有许多不潒的地方则是因为有些遗传性状受到环境的影响而无法表现。
　　完成把“密码”语言译成蛋白质的20多种氨基酸语言的重任是由三种RNA共同肩负的一种是信使RNA（m－RNA）；另一种是转运RNA（t－RNA）；再一种是核糖体RNA（r－RNA），它们不知疲倦地分工协作有条不紊地进行着自己的本职工莋。
　　当细胞开始制造蛋白质时细胞核内双螺旋的DNA便分解成为两个单链，信使RNA把DNA上合成蛋白质的密码“抄录”下来然后被派往细胞質，在细胞质中与蛋白质的制造车间核糖体结合起来这时候，转运RNA便忙活起来它能够识别信使RNA上的遗传密码，因此充当了“译员”的角色转运RNA表现得相当活跃，它来回工作把相应的游离氨基酸“领到”核糖体那里报到，使不同的氨基酸在核糖体上依据信

　　中国有呴谚语：“一母生九子母子十不同”，道理很简单就是说生命不仅是一个遗传、复制的重复过程，同时也是一个不断变化的过程到叻20世纪基因的密码完全破译之后，“世界上从未出现过两个性状完全一样的个体”这个显而易见的事实便上升到科学的高度而合乎逻辑地解释为生命遗传中的变异
　　生命遗传中的变异与基因突变密切相关，最先较为系统地阐述突变理论的人是19世纪荷兰学者德·弗里斯。早在1886年弗里斯就开始用月见草进行遗传与突变试验，并于1901年到1903年间发表了“突变”理论在突变理论中，弗里斯认为突变是不需要经過中间过渡而突然出现的，而且突变一旦产生便可能一代代遗传下去。弗里斯把“突变”定义为： 　　由种种原因而引起的基因结构和功能上的改变弗里斯认识到，贮存生命遗传信息的使RNA的密码“对号入座”这样就合成了各种不同性质的蛋白质。在蛋白质工厂核糖体內RNA合成蛋白质的工作效率相当惊人，有的每分钟可以连接1500个氨基酸
　　以上过程可以综合为：遗传信息由DNA流向RNA，再由RNA流向蛋白质这┅过程就是遗传学中的“中心法则”，这一法则最终阐明了DNA、RNA和蛋白质三者的关系在遗传的“中心法则”被发现之后，科学家们又发现叻一种新的情况即在“逆转录酶”的作用下，能够发生以RNA为模板、合成DNA的逆转录现象因此，他们认为在蛋白质合成的过程中，DNA能决萣RNARNA也同样可以决定DNA，再通过转运RNA翻译成蛋白质这一发现设置了一个至今未能解开的谜团：到底是先有DNA呢，还是先有RNA此外，科学家还發现这种逆转录现象不只是少数病毒所特有，甚至在高级机体内也有可能存在据此，有人断言这种现象可能和生命的起源有些渊源。回日本东京大学育种科学研究所孵化鸡卵时偶然发现了一只两股全有缺陷的小鸡雏，而且它的左右两爪都缺第三趾据了解，这只小雞雏双亲系统上从未出现过如此性状而且又不是近亲繁殖的于代。这只缺趾鸡随后茁壮成长孵化185无后，它便开始提前产蛋蛋重60克。咜与品种内或品种外的雄鸡交配而生的后代中一部分不同程度地存在着缺趾现象。
　　自从建立了DNA的双螺旋模型之后人们都已经知道，当细胞进行分裂时细胞中所有的DNA都要进行复制，使每一个新细胞都能得到一套与原来细胞完全相同的DNA在大多数情况下，DNA的复制都能鉯严格的方式进行着但是，偶尔也会出现差错举例说明，一条裂开的基因核昔酸链的碱基顺序．A－AA－A－依据配对规律，新形成的核苷酸链应当是一T－T－T－T一的碱基顺序与之匹配但由于某种意外，一个带C的核苷酸投错了位置于是就形成了如下螺旋结构：．A．A．A．A．D雷ID－T－C－T－T一这个错误的螺旋就封存于新形成的细胞中，当这个细胞再次分裂时新复制的DNA中就出现了一A－G－A－A一的碱基顺序。这就是基洇突变的内在机理
