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他终身只宣布三篇生物论文,却作出了重要贡献

?美国生物学家、医师萨顿对现代生物学有重要奉献,他与德国生物学家鲍威尔各自独立发现染色体是遗传物质的载体,为解说孟德尔遗传规律以及为后来摩尔根创建染色体遗传理论供给了坚实的根底,他们的发现现在被称为“Sutton-Boveri Theory”理论。可是,他终身只宣布了三篇生物学论文,现在人们对萨顿的作业鲜有提及。他是怎么发现染色体的效果,为什么后来从生物学界隐姓埋名了?本文这些故事,将告知你一个不为人知的萨顿。

撰文 | 李峰

在20世纪初的几十年,摩尔根从一个坚决的反孟德尔、反染色体学说、反自然选择的胚胎学家,变成为巨大的遗传学家,一致了染色体学说和遗传学,把遗传学,乃至生物学树立在了坚实的物质根底上。这一改变的要害在于染色体学说的逐步树立,来自一位闻名却也知之甚少的学者的奉献——萨顿。

消失的染色体理论奠基人

摩尔根因遗传学的出色奉献获得了1933年诺贝尔医学或生理学奖,这也是诺奖第一次颁给遗传学——那时分还显得没什么用途的研讨范畴。摩尔根的巨大之处,不只在于做出了某种科学发现而获得诺奖,更是在于树立了新的研讨范式,也便是他自己所期望的“新生物学”。在许多的前范式阶段的遗传理论中,摩尔根把孟德尔-染色体学说树立为整个遗传、发育、演化的根底,从观念到研讨办法创始了新范式,引发了实在的科学革新。可是,摩尔根并不是最早复兴、再发现孟德尔规律的人,相同也不是染色体学说的提出者;相反,他是这些理论的对立者,这是科学史上十分有意思的故事。

现代遗传学的树立,其中心的依据来自于染色体学说的相关研讨。没有染色体的细胞学依据,遗传学理论、孟德尔因子将永久停留在设想、臆断的层面。比较摩尔根,染色体学说的提出者显得不那么有名气,多限于细胞学圈子内部,大多数人不怎么了解。为了更好地了解染色体学说这一要害发现,需求从头介绍一下这些了不得的科学家。

染色体遗传理论又名“Sutton-Boveri Theory”,这两个人分别是美国生物学家萨顿和德国细胞学家鲍威尔。鲍威尔生前作为细胞学家一向活泼在学术范畴,而萨顿则隐姓埋名了。萨顿是罕见的只宣布了少量论文,却发生了重要影响的生物学家。实际上,他在生物学范畴宣布的论文总共只要三篇。

1903-1904年,两个人独立提出了染色体是遗传因子实体的主意。鲍威尔是圈内有名的大角色,而萨顿仅仅刚结业的一个研讨生,学术位置差异巨大。萨顿作为一颗冉冉升起的新星,年纪轻轻就宣布了有重要影响的论文,可在逐步成为生物学前沿的遗传学范畴里,他之后再也没有建树。为什么他就隐姓埋名了,以至于咱们现代的生物学教育中,说到染色体学说,只能说一句“萨顿提出了染色体学说”,就再也无话可说了。萨顿去哪了?事实上,他度过了非凡的终身。

从工程到生物,蝗虫的意外发现

1877年,萨顿出生于纽约州乌蒂卡的一个农人家庭,他在七个孩子中排行第五。1886年全家搬到了堪萨斯州的罗塞尔。萨顿从小心灵手巧,拿手修补,创造创造,照相机都是自己做的,这一特征贯穿萨顿终身。1897年,他们全家移居堪萨斯城,萨顿随后进入到堪萨斯大学,学习工程学,在这里充沛发挥了他在机械工程上的天分。大学期间萨顿还参加了堪萨斯大学的篮球队,教练是创造篮球运动的詹姆斯·奈史密斯。

A:后排左三为萨顿,抱篮球者为教练、篮球之父奈史密斯;B:沃尔特·萨顿

大学第一年的暑假,萨顿家中许多人得了伤寒,他的一个弟弟因病逝世,这对萨顿心灵发生了深入的冲击。回到大学后,萨顿转入了生物系,方案日后从医。堪萨斯大学一位重要的细胞学家麦克朗正在等着他。麦克朗研讨直翅目昆虫,是这一范畴的前驱。几年后萨顿成为了麦克朗的第一个研讨生,那时的麦克朗也是青年才俊,只比萨顿大7岁,两人树立了深沉的友谊。

