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| | 麦克林托克
| | | | 慧眼识“玉米”的遗传学家
[美国]麦克林托克(1902—1992)
1983年，著名的诺贝尔生理学与医学奖，被一位8l岁高龄的老太太单独获得了。她身材娇小，但却精神矍铄，目光深沉。对于她来说，这一科学界至高无上的荣誉迟到了30多年，意味着其科研成果，在经历了长期不被理解和受冷落的遭遇后，终于被人们普遍接受了。然而，内心无比激动的她此时却格外平静地说：“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快乐。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问答。”
就是这样一位其貌不扬，语言朴素的老人，在玉米遗传学的园地中辛勤耕耘了一辈子，以其独特的天赋和方式取得了非凡的成就，并提出了著名的“转座”理沦，在遗传学界享有极高的威望。她的名字就叫巴巴拉·麦克林托克。
情有独钟
巴巴拉·麦克林托克(BarbaraMeclintock)是美国著名女遗传学家。1902年6月16日，麦克林托克在美国康涅狄格州的哈特福德诞生。大概是受了父母勇敢，喜欢冒险性格的遗传，麦克林托克生性热爱自由，遇事都喜欢独立思考，而不愿受到世俗观念的羁绊。学生时代，她就对自然科学表现出浓厚的兴趣，尤其喜欢流连于让许多人头疼不已、退避三舍的难题之中，因为她觉得解决难题的关键，就在于找到一个恰到好处的视角，而这不仅是对一个人耐心和毅力的极大考验，更是对多角度思维能力的极好锻炼。从中，麦克林托克感受到了思考的莫大乐趣。正是这种乐趣吸引着她一生埋头于科学研究，而没有丝毫功利的目的。
1919年．17岁的麦克林托克开始就读于康奈尔大学农学院。当时，这个学校的绝大多数学生都热衷干农艺学，因为这个专业比较实用，将来可以为找到一份好的工作带来很大的便利，而巴巴拉却对遗传学这门基础性学科有着强烈的兴趣。那时，遗传学界已认定染色体是遗传因子的载体，所以很多学者都极为重视对它的研究。麦克林托克在选修遗传学课程的同时，也选修了植物学系夏普教授开设的细胞学课程，学习染色体的结构，及其在减数分裂和有丝分裂期间的行为：本科毕业的时候，她就已经很坚定地认准了继续深造的方向——细胞遗传学。对于自己选择的道路，麦克林托克自始至终都是乐在其中，终其一生没有后悔和动摇过。
麦克林托克是从玉米开始进行遗传学和细胞学的研究的，因为当时的康奈尔大学，正是玉米遗传学的中心。由爱默生教授创立的玉米遗传学，在20世纪二三十年代已取得了相当的成就，足以与美国遗传学家．胚胎学家摩尔根创立的果蝇遗传学相媲美。玉米的优
点在于它一年一熟，为人们细致深入的研究提供了充足的时间；而且它的遗传性状清晰可辨，当时已证明它籽粒上糊粉层的颜色，以及胚乳的性质，皆受以奥地利遗传学家、遗传学奠基人孟德尔的名字命名的遗传因子的控制。当麦克林托克步人这一领域时，玉米遗传学的研究正集中于对突变性质的发现，描述、定位和积累上。沿着这一研究传统，麦克林托克出色地完成了玉米遗传学和细胞学的联姻。作为对玉米中的基因现象作细胞学分析的玉米细胞遗传学领域的先驱者，她第一次为人们提供了染色体的物理基础和某种可遗传特性之间的可视联系。
麦克林托克的成功，在很大程度上取决于她对玉米专注不移的感情。1933年，果蝇幼虫唾腺巨大染色体被发现，这种染色体比减数分裂时的染色体和体细胞中的染色体要大200倍，而且有明显恒定的标志。这显然是果蝇遗传学得以…，飞速发展的极好契机。从此，玉米遗传学的地位就再不能与之相提并论了。而曾被视为玉米一大优势的一年的生长成熟期也顿显漫长而令人心焦起来。就是在这样的情况下，麦克林托克却一如既往地冒着酷暑，穿梭于她的玉米地里，细心观察幼苗和籽粒上的色斑，并在显微镜下检查其染色体行