　　基因突变既可以给生物带来好处，也可以给它们带来坏处如果突变给有机体带来了某种有利的因素，那么这個变异了的个体适应环境的能力就很强，成活的可能性就比较大而且极有可能将突变的性状遗传给后代。反之这些个体常常会因为不適应生存环境而死亡，甚至绝种亿万年来，无数的生物都经历了这样的风风雨雨在物竞天择的天律下生灭繁衍，延伸着生命的漫漫长河
　　在许多科学家看来，基因突变的价值远不止于解释生物世代遗传性状的改变导致生物进化过程中的自然选择研究基因突变的诱洇则对于改造生命具有现实意义。早在20世纪初一些科学家便开始利用自然界中的各种存在因？素比如提高温度、紫外线照射以及化学粅质处理等方法进行诱导突变实验。此外科学家还发现，生物体内有一些化学物质在某些条件下会引起生物体的自然突变这些化学物質被称为诱变剂。1927年美国遗传学家穆勤发现，用X射线照射果蝇精于后代发生突变的个体数会大大增加。同年苏联学者斯塔德列尔用X射线和Y射线照射大麦和玉米种子也得到了类似的结论。当人们掌握了人工诱发突变的方法以后改造生命便成了一项时髦的科学活动。比洳今天人们熟知的无籽西瓜就是人工诱发突变的杰出成果因此，作这样的设想绝非是科学家的异想天开：将来如果有一天人们能像使用掱枪那样地使用诱变剂想让哪个基因发生突变，就用手枪的“子弹”射中哪个基因的“靶子”那么人们就可以按照自己的意愿来改造某些对人类有利用价值的生命了。当然人类是否具有这样的权利或者人类是否愿意为这种生命游戏制订规则却是另外一个问题了

　　在囚们完全洞悉了生命的奥秘之后，随意组装、修改生命便成了许多人做梦都想跃跃欲试的事情当然，组装、修改生命既非“天方夜谭”也绝非人们所想象得那样简单。在大多数情形下谁也不愿意承担可能会带来灾难性后果的巨大风险。即便如此类似这样的事情还是發生了。
　　1986年11月一头举世无双的公猪在美国贝尔茨维尔农业实验站诞生了。这只猪大小和普通猪差不多但却浑身长着红褐色的毛，┅双向内斜视的眼睛挤在一张多皱的大脸盘上腿脚发肿，还患有严重的关节炎总之，这只猪长得非常难看活得也很痛苦。
　　为什麼会弄成这个样子呢原来，研究人员在这只公猪的胚胎细胞内嵌入了一头母牛的生长激素基因指令公猪的细胞生长母牛的生长激素。估计研究人员的初衷是希望公猪生长得像牛一样硕大、健壮但没想到事与愿违，令人沮丧：这只基因猪对于人类而言并无可圈可点的诱囚价值
　　这只丑陋的公猪被公布于世之后，立即引起了社会舆论的震动大体局势是反对者占了上风。美国动物保护协会公开指责此舉是对动物尊严的亵渎实在太残忍了。他们甚至向联邦法院提出了诉讼有些国会议员和科学家也担心，人类用这种强有力的手段对洎然界的生灵横加干涉必定会产生难以想象的严重后果。反对者普遍感到忧心忡忡的是：这一事实表明地球上的一切生物，包括人类嘟将成为基因工程的开发对象，而当基因技术无所不能、无法控制的时候灾难便很可能应运而生……还是有许多科学家从另外一个角度展望了“基因猪”的前景，他们认为人类完全具有控制基因技术的能力，如同原子能造福人类一样基因工程将会为人类造福，对这一點不应有丝毫怀疑10年之后的1996年8月，生物学界又发生了一件轰动世界的大事：在英国苏格兰首府爱丁堡市郊的卢斯林研究所克隆羊“多莉”来到了人间。直到1997年2月27日卢斯林研究所的科学家才突然向世界宣布，他们在世界上首先使用体细胞成功地克隆了一头绵羊消息传絀，举世哗然有人欢呼说这是划时代的突破，也有人惊呼克隆将成为毁灭人类的武器……总之小小的克隆羊“多莉”让1997年相对平静的卋界热闹了好一阵子。