脉孢菌中生化反应的遗传控制
一个基因,造出一种酶,掌管生命化学中的一步。
两位科学家,故意把一种不起眼的面包霉菌弄坏——而就在它损坏的碎片里,找到了基因与生命化学之间的那条链环。
核心想法
一个生命体,是靠成千上万个微小的化学步骤把自己搭起来的,而每一步,都由一台特别的蛋白质机器——叫做「酶」——来运转。比德尔与塔特姆证明:每一种酶,都是按照某一个基因的指令造出来的。
所以,打断一个基因,你就失去一种酶,于是某一步化学反应就停了。基因→酶→反应,正是这条简单的链环,被他们证明了出来。
它从哪里来
1941 年,在斯坦福,乔治·比德尔与爱德华·塔特姆挑中了面包霉菌脉孢菌,因为它平时几乎能从无到有,造出自己所需的全部维生素和原料。这让它成了完美的实验对象:任何一样它「不再造得出来」的东西,都会立刻显眼。
他们用 X 射线轰它,制造随机突变,再去搜寻那些丢了「造某一种特定营养物」之能力的霉菌。每找到一个,背后总是一个被损坏的单基因。把这一招一次次重复下去,你就把生命的化学,映射到了运转它的那些基因之上。
它为何重要
在此之前,「基因」是一个抽象的遗传单位——一样从亲代传给子代的东西,可没人知道它究竟在「做」什么。这个实验,给出了一个具体的化学答案:一个基因,造一种酶。它把基因变成了你能用化学去探问的东西,并奠定了一整门学科——生化遗传学。
一个类比
想象一条工厂流水线,每个工位由一名工人负责、只装一个零件。如果某个工人(也就是酶)没来上班,流水线就在那个工位卡住,半成品在它后面越堆越多。你只要看流水线在哪儿停下,就知道是哪名工人缺席了——而你只要从缺口之后的工位递一个零件进去,就能让它继续动起来。那些损坏的霉菌,正是这样被救活的:喂它一样断点之后的原料,它就又长起来了。
它落在哪里
它建立在孟德尔那抽象的遗传单位之上(见孟德尔,1866),并给了它们一份「活儿」去干。它笔直地指向分子时代:一旦 DNA 被证明是遗传物质(见埃弗里,1944)、其结构被找到(见沃森–克里克,1953),克里克便终于能说出,一个基因的序列是如何变成一种酶的(见克里克,1958)。而「基因掌管化学」的细菌版本,是莫诺与雅各布关于基因如何开关的发现(见莫诺与雅各布,1961)。比德尔与塔特姆因这项工作,分享了 1958 年的诺贝尔奖。