从细胞的发现到DNA的双螺旋结构，遗传密码离我们越来越近。原来，DNA中碱基排列的不同顺序，组成了遗传密码，这一过程，揭示了遗传现象的本质，那就是“类生类”。然而，生物体进行稳定遗传的同时，也在发生着变异。遗传和变异是生物进化的基础。
生物体的结构元件
细胞是一切生物体的基本结构和功能单位，人体是由无数的细胞构成的。
细胞的最早发现者是英国皇家学会秘书胡克，时间是在1665年。
1665年，胡克用显微镜观察切成薄片的软木，发现这些软木是由许多蜂巢状的空洞所组成。于是，他给这些空洞取了一个拉丁文的名字“cell”。它的意思是“空房”，中文译成“细胞”。
继胡克之后第一个为细胞学的建立做出巨大贡献的是荷兰的列文虎克。列文虎克1632年出生在荷兰德夫特市。
1674年，列文虎克发现了红细胞。他仔细研究了动植物的细胞，写了375篇论文，为细胞研究积累了丰富的经验，并积累了大量的资料。他还首次观察到了细菌。
不久，列文虎克的学生哈姆用显微镜发现了生殖细胞——精子；1827年，德国生理学家贝尔又发现了另一种生殖细胞——卵子。
1831年，英国植物学家布朗，用显微镜看到了细胞里有一个体积约为细胞十分之一的圆形小颗粒，他把它命名为“细胞核”。
1838年，德国耶拿大学植物学教授施莱登总结前人的研究成果，提出“所有植物有机体都是由细胞组成的”这一科学创见。1839年，德国卢万大学解剖学教授施旺，又提出了“所有动物组织也是由细胞组成的”，细胞学说由此创立。施莱登和施旺功不可没，同时也迎来了生物学研究的巨大飞跃。
细胞的内部结构
尽管细胞的大小不一、形态各异，它们的内部结构却是十分相似的。根据细胞结构的复杂程度，人们把整个生物界的细胞分为两大类：一类叫做“原核细胞”，另一类叫做“真核细胞”。
原核细胞只有细胞壁、细胞膜、细胞质和一个相当于细胞核物质的区域(称为核区或拟核)，它的细胞质分化也很简单，如细菌和蓝藻等。
真核细胞是由原核细胞进化而来的。现存的200万种生物中，绝大多数都是由真核细胞组成的。真核细胞一般分细胞膜、细胞质和细胞核三个部分。
细胞膜以内、核膜以外这一范围属于细胞质。细胞质是一种半透明的以蛋白质为主的溶胶。
细胞核通常位于细胞的中央。它由核膜、核仁、染色质或染色体、核质四部分组成。染色质或染色体的主要组成物质是DNA和蛋白质。
细胞虽小，但它的作用却十分重要。生物体吸收外界营养物质和排出废物的新陈代谢过程；绿色植物在阳光下利用外界的二氧化碳和水制造有机物质的光合作用；生物体的生长和发育以及对外界环境刺激的反应等，都是在细胞中发生和完成的。
豌豆研究中的发现
孟德尔出生在奥地利一个贫苦农民的家庭，是一个业余植物学家。他在布鲁恩修道院做修道士期间，利用修道院的后花园栽培了豌豆、菜豆、玉米、草莓等多种植物，并经常进行各种植物的杂交实验。
孟德尔从豌豆杂交实验中，总结出两条遗传学的基本定律。
他选择豌豆的一些明显特征作为观察对象，比如株茎的高和矮、种子的颜色(黄和绿)和形状(圆形或皱纹)。他把不同品种的豌豆种子分类保管，连续多年观察杂交后代特征的变化规律。最后孟德尔发现，高茎豌豆和矮茎豌豆杂交产生的后代都是高茎。他把像高茎这种能够在杂种第一代中表现出来的性状叫做“显性性状”。
他又把杂交第一代高茎豌豆单独播种，让一棵植物的花粉落在同一棵植物的雌蕊上，也就是自花授粉，结果在第二代中，却出现了矮茎豌豆。这表明矮茎这种性状虽然没有在第一代中表现出来，却并没有消失，而是潜伏下来，在以后几代之内出现。他把像矮茎这种在杂交第一代中并不表现出来却仍旧保留着的性状，叫做“隐性性状”。