笨蝗;巨大染色体

1899年,萨顿在跟家人田间漫步的时分,看见不计其数的蝗虫爬满了麦子,就搜集了一些蝗虫。1900年,在麦克朗实验室,萨顿发现了这种直翅目的笨蝗有着巨大的染色体,用他的话来说“我发现这家伙的细胞是我见过的最大的,这要是真的,咱们实验室要出点奶名了”。这一年萨顿宣布了第一篇硕士研讨论文“The spermatogonial divisions of Brachystola magna”。

读研时期,萨顿地点的麦克朗实验室做出了许多重要奉献。比方他第一次确认X染色体,是一条有着固定形状的染色体,而不是核仁结构,而且从雄性蝗虫细胞调查中发现,X染色体与性别决议有联系。这一发现引起了很大的重视,很简单联想到假如性别这个重要的性状可以由染色体决议的话,那么明显其它性状也可以。有意思的是,之所以叫X染色体,便是由于麦克朗习气这么符号这条染色体。

黄狗为什么是黄色的

可是关于X染色体怎么决议性别,麦克朗和萨顿一开端却搞错了。蝗虫的染色体尽管大,可是只要雄性蝗虫的输精管中发生精子的减数割裂进程较易调查,而蝗虫雌性减数割裂研讨起来困难重重。由于减数割裂会阻滞在第一次割裂前期,直到产卵后敏捷完结割裂,而且其时还没有完善的制备雌性蝗虫减数割裂细胞的技能,老练技能要到许多年后才发展出来。因而这一时期,研讨人员很难调查到雌性蝗虫细胞割裂进程。这让萨顿在染色体数量计算上就犯了不小的过错。雌性蝗虫有24条染色体,萨顿数成了22条。这个成果算比较严重的,误导了他的导师麦克朗。由于他们之前现已数清楚了,雄性蝗虫是23条染色体,没有Y染色体,所以麦克朗揣度,X染色体是决议雄性的。揣度却是合理,惋惜萨顿确实数错了,对染色体决议性其他联系就完全搞反了。

不过现在来看,这也没什么大不了的,在1900年代,细胞学的调查与记载手法还十分原始,想研讨染色体这样细小、形状又杂乱的细胞内形状结构是十分难的。细胞生物学与其说是谨慎的科学,不如说是高明的艺术。不只蝗虫,人的染色体数目就被长时间误传,德国细胞学家冯.范尼沃特在1907年最早报导了人的悉数染色体数目为47条:23对+X染色体。随后又有人数出24对,48条染色体,直到1960年代经典教科书中仍然写着人有48条染色体。所以萨顿数错雌性蝗虫染色体数目其实算是惯例操作。染色体与性其他联系,在随后几年由布林马尔女子学院的奈特·史蒂文斯搞清楚了,她研讨了许多同类的昆虫,而且确认了果蝇中的Y染色体,这些都对摩尔根一致孟德尔-染色体理论有重要协助。

依据对蝗虫的调查,萨顿敏锐地指出,染色体数目明显少于生物体性状对应的因子数,所以因子应该存在于染色体之上。而且依据现已构成的染色体学说中的一些根本观念,他以为同源染色体中成对的染色体,一个来自于父方,一个来自于母方。减数割裂中,同源染色体的移动和散布,与纺锤体牵引有联系。当然,萨顿也有猜错的时分,比方他以为减数割裂中,染色体数量折半发生在第2次割裂,第一次割裂是个持平的割裂。

以上这些日后被证实为正确的观念,萨顿都是根据调查、猜想提出的。尽管有些依据就在他自己制备的载玻片上,可是他其时并没有注意到,日后由实验室的另一位学生调查找到了这些依据。像一切的科学研讨相同,染色体学说的树立也都是一个不断发展的进程,每一细小的前进是怎么获得的,才应该是咱们学习重视的要点,而不只仅是它的终究定论。而且,在科学上没有什么是终极定论。

这些染色体学说理论的前期形状,一方面表现了萨顿了不得的洞察力,一方面又提示咱们重复考虑——这种经过臆断,不能被查验的观念,即使幸运地说对了,咱们是否就一定要信任呢?这也正是摩尔根最初对立染色体学说的根本原因。

