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第18章 另类风格的研究(2)

20世纪70年代以来,当细菌、酵母、果蝇中陆续发现转座基因的报道之后,人们才想起麦克托克早在20世纪50年代初就对玉米中的转座基因有过透彻的研究和报道。至此,麦克林托克那曾被看作是天方夜谭式的异端思想,才逐渐融入当代科学思想的洪流之中,随之各种荣誉也接踵而来:冷泉港授予她“卓越贡献成员”荣誉称号,1978年获罗森蒂尔奖,1981年获拉斯克基础医学研究奖、麦克阿瑟基金会奖和以色列的沃尔夫基金会奖。1983年。她终于摘取科学界的最高桂冠——诺贝尔医学与生理学奖。

与现代的分子生物学家相比,麦克林托克具有独特的研究思想与方法。在物理学、化学的熏陶下成长起来的新一代分子生物学家,他们更看重的是对象的结构而非功能。他们习惯于采用简单明了的分子克隆方法,将插入顺序提纯出来,然后进行分子结构的分析。但是如此一来,这样的死分子也就失去了其活泼、能动的生物学功能。所以,当分子生物学家与麦克林托克刚刚开始合作时,他们之间甚至无法交流——因为两人说的不是同一种语言。前者仅关注于什么材料合适于克隆。对此,麦克林托克带着惊恐甚至是轻蔑的眼光。当时,分子生物学家已经发现,噬菌体的染色体能插入细菌基因之中,它类似于玉米中的转座因子,但是,麦克林托克拒不同意这样一种简单的类比,她强调真核生物的复杂性,仅相信遗传杂交实验所阐明的一切,她还断然声称:控制因子是一种基因,但却是一种不同寻常的基因,这不仅表现在它们的功能上,而且也表现在它们的性质上,亦即Ac、Ds不是由具体的物质分子所组成,它们仅代表了染色体特定结构的一种改变形式。最终,玉米中的转座因子被克隆,其分子顺序也被测定,Ds因子具有双倍的结构,所以能导致染色体的断裂。随着转座因子的插入,染色体的DNA分子也确实变长了。在这一点上,分子生物学家的做法显然是正确的。

麦克林托克的教育背景以经典遗传学为主,相比于分子遗传学,经典遗传学有其独特的优越性,因为它直接将基因与功能对应起来,省去了中间过程,而不是像分子遗传学家那样,仅关注于基因决定蛋白质的过程上。这就对想象力的发挥以及直观的逻辑推理能力的运用,提出了更高的要求。对麦克林托克来说,她主要是用她的眼睛以及直觉推理能力,再辅之以显微镜和少数简单的反应物,当然还有正确的杂交试验,她选择、分析、保存了大量有用的玉米株系,提供给任何对此感兴趣的人。麦克林托克的过人之处在于,她看重偶然的失败,认为这正是线索的开始。凭着一双训练有素的眼睛,她总能看出一些不寻常的事例,比如有色背景上无色区域的分布,或是染色体上某一特殊位点的断裂。而接下去的推理又是如此复杂,对事实的分析一环紧扣一环,以至令许多遗传学家难以理解。但是,它却充分展现了人类智力以及想象力所能达到的深度。正是在此意义上,麦克林托克认为,人类基因组这一宏大工程仅仅是一种编织手艺,因为它从根本上缺乏深刻的原创性和恢弘的想象力。也许这正可说明,麦克林托克对于分子遗传学方法冷淡的原因。虽说麦克林托克没有受过正规的分子遗传学训练,但她自40年代起就一直在冷泉港实验室这一分子遗传学研究的中心工作,她长期与分子生物学家共事,每次学术报告她都不错过,并且总能提出一些发人深省的问题,可见她是完全跟得上分子遗传学的前进步伐的。正如她钟情于玉米一样,她也钟情于经典遗传学的方法,因为它富有想象力,并且直接面对活生生的功能。

