医学诺贝尔之路(1946):放射线的力量

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孩子为什么长相酷似父母?某些家族为什么连续几代被某种神秘的疾病所困扰?这些遗传现象总是令人感到惊奇或迷惑,长久以来人们也为解开这些谜题做出了不懈努力。从孟德尔开始,研究遗传这门学问的工作总算开始走上正轨,而“现代遗传学之父”摩尔根更是凭借基因的连锁和互换定律摘得1933年的诺贝尔医学奖。与孟德尔的豌豆不同,摩尔根选择了更适于观察和研究的实验动物——果蝇。

关于摩尔根豢养果蝇的“蝇室”以及发生在蝇室内的各种各样令人津津乐道的事件我们之前已经有所了解了。今天之所以还要再次提起,是因为本次出场的主人公也曾在蝇室工作,而其学术成就也同样建立在对果蝇的研究之上。这位主人公的名字叫做赫尔曼·穆勒(Hermann J. Muller)。

医学诺贝尔之路(1946):放射线的力量

【大学时期的赫尔曼·穆勒】

1890年12月21日,穆勒出生于纽约。1907年,穆勒进入美国一流的学府——哥伦比亚大学就读,并从此迷上了生物学。1910年穆勒取得学士学位。在校期间,穆勒建立了一个生物学俱乐部,并通过该俱乐部与许多年轻的生物学天才走到了一起。这些天才的其中两位就是大名鼎鼎的“蝇室”的核心人物布里奇斯和斯特迪文特(两人的事迹参见医学诺贝尔之路1933:蝇室传奇),彼时二人都还在摩尔根的实验室刷试管。

摩尔根关于果蝇的实验非常具有吸引力。穆勒结识蝇室二人组的时候已经毕业,在康奈尔大学从事其他研究,但受到蝇室感召的穆勒仍同时与哥伦比亚大学保持联系,并非正式地参与摩尔根小组的工作。1912年,穆勒终于如愿以偿地正式加入了蝇室,投身于脏兮兮却又前途无限的实验之中。

不过穆勒在蝇室的日子过得却并不舒心。他不拥有布里奇斯那种惊人的视觉辨别力,又不像斯特迪文特那样有出众的才华。在蝇室,穆勒的工作偏重于理论,主要集中于对实验结果的阐释以及对未来实验的预测上。而在蝇室重视实验的学术空气中,穆勒的工作显得不那么受人重视。1914年,穆勒离开了蝇室,另觅他处继续自己的研究。

在上世纪初,达尔文的理论已经使得人们相信生物的遗传总不会是一成不变的,否则进化将无法进行。少数情况下,生物旳性状会忽然展示出某些新的特征。1886年,荷兰植物学家Hugo de Vries首次注意到野生月见草的这种改变,并将这种变化描述为“突变”(mutation)。突变使得特定生物具备了潜在多样性,以便更好地适应自然。随着染色体和基因的发现,人们一直试图从遗传物质改变的角度来解释突变,穆勒抓住了这个研究方向。1918年,穆勒提出了一个基于同源染色体交叉的突变假说,即:基因的突变是逐渐积累的,隐性突变并不会立即显现。当同源染色体发生交叉,遗传物质发生互换(基因重组)时,这些突变的结果才有机会以突然出现的形式表现出来。如此,穆勒的研究重心开始转向致死性突变的发生率以及影响因素上来。

穆勒先摸索了温度的作用,发现温度与基因突变率之间存在联系。当然,包括x射线,化学物质等因素也被用来检查是否与果蝇基因突变之间存在关联,只是当时并未作为首要的影响因素来研究。在蝇室,摩尔根和他的助手们为了得到新的遗传性状已经几乎无所不用其极,而究竟哪种刑罚能够帮助果蝇产生可遗传的变异却无人能说得清。蝇室众人所不够重视的领域,恰恰是穆勒这个前蝇室成员孜孜以求的目标。

1926年,穆勒终于收获了振奋人心的实验结果。数据显示,在使用不同剂量的x射线照射果蝇后,随着x线照射剂量的加大,果蝇基因突变的频率有了相应的提高。有人将此事形象地比喻为:在x光照射下,生物体内就像被埋进了无数极小的高爆手榴弹,这些手榴弹四处爆炸,要么将细胞结构撕成碎片,要么将其重新打乱重排。如果有手榴弹在基因附近爆炸,那么基因的结构和功能也将被改变,直至引起生物体自身性状的突变。

医学诺贝尔之路(1946):放射线的力量

【五十六岁时的赫尔曼·穆勒】

这是一个极其重要的发现。在过去,基因突变大多只能寄希望于自然界缓慢而低效的影响。穆勒的成果标志着人类将借助射线的力量简单地影响和改变基因,从而窥探上帝的意志,这在生物学和遗传学研究上有着非同寻常的意义。射线的力量不仅仅局限于果蝇,很快人们就发现这种力量是普适的,从简单的病毒到高级的植物和哺乳动物莫不如是。研究射线生物学影响的工作、研究基因突变过程的工作、研究基因复制过程的工作等直接导致了新的科学分支的产生。为此,诺贝尔奖评审委员会将1946年的诺贝尔医学奖授予了穆勒。

而放射线的力量也终于引起了人们的普遍关注,尤其是在原子弹爆炸之后。事实上,穆勒曾担任过曼哈顿计划的顾问,但是他本人并不知道这个计划是做什么的。核辐射造成的伤害和悲剧越来越引起公众的担忧,作为辐射危害领域的先行者,穆勒积极投身于反核战争威胁的政治活动中。1955年,穆勒参与签署了《罗素-爱因斯坦宣言》,该宣言由11位享誉世界的杰出科学家联名签署,并于后来间接推动了世界控制核武器工作的开展。


本文转载自科学松鼠会 文章来源链接

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