从经典遗传学到分子遗传学

基因论“使我们在最严格的数字基础上研究遗传学问题，又容许我们以很大的准确性来预测在任何一定情形下将会发生什么事件。在这几方面，基因论完全满足了一个科学理论的必要条件（《基因论》第1章第6节）”。

基因论解决了许多遗传学问题，同时也提出了很多它没能解决、需要进一步研究的问题，而且这些问题的解决必须超越孟德尔摩尔根式研究方式，采用新的研究方法。摩尔根对此有清醒的认识，在《基因论》中他也讲到了，主要有以下几个方面。

1.基因论讨论的是基因在上下各世代间的分布，没有涉及基因如何影响发育过程，也没有涉及基因同其最后产物即性状是如何联系的。这是由于“这方面知识的贫乏，并不是说它对于遗传学不重要。明确基因对发育中的个体如何产生影响，毫无疑义地将会使我们对于遗传的认识进一步扩大，对于目前不了解的许多现象也多半会有所阐明。”（《基因论》第2章）

2.“基因论是由纯粹数据推演而来，并没有考虑在动物或植物体内是否有任何已知的或假定的变化，能按照所拟定的方法来促成基因的分布。不论基因论在这方面如何满意，基因在生物体内如何进行其有秩序的重新分配，仍会是生物学家力求发现的一个目标。”（《基因论》第3章）

3.基因只是一种“可爱的假设”，它本身的性质不明。事实上，摩尔根学派的研究方式是若发现一个性状突变，就假定一个相应基因存在，然后通过杂交试验看它在后代中如何分布，进而作出许多关于它的推断。有人对究竟有无基因，对于这种假设的价值表示怀疑。摩尔根争辩说，像物理学家和化学家假定了电子和原子一样，遗传学家假定了基因，因为在这种假定的基础上形成的理论能够帮助我们作出科学预测，所以它有存在的价值。从基因的行为表现可以认为它是一定数量的物质，但是，不知道什么物质能有如此特殊的功能和性质。“如果我们认为基因只是一定数量的物质，那么，我们便不能圆满地解答为什么基因历经异型杂交中的变化而依然如此恒定，除非我们求助于基因以外另一种保证它们恒定的神秘的组织力量。这个问题目前还没有解决的希望。”（《基因论》第19章第3节）摩尔根曾经试图计算基因的大小，但没有得出有把握的结果，不过他估计出基因的大小和大型有机分子接近，这已经可以称为英明预见了。

朱砂眼和朱红眼是果蝇的两种隐性眼睛颜色突变，他们的眼睛颜色比野生型果蝇浅。1935年，比德尔把朱砂眼和朱红眼突变体幼虫的胚胎眼组织移植到野生型果蝇幼虫体内，发现在这些幼虫发育为成虫的过程中，移植的眼组织发育成了眼色为野生型的额外眼。由此推断，眼色突变体幼虫的眼组织是可能发育为野生型眼的。进一步研究发现，眼色突变果蝇之所以眼色不正常，是由于它缺少了合成一种酶的能力，而由这种酶所产生的物质对于眼色的正常发育是不可缺少的。这样就把基因的作用同酶的合成联系起来了。由于用果蝇为材料进行生物化学研究很困难，比德尔转用红色面包霉的生化突变为材料，研究取得了进展，提出了“一个基因一个酶”的学说。

对基因本身的化学成分和性质进行研究，是由研究兴趣不同的科学家从以下三个方面，或是说从三个角度进行的：

1.从信息传递的角度，研究什么物质是遗传信息的携带者，即基因的物质基础是什么。经典遗传学已确定基因位于染色体上，染色体的主要物质成分是蛋白质和脱氧核糖核酸（DNA），所以争论集中在遗传物质基础是蛋白质还是DNA。20世纪30年代，倾向于认为是蛋白质。40年代中期和50年代初，艾弗里（O.T.Avery，1877—1955）等人关于肺炎双球菌类型转化的实验和赫尔希（A.Hershey）等人关于噬菌体侵入细菌过程的实验，证明了DNA是遗传的物质基础。

2.对蛋白质和DNA的分子结构进行研究，从它们的结构认识它们是怎样发挥功能的。这类研究主要是由有着物理学基础的科学家进行的。摩尔根关于基因的研究成果，引起了著名物理学家玻尔（N.Bohr，1885—1962）、薛定谔（E.Schrodinger，1887—1961）等人对生物遗传问题的巨大兴趣。基因一代一代遗传下来是那么稳定，各个基因产生的效果是那样特定专一，用已知的物理学定律难以解释，但他们又坚信基因作为一种物质，应该服从物理学定律，因此他们希望通过研究基因即遗传物质来发现新的物理学定律。薛定谔还预言，遗传物质应当是一种非周期性晶体，遗传信息就储存在它的晶体结构之中。受他们的影响，很多受过良好物理学训练的人，使用最现代的仪器，投入对蛋白质和分子结构的研究中。

3.研究生物体内发生的化学反应，以及引起这些化学反应的酶。比德尔采用红色面包霉的生化突变体为材料，提出“一个基因一个酶”的学说，已从生物化学角度阐明基因如何发挥功能，把基因的作用同特定的酶的产生联系起来。

以上三个方面研究成果的会合，导致分子遗传学的诞生。1953年，沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型，是分子遗传学诞生的标志，从此开始在分子水平上研究遗传学问题。分子遗传学的发展非常迅速，短短20年的时间，就破译了遗传密码即DNA携带遗传信息的方式，明确了遗传信息的传递方式是从DNA到RNA（核糖核酸）再到蛋白质，并且能通过改变生物的遗传物质从而定向地改变生物的遗传性，这就是基因工程。