当“多莉”正式开始面对世人的时候它已经牛长了7个月。这时的“多莉”浑身洁白K着细长弯曲的羊毛，粉扑扑嘚鼻子右耳上系着一个标志与众不同身份的小红牌。7个月大的“多莉”尽管已具有成年学的模样但仍然很顽皮，时而在圈里蹦来蹦上时而从饲养员手中抢东西哈。也许是见f些世间的缘故它见了陌生入一点儿也不紧张，反而歪着头嘴巴略微张开，嘴角向上翘起呈微笑状此时的“多莉”体重已达45公斤，但从年龄上讲它还是只小羊为什么小小的“多莉”竟然引起这么大的轰动效应事实上，“多莉”の所以成为名羊是因为它是一只“克隆”羊。因此事情还得从“克隆”说起。
　　“克隆”在生物学并不是什么新字眼早在1903年，这個词语就在英语词典上出现了克隆最初是指园艺中的扦插、嫁接、压条等技术，后来则泛指一切无性繁殖技术无性繁殖的显著特点是茬生殖过程中没有精卵结合过程而由体细胞直接发育成新个体，这样的细胞发育而成的个体能够保留亲代的全部基因所以能够长得同亲玳一模一样。打个比喻若能育出“克隆人”，那么由父亲克隆出来的肯定是个男孩由母亲克隆出来的必定是女孩，而且谁克隆出来长嘚就会像谁克隆羊就是这样，据目击者称“多莉”长得和生育她的那只长着黑脸的母羊一模一样。和那只可怜的基因猪不同克隆羊“多莉”的出现得到的是一片褒奖和对科学未来的殷切展望。其中内里只能解释为克隆羊自身所具备的优点和它的不具破坏性使得人们對生物技术造福人类未来充满了信心。克隆动物最大的优点在于能把动物体全面、忠实地复制这在育种上意义重大。无论是何种高超手段都是为了获取具有优良性状的动物，譬如下蛋多的鸡长肉快的猪。但这些动物在推广时都会面临一个难题：在大量繁殖时如何才能保持优良的性状因为传统的交配有种方式经常会导致优良性状的丢失，所以若要保证性状完全不丢失就必须采用克隆技术。据说培育絀克隆羊“多莉”的卢斯林研究所曾经培养出一头乳汁中含有用以治疗人类血友病的药物原料的母羊被一家公司以50万英镑的价格买走。若是能采用克隆技术来大批量复制这头羊的话那么卢斯林研究所必将大发横财。实际上克隆动物早在20世纪60年代初就实现了。1960－1962年英國生物学家戈登用非洲蟾蜍为材料，进行了细胞中的核移植试验他从一只非洲蟾蜍的几种体细胞中取出细胞核，用一种特殊的细针将这些细胞核送入事先用紫外线杀死了核的卵细胞中“换核卵”与受精卵一样经过细胞分裂和胚胎发育的正常途径生成了与那只非洲蟾蜍性狀极为相似的小非洲蟾蜍。那时候就开始有人异想天开了，假如从当今世上最杰出的科学家一一一一一一如爱因斯坦、霍金一一一一一┅xx体细胞中取出细胞核将之移植到去核的卵细胞中使之生长发育，那么世界上将会有许多个伟人出现多少年过去了，科学家没有被克隆出来小羊“多莉”却被克隆出来了，而且引起了克隆贿赂时代从未出现过的巨大轰动一一一一知道克隆羊的试验方法并不比克隆非洲蟾蜍高明多少。 　　“克隆”真正成为异常时髦的词语应该是1997年克隆羊“多莉”隆重推出之后紧接着，各国科学家纷纷宣布自己的克隆成果有克隆牛、克隆猪，还有克隆猴……到3月初的某一天还传闻出现了克隆人，这个传闻报快又被否认
　　这头名叫“多莉”的羴的出现单纯从克隆技术上说本来算不上什么新闻，更不值得大惊小怪因为几十年前，科学家们就这样做了现在看来，这头克隆羊令囚啧啧称赞之处在于它是世界上第一头使用体细胞复制出来的哺乳动物。以往的哺乳动物克隆技术只是在胚胎时期将胚胎取出移入另外的卵子中，这样就可以产生许多孪生个体一克隆羊却不一样只要找到羊的活细胞，就有可能复制出几头羊不过，由于技术条件的限淛目前这种方法的成功率还很低。据说同一批进行融合的卵子共有200多个，只有“多莉”成了幸运者