孟德尔特别注意“显性性状”和“隐性性状”在杂交第二代、第三代中出现的数字比例，结果发现在第二代中，呈现出“显性性状”和“隐性性状”的植株比例是3∶1。在大量精确的实验数字统计基础上，他发现这一结果有极大的稳定性，因而孟德尔提出了“遗传因子分离定律”。
孟德尔还进一步研究了两对或者多对遗传性状在后代中出现的情况，比如把圆形种子、黄色叶子的豌豆和皱皮种子、绿色叶子的豌豆杂交，第一代杂交豌豆都是圆形种子和黄色叶子。杂交第二代有四种类型：圆形黄色、圆形绿色、皱皮黄色、皱皮绿色。它们种类的比例大约是9∶3∶3∶1孟德尔把这种现象总结成“遗传因子自由组合定律”。
“遗传因子分离定律”和“遗传因子自由组合定律”揭示了生物遗传中的一种普遍规律，对后代研究者产生了巨大的影响作用，被人们合称为“孟德尔定律”。
染色体和遗传的关系
染色体是存在于细胞核里的一种物质。
1879年，德国生物学家弗莱明发现了一种把透明物质染成深色的方法，并把这种物质称为“染色质”。从此，染色质的形状就可以在显微镜下进行观察了。
1882年，弗莱明详细描述了细胞分裂的过程。原来，细胞开始分裂的时候，染色质聚集成丝状，随着分裂过程的进行，染色质丝分成数目相等的两半，并且形成两个细胞核。这种分裂过程称作“有丝分裂”。1888年，染色质丝被称为“染色体”。
科学家还发现，每种动植物细胞里的染色体有着固定数目，而且通常都是双数。在细胞分裂以前，染色体的数目先增加一倍，因此在分裂以后，两个子细胞中的染色体数目和原来的母细胞一样多。而在动物生殖细胞——卵子和精子中，只有这个物种染色体数目的一半，当生殖细胞互相结合的时候，受精卵染色体的数目又恢复到这个物种的固定数目。
染色体的数目和生物物种有联系，又和生物的繁殖有联系，它和遗传因子之间存在着什么样的联系呢？
20世纪初，由于美国生物学家摩尔根对果蝇的研究，在遗传因子和染色体的关系方面才取得了突破性的进展。
20世纪初，美国生物学家摩尔根开始研究遗传学，选择果蝇做实验动物。摩尔根为何用果蝇做实验呢？果蝇与豌豆和其他动植物相比有许多优点，它有几十个容易观察的特征，有比较简单的染色体——每个细胞中只有四对染色体，繁殖快，容易培养。摩尔根用放射性射线照射果蝇，希望出现突变。果然，果蝇经过照射以后，一群红眼果蝇中出现了一只白眼雄果蝇。用这只白眼雄果蝇和其他红眼果蝇交配继续繁殖，他发现后代中所出现的白眼果蝇全是雄的。
由此他意识到，决定白眼的遗传因子和决定性别的因素是相互联系遗传的。以前，在对染色体的研究中已经发现，决定性别的因素是雄性精子中的染色体。这样，自然就得出遗传因子是在染色体上的推论。
1915年，摩尔根借助数学方法，精确确定遗传因子在染色体上的具体排列位置，给染色体——遗传因子理论奠定了坚实的基础。
1917年，摩尔根开始采用“基因”一词代替“遗传因子”，认为染色体是基因的载体。
基因的物质基础
在摩尔根之后，深入研究基因的作用和组成，成了生物学领域的中心任务之一。
1924年，人们已经弄清了脱氧核糖核酸——DNA是染色体的主要组成部分，但是许多生物学家认为DNA是由4种核苷酸所组成的单调的均匀大分子。认为DNA和淀粉类似，不论生物来源怎样，其组成部分总是相同的，不相信DNA是基因载体。染色体除了主要成分是DNA以外，还有蛋白质。因为不同生物的蛋白质的组成和结构不同，所以有些人把染色体中的蛋白质(核蛋白)看作是基因载体。
