阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第18部分
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患有一种特殊型白血病的病人，在他们的细胞里显示出一小段多
余的染色体片段，称为费城染色体，因为是在费城医院住院的一位
病人身上首次查出这种染色体的。一般来说，在某些不常见的疾
病中，断裂的染色体出现的次数比正常情况多。
无性生殖
由含有一半父源染色体和一半母源染色体的受精卵发育形成
新个体的过程叫有性生殖。人和复杂程度大体上相当于人的生物
都是有性生殖。
不过，也可能发生无性生殖，新的个体只含有单一亲代的一套
染色体。例如，一个单细胞生物分裂为二，形成两个独立的细胞，
每个细胞都含有和原细胞相同的一套染色体。
无性生殖在植物界也非常普遍：把某种树木的树枝插进地里
便会发根生长，长成和被剪枝的树木完全相同的树木；也可以把树
枝嫁接在另一棵树（有时是不同种类的树）的枝杈上，它也能长得
很旺盛。这种树枝叫做克隆（源自希腊语“树枝”），现在用这个术
语来表示任何无性起源的单亲生物。
多细胞动物也会发生无性生殖。动物越原始，即其细胞的变
异和特化越少，越容易发生无性生殖。
海绵、淡水水螅、扁虫或海星，都能分裂成好几块，如果把它们
置于正常的环境下，每一块都能长成一个完整的生物。这些新生
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物即可视为克隆。
甚至像昆虫那样复杂的生物，有时也能生出单亲子代，例如蚜
虫就是这样繁殖后代的。在这种情况下，一个只含有半套染色体
的未受精的卵细胞，不需要精子细胞就可以繁殖。卵细胞的半套
染色体只是自行复制，便会产生一整套完全源自母亲的染色体，然
后卵细胞进行分裂，成为一个独立的生物，这也是一种克隆。
但是，一般而言，复杂动物的生殖是绝对有性的，不会自然发生
任何形式的无性生殖。不过人的干预可以使脊椎动物发生克隆。
总之，一个受精卵能产生一个完整的生物体，而且当受精卵分
裂和再分裂后，每个新细胞都含有与原细胞内相同的一整套染
色体。
如果将新细胞分离并置于可以使受精卵发育的条件下，每个
新细胞为什么不具有产生一个新个体的能力呢？这大概是因为，
在受精卵分裂和再分裂过程中，新细胞分化为各种组织细胞，如肝
细胞、皮肤细胞、神经细胞、肌肉细胞、肾细胞等等，每种细胞都具
有与其他种细胞完全不同的功能，而且大概是染色体发生了微妙
的变化才引起这种分化。正是这些微妙的变化使已分化的细胞不
能从头开始和形成一个新的个体。
但是，染色体的变化是永久的和不可逆的吗？如果让这些已
分化的染色体回到原来的环境中又会如何呢？例如，假设我们得
到某种动物的一个未受精的卵细胞，小心翼翼地将细胞核移去，然
后从那种动物成体身上取出一个皮肤细胞的核，置入那个卵细胞
内。在卵细胞的影响下（目的是促进成体的生长），皮肤细胞核内
的染色体是否会受到“青春之泉”的作用而恢复它们原来的功能
呢？以这种方式“受精”的卵能够发育成一个含有与被使用皮肤细
胞的个体的整套染色体完全相同的新个体吗？这样得到的新个体
不就是献出皮肤细胞的动物的克隆吗？
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
当然，在一个细胞内移去和代换细胞核是一种难度极大的手
术，但是 1952年美国生物学家 R。 W。 布里格斯和 T。 J。金成功地
完成了这种手术。他们的成功标志着细胞核移植技术的开端。
1967年，英国生物学家格登成功地将一种南非爪蟾的肠细胞
的核移植到同种爪蟾的未受精卵中，由那个卵发育成了一个完全
正常的新爪蟾——第一个克隆。
要在爬行类和鸟类身上使用这种技术是非常困难的，因为它
们的卵细胞包在硬壳里面，因此，为了移入细胞核而用某种方法把
壳弄破后，必须保持卵细胞的存活和功能。
哺乳动物的卵细胞又如何呢？这些细胞是裸露的，但保存在
母体内；它们特别小而且特别脆弱，因此必须有更精细的显微外科
的技术。
然而，细胞核移植技术已经成功地应用在小白鼠身上；而且，
原则上讲，克隆可以应用于包括人类在内的所有哺乳动物。
基 因
孟德尔学说
在 19世纪 60年代，一位名叫孟德尔的奥地利修道士，尽管忙
于修道院的事务，无暇顾及生物学家对细胞分裂的激情，依然在自
