遺傳物質的發現

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俗話說「種瓜得瓜,種豆得豆」,這說明生物的性狀可從上一代傳到下一代,也就是遺傳現象,而決定這些遺傳特性的物質是去氧核醣核酸,簡稱DNA。到底科學家們是如何發現這個秘密的呢?

 

1865年瑞士化學家米歇爾從病人的膿細胞中分離出核酸的成份。1879年,德國生物學家弗來明在細胞核內發現了染色質。1903年,美國細胞學家薩頓則發現,細胞染色體的活動方式,與孟德爾所描述的遺傳因子極為類似。因此,是否染色體就是遺傳因子呢?一般來說,生物的染色體數目總是少於性狀表現的數目,所以科學家推測,遺傳因子應該存在於染色體上,也就是說在一條染色體上,會帶有許多不同的遺傳因子!

 

1909年,丹麥的植物遺傳學家約翰遜開始以「基因」取代「遺傳因子」一詞。1910年,美國遺傳學家摩根藉由果蠅的研究,終於證明了基因的確是存在染色體上。然而,其真正確立DNA是遺傳物質的,是兩組科學家的重要貢獻。一位是英國生物學家格里夫茲所進行細菌轉型實驗;另外是赫希與蔡斯兩位科學家進行的噬菌體實驗,他們相繼地證實了DNA才是真正的遺傳物質,而不是蛋白質。

進階學習

格里夫茲的細菌轉型實驗

格里夫茲的細菌轉型實驗

細菌的轉型作用(Transformation)-DNA為遺傳物質的直接證據:1928年,英國的生物學家Griffith格里夫茲,他利用兩種不同品系(Strain)的細菌來感染老鼠,並觀察受感染的老鼠之生存情形,而這個實驗的結果証明了遺傳物質是DNA而不是蛋白質。

 

他的實驗流程如下:

(A) 注入鼠內活R型(Rough form)肺炎菌→不致病

(鼠內只有R菌)

(B) 注入鼠內活S型(Smooth form)肺炎菌→致病而死亡

(鼠內只有S菌)

(C) 注入鼠內以熱殺死的S型肺炎菌→不致病

(鼠內沒有細菌存在)

(D) 注入鼠內活R型肺炎菌+熱殺死S型肺炎菌→致病死亡

(鼠內有活R菌及活S菌)

 

這種由R型的細菌藉由和死掉的S型細菌接觸而轉變為S型細菌,這種狀況就稱為細菌的轉型作用(Transformation)。

赫希與蔡斯的噬菌體實驗

研究噬菌體(Bacteriophage)的赫希及蔡斯,利用T2噬菌體來感染細菌,分別用含放射性同位素32P和35S的培養基來培養大腸桿菌,又分別用放射性同位素標定的T2噬菌體分別去感染大腸桿菌,然後收集噬菌斑中釋放出來的T2噬菌體,並分析其成份。

 

因為DNA中含有磷酸根的成份,因此被32P標記的必然是噬菌體裡頭的DNA而不是蛋白質外殼;蛋白質中有含硫胺基酸而不是磷的成份,因此被35S標記的必然是噬菌體的蛋白質外殼而不是裡頭的DNA。他們發現,經過感染後再釋放出來的噬菌體只含大量之32P,由此試驗進一步證實了DNA才是真正的遺傳物質,而不是蛋白質。

赫希與蔡斯的噬菌體實驗

赫希(Hershey)與蔡斯(chase),利用放射性同位素追蹤法,證明噬菌體的遺傳物質亦為DNA。