摘 要 不同领域的科学家从不同方向研究基因的化学本质，在分子遗传学的酝酿时期形成了3大学派：信息学派、生化学派与结构学派。
关键词 基因 信息学派 生代学派 结构学派
中图分类号 Q-49
文献标识码 E
1909年，丹麦遗传学家约翰逊提出“基因”这个术语，以取代孟德尔提出的概念不精确的“遗传因子”。这样，生物体的遗传物质基础与表现出来的性状之间便有了明晰的区别：约翰逊称前者为“基因型”，称后者为“表现型”。
基因当然在生物的细胞里。那么，基因在细胞里的什么地方呢?摩尔根及其弟子们的卓越研究表明，基因位于细胞核的染色体上。基因研究发展到细胞水平之后，遗传学面临的历史任务便是解决“基因究竟是什么?”的问题了。摩尔根及其弟子尤其是缪勒相信，基因是某种化学分子，基因是通过化学过程起作用的。他们进而认为，经典的物理学和化学方法最终将能说明生命现象。
研究基因的化学本质单靠遗传学的力量已经不够，需要有生物化学家与物理学家的加盟。不同领域的科学家从不同方向朝基因的分子水平进军，在分子遗传学的酝酿时期形成了3大学派：信息学派、生化学派与结构学派。
1 信息学派
信息学派是因为他们关注遗传信息的传递而得名。它的创始人之一是德国的德尔布吕克。德尔布吕克本来是原子物理学家，由于矢志于遗传学的研究，他于1937年由德国来到美国摩尔根的遗传学实验室。当他无法用数学解释果蝇的遗传规律时，转而以噬菌体为研究对象，把噬菌体看成为最小的遗传单位，研究其遗传信息的表达和调控，所以这一学派也称为噬菌体学派。
1938年，德尔布吕克在帕萨迪纳加州理工学院作为研究员开始研究噬菌体。虽然噬菌体很小(长度小于万分之一mm)、结构比较简单(只含有蛋白质和核酸)，但它们却有自我复制能力。德尔布吕克发现，噬菌体颗粒感染寄主细菌后，0．5h就能产生几百个同样的子代噬菌体颗粒。因此，基因复制的中心问题可以简化为亲代噬菌体颗粒如何在0．5h内产生上百个子代颗粒的问题。2年后，德尔布吕克结识了卢里亚以及赫尔希，他们的结合创立了噬菌体小组，共同解决基因性质之迷。
在1952年，赫尔希和他的年轻助手蔡斯指出，噬菌体颗粒感染寄主细菌时，实际上仅有噬菌体DNA进入细菌，而噬菌体蛋白质却留在细菌外边，对于后来发生在细菌体内的噬菌体再生进程并未产生任何作用。因此，他们得出结论：指导合成子代噬菌体的亲代噬菌体基因存在于它的DNA分子中。赫尔希、蔡斯证明DNA是遗传物质的实验产生了直接和深远的影响。从那时起，有关遗传机制问题的研究便全部集中于DNA上了。
2 生化学派
生化学派是一些用生物化学方法从事遗传学研究的科学家，他们试图阐明基因是如何行使功能从而控制特定性状的。
1908年，美国医学生化学家伽罗德在伦敦皇家学会主办的克鲁尼安讲座上发表一篇题为“代谢的先天错误”的演讲，1909年他又就此发表了一系列论文。后来，伽罗德一共找到了4种代谢失调症，称为“代谢疾病”。他特别关注其中一种“黑尿病”，注意到一系列化学反应在某个地方被阻断了，尿黑酸不能沿正常的代谢途径转化为其他物质而排出体外，使尿液呈现出黑色，阻断的原因是缺乏尿黑酸氧化酶。在著名遗传学家贝特森的帮助下，他调查了这一病例的家史，发现它符合孟德尔遗传规律。1914年，伽罗德的一位合作者清楚的证明，所有正常人都能分离出这种氧化酶，而所有黑尿病的病人中却没有。伽罗德的工作清楚地表明，代谢的障碍与基因(突变)之间存在着确定的关系。然而他的工作却被忽视达30年之久。
时势造就了另一位生化学派的英雄——乔治·比德尔。1933年以后的几年里，比德尔进行了果蝇眼色遗传的研究。后来，比德尔回到美国，在斯坦福大学遇到了微生物学家塔特姆，转而与塔特姆联手做红色面包霉的生化实验。