己的花园里默默地进行着一些实验，以便最终弄清染色体的意义。
孟德尔是一位业余植物学家，他对各种性状的杂交豌豆的结果特
别感兴趣。他观察的高明之处在于，每次只研究一种明显确定的
性状。
他把种子颜色不同（绿色或黄色）的豌豆杂交，或者把种皮光
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滑的豌豆与种皮皱缩的豌豆杂交，或者把高茎的豌豆与矮茎的豌
豆杂交，然后观察下一代植株的结果。孟德尔坚持对观察结果进
行仔细的统计记录。他的结论可以主要概括如下：
1。 每个性状都是由遗传因子所决定的，这些遗传因子（在孟
德尔研究的例子中）可以是两种中的一种。例如，一种负责种子颜
色的遗传因子会使种子成为绿色；另一种会使种子成为黄色。（为
了方便起见，让我们使用现在通用的术语吧。这些遗传因子现在
叫做基因，是丹麦生物学家约翰森
1909年提出来的。决定一个给
定性状的不同基因叫做等位基因，因此，种子颜色基因具有两个等
位基因，一个使种子呈绿色，另一个使种子呈黄色。）
2。 所有植株的每个性状都是由两个基因决定的，一个来自母
本，另一个来自父本。植株把两者之一传给生殖细胞，因此，当两
个植株的生殖细胞通过受粉结合以后，子代再度拥有决定这个性
状的两个基因。这两个基因可能是相同的，也可能是等位基因。
3。 当两个亲本植株传给子代的某种基因是等位基因时，一个
等位基因可能会压抑另一个等位基因的作用。例如，如果产生黄
色种子的植株和产生绿色种子的植株杂交，下一代所有的植株都
产生黄色的种子，那么，种子颜色基因中的黄色等位基因是显性，
绿色等位基因是隐性。
4。 尽管如此，隐性等位基因并没有被破坏。在刚才举的那个
例子中，绿色等位基因依然存在，虽然没有产生可以看见的效果。
如果含有混合基因（即每株都有一个黄色和一个绿色的等位基因）
的两个植株杂交，有些子代在受精卵里可能含有两个绿色等位基
因；假使是这样的话，这些特殊的子代就会产生绿色的种子，而且
子代的子代也会产生绿色的种子。孟德尔指出，源自杂种亲本（父
本和母本各自具有一个黄色和一个绿色等位基因）的等位基因有
4种可能的组合方式：第一种是，父本的一个黄色等位基因和母本
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
的一个黄色等位基因组合；第二种是，父本的一个黄色等位基因和
母本的一个绿色等位基因组合；第三种是，父本的一个绿色等位基
因和母本的一个黄色等位基因组合；第四种是，父本的一个绿色等
位基因和母本的一个绿色等位基因组合。在这
4种组合中，只有
最后一种所产生的植株能长出绿色的种子。如果这
4种组合发生
的概率相等，则新一代应该有
1/4的植株产生绿色的种子——孟
德尔发现确实如此。
5。 孟德尔还发现，不同性状（例如种子的颜色和花的颜色）的
遗传是互不相关的，就是说，黄色的种子和绿色的种子都可能开红
花，也都可能开白花。
孟德尔在
19世纪
60年代初期就完成了这些实验，并把实验
的结果写成了论文。他把论文的副本寄给了当时颇负盛名的瑞士
植物学家内格里。内格里的答复是否定的。显然，内格里特别爱
好那些包罗万象的理论（他自己的理论著作就显得玄虚和华而不
实），他认为只数数豌豆对通向真理之路不会有什么价值，何况孟
德尔只不过是一个不知名的业余爱好者。
孟德尔好像被内格里的评论弄得失去了信心，因为他又回头
专心于修道院的事务。他渐渐发胖（后来胖得在花园里无法弯
腰），从而放弃了他的研究。不过，
1866年，他仍在奥地利一家地
方性的杂志上发表了他的论文。在一代人的时间里，他的论文没
有再引起人们的注意。
然而，其他科学家逐渐得到的结论和孟德尔已经取得的结论
完全相同（尽管他们不知道孟德尔）。使他们对遗传学发生兴趣的
原因之一是对突变的研究，即对一直被认为是不祥之兆的畸形动
物和怪物的研究。
1791年，美国马萨诸塞州的一位叫赖特的农
民，对他的羊群中出现的一只畸形羊采用了更加实用的观点。当
时有一只羊生下来腿就特别短，这使那个精明的美国农民想到，短
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腿的羊不能逃出他农场周围低矮的石头围墙。因此，从那个幸运
的意外事件开始，他有意地培育了一种短腿羊。