1903年萨顿研讨生结业,在麦克朗的主张下,萨顿来到了哥伦比亚大学,师从细胞生物学家艾德蒙德·威尔森。一年后,摩尔根也来到了哥伦比亚大学。威尔森很快就发现了萨顿的研讨天分,较为赏识。在这里,萨顿宣布了他最重要的论文The chromosomes in heredity。另一位德国细胞学家鲍威尔在1904年,也独立提出了染色体遗传理论。偶然的是,鲍威尔的妻子奥格雷迪是威尔森的学生,算起来萨顿与鲍威尔辈分拉平了,有了别的一层联系。

威尔森日后把染色体学说称之为“Sutton-Boveri Theory”。萨顿的染色体遗传文章是十分重要的里程碑式论文,人们称之为解说了“黄狗为什么是黄色的”。摩尔根的学生,制作了第一条染色体遗传图谱的阿尔弗雷德·斯特蒂文特说:“萨顿论文一出,这一阶段的前史就算落下帷幕。”

弃研从医,异样人生

1903年的夏天,正在研讨作业欣欣向荣的时分,萨顿去了堪萨斯油田当了一名工头,彼时巨大的遗传学家摩尔根还要在5年之后才开端养果蝇。去当工头的详细原因已无可考,或许是由于经济原因吧。据同实验室的人后来回想,萨顿其时还在方案新的论文,终究却没能宣布,也没有完结博士学位。脱离研讨范畴的萨顿,又发挥了精深的机械技能和酷爱创造的身手,处理了许多油田上的技能难题。据工友回想,萨顿创造了深井钻探起重设备,改善高压油气技能。人才便是这样走到哪里都能做出异乎寻常的奉献。

在工地干了两年活之后,萨顿攒了满足的钱,回到了哥伦比亚大学医学院,又过了两年,于1907年获得了医学博士学位,尔后他成为了一名优异的外科医师,完成了当年从医的希望。1909年萨顿回到了家园堪萨斯城,开设诊所。他心灵手巧,最拿手整形外科,纠正儿童先天变形,名声卓著。在萨顿当医师的第二年,摩尔根发现了那个闻名的白眼果蝇突变体。

一战中,在法国带领医疗队的萨顿。右图右三为萨顿

再后来萨顿参加美国陆军医疗服务预备队成为一名中尉。1915年,萨顿带领医疗队来到一战中的法国朱利,领导战地医院作业。这个离前哨几十公里的战地医院是一所16世纪神学院暂时改建的,几乎没有任何现代设备,萨顿在这里又发挥了他高明的医术和相同高明的创造创造力,搭建了一个简易的X射线扫描设备,用来定位身体里的子弹和碎片。萨顿领导的医疗队救助了许多前哨撤下的伤员,朱利小镇也成了一个救治伤员的中心。

在战地医院期间,萨顿目击了战役的严酷,送来的伤员往往不是被子弹打伤,而是被炸碎的战友的尖利骨头碎片所伤。萨顿记载了其时的实在景象,还拍了许多相片。1916年回到美国后,有出书社想出书这些内容,与萨顿签了出书合同,但很惋惜,这一希望没能完成。在接连进行了几台阑尾炎手术之后,萨顿自己也由于阑尾决裂病倒了,手术后医治无效,于11月6日逝世,年仅39岁。巨大的外科医师治病救人很多,却没能救治自己。

一战后回到家园的萨顿

萨顿终身时间短,却处处精彩,不管研讨科学,仍是从医参军,乃至油田当工头都做出了出色的奉献。十分惋惜的是,咱们没能看到提出染色体学说的萨顿续写细胞学的新篇章。萨顿中止生物学研讨,或许是为了挣钱攒够医学院的膏火,关于自己的染色体研讨作业,萨顿应该是充满了酷爱的。从他后来边做外科医师,边做医学院教授期间的一些做法,还可以体会到萨顿对自己从前研讨过的范畴仍然充满了爱情。据萨顿医学院的学生回想,他一向保留着未能宣布的论文,而且一向重视着细胞学范畴的发展,搜集着世界各地范围内的细胞学研讨论文。看到一些新进研讨的成果,他还会跟学生讲:看,这些我的论文里都讲过了。

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