基因前传：从孟德尔到双螺旋 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

《基因前传：从孟德尔到双螺旋》从1859年达尔文发表《物种起源》谈起，一直介绍到1967年，阐明了DNA的遗传密码是怎样决定蛋白质氨基酸的排序为止。这其中，重点介绍了孟德尔通过豌豆杂交实验建立遗传原理、荷兰和德国等国家的三位欧洲植物学家通过果蝇突变实验发现连锁遗传、对基因是蛋白质还是DNA引发的争论和探究、双螺旋结构诞生的过程、发现DNA如何编写遗传密码、遗传信息在细胞内的转接等过程。

书中所介绍的都是真实的对遗传科学探究的历史故事，在阅读娓娓道来的字句时，能够感受到智慧的灵光充盈心窍，从而追随着历史的时空幻化着吞吐万象的神奇。本书还对志于从事遗传学研究的人，具有极大的启发性，且能极大地提升对科学研究的兴趣。

推荐序

为什么要再探孟德尔之梦？

见证分子遗传学的荣光

从求知、求真到人性

自序

“为什么”比“什么”重要

楔 子　酒馆中的狂言

第1章　鸽子与豌豆

达尔文是自然学家，着重于观察和归纳，孟德尔受的训练则是比较严谨的物理和数学。孟德尔用豌豆实验建立

起的遗传原理，大力支持了达尔文提出的进化论。

第2章　果蝇与霉菌

白眼突变果蝇的实验结果，扎扎实实支持着孟德尔的遗传论，还因此发现了连锁遗传！以X射线诱发的红面包

霉营养需求突变株，联结生化与遗传学，成为快速方便的实验材料。

第3章　量子与基因

薛定谔引用德尔布吕克的模型，从量子力学的角度讨论基因为何物、如何储藏大量信息。物理学家领

略了到遗传学的物理意义，遗传学的诡异更使他们兴奋不已。

第4章　噬菌体与吃角子老虎机

细菌对于噬菌体的抗性，是突变还是适应？关键在于有没有基因参与， 以及发生的时机。赌场里吃角子老虎机的中奖率，刚好给了卢里亚实验灵感。

第5章　灰姑娘与果汁机

基因是蛋白质还是DNA？蛋白质多彩多姿，DNA就像灰姑娘般被冷落了。利用果汁机阻断噬菌体感染的一个简单实验，竟然帮助DNA翻身！

第6章　铁丝与纸板

根据X射线绕射DNA类晶体所得到的数据及理论的演算，科学家用纸板和铁丝构筑了立体的分子模型。双螺旋结构就此诞生。

?第7章　毛毛虫与蝴蝶

沃森与克里克担心的是DNA结构会很无聊，没想到他们看到美丽高雅的双螺旋，其中隐藏着达尔文和孟德尔追寻的秘密。他们寻找毛毛虫，却发现了蝴蝶。

第8章　罗塞塔石碑与纸牌屋

DNA的碱基序列如何编写遗传密码？罗塞塔石碑式的策略太费时。钻石密码、三角密码、无逗点密码……这些理论模型十分美妙，却都是弱不禁风的纸牌屋。

第9章　琥珀与乳糖

噬菌体的遗传解析揭示碱基序列的交换，琥珀突变帮助DNA和蛋白质共线性的建立。细菌先消耗葡萄糖再利用乳糖的现象，隐藏着基因的调控机制。

第10章　糖水与指甲

双股的DNA如何复制？利用同位素标记是个可行的方法，但要怎么观察到结果？指甲的密度应该接近DNA，先剪一片指甲丢进糖水里试试看。

第11章　信使与转接器

一定有某种物质，把遗传信息从细胞核带到细胞质中的核糖体。RNA是可能的信使。现在还缺一个可接特定氨基酸的“转接器”，而20种氨基酸至少要有20种转接器！

第12章　滤纸与密码

遗传密码的密码子显然是三联体。但是氨基酸和密码子之间如何配对？理论空谈没有用，只能依靠实验室里的试管、酶和滤纸，按部就班一一解出来。

后记

附录

发现基因的百年历史与后续的里程碑

陈文盛

　　台湾桃园人，从小热爱文学、艺术和科学；台湾东海大学生物系毕业后，就读于美国得克萨斯大学达拉斯分校，并获得分子生物学博士学位；毕业后曾任职于汎球药理研究所，后担任台湾阳明大学遗传所及生命科学系教授；1998年出版自传《线索：一位本土科学家的心路历程》，陈述自己对细菌染色体研究的一段历史。

