点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【诺奖中的“基因”】人类真的可以诱导基因突变吗?
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

【诺奖中的“基因”】人类真的可以诱导基因突变吗?

来源:光明网2020-09-25 11:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  【诺奖中的“基因”】

  很多电影里面,主角获得超能力的方式总被解释为某些特殊的影响而导致“基因突变”,例如我们熟悉的蜘蛛侠是被毒蜘蛛咬到,而哥斯拉是受到核爆影响。但是,这些桥段并非没有任何科学依据,在自然界中,基因突变在频繁发生。那么,人类行为真的可以诱导基因突变吗?又是谁发现了这个秘密?

【诺奖中的“基因”】人类真的可以诱导基因突变吗?

果蝇(图片来自网络)

  让我们先回到高中生物课:谁都不会忘记“现代遗传学之父”托马斯·亨特·摩尔根和小可爱“果蝇”的故事,自从他将果蝇带上了遗传学研究的舞台,这只小小的虫子便成了科学家们的好伙伴,为人类生物学的发展立下了汗马功劳。摩尔根也因“发现遗传中染色体所起的作用”而成为第一位获得诺贝尔生理学或医学奖的遗传学家。

  历史总是会有让人意想不到的巧合。当1912年的摩尔根招收一名叫做荷尔曼·约瑟夫·穆勒的年轻人进入自己的“蝇室”从事果蝇遗传学研究的时候,他并不会想到,未来穆勒也将一生与小小的果蝇为伴,并在13年后成为第二位获得诺贝尔生理学或医学奖的遗传学家。

  当果蝇遭遇射线

  穆勒认为,在自然条件下果蝇的突变频率是很低的。为了提高基因的突变频率,穆勒决定采用强有力的、由放射源产生的短波电磁辐射这样的“利器”来干预基因。从1921年开始,整整10年穆勒在得克萨斯大学的一间地下室里,不知疲倦地探索用射线诱发基因突变以及检测这些突变的方法。他采用X射线照射果蝇,发现X射线能大大提高基因的突变频率,在一定范围内突变率与辐射剂量成正比。

【诺奖中的“基因”】人类真的可以诱导基因突变吗?

正在对果蝇进行照射实验的穆勒(图片来自网络)

  1927年,穆勒在他最为重要的《基因的人工蜕变》中写道:已十分肯定地发现,用较高剂量的X射线处理精子,能诱发受处理的生殖细胞发生高比例的真正的“基因突变”......他十分明确地指出,无论是以X射线引起的基因突变还是自然界中的突变,其本质上是一样的,都是进化过程中的“一砖一瓦”,也即突变为生物进化提供基本的材料。穆勒通过自然界提供的事实和他的实验证据告诉人们一种信念:正是突变过程造成了我们所研究的进化,而进化过程又是可以通过人工干预而加快的。

  在他公开了自己的研究成果后,研究射线生物学、基因突变过程、基因复制过程的工作纷纷展开,取得了巨大的成就,直接导致了新的科学分支的产生。1946年,诺贝尔委员会将当年的诺贝尔生理学或医学奖授予了穆勒。

  基因突变的发展与运用

  基因突变指基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象。基因虽然十分稳定,能在细胞分裂时精确地复制自己,但这种稳定性是相对的。在一定的条件下基因也可以从原来的存在形式突然改变成另一种新的存在形式,就是在一个位点上,突然出现了一个新基因,代替了原有基因,这个基因叫做突变基因。于是后代的表现中也就突然地出现了祖先从未有过的新性状。后续的研究表明,基因突变可以是自发的也可以是诱发的。自发产生的基因突变型和诱发产生的基因突变型之间没有本质上的不同,基因突变诱变剂的作用也只是提高了基因的突变率。

  基因突变可以发生在发育的任何时期,同时基因突变和脱氧核糖核酸的复制、DNA损伤修复、癌变和衰老都有关系,基因突变也是生物进化的重要因素之一,因此研究基因突变除了本身的理论意义以外,还有广泛的生物学、医学意义。

  事实上,导致基因突变的人为外因可以有很多,包括物理方式如应用X射线、激光、紫外线、伽马射线等;化学物质如亚硝酸、黄曲霉素、碱基类似物等;某些病毒和细菌也可能导致基因突变。随着分子遗传学的发展和DNA核苷酸顺序分析等技术的出现,现在已能确定基因突变所带来的DNA分子结构改变的类型,包括某些热点的分子结构,并已经能够进行定向诱变。

  基因突变为整个遗传学研究提供突变型,不仅能够为研究提供思路,在当今科学家的运用下,有了更高的实践意义。如可以通过诱使生物产生大量而多样的基因突变,从而根据需要选育出优良的农产品品种;又如发明诱变剂处理雄性害虫使之发生致死的或条件致死的突变,然后释放这些雄性害虫,使它们和野生的雄性昆虫相竞争而产生致死的或不育的子代等。

  科学精神坚定而伟大

  纵观穆勒的一生,可谓命途多舛:实验室蒸蒸日上时遭遇美国经济大萧条,丧失研究经费;辗转德国继续科研工作时遭遇法西斯上台;前往列宁格勒继续研究,却遭遇李森科伪科学主义和大清洗;前往英国却赶上二战爆发,英国面临被入侵的威胁。但值得称赞的是,无论辗转何方,最困难的时候穆勒也不忘带上自己的果蝇株系,在二十世纪人类社会最为动荡的时局中坚持着自己的科学研究,并秉持着心中的正义。

  通过实验,穆勒清醒地认识到人类的某些不负责任的活动会导致人类的基因突变,从而给人类带来灾难。他于1955年参加了以著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦为首的7位科学家呼吁禁止核武器的活动,参与签署《罗素—爱因斯坦宣言》。作为反对辐射危害的先行者,直接助推了后来国际社会控制核武活动的一系列相关工作的开展。

