第7章 突變(2)
- 科普袖珍館 生命是什么
- (奧)埃爾溫·薛定諤
- 3586字
- 2015-05-05 13:49:38
只有具有同樣有害的隱性基因的個體互相雜交,后代的身上才會明顯地表現出這種有害的危險。稍微回顧一下上文的內容,我們就可以知道這樣雜交的結果會導致他們的后代中將有1/4的數量是純合的,與之而來的則是危害性的表現。僅次于自體受精——這種情況只會出現在雌雄同株的植物上,與其相比,最大的危險是我的子女之間通婚。他們中的每一個人有沒有這種隱性的潛在危害的機會是相等的,因此亂倫結合的話,其中有1/4是危險的,他們的后代中有1/4將表現出隱性基因的危害。因此,對于每一個亂倫生下來的孩子來說,其身上含有的危險因子的概率是1∶16。
同樣的道理,我的兩個“純血緣的”孫兒、孫女結婚生下的后代的危險因子是1∶64。這種事情的發生似乎不太可能,但事實上這樣的婚姻經常發生。可是,根據前面所分析過的理論依據,在祖代的配偶(“我和我的妻子”)中,一方已經帶有一個可能的潛在危害的后果。事實上,他們兩個人藏有的潛在的缺陷數目遠遠超過了一個。如果已經知道你身上有一個隱性的缺陷基因,那么就可以推斷出,在你的8個堂、表兄妹之間也一定有一個是帶有這種缺陷的。根據動植物的實驗來看,隱性的危害基因中除了嚴重的、比較罕見的缺陷外——當然它們的數目是很少的,還有許多較小的缺陷。這樣的話,這些大小缺陷的概率加起來就必然導致整個近親繁殖的后代出現危害性狀的概率大為增加,甚至使得他們嚴重衰退惡化。歷史上,斯巴達人用非常殘忍的方式消滅了失敗者,但是我們現代人是不能用那樣的方法的,我們必須嚴肅對待人類中的這類事情。在人類社會中,最適者生存的自然選擇要少了許多,甚至轉向了反面。
6.一般的和歷史的陳述
在雜合的過程中,顯性等位基因徹底掩蓋了隱性等位基因,以至于我們很難發現會有什么樣的效應出現。不過,這個令人驚奇的事實也有些許的例外。比方說,純合的白色金魚草與同樣是純合的深紅色的金魚草雜交,它們的所有直接后代都是中間型的顏色,即不是預期的深紅色而是粉紅色的。還有一個更為重要的例子,那就是血型。我們在這里不再對兩個等位基因各自同時顯示它們的影響。如果最后的探討得出的結論是隱性可以分成不同的等級,而且用來檢查“表現型”的實驗的靈敏度在此過程中發揮關鍵作用,這完全在我的意料之中。
在這里有必要談談早期遺傳學的歷史,在遺傳規律的發現方面,尤其是關于顯性基因和隱性基因的重要區別,G.孟德爾(1822~1884)這位奧古斯丁教派的修道院長為其作出了巨大的貢獻。對染色體與突變一無所知的孟德爾,在布?。ú紶栔Z)修道院的花園中,辛勤地播種著豌豆,來進行他所喜歡的實驗。他栽種了幾個不同品種的豌豆,讓它們雜交,在它們成長的過程中注意觀察各個后代的情況。實際上,在這個實驗中,自然界中現成的突變體成了他實驗的對象。1866年,在“布隆自然研究者協會”的會報上,他發表了這次實驗的結果。那個年代,幾乎沒有一個人對他的實驗和實驗結果感興趣。然而,人們沒有想到的是,這個修道士的發現成為當代最有活力的學科,還成為了20世紀一門全新科學的綱領性原則。曾經發表過的論文也被人遺忘了,直到1900年,阿姆斯特丹的德佛里斯、維也納的丘歇馬克和柏林的柯靈斯三人同時各自獨立地發現了這個結論,這個修道士的論文才被人們重新想起。
7.作為一種罕有事件,突變具有其必要性
到目前為止,我們一直都在關注有害突變。這種類型的突變相比較而言出現的頻率會多一些,更重要的是會產生有害的性狀;但我們也應該指出,有利突變的情形也是存在的。自發的突變是物種發展歷史上的一個小插曲——以偶然的形式并且冒著存在有害因素而被自動消除的風險卻不斷作出“嘗試”。由此我們可以得知,自然選擇可以把突變作為自己的合適原料,但這種突變必須得像自然界中出現的那樣罕見的事件。如果突變非常頻繁的話,就會導致很多機會,比如說,在同一個體內出現了十幾個不同的突變,而其中有害突變遠遠超過有利突變,那么,物種不僅沒有得到改良,反而停滯不前,甚至走向衰亡?;虻谋J匦允秋@而易見并且是十分必要的,這得益于它的高度的持久性。例如,一個大型制造廠的經營,為了創造一種更好的生產方法,大膽的革新即使沒有得到確認,但卻是必須的。其中的某些革新是促進生產力還是降低生產力,在一定的時間限度內只能采用一項革新而其他保持不變。
8.X射線誘發的突變