　　事情发展到了这一步，有些問题就不得不考虑了“克隆羊’猪有了，“克隆人”还会远吗虽然从技术上来说，“克隆人”在目前还不可能出现但是谁能保证会鈈会有一天在地球的一个小角落发出这样一个令人恐慌的声音：克隆人“多莉”已经诞生，世界已正式步入了克隆世纪！因为人类还没有莋好心理、生理、伦理体系等各方面的充分准备一旦“克隆人”降世，人类将会束手无策不言而喻，世界也将会变得混乱不堪正因洳此，牛物技术也受到了立法限制在美国，人体克隆试验已被明令禁止日本、英国、法国等国家也纷纷出台类似规定。有的国家甚至禁止进行克隆动物的研究当然，科学家自身也不愿被别人指责为疯子“多莉之父”维穆特博士多次声称：“我们从来没有想过要克隆囚类，‘克隆人’对于研究来说毫无意义”……总之，费心去探讨克隆羊“多莉”出现的意义看上去并没有多少价值因为它的出现还遠未上升到里程碑的高度，对于整个21世纪的生物技术而言这只是个小小的序幕，尽管“多莉”是那样地讨人喜欢、举世闻名但是，一個必须看到的事实是“多莉”使得越来越多的人真切地感受到生物工程世纪的迫近。人们都在认真地思考一个问题：等到生物技术发展箌无所不能的那一天这个世界将会变成什么样子呢？

　　从1665年英国人罗伯特·胡克发现细胞到克隆羊“多莉”出世，其间经历了300多年300哆年来，世界发生了天翻地覆的变化生物学界也不例外。随着周世纪生物科学和生物技术的崛起及迅猛发展人类已经可以在细胞和基洇的水平上干预和改造生物的遗传特性，从而依照人类的意愿设计出新的生物基因蓝图，然后据此制造出新的生命体要知道，在300年前这可是一个神话，而在今天这个美妙的神话却变成了一个富于想象力的科学用语：生物工程。 　　生物工程主要由5个分支组成：基因笁程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程生物工程是本世纪70年代才发展起来的一个新领域，主要研究微生物学、生物化学加笁技术结合起来应用于生物系统的生产技术其基础为生命科学。生物技术将对未来世界经济的变革造成深远的影响

基因工程一一M分子沝平上对生命作人为干预

　　随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密被揭示一特别是当人们了解到遗传密码由信使RNA转录表达以后，生物学家不洅仅仅满足于探索揭示生命的奥秘而是群情激昂，跃跃欲试设想在分子的水平上去干预生命。这是一个令人着迷的构思：假如将一种苼物的DNA中的某个遗传密码片段连接到另外一种生物的DNA链上去将DNA重新组织，不就可以按照人类的愿望设计出新的遗传物质并创造出新的苼物类型吗？这种做法史无前例很像技术科学的工程设计，即依据人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重噺“组装”成新的基因组合创造出新的生命体。这种完全如人类所愿、由重新组装基因到新生命产生的生物科技被称为“基因工程”
　　第一个把上述大胆、神奇的设想变为现实的是美国人科恩。1973年科恩将两种不同的基因拼接在一个质粒中，从而拉开了基因工程时代嘚大幕科恩本人也以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。1973年身为美国斯坦福大学教授的科恩，从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒它们各自具有一个抗药的基因，分别对抗不同的药物科恩把两种质粒上不同的抗药基因“裁剪”下来，再把这两种基因“拼接”在同一个质粒中当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后，这些大肠杆菌就能抵抗两种药物而且这种大腸杆菌的后代都具备双重抗菌性。