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当达尔文的进化论在英国引起大风波的时候，另外一场风暴正在海峡另一边的欧洲大陆酝酿着。这场风暴潜伏三十多年才引爆出来。地点是在当时奥匈帝国布诺恩市的圣托马斯修道院。圣托马斯修道院属于奥古斯丁修会，那是当时天主教里自由的修会，非常注重教育与研究。它的教条是“从知识到智慧”。他们的领袖圣奥古斯丁曾经如此说：“如果你祈祷，你在对上帝说话；如果你阅读，上帝在对你说话。”

那时候的欧洲，除了大学之外，奥古斯丁修会的教会是的图书宝库，受到皇帝和教会的支持与鼓励，是穷人受教育的天堂。出身贫穷农家的孟德尔原本在帕拉茨基大学攻读哲学和物理学，经济窘困，还接受妹妹的嫁妆资助。在他很要好的物理老师法兰兹（

Friedrich Franz

）推荐下，他于

1843

年进入圣托马斯修道院，颇受院长（也是农艺学会会员）赏识，支持他进修和研究。

1849

年，孟德尔开始在普通中学试当数学和希腊文的替代教师。第二年，他参加中学物理教师的鉴定考试，没有成功。再过一年，修道院院长送他到维也纳皇家帝国大学就读，一直到

1853

年。当时帝国大学中，孟德尔的老师包括两位著名的植物学家。其中，植物解剖学系主任芬哲（

Eduard Fenzl

）是个保守的植物分类学家，相信生物的发育有神圣的生命力主导，而且生物基本上是稳定，不会变异的；植物生理学系主任恩格（

Franz Unger

）则比较前瞻，提倡生物变异的研究。

达尔文的《物种起源》

1859

年在英国出版，来年德文版也出版，在奥匈帝国流传。恩格站在达尔文同一边，认为生物品系不是恒定，会随着时间和空间变异。在保守的环境下，这样的论点曾经给他带来解聘的危机，还好有慕尼黑大学的植物学权威纳吉里（

Karl von Nageli

）支持他。

孟德尔日后进行的豌豆研究，风格和当代的植物学家很不一样。他把生物学问题当作物理学问题研究，使用逻辑的实验设计以及严谨的数学分析。这应该和他在帝国大学受教于两位物理学家有很大关系，其中一位是物理学家多普勒（

Christian Doppler

）。多普勒早年因为发展出“多普勒定律”而驰名世界，这个定律解释了为什么车子接近或者离开我们的时候，喇叭声的频率会改变。孟德尔入学个学期就上他的课，后来也当过他的实验示范助理。另外一位物理学家艾丁斯豪森（

Andreas von Ettingshausen

）则精通统计学，写过一本排列组合的书。

日后孟德尔分析豌豆实验数据所使用的统计分析，显然受到这位老师的影响。数学教育让他得以用统计学在看似杂乱的数据中找到秩序。

1856

年，孟德尔再度参加中学教师的鉴定考试，这次仍然没有通过。考官之一是他的老师芬哲。传说在考试的时候，芬哲和孟德尔之间有意见冲突，芬哲相信“精源论”，认为精子决定一切，孟德尔却认为卵和精子一样重要。这次考试失败之后，他就放弃教书的梦想，开始在修道院种豌豆做遗传研究，先后持续了七八年。这项工作的背后动机，或许就是为了证明自己的理论。