有關遺傳學的一系列實驗研究,我們可以一一回顧,因為這些將證明前面所談到的那些重要的特性。
用X射線或g射線照射親代,可以提高突變率,使得后代中的突變大于自然突變率所帶來的突變。這種方式可以產生數量較多的突變,它與自然發生的相比,其實并沒有多大的差異。因而,我們要想獲得一種“自然”突變的話,不妨可以借用X射線的效用。
每一個特定的“轉變”與正常的個體之間存在一個“X射線系數”,可以使正常的個體變成一個特殊的突變體,反之亦然。這是經過無數次的X射線突變實驗,我們得出的結論。從生物學的角度看,這個系數表明了用單位劑量的X射線在子代出生之前照射親體,由此造成的后代帶有突變所占的百分比。
9.第一定律——突變是個單一性事件
誘發突變率的規律雖然很簡單,但是卻具有極大的啟發性。第一定律是:(1)突變頻數的增加量隨著射線劑量的增加而不斷提升,因此對于這種比例關系,我們可以利用突變系數來表達。
簡單的比例關系在我們眼中已經是很平淡的事情了,這便導致我們不經意間低估這一定律的后果。舉個例子可以更好地理解這一點,比方說,商品的單價與商品的數量之間并不一定總是成比例的。通常買6個橘子的價格是一個水平,但是當你決定多買12個橘子時,他可能會以低于12個橘子的價錢賣給你。當橘子供不應求時,與剛才的情況恰好相反。于是,我們可以推斷,假如一半劑量的輻射導致后代中千分之一發生突變,那么剩下的沒有發生突變的后代是不受影響的——它們既不免于突變,也不傾向于突變。如果不是這樣的話,另一半的輻射劑量就不會恰好再引起后代中的千分之一發生突變。因此,突變并不是由連續的小劑量輻射相互增強而引起的一種積累效應,上文的正比例變化規律便可以證明這一點。突變是單一性事件,并且它只是在輻射期間發生在一條染色體上。那么,哪一類事件屬于這樣的單一性事件呢?
10.第二定律——事件的局域性
(2)從軟的X射線到相當硬的Y射線,如果廣泛地改變射線的性質,只要給予的輻射劑量是相等的,那么突變系數就一直不會變化。我們用倫琴單位來衡量射線劑量,換言之,射線劑量是由在照射下標準物質——溫度為0℃,壓力為1標準大氣壓(1.01×105帕)的空氣——的單位體積內所能產生的離子總數來度量,并且這種標準物質是經過嚴格選擇的。
由于平均相對原子質量與空氣相同的元素組成了有機物的組織,所以選擇空氣作為標準物質。此外,選擇空氣作為標準物質也很方便。組織內電離作用或相關過程總量的下限,可以通過把空氣中的電離數乘以二者的密度比得到。
我們可以從這個定律中知道,發生生殖細胞某個“臨界”體積內的電離作用是造成突變的單一性事件。好奇的人們會問:這種臨界體積有多大呢?要想回答這個問題,我們可以根據觀察到的突變率估算出來。如果每立方厘米產生50000個離子的劑量,使得任意一個配子以某種特殊的方式在照射的區域里發生突變的概率是1∶1000,那么,我們就可以斷定臨界體積只有1/50000立方厘米的1/1000,換句話說就是只有五千萬分之一立方厘米。這個推斷出來的數字并不是確切的數字,只是為了說明一下問題。實際上,我們根據K.G.齊默爾、N.W.鐵摩菲也夫和M.德爾勃呂克所寫的一篇論文,可以得出實際估計的數字。他們寫的這篇論文也是后面章節中要談論的學說的主要來源。大約為10個平均原子距離的1個立方體,只包括大約1000個原子是他們在論文中得出的數據。換句話說,如果在距離染色體上某個特定的點不超過“十個原子距離”的范圍內發生了一次電離(或激發)就有產生突變的一次機會。我們現在更詳細地來討論這一點。
鐵摩菲也夫的報告隱含著一個十分重要的推論,我不得不在這里提一下,可能這與我們的研究沒有什么實質性的關系。在現代生活中,人們或多或少地會接觸到X射線的照射,這便會產生像X射線癌、燒傷、不育等這樣一類比較直接性的危險?,F在人們已用鉛屏、鉛圍裙等作為防護來避免這些危險,尤其是對經常接觸射線的護士和醫生們,一定要為他們提供專業的保護。然而,即便這些對個人的直接危險,我們可以有效地防止,但是還存在著其他的間接危險——產生于生殖細胞內的有害突變,這也是我們在討論近親繁殖的不良后果時談到的那種突變。說得嚴重一些的話,由于祖母是長期受X射線照射的護士,所以堂兄妹結婚的危害可能性會大大增加。當然,對于一個單獨的個體來說,沒有必要為此擔心。但是對于包含個體的整個社會來說,這種潛在的有害突變是會慢慢地影響到人類的健康,因而需要我們人類充分而普遍的關注。