  出品:科普中国

  监制:中国农学会 光明网

  作者:张蕃

  本文由中国农业科学院生物技术研究所研究员金芜军进行科学性把关

[ 责编:赵清建 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2026厦门科创产业与证券业发展大会举行

独家策划

推荐阅读
一根通体透明的“玻璃棒”——看着像玻璃,其实它叫光纤预制棒,是生产光纤的核心原材料。2011年,我们开启了基于VAD(轴向气相沉积法)/OVD(棒外化学气相沉积法)工艺的大尺寸光纤预制棒自主研发的漫长征途。
2026-09-07 09:40
脑机接口是在大脑与外部设备之间建立直接信息通路的技术系统。“‘北脑一号’的初始版本采用128通道无线全植入柔性电极,电极贴附在硬脑膜外,兼顾安全性和有效性。”罗敏敏说,在可预见的未来,脑机接口有望实现从人脑与人工智能、机器人深度协同,拓展到健康人群的认知、感知增强等。
2026-09-07 09:38
距今约5000至4000年,大麦、小麦、牛与羊等驯化动植物在亚欧大陆的东西两端双向流动,构建起史前时期一幅跨大陆农牧业交流图景。“这表明,麦作农业和技术自新月沃地传入甘肃,可能并不直接伴随着来自西方的大规模人群流入。
2026-09-07 09:29
火红的钢坯从连铸机中源源不断送出,切割枪落下,每一段坯料的目标误差控制在0.2%以内,不超过一根头发丝的直径。从人工经验到数据驱动,从单点突破到全流程协同,从单一学科到交叉融合,安徽工业大学正在为钢铁行业装上“智慧大脑”。
2026-09-07 09:25
2016年,我到法国留学攻读应用科学与技术博士学位。回国后我进入人形机器人领域,发现品牌思维已深入人心。
2026-09-07 09:24
草案不仅从法律上承认自动驾驶的合法身份,解决了“它是什么”的问题,还为其设立行为规范,发放“法律身份证”。
2026-09-04 09:17
开学后,一些孩子坐进教室才发现,黑板上的字看不清了,验光后发现近视。有些家长听说OK镜可以“晚上戴、白天摘”,还有助于延缓近视进展,准备给孩子配一副。孩子能不能佩戴OK镜?需要注意什么?
2026-09-04 09:32
据《自然》近日报道,根据9月1日联合国环境规划署(UNEP)发布的一份报告,按照当前的排放趋势,本世纪全球气温将较工业化前水平上升约1.8℃,这已是预期的最好结果。
2026-09-04 09:26
人类对寻找地外生命的执着,不仅是要证明人类并非宇宙“孤儿”,更重要的是,这可能带来能源、医学等领域的颠覆性突破。
2026-09-04 09:16
大地测量是国家安全的“隐形防线”,是航空航天和深空探测的“眼睛”,是国家基础设施建设的“尺子”和“秤”。
2026-09-04 09:17
全面了解我国管辖海域基础地质与海底构造特征,服务自然资源管理和国土空间规划“一张图”建设
2026-09-03 11:41
为更好地推动我国流感疫苗的预防接种,中国疾病预防控制中心近日发布《中国流感疫苗预防接种技术指南(2026—2027)》。
2026-09-03 11:39
高温超导带材有了更便宜、更结实的“骨架”。记者2日从中国科学院理化技术研究所获悉,该所科研团队成功研制出高温超导带材新型“骨架”——铁基合金基带(DW01)。用该基带制备的超导带材关键性能指标显著优于传统哈氏合金基带产品,标志着我国在实现高温超导带材核心材料自主可控上迈出重要一步。
2026-09-03 10:38
每天,我们的大脑都要承受成千上万条信息的狂轰滥炸。如果把这些经历和信息全盘照收,大脑很快就会像塞满垃圾文件的电脑一样“死机”。那么,大脑是如何在信息的海洋中去粗取精,只把最重要的事情存进长期记忆的硬盘呢?
2026-09-03 10:38
9月,昴星团伴月、月掩金星、中秋月、海王星冲日等天象将轮番登场。其中备受大家关注的中秋月,既不是“十五圆”,也不是“十六圆”,而是较罕见的“十七圆”。
2026-09-03 10:38
记者13日从国家管网集团获悉,国内首次成品油长输管道顺序输送甲醇现场试验在陕西省咸阳市顺利完成。这标志着我国成品油管道顺序输送甲醇技术实现从理论探索到工程验证的关键跨越,为跨区域绿色甲醇安全、高效输送提供了完整技术方案与实践示范。
2026-09-03 10:38
张国捷介绍,壁虎是研究性染色体演化得天独厚的类群。为此,研究团队选取了22种壁虎开展基因组学分析,其中20个物种的性别决定机制明确,包含3种环境依赖型、6种XY基因型、11种ZW基因型,另有两个外群物种作为对照。研究还发现,上述17个由基因型性别决定的壁虎物种拥有20条性染色体,这些染色体分别起源于17条不同的祖先染色体。
2026-09-03 10:28
开学第一天,浙江省温州市广场路小学“我的暑期科学发现”发布会现场,孩子们正轮流上场展示自己的暑期探究成果。
2026-09-02 12:09
恒星形成率降到约四成,作为重要“气罐”的中性氢却仍保有七成以上。宇宙为何“有气难成星”?
2026-09-02 12:06
9月1日,以“科技改变生活 创新赢得未来”为主题的2026年全国科普月活动全面启动。
2026-09-02 12:21
加载更多