为。
同样，当噬菌体遗传学派于20世纪中期兴起时，麦克林托克仍被视为陌路人。因为这些科学家所宠幸的是细菌、噬菌体这类结构简单，繁殖迅速的原核生物。相比之下，玉米既是生长缓慢的高等真核生物，又是一种驯化植物，甚至没有野生型，因此在他们看来并无普遍实用价值。
然而，不管外面的世界怎样精彩，麦克林托克都没有“栘情别恋”。她的心很平静，目标很坚定，追求也很执著，因为她深信：作为科学研究的对象，玉米和细菌等生物具有同样的价值意义。虽然对玉米色斑等表现型的深入研究看似毫无应用价值，但生命的内在机制应该是相通的；只要你能发现其根本性的东西，也许你也就找到了打开其他门锁的钥匙。
事实就是最好的证明。
“转座”——遗传学中的天才发现
麦克林托克在遗传学理论方面一生建树颇多，而其中地作出的最大贡献．就是一个完整的“转庳”理论。“转座”是指转庳因子(fmneposableelement)改变位置的行为。例如，从染色体上的一个位点转移到另一位点，或从质粒转移到染色体上。而转座因子即细胞中能改变自身位置的一段DNA(脱氧核糖核酸)序列，第一个转座因子就是麦克林托克在玉米中发现的解离因子。
1910年，摩尔根在许多红色复跟果蝇的后代中，偶然发现了一只白色复眼果蝇，从而在果蝇中发现了基因突变现象。他从突变的概率、个体和基因等种种因素中得出的结论是：基因是稳定的，突变是随机的。在玉米遗传学中，爱默生首次发现了在一个玉米籽粒上，有时会出现斑斑点点的现象，他的猜测是：基因的不稳定性造成了这一结果。而麦克林托克则是从研究染色体尤其是其断裂端的行为，开始步人这一领域的。
早在还是康奈尔大学植物学系研究生的时候，麦克林托克就鉴定出了在玉米细胞中每条染色体的不同形态特征，并按从长到短的顺序将其命名为1-10号染色体。1931年，她在9号染色体短臂的末端发现一个明显的结节，而结节附近处的基因证明与胚乳的色素、形状有关。这为“转座”的发现打下了必要的基础，因为后来备受麦克林托克注意的染色体断裂，就经常发生在9号染色体结节附近的一个特定位点上：
1928年，麦克林托克的朋友斯塔德勒用x射线诱发了玉米的基因突变，他想知道在突变的背后究竟发生了什么事情，细胞中的染色体到底发生了什么变化。为此，1931年夏天他邀请麦克林托克去密苏里大学鉴定染色体的变异行为，因为她那精湛的细胞学技术和敏锐的眼睛总是能在显微镜下看到别人不易看到的新东西。
经考察，麦克林托克认为是x射线引起了染色体片段的部分丢失-回到康奈尔大学后，麦克林托克仍在进一步考虑着这个问题，即这些染色体的缺失是如何造成的?其全过程应该是怎样的?经过一番苦心思索，在尚未有实验观察证实的情况下，麦克林托克大胆地设想出了一个“断裂·融合·桥周期”的观点，从中推论出“环状染色体”的存在。简而言之，就是一条染色体在两个部分发生断裂，断裂端相互融合，最后，形成一个具有双着丝粒的“环状染色体”。这一观点一经提出，就引起了生物学界不少人的惊讶和叹服。他们难以置信，仅凭着大胆的假设和天才的想像力，麦克林托克竟如身临其境般描绘出了一个“环状染色体”从复制、断裂到愈合的完整画面。更不可思议的是，第二年显微镜下的观察完全证实了她的天才猜想。
对染色体断裂端融合行为的密切关注和详尽研究，使麦克林托克感觉到细胞在面临突发事件时，总会有一套调节机制，如修复机制能使断裂端愈合，又因为断裂是经常可能发生的，所以这种机制也许是必需的。正是基于对偶然现象背后的必然因素的重视，和对单