孟德尔本来选来做遗传研究的不是豌豆，而是小鼠。他让野生的褐色小鼠和小白鼠杂交，再观察后代皮毛色的变化。这事情让当地的主教知道了，主教觉得禁欲的修道士怎么可以从事这种玩弄性交的实验，就出手阻止。孟德尔只好改做植物的研究，开始在花园里种植豌豆。对这件事，他曾经如此说：“虽然我不得不把研究对象由动物改成植物，但是有一件事主教大概不知道，植物也是经由性交产生下一代！”

就这样，命运让孟德尔踏入豌豆的遗传研究。如果主教没有干涉，他还是用老鼠做研究的话，他不可能像用豌豆进行杂交那样，分析几百只甚至几千只老鼠子代。遗传学的历史应该会很不一样，孟德尔的名字后世可能没有人知晓。

孟德尔为什么要做老鼠或豌豆的杂交研究呢？他是抱着怎么样的信念？我们从他发表的论文中的论述可以看出来。他说：“花卉的人工育种交配中，杂种颜色出现的显著规律性，其中应该隐藏着大自然的法则。”所以，孟德尔是抱持着寻找大自然法则的信念出发的。

和其他做相同尝试的科学家（如达尔文）比较，他使用的是前所未有的研究策略。他把定量及或然率的分析方法带入遗传学的研究，分析各种“特征”（孟德尔的用词）出现在子代的数目和频率，完全不理会这些特征如何产生。也就是说，他完全不在乎豌豆花是白色或紫色；他只在乎白花的子代有多少，紫花的子代有多少。花色生理学这个黑盒子，他完全跳过去不理会。

不过豌豆的实验杂务还是不能避免。豌豆是一年生的植物，一个生长周期是一年，所以做实验很花时间。此外，豌豆是雌雄同花，会自花授粉，也就是说同一朵花的雄蕊会用花粉让雌蕊内的卵受精。孟德尔要进行杂交实验，就要避免自花授粉。他必须把花朵中未成熟的雄蕊预先切除，避免授粉；然后再从其他植株花朵中的成熟雄蕊取下花粉，进行授粉。这样一朵一朵花地进行杂交工作。八年来，他总共进行了大约两万八千株豌豆的杂交。

孟德尔从种子商人取得

34

个不同品种的“纯种”豌豆，具有各种不同的性状特征，有的是植株高矮不同，有的是花朵颜色不同，有的是豆子形状不同等。重要的是这些品种都是纯种的，也就是说紫花的品种自我授粉之后得到的后代也都是紫花，不会变；白花品种自交的后代也都是白花，不会变。孟德尔花了两年的时间证实这些品种都是纯种。纯种的豌豆才适合拿来进行杂交实验。