这个实际的示范激发其他人也去寻找有用的突变。到
19世
纪末，美国园艺学家伯班克成功地培育出数百种新的植物品种，都
在某一方面比老的品种有所改良。这不仅靠突变，而且靠精心的
杂交和嫁接。
同时，植物学家也试图寻找对突变的解释。这可能是科学史
上最令人惊奇的一次巧合，至少有三个人在同一年里各自独立地
得出和孟德尔在一代人以前得出的结论完全相同的结论。这三个
人是荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的切尔马克·封·赛
塞内格。他们都不知道对方的研究，也不知道孟德尔的研究，都准
备于
1900年发表自己的报告。在最后一次核对这个领域以前的
文献时，三人都非常惊讶地发现了孟德尔的论文。三人仍于
1900
年发表了各自的报告，每个人都提到了孟德尔的论文，把发现的荣
誉完全让给孟德尔，而他们自己的工作只是作为证实。
基因的遗传
一些生物学家立即看出，孟德尔的基因和显微镜下看到的染
色体之间有联系。第一个把二者相提并论的是美国细胞学家萨
顿。他在
1904年指出，染色体和基因一样成对出现，一个来自父
本，另一个来自母本。这个比拟的惟一麻烦是，任何生物体细胞中
染色体的数目远远小于遗传性状的数目，例如，人只有
23对染色
体，但肯定具有上千种遗传性状。因此生物学家们不得不得出这
样的结论：染色体不是基因。每个染色体必定是许多基因的集合。
不久，生物学家们发现了一种研究特定基因的绝好工具，它不
是一种物理仪器，而是一种新的实验动物。
1906年，在开始时曾
怀疑过孟德尔学说的哥伦比亚大学动物学家摩尔根，想出了利用
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
果蝇进行遗传学研究的计划。（遗传学一词是英国生物学家贝特
森 1902年创造的。）
比起豌豆来（或任何一般的实验动物），用果蝇来研究基因遗
传有很多优点：果蝇繁殖得快而且多，用很少的食物便能够轻易地
饲养数百只；它们有几十种容易观察到的性状；它们的染色体组成
也比较简单——每个细胞只有 4对染色体。
摩尔根和他的同事们利用果蝇发现了一个关于性别遗传机制
的重要事实。他们发现，雌果蝇有 4对完全配合的染色体，卵细胞
从每对中得到一个，因此，就染色体的组成来说，所有的卵细胞都
完全相同。而在雄果蝇中， 4对染色体的每一对都由一个正常的
染色体（叫做 X染色体）和一个发育不全的染色体（叫做 Y染色
体）所组成。因此，当形成精子细胞时，一半具有 X染色体，另一
半具有 Y染色体。当一个具有 X染色体的精子细胞使一个卵细
胞受精时，受精卵具有 4对配合的染色体，自然发育成一个雌果
蝇。相反，如果是一个具有 Y染色体的精子细胞，就会发育成一
个雄果蝇。由于两种情况发生的概率相等，所以在有代表性的生
物种类中，雌雄的数目大致相等（见图 13…4）。（在某些生物中，
图 13…4X和 Y染色体的组合
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尤其是鸟类，具有
Y染色体的是雌性。）
这种染色体的差别说明了为什么一些疾病或突变只发生在雄
性身上。如果一个有缺陷的基因发生在一对
X染色体的一个上
面，这一对中的另一个可能是正常的，因而仍能补救这种情况。但
是，在雄性方面，如果一个有缺陷的
X染色体和一个
Y染色体配
成一对，这种情况一般是无法补救的，因为
Y染色体只带有极少
的基因，因此缺陷就显现出来了。
这种伴性疾病的最著名的例子是血友病，一种血液很难凝集
的病症。血友病患者终身都有因轻微创伤而流血不止或内部出血
极端痛苦的危险。一个妇女如果在她的一个
X染色体上有一个
会产生血友病的基因，很可能在另一个染色体的相同位置上有一
个正常基因。所以，她表现不出病来。但她将是一个带基因者。
在她形成的卵细胞中，有一半将带有正常的
X染色体，另一半带
有血友病
X染色体。如果这个带有不正常的
X染色体的卵和一
个正常男子的带
X染色体的精子结合，结果会生育一个女孩，她
虽然不是血友病患者，但仍是一个带基因者；如果这个卵和一个正
常男子的带
Y染色体的精子结合，由于卵细胞里的血友病基因无
法被
Y染色体抵消，所以生育出来的是一个患血友病的男孩。根
据概率，血友病带基因者的儿子，有半数是血友病患者；女儿有半
数是带基因者。
历史上