1928年，英国细菌学家格里菲思进行关于两种肺炎球菌的研究。一种是S型肺炎球菌，如把少量S型菌注射到幼鼠身上，幼鼠就会患肺炎而死亡。另一种是R型肺炎球菌，就是把大量的R型菌注射到幼鼠身上，幼鼠也不会患肺炎。
格里菲思有一次把加热杀死的S型菌和活的R型菌混合注射到幼鼠身上，幼鼠竟患病死亡，并从死鼠身上发现复活的S型菌。这个奇怪现象使许多人目瞪口呆，无法解释，被称为格里菲思之谜。
1944年，艾弗里等三个美国生物化学家，用实验揭开了S型菌复活之谜。
原来是S型菌的DNA进入了R型菌，不是死去的S型菌复活了，而是R型菌转化成S型菌了。艾弗里等人的实验说明遗传基因在DNA上。进一步研究证明，从遗传观点看，染色体中的蛋白质是多余的，DNA具有全遗传功能。
一、DNA的结构
虽然实验表明基因的物质基础就是DNA，但是，表示遗传信息的基因数量是十分庞大的，DNA究竟应怎么表示呢？DNA的分子结构又是怎样的？
为了窥视DNA的结构，英国物理学家阿斯特伯里首先起用X射线衍射法来测定DNA结构。1940年，他拍摄了一些DNA的X射线衍射照片，这些照片虽然质量不高，但是仍旧能够证实他关于DNA是由一叠扁平核苷酸构成的推断。
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克联手合作。1953年2月，他们从分析照片中发现了DNA分子的双螺旋结构，由此建立了遗传密码，从而把遗传学由细胞水平推进到分子遗传学阶段。
现代生物学研究业已表明，核酸是由众多核苷酸组成的生物大分子。核苷酸主要有四种类型，它们按不同的顺序排列，构成了含有各种遗传信息的核酸分子。不同的排列次序，决定不同的生物功能。
二、三联体密码
组成DNA的核苷酸只有4种，而蛋白质中的氨基酸却有20种，那么前者是通过什么方法，决定后者的排列顺序呢？科学家经过10多年的努力，终于在1965年弄清了核酸中的4种碱基与蛋白质中的20种氨基酸的对应关系。
原来，核酸中碱基的排列顺序就是蛋白质的遗传密码，它决定了组成蛋白质的氨基酸。4种碱基在核苷酸中的不同排列顺序，就组成了遗传密码，遗传密码决定了蛋白质中不同氨基酸的组成，这些氨基酸通过肽键相连，就组成了一个多肽。
核酸中的遗传密码是由几个碱基组成的呢？记录在DNA的遗传密码是一种奇妙的三联体密码，又称密码子，即由三个相连的碱基排列代表一个氨基酸的密码子。例如，GAA代表谷氨酸，AGA代表精氨酸，AAA代表赖氨酸等等。以4种碱基组成的三联体密码共有64种，大多数氨基酸有两种以上的密码子。
现在的研究表明，从最简单的无细胞结构的病毒，到“万物之灵”的人类，遗传密码的含义都是一样的，共用一部遗传密码字典。遗传密码字典的普遍适用性，从分子水平上证明了生命的统一性。
研究表明，在合成或生产蛋白质的过程中，DNA作为遗传信息的提供者，控制着蛋白质的合成，但不是蛋白质的直接生产者。
从DNA结构到蛋白质表达的遗传信息传递的过程，展示了遗传现象的本质，即所谓“类生类”。然而，同类的个体又各不相同。
在生物体进行稳定遗传的同时，还存在着不可忽视的另一面——变异。变异是指生物遗传过程中发生的生物个体间的差异。变异和遗传一样，普遍存在于生物界，也是生物的基本特征之一。
但是，遗传和变异又是一对矛盾，代表了生物体相对性状的两个方面。遗传维持了各种生物性状的稳定，同时，生物不断发生着变异，并通过遗传把某些变异在后代中保留、巩固下来，使生物的性状产生多样性。可见遗传和变异是生物进化的基础。