他的研究策略相当简单，就是先杂交两株特征不同的纯种豌豆，观察子代的特征，统计不同特征的后代的数目，然后尝试在这些数据中寻找出一个规律来。

孟德尔首先交配圆豆子的纯种和皱豆子的纯种。这样的交配后得到的代子代（称为

F1

）都是圆豆，没有皱豆，也没有半圆半皱的。这个现象，不管哪个品种是父系，哪个品种是母系，结果都一样。孟德尔测试了其他六组特征（见下文），也都得到同样的结果，就是

F1

都只出现一个亲代的特征，另外一个亲代的特征都不见了。

这个现象，已故的著名植物学家格特纳（

Karl von G

ä

rtner

）就发现过。格特纳是植物杂交研究的先驱，曾做过七百多种植物的杂交研究。孟德尔熟读他的著作，在日后自己的论文中也提到他高达

17

次之多。达尔文在《物种起源》中也提到他

32

次。

这些

F1

的结果是孟德尔所预期的。当他让

F1

豌豆互相交配得到第二代子代（称为

F2

），他发现那些消失的亲代特征又出现了。这种情形格特纳也发现过，所以孟德尔并不惊讶。显然这些特征不是真的消失，而是隐藏在

F1

中，到了

F2

才重新出现。孟德尔称这些重现的特征为“隐性”，另一个出现在

F1

的特征为“显性”。他说，当二者同时存在一个个体（比如

F1

）的时候，显性的特征比较强势，会盖过隐性的特征。隐性的特征并没有消失，它只是被遮盖住，它还是会出现在后代（

F2

）。

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编辑推荐

☆一册探索生物科技的简史，一部学习生命新知的佳作！

☆还原发现基因百年之旅，解秘众生之源！

☆从古典遗传学到尖端生物科技，科学家一百年的接力，成就了今天的基因工程、生物科技和分子医学。这一切，无不与我们的生活息息相关！

1. 再现生物学发展历程上出现的耳熟能详的称谓和隐藏其背后的故事：豌豆、果蝇、细菌、噬菌体……蛋白质、RNA、DNA、遗传密码……

2. 从达尔文、孟德尔到薛定谔、沃森、克里克等35位诺贝尔奖获得者，娓娓道来的几代科学家百年接力的故事曼妙如史诗。

3. 发现基因之路上的酸甜苦辣，照亮后来者前行的道路，启迪思考和增长智慧。

书摘插图

媒体评论

少了正确的遗传理论，进化论是跛足而残缺的。孟德尔从豌豆杂交的实验结果中发现生物遗传的规律，弥补了达尔文的缺憾，开启了探究遗传基因的新纪元。本书完整回顾了从古典遗传理论到分子遗传学这一百年的发展历史。

——周成功（台湾阳明大学生命科学系教授）

陈文盛教授用他的生花妙笔不但把专业知识用浅易的文字描述出来，更把科学家在奋斗中的人性历程——意外、失败、转折、兴奋——展现出来，让读者了解科学知识并不只是从教科书里得到简化的叙述，而是有了深厚的感性层面，这一点对于科学教育非常重要。

——徐明达（台湾阳明大学生化与分子生物研究所荣誉教授）

本书*引人入胜之处，是陈文盛教授以自身从事生物遗传学研究的科学

家身份，深入浅出，娓娓道出遗传学历史的演变、错误的不断修正，并且在其中穿插了一连串有趣的生命故事。书中不少人事趣话和理论被证实的过程，勾起我对数十年学术研究生涯的回忆，触动我对那一段时光产生深深的怀念。

——黄达夫（和信治癌中心医院院长）

前言

“为什么”比“什么”重要

1953

年夏天，美国长岛冷泉港实验室的第

18

届“定量生物学研讨会”具有特别的历史意义。会场的聚光灯聚在

DNA

身上。沃森（

James

Watson

）在大会演讲，讲他和克里克（

Francis Crick

）刚发现不久的

DNA

双螺旋模型。

这是双螺旋首次公开露脸。在另一场演讲中，赫尔希（

Alfred Hershey

）发表了他们著名的“果汁机实验”。

生物学的学生们应该都读过赫尔希和他的助理蔡斯（

Martha Chase

）做的“果汁机实验”。他们用

T2

噬菌体（感染细菌的病毒）进行实验。他们想问的是：

DNA

或者蛋白质是遗传物质吗？一般的教科书告诉我们：赫尔希和蔡斯用放射性的硫标示噬菌体的蛋白质，用放射性的磷标示噬菌体的

DNA

；他们发现

T2

感染大肠杆菌的时候，进入细菌的是放射性的磷（

DNA

），没有放射性的硫（蛋白质），所以赫尔希和蔡斯证明了基因是

DNA

。

事实是这样吗？显然不是。如果我们置身于

1953

年的这场大会，我们会听到赫尔希说：“我个人的猜测是，

DNA

不会被证实是遗传专一性的独特决定者。”他不确定遗传物质就是

DNA

。

如果我们再阅读他们九个月前发表的论文，就会看到文中如此说：“感染

?