比德尔和塔特姆的基本实验设计很简单的，他们用辐射(如X射线或紫外线)照射正常红色面包霉的孢子，以提高其突变率。由于大多数突变是有害的，所以可期望的许多孢子将不能在基本培养基上萌发。基本培养基只含有正常红色面包霉生存和生长所必需的最低限度的营养成分。这样就可以鉴别发生突变的孢子类型，把这些在基本培养基上不能生长的孢子接种到限制培养基(即添加了能够使特定突变体生长的物质)上，就可以选择特定的突变体。例如，某种突变体只能在含有维生素B的培养基上才能生长，这就说明该突变体中合成维生素B的代谢发生了障碍。在鉴别了大量突变体之后，比德尔和塔特姆对它们一一作了遗传杂交分析。分析的结果表明，代谢障碍和基因分离有着直接的关系，代谢障碍可以看作是基因突变的结果。那个时代的生化知识已经揭示出酶对代谢过程中生化反应的控制作用，而且人们普遍相信蛋白质在生命过程中起着特别重要的作用，甚至连遗传物质也可能是蛋白质。因此，比德尔和塔特姆得出结论：基因突变引起酶的改变，一个基因控制着一个特定的酶。后来这一结论被表述成更为简洁的叙述：“一个基因一种酶”。比德尔和塔特姆在1941年公布了他们的发现，不久就被其他科学家所接受。
3 结构学派
结构学派以英国的物理学家阿斯特伯里、贝纳尔和他们的学生为代表。他们主要用X射线晶体衍射技术研究蛋白质和核酸的空间结构，认为只有搞清生物大分子的三维结构才能阐明生物活动的本质。
结构学派可以说是从布喇格父子沿袭下来的。他们于1912年建立了X射线晶体学并创立了晶体结构学派。这一创举使英国成了研究分子结构的故乡。在成功地测定了一些相当复杂的分子结构之后，这些晶体学家大受鼓舞，于是进一步将结构分析方法应用于一些更加复杂的重要生物大分子核酸和蛋白质的结构分析上。
1950年，美国生物化学家查尔加夫分析了DNA的组成成分，发现了著名的“查尔加夫规则”：即A=T，G=C；A+G=T+C。通过研究，查尔加夫还发现，DNA碱基成分随着来源的不同有很大的差异，4种碱基可以按不同的序列排列，表现出极大的多样性和特异性，是一座十分庞大的遗传密码库。4种碱基的组合还遵循一个共同的“碱基互补配对原则”：不论DNA的来源如何，在这4种碱基中，A总是和T配对，G总是和C配对。
查尔加夫的发现大大地推进了人们对DNA的理解程度，下一步就是要搞清楚DNA的化学结构。就在查尔加夫埋头对DNA展开细致研究的同时，另一些科学家运用X射线等先进的物理学方法研究生物大分子的晶体结构也取得了突破性进展。这一工作主要是在英国进行的。20世纪50年代初，英国科学家威尔金斯等人用X射线衍射技术对DNA结构潜心研究了3年后发现DNA是一种螺旋结构。1951年，英国女物理学家富兰克林拍到了一张十分清晰的DNA的X射线衍射照片。这些卓有成效的工作为DNA双螺旋结构的发现打下了坚实的基础。
最终完成这一宏伟工程的是美国生物学家沃森和英国生物学家克里克。沃森是埃弗雷噬菌体研究小组的成员，克里克则是英国结构学派的成员。1951年11月，两人在剑桥大学的卡文迪什实验室相遇，并很快发现彼此都对DNA分子结构极感兴趣，于是便相约合作研究，试图揭示和阐明遗传信息的结构基础。此后，沃森与克里克抓紧时间研究已经获得的各项数据，并于1951年底提出了一个由3股链组成的螺旋结构模型。但很快他们便失望了，由于少算了DNA的含水量，搭构出来的3股链的样子连他们自己看着都觉得别扭，第一个模型失败了。1952年7月，克里克意外地从查尔加夫那里得知DNA所含的4种碱基含量并不相等。他意识到，果真如此，那么只有一种可能，那就是它们只能是2条链上碱基互相以配对的形式而存在。1953年2月，克里克与沃森又得到了关于DNA结构的X射线衍射照片和新数据。根据各方面对DNA研究的信息和深入细致的研究分析，沃森和克里克形成了一个共识：DNA是一种双链螺旋结构。于是，他们搭建了一个DNA双螺旋模型，并于1953年4月将新的DNA结构模型在权威刊物《自然》杂志上公布于世。这是一个极为成功、无懈可击的DNA分子结构模型，它由2条右旋但反向的链在同一个轴上盘绕而成，像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就列在梯子的横档上。DNA双螺旋结构模型完美地说明了遗传物质的遗传、生化和结构的主要特征，它的提出是生物学史上划时代的事件。
这时候，信息学派、生化学派与结构学派开始合流，相互融合，终于将基因研究推向了分子水平。从此，遗传学的历史和生物学的历史正式从细胞阶段进入了分子阶段。
参考文献：
王身立，陈建华，陈蓉霞．前景璀璨的基因研究．上海：上海科学技术文献出版社，2000．