　　1974年科恩又把具有抗青霉素基因的金黄色葡萄球菌的质粒和大肠杆菌的质粒“组装”成杂合质粒放叺大肠体内。结果这种大肠杆菌也获得了对青霉素的抗药性这表明，外来基因在大肠杆菌体内同样可以发生作用当年，科恩又将非洲爪赠的DNA与大肠杆菌的质粒“拼接”成功大肠杆菌体内产生了非洲爪赠的核糖体核糖核酸。科恩实验的成功向全世界宣告了一个生物工程發展的光辉前景：基因工程完全可以不受生物种类的限制而按照人类的意愿去拼接基因组装生命。此后基因工程成为一门颇受世界各國青睐的前沿科学。在短短的几年内世界上许多国家的上百个实验室相继开展了基因工程的研究。基因工程一般分为4个步骤：一是取得苻合人们要求的DNA片段这种DNA片段被称为“目的基因”；H是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA；三是把重组DNA引人某种细胞；四是把目的基洇能表达的受体细胞挑选出来。
　　在以上4个步骤中第一步至关重要。DNA分子很小其直径只有五百万分之一厘米，在它们身上动手术是非常困难的必须要有特殊的工具。这种工具就是一种被称为内切酶的“分子剪刀”1968年，科学家第～次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶这种限制性内切酶能够在DNA上寻找特定的切点，认准后将DNA分子的双链交错地切断自力年代以来，人们已经分离提取了400多种“分子剪刀”许多“分子剪刀”的特定识别切点已被弄清。用“分子剪刀”把DNA的分子链切开后还得缝接起来以完成基因的拼接。担当此任的是┅种叫作“DNA连接酶”的“分子针线”1967年，科学家们发现并提取出一种酶这种酶可以将两个DNA阶段连接起来，修复好DNA链的断裂要把拼接恏之后的DNA分子运送到受体细胞中去必须寻找一种分子小。能自由进出的细胞而且在装载了外来的DNA片段后仍能照样复制的运载体。科学家發现基因比较理想的运载工具是病毒、噬菌体和质粒。有了限制性内切酶、连接酶及运载体基因工程就可以开始了。当然如果有一種叫作“基因枪”的工具就更加方便了。科学家发明基因枪的目的就是为了将外源基因导人受体细胞基因枪的结构和枪相似，也是用火藥来推动的一种机器装置基因枪推动一个包着遗传物质钨粒子的塑料弹丸，枪的固定封闭式弹膛里有一特殊金属板板上有一微孔。这樣金属板就能阻止弹丸的塑料部分进入，但带有外源基因的微粒却可以通过微孔进入紧贴金属板的植物组织或细胞之中。基因枪最大嘚好处是将外源基因直接导人完整的细胞而不必除去细胞壁

　　1990年美国医生将修改了基因的白血球注入一个小女孩的静脉里，首例基因療法获得成功那位世界上第一个接受基因疗法的小女孩的遗传基因存在缺陷，自身不能生产一种增强对疾病抵抗力的酶自从出生以来，她几乎每天都在疾病感染中度过为了维持生存，她只能生活在无菌的隔离帐内美国马里兰州贝塞斯达市卫生研究所医疗中心的好心醫生们挽救了她的性命，1990年9月14日他们用滴注法将一种灰色溶液输入小女孩左臂的一条静脉血管中。这种溶液中含有这个女孩的已经过改慥的白血球输液以后，小女孩已能产生抵抗疾