的时候，大部分噬菌体的硫留在细胞表面，大部分噬菌体的磷进入细胞。”注意，文章只说“大部分”的硫留在表面，和“大部分”的磷进入细胞。可是大部分的教科书都说“硫”全部留在外头，磷“全部”进入，所以

DNA

是遗传物质。

这篇论文发表前八年（

1944

年），美国洛克菲勒研究所埃弗里（

OswaldAvery

）医生的实验室也提出支持

DNA

是遗传物质的论文。埃弗里的实验室用各种生化和物理技术，分析造成肺炎双球菌遗传改变（“转形”）的化学物质。他们在论文中下结论说：“在技术的限制内，具有活性的部分不含有侦测得到的蛋白质……大部分或许全部都是……脱氧核糖核酸（

DNA

）。”

埃弗里和赫尔希都是严谨的科学家，深知实验技术的限制，无法排除他们的

DNA

样本中完全没有蛋白质（或其他物质）的存在，所以不能肯定基因就是

DNA

。假如他们断然宣称基因就是

DNA

，他们一定饱受批评。

胡适曾经说：“有几分证据，说几分话；有七分证据，不能说八分话。”在证据不足的时候，要维持客观的存疑态度，不轻易论断。这是科学家必须具备的严谨治学精神。埃弗里等人以及赫尔希和蔡斯的研究结果支持

DNA

的遗传角色，没有错，但是他们都没有排除基因含有蛋白质或其他物质的可能性。这样保守的逻辑论证是必要、不能妥协的。

如果我们把时间再提早九年（

1935

年），我们就会碰到刚好相反的情况。那时同样也在洛克菲勒研究所的斯坦利（

Wendell Stanley

）纯化了烟草花叶病毒，并且成功地将病毒结晶起来。病毒能够结晶，显然纯度很高。他分析晶体的化学成分，发现只有蛋白质。此外，纯化的病毒依然具有感染力，所以斯坦利下结论说：“烟草花叶病毒可以看成一种自我催化的蛋白质……需要活细胞的存在以进行复制。”这项研究让那个时期的科学家更相信蛋白质是遗传物质。

现在我们知道烟草花叶病毒的遗传物质，其实是包在蛋白质中的

RNA

。这

RNA

占病毒重量的

6%

，但是斯坦利没有侦测到它，显然是技术上的不足。根据不完美的技术所得到的结果下结论是很危险的。完美的技术是很稀罕的。

教科书教我们

DNA

（以及有些病毒的

RNA

）才是基因的携带者，没有错，可以背起来。但是如果我们简化历史，说埃弗里等人以及赫尔希和蔡斯证明了这件事，我们就辜负了他们坚守的科学精神。这样的科学精神正是学生亟须学习的。

这些例子凸显阅读原始论文的重要性。在原始的论文中，我们才可以接触到原始的数据、推理和结论，而不是被扭曲、过度简化或过度诠释的结论。阅读原始论文，我们才能设身处地从作者的角度思考，了解来龙去脉，而不只是背书本告诉我们的条文。

求知不能只是背书。沃森说过：“知道‘为什么’（观念）比学习‘什么’（事实）还重要。”他早在大学时代就领悟到应该尽量接触原始论文和数据，不要太依赖教科书。教科书的内容大多是根据二手或更多手的信息，做简化的陈述。简化的结果常常就是误导。难怪德尔布吕克（

MaxDelbr

ü

ck

）会说：“大部分教科书交代科学发展史的方式都百分之百的愚蠢。”

生物学应该是这个样子

1953

年，我才八岁。我真正接触

DNA

的时候，已经是

25

岁。那时候我刚刚进入美国德州大学达拉斯分校（

University of Texas

atDallas, UTD

）的分子生物学系攻读博士学位。学年上了“分子遗传学”和“巨分子物理化学”两门核心课程，我才知道分子生物学是怎么一回事，

DNA

是怎么一回事，遗传密码是怎么一回事。

在出国前，我接触的传统生物学，像动物学、植物学、生理学、解剖学等，大都是相当表面的陈述，缺少基本层次的理论。这让原本在大学联考选择“甲组”（理工和医科）的我相当失望。接触到

UTD

的这些课程，才让我产生无

?