个事件背后的整体协调能力的信赖，麦克林托克最终发现了玉米细胞中的“转座”现象。
前面说过，麦克林托克发现9号染色体上有一特定位点，经常发生断裂并引起一系列表现型上的变化，而早期的研究又证明，在这一位点附近的基因控制着胚乳的色素、形状。1944年夏天，麦克林托克自花授粉种下了一批9号染色体带有断裂端的玉米，通过观察其
子代胚乳的色素，形状来判断染色体断裂带来的效应。细胞学检测的结果表明，子代中染色体的断裂，仍发生在相同的位置上。这使麦克林托克大胆断言，该位点的断裂绝非偶然事件，而是具有可遗传性的；该位点上一定存在一个“控制因子”，能导致染色体的解离(断裂)。她把这一“控制因子”命名为Du(Dissociations：离异)因子。可是当她着手测定Ds的位点时却发现它并不稳定，它可以在染色体的不同位点之间跳跃?这样“转座”概念初露端倪。与此同时，麦克林托克还发现了另一个奇怪的基因行为，用她自己的话说就是两个同源细胞中的“一个细胞，得到·了另一个细胞所丢失的(因子)”。于是她又开始思索os的解离行为本身也是受了另外一个因子的控制，这个因子调节着突变的频率，可叫作Ac(Activation：活化)因子。非自主的Ds只有与AC，构成一个控制系统时才能转座(移位)?然而出人意料的是，实验表明Ac竟又是一个并不固定的转座因子。进一步的观察实验表明，Ds除了能引起染色体断裂，还能导致邻近基因的突变、在Ac的遥控下，Ds飞快地在染色体上跳跃，致使玉米籽粒呈现出不规则的斑点。
这样，经过整整6年的埋头研究，麦克林托克终于在1950年建立起了一个完整的“转座”理论体系，从而为纷乱的基因突变现象找到了背后的真正原因。
甘受冷落
1951年，麦克林托克在冷泉港学术研讨会上洋细介绍了自己的“转座”理论。但令她吃惊的是，连当时一流的遗传学专家也无法理解她．更不用说接受这一理论了。因为在经典遗传学中，为人们广泛接受的是摩尔根理论，强调的是基因的稳定性和突变的随机性，而美国遗传学家比德尔和生物化学家塔特姆提出的“一个基因一个酶”学说强调的又是基因的功能性(编码合成蛋白质)。所以麦克林托克的“转座”理论既强凋基因的不稳定和可移位性，又揭示基因功能的多面性，完全是与经典理论背道而驰的。这也就难怪人们要疑惑了。而且，在当时人们看来，玉米中“转座基因”的发现一无实用性，二无普遍性，当然是很难被大多数科学共同体所接受的。
但是，同样属于基因调控的概念，当法国的遗传学家J．莫诺和F．雅各布在1960年到1961年间根据研究成果提出“乳糖操纵子模型”时，却立即引起了分子生物学家的普遍关注。因为他们所用的研究对象是被大家所熟悉公认的。可惜的是，甚至在麦克林托克满心
希望地发表了将“操纵子模型”与“转座”体系进行类比的文章之后，人们依然无法接受玉米中的转座体系。
但麦克林托克丝毫没有因为不被理解和受冷落而失望气馁，放弃对玉米的研究?她走上科学的道路本来就不是为了名利。她热爱科学，也相信科学永远只尊重事实，所以只要她的发现是符合事实本身的，那么被人理解和发现其价值也只是迟早的事情。
在那段受冷落的漫长岁月里，麦克林托克依然平心静气、乐在其中地从事着她心爱的玉米遗传学研究。她发现，玉米中的Ac—Ds体系能控制差异甚大的基因行为，于是她大胆地得出它也能控制任何其他基因行为的推论，并且认为控制因子不仅存在于玉米中，还应该存在于昆虫和其他生命体中。
20世纪70年代以来，随着分子技术的发展，转座因子的分离已成为可能，人们果然在细菌、酵母、果蝇等其他生物中发现了转座因子的存在，这一强劲的事实终于使转座因子作为一种普遍而重要的现象被广泛接受。人们也终于恍然大悟：原来麦克林托克早在30年
前就已有“先见之明”!