对于一个分子生物学家来说,他们更多地将细胞仅仅看作是一个试管,里面充满了蛋白质和核酸复合物。而麦克林托克则首先把生命体看作是一个有序的整体,其中的每部分都处于相互联系的网络之中,对于微小的扰动,它能发挥有益的调整功能,转座体系即是其中的一部分。这一独到的体验也深深地影响了分子生物学家。夏皮洛回忆到,当他于20世纪70年代后期首次与麦克林托克接触时,他才意识到这些因子必须整合到有机体的整体功能时才有意义——正是循着这一正确的思路,他才深入到了细菌的遗传系统之中,并做出独到的发现。

另一位分子生物学家费克当时正研究酵母遗传学,他用的是生物化学的方法。麦克林托克对他提出了一个意义深远的问题:“你认为酵母中有转座因子吗?”囿于偏见,费克认为转座因子只限于玉米中。所以,他说通过化学诱导剂的方法,已鉴定200多个突变,但未发现不稳定的突变。对此,麦克林托克大笑,她说,发现转座因子绝不能用化学的或物理的这类人工诱导的方法。她强调,转座是一个自然状态下发生的事件,而非人为事件。对自然的而非人为状态的珍视,正是麦克林托克不同于分子生物学的独特视角,也是她对生物学思想的一份厚重贡献。

透过麦克林托克的研究思路,我们可以看到一种崭新的科学思维模式正在兴起,那就是以尊敬代替征服,以创造性的想象代替分析、还原的逻辑。麦克林托克把自己的感情融入于研究对象之中,她还用“基因组的震惊”这一类概念来描述基因的行为。仿佛一个基因能够觉察到各种情绪,如沮丧、兴奋等,它还能识别复杂的挑战,以寻求智慧的解决方法。总之,基因组就像有它自己的生命,在她看来,转座因子的移动也正是生命体对内外环境的改变所做出的反应,这些也许正构成了进化的基因机制。

麦克林托克的思想连接过去与未来,横跨我们的时代。她的细胞遗传学研究在当时就为她赢得了声誉;她对“转座”理论的贡献是划时代的,正在被今天的我们所接受;而她的进化观念也许将成为留给未来时代的一份贵重礼物。

麦克林托克身材娇小,但却精力充沛,体格健壮,这也正是她能成为一名优秀遗传学家的良好素质。她不仅仅是在显微镜下观察细胞中的染色体,还需在烈日下种植玉米;有时碰到连续几天的暴雨,她就要在玉米地里排水、培土,使玉米根系牢牢地固着于土壤之中。

1992年9月2日,在冷泉港,她与世长辞。麦克林托克终生未婚,她把全部的挚爱都奉献给了玉米,奉献给了遗传学事业。正如诺贝尔颁奖委员会的致词中所指出的,麦克林托克的成功,其意义远远超越了科学本身,“对于当局来说,保证科学的独立研究是多么重要;对于年轻的科学家来说,则证明简单的手段也能作出巨大的发现。”

确实,对于玉米籽粒上色斑的研究,初看起来似乎毫无应用价值。麦克林托克纯粹出于一种科学上的而非实利上的兴趣,默默地耕耘于这片园地之中。最终转座因子被证明不仅控制着玉米上籽粒色素的形成,更重要的,它还存在于其他生物之中。有关它的机理、转座过程中所发生的具体步骤,仍是今天分子遗传学所面对的重大课题。因此,麦克林托克的工作虽然是在经典遗传学框架内完成的,但她同时也开启了通往分子遗传学的另一扇门。

面对荣获诺贝尔奖这一崇高荣誉,麦克林托克平静地说:“我觉得自己获得这种意外的奖赏似乎有些过分。多少年来,我在对于玉米遗传的研究中已获得很多的欢乐。我不过是请求玉米帮助我解决一些特殊的问题,并倾听了她那奇妙的回答。”这就是麦克林托克,一位经历简单然而思想深刻的天才科学家。

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