比的兴趣与热情。突然之间，我发现生物学应该就是这个样子，有物理、化学和数学支撑着的生物学。

当时

UTD

刚成立。分子生物学系届的学生只有六位。老师的人数却是我们的两倍。我选择的指导老师汉斯·布瑞摩尔（

Hans Bremer

），是从物理学家转行的生物学家。系里的老师中，他治学严，我选他也是因为他的严格。我希望从他那里学习自律，收敛松散。当时希望当他学生的还有一位美国女孩，汉斯选择了我。我就这样踏入了分子生物学的研究领域。

汉斯成为学术上影响我深的人。他亲自教我实验技巧、教我撰写实验记录和科学论文，还和我逐字修润讲稿并排练演讲。特别的是他开的“论文研读”课程。他挑选重要的论文，让我们课前阅读，然后在课堂中不厌其烦地讨论，不放过任何细节，如，作者为什么要做这项研究；实验为什么用这一个技术不用那一个；数据的分析和诠释有什么漏洞；实验的结果告诉我们什么，没有告诉我们什么。这样严谨的要求和琐碎的磨练，是我研究生涯中重要的修炼之一。

汉斯在第二次世界大战结束后从德国移民到美国。他来达拉斯之前，先后在分子生物领导人德尔布吕克的研究所，以及斯坦特（

G

ü

nther Stent

，见第

2

章）的实验室担任博士后研究员。系里还有很多老师也是来自欧洲。他们或他们从前的老师，有些会在本书中出现。如，我们的系主任是来自英国的克鲁兹（

Royston Clowes

），他曾是有名的遗传学家海斯（

Willim Hayes

，见第

4

章）的学生。来自德国的蓝恩（

Dimitrij Lang

）曾是电子显微镜大师克兰施密特（

AlbrechtKleinschmidt

）的学生，他们两人发展出用电子显微镜观察

DNA

的技术（见第

4

章）。

系里还有一群辐射生物学家，其中鲁柏特（

Stanley Rupert

，见第

10

章）是

DNA

修复的拓荒者之一。

1958

年他在大肠杆菌中发现修复紫外线伤害的光裂合酶。这个酶在可见光的照射下可以修复被紫外线破坏的

DNA

。

20

世纪

70

年代，土耳其学生桑贾尔（

Aziz Sancar

）在他指导下分离出这个酶和基因。桑贾尔因为这个酶，与其他两位

DNA

修复酶的研究者在

2015

年共同获得诺贝尔化学奖。

……

一个挑战接着一个挑战，编织出精彩的历史。这不是一本轻松阅读的科普书籍。不管我们用何种方式进行，科学的学习永远不是轻松的，永远要花脑筋和精神的。别相信人说科学可以轻轻松松学习，那是骗人的。真正扎实的学习，永远必须付出扎实的气力。

将本书捧在手上翻阅，随时停下来思考，慢慢咀嚼和消化。碰到太艰深或太生涩的题材，不妨放下书，冲一杯咖啡，休息一下再回来；也不妨暂时跳过，搁置起来，或者找人讨论。除非你已经是专家，否则你一定会碰到障碍，但这没有关系。如果本书说的你都懂，你就没学到什么。发觉自己不懂或不解，就是进步的步。

愿本书带给你收获与快乐，也帮助你充实自己的心灵。

书籍介绍

《基因前传：从孟德尔到双螺旋》从1859年达尔文发表《物种起源》谈起，一直介绍到1967年，阐明了DNA的遗传密码是怎样决定蛋白质氨基酸的排序为止。这其中，重点介绍了孟德尔通过豌豆杂交实验建立遗传原理、荷兰和德国等国家的三位欧洲植物学家通过果蝇突变实验发现连锁遗传、对基因是蛋白质还是DNA引发的争论和探究、双螺旋结构诞生的过程、发现DNA如何编写遗传密码、遗传信息在细胞内的转接等过程。

书中所介绍的都是真实的对遗传科学探究的历史故事，在阅读娓娓道来的字句时，能够感受到智慧的灵光充盈心窍，从而追随着历史的时空幻化着吞吐万象的神奇。本书还对志于从事遗传学研究的人，具有极大的启发性，且能极大地提升对科学研究的兴趣。