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2020-10-01從中心法則談遺傳學研究的演進 610 期

Author 作者 吳岳隆/臺灣大學昆蟲學系副教授。吳岳隆/臺灣大學昆蟲學系副教授。吳岳隆/臺灣大學昆蟲學系副教授。
從西元1859年開始,生物學家們開始對遺傳學產生好奇心,染色體、基因與DNA等名詞也相繼誕生;直到1958年由克里克(Francis Crick)提出了分子生物學中心法則(central dogma),迄今仍是所有生物相關研究人員心中屹立不搖的教條,也立下了分子生物學中重要的里程碑。

現在所有修習生物相關知識的學生耳熟能詳的分子生物學,追朔其發展歷史應從西元1859 年英國自然學家達爾文(Charles Darwin)發表的《物種起源》(On the Origin of Species)開始談起。達爾文學說發現生物個體的微小變化若有利於此生物在天擇環境中存活,則此微小改變的性狀將透過遺傳傳給下一代,經由長久累積可觀察到新型態物種的產生。

但在達爾文所發表的演化論中,卻缺乏解釋此現象的原理,包含物種的變異是如何發生?這些有利的變異又是如何遺傳到下一代?這兩個主要的問題是當時的達爾文所無法回答的,僅知道改變的性狀可透過遺傳方式傳給下一代。

由孟德爾開始的遺傳學研究

於同一時期,在奧地利聖湯馬斯修道院(St. Thomas Monastery)裡,修士孟德爾(Gregor Mendel)的碗豆雜交實驗也正在進行著。孟德爾具有深厚的統計學基礎,面對看似大量雜亂的數據,也可以利用數學分析找出規律,他從碗豆雜交過程中發現碗豆出現的特徵有顯著規律,進而導出大自然的法則。

孟德爾透過實驗及定量遺傳學的觀念,指出確實有某種未知的東西由親代傳給子代,並可以預測豌豆性狀特徵的顯性及隱性,後人所熟知的遺傳學第一定律(分離律,law of segregation of genes)及第二定律(獨立分配律,law of independent assortment),也都是在此時期所提出。

孟德爾在1865年發表了碗豆雜交實驗的論文,但可能由於當時定量遺傳學觀念並不普及,因此並沒有引起大量共鳴。而孟德爾發現隱藏於大自然界中的定律,並提出遺傳因子這個概念,對於後世遺傳學的影響非常深遠,也為分子生物學埋下一顆小小的種子。

染色體的發現與染色體學說的建立

孟德爾發表研究的三年後,1869 年瑞士科學家米歇爾(Friedrich Miescher)由受傷病人使用且沾有血液的繃帶中,分離出白血球,萃取出一種他稱之為核素(nuclein)的黏稠化學物質,也就是我們今日所熟悉的核酸,但在當時並不了解核素與遺傳之間的關係。

19世紀中葉,德國生物學家弗萊明(Walther Flemming)觀察到細胞分裂前,細胞核內出現有一些可以被染色的物質,在細胞分裂前似乎會倍增,且在細胞分裂後被分配到子代細胞之中,他稱這個現象為有絲分裂,而這個物質也就是我們所熟知的染色體(chromosome)。雖然當時的科學家並沒有提出染色體與遺傳相關的觀點,但染色體的發現卻已替未來的分子遺傳學發展做足準備。……【更多內容請閱讀科學月刊第610期】