1981年冬，她应邀出席迈阿密学术研讨会。在这次学术讨论会上，许多学者发表报告，通过利用大肠杆菌或植物病毒的基因，确定转座因子的碱基排列，结果无一例外都在化学领域证实了麦克林托克当年提出的转座因子。地一边聆听着大家的报告，一边情不自禁地为历经30年才姗姗来迟的认可而流泪。她说：“根据自己长期观察的结果，无法否认转座因子的存在，所以才提出‘转座因子’的概念，但得不到承认，我只好把这件事当作很久以前的一个幻想埋在心里。现在，大家都认为的确存在着‘转座因子’。看来人还是长寿好。”之后，各种荣誉纷至沓来：冷泉港授予她“卓越贡献成员”荣誉称号，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年摘取了科学界的桂冠——诺贝尔生理学与医学奖。
但是当初，专注于对玉米籽粒—匕色斑的研究，看来似乎确实毫无实用价值：而麦克林托克也的确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中。后来的事实却证明，她看待生物的独特视角和对科学的纯粹兴趣恰恰为现实的生活世界带来了深刻的影响。她把“生命体”看作一个有序整体，其中的每个部分都互相联系着的观念曾深深地影响了一些分子生物学家。例如，1969年，美国分子遗传学家夏皮洛等分离到乳糖操纵子，使基因调控的研究逐渐成为分子遗传学的一个重要内容。夏皮洛在回忆时就坦言，自己正是受到了麦克林托克思路的启示才会有后来的成功的。
对自然的而非人为状态的珍视，对整体而非局部的看重，使麦克林托克首先在经典遗传学的框架内(而不依赖于分子方法)完成了“转座”理论，同时为生物学思想奉献了一份厚重的礼物。她将“转座因子”的转移视为生命体对内外环境的改变所做的反应，并猜测也许正是它构成了进化的基本机制，这样的思路也是对进化现象的全新思索，具有深远的意义。
今天，科学家已经发现在玉米基因组的20亿个碱基对中，有一半以上是“转座因子”，甚至在人体当中也有“转座因子”的存在。而如果不是麦克林托克坚持以玉米作为实验材料，也许我们至今还无缘结识“转座”。这不就是对麦克林托克的最好肯定吗?
伟人的精神
麦克林托克一生追求科学，而且始终钟爱一年一熟，需要人们付出很大耐心和精力的玉米，即使在其他遗传学派迅速超越玉米遗传学的时候，她的这一追求也未曾动摇过。因为科学对她来说并不是赢取功利的手段，相反，玉米就是她的爱本身，她惟一的目标，这就是她为什么甘于一辈子精心研究玉米而不厌其烦的最好原因。在她眼里，科学是一个独立的世界，玉米是一种有智慧．有情感的生命体，而她要做的就是在玉米的生命中耐心寻找一种活泼的．真正的科学。
麦克林托克之所以总能有常人不敢设想的正确假设和想象，恰是因为她尊重玉米的生命，而且肯定它的存在。她的研究甚至可以被看作是一种理解玉米并与之交流的过程。从中，我们不难看到一位女性科学家特有的感性能力和丰富情感，同时也可以发现一种崭新的科学思维方法和自然观的成熟——尊重自然，而以活动的整体现代替干巴巴的逻辑分析。因此，她认为“转座因子”的移动是生命体对内外环境的改变作出的反应和调整，生物细胞内自有一整套调节机制以不断适应环境的变迁。她的“转”理论不仅对遗传学的贡献是巨大的，而且渗透了一种可贵的进化观念，值得我们细细体会。
也正是基于对科学纯洁的爱和对自然、生物的尊重，麦克林托克才能静心“倾听”玉米“那奇妙的问答”，真正在客观上做到以实事求是、不受传统观念束缚的自由精神作为科学研究的惟一原则。所以，她没有将玉米向她透露的“奇妙回答”作为一种莫名其妙甚至古怪的偶然性而漠然视之，反而兴致勃勃地来了一番寻根究底。对于这样真诚的朋友，玉米也以向她展示自己的秘密作为最好的回报。
这就是巴巴拉·麦克林托克——20世纪的一位天才女遗传学家。在她一生的90个春秋中，始终都是独身，因为她最钟爱的东西就是科学，最喜欢做的事情就是探索玉米的生命世界。她观察事物、思考问题的独特角度和全新方式以及大胆假设、小心求证的治学精
神，无疑和“转座”理论的成果同样重要，甚至具有更长远的意义，而她的生命本身，也为心浮气躁的现代人下了一个关于真正的科学精神和真正的爱的最好定义。
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