發(fā)現(xiàn)染色體

20世紀(jì)初，人們重新發(fā)現(xiàn)孟德?tīng)栠z傳規(guī)律后，打開(kāi)了一個(gè)沉悶局面，遺傳研究領(lǐng)域內(nèi)掀起了研究基因的熱潮?？茖W(xué)家們開(kāi)始各顯神通，進(jìn)行各種各樣的研究。有的順著孟德?tīng)査悸防^續(xù)著植物雜交實(shí)驗(yàn)，試圖找到更多的、有規(guī)律性的東西；有的則試圖尋找遺傳因子的藏身之處。這一時(shí)期，人們有很多重要發(fā)現(xiàn)：比如孟德?tīng)査f(shuō)的遺傳因子躲在哪里，就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。

孟德?tīng)柕膶W(xué)說(shuō)與20世紀(jì)初就已經(jīng)建立起來(lái)的細(xì)胞學(xué)說(shuō)，攀上了親家，依托細(xì)胞學(xué)的成就，生物學(xué)的研究出現(xiàn)了新的飛躍。這一切，都得從羅伯特·胡克說(shuō)起。

染色體各級(jí)組成水平的圖解

在孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律200年之前，英國(guó)醫(yī)生羅伯特·胡克發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞。

1665年胡克用自己設(shè)計(jì)、制造的顯微鏡觀察軟木薄片時(shí)，發(fā)現(xiàn)它是由許多極小的“房間”連接而成的。他把軟木薄片上的“小房間”叫做“細(xì)胞”。這位醫(yī)生在觀察軟木薄片和提出“細(xì)胞”這個(gè)詞的時(shí)候，根本沒(méi)有想到他的發(fā)現(xiàn)會(huì)把生物學(xué)家引導(dǎo)到生物組織的一個(gè)更基本的水平上。在這個(gè)水平上，所有的生物結(jié)構(gòu)都可以歸納到一個(gè)共同的起源。

在這以后的150年中，生物學(xué)家逐漸明白了所有生物都是由細(xì)胞構(gòu)成的，每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)獨(dú)立的生命單位。有些生物只由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，較大的生物體則是由許多相互合作的細(xì)胞組成的。到了1838年和1839年，德國(guó)的施萊登和施旺分別指出“一切生物機(jī)體都是由細(xì)胞構(gòu)成的”以后，對(duì)細(xì)胞的研究才掀起了高潮。

組成生物的基本單位是細(xì)胞，那么遺傳因子如果存在，就應(yīng)該存在于細(xì)胞中。

人們已經(jīng)知道，體形大的生物體的細(xì)胞并不比體形小的生物體的細(xì)胞大，只不過(guò)大生物體的細(xì)胞數(shù)目比小生物體的多罷了。典型的植物細(xì)胞或者動(dòng)物細(xì)胞的直徑約5～40微米，而人的眼睛只能分辨出直徑在100微米以上的東西，因此人的眼睛一般看不到細(xì)胞，它們只有在顯微鏡下才能被人們發(fā)現(xiàn)。

通過(guò)顯微鏡觀察，人們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)部有一個(gè)區(qū)域的物質(zhì)比周圍的物質(zhì)要致密，好像被周圍物質(zhì)包裹的“核心”一樣，于是就稱之為“細(xì)胞核”。如果把一個(gè)單細(xì)胞生物人為地分成兩半，使其中一半含有完整的細(xì)胞核，另一半不含核，那么有核的一半就能分裂、生長(zhǎng)，另一半則不能。這樣，人們就認(rèn)識(shí)到，細(xì)胞核在細(xì)胞分裂中是非常重要的。

細(xì)胞可以通過(guò)“分身術(shù)”由一個(gè)變成兩個(gè)，由兩個(gè)變成四個(gè)。而細(xì)胞核在細(xì)胞分裂中是如何變化的呢？在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這成了國(guó)際性的難題，因?yàn)榧?xì)胞幾乎是透明的，在顯微鏡下也看不清楚里邊有什么。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，有些染料能把細(xì)胞的某些部分染上色，而其他部分卻染不上。這樣情況開(kāi)始好轉(zhuǎn)了。例如，有一種從蘇木中提取到的蘇木精，就能使細(xì)胞核染成黑色，使它在整個(gè)細(xì)胞中變得十分清晰。

細(xì)胞在快要分裂的時(shí)候，通過(guò)染色，可以在顯微鏡下觀察到細(xì)胞核內(nèi)短棒狀的物質(zhì)。這種物質(zhì)可被堿性染料著色，被命名為染色體。后來(lái)的研究表明，這種物質(zhì)只在特定的分裂時(shí)期出現(xiàn)，當(dāng)它為濃縮的短棒狀形態(tài)，即為染色體時(shí)，在顯微鏡下清晰可見(jiàn)；而在其他不太明顯可見(jiàn)的時(shí)期，這部分物質(zhì)像絲一般分布著，稱為染色質(zhì)。

染色體

細(xì)胞在進(jìn)入分裂的時(shí)候，細(xì)胞核中被染色的物質(zhì)本來(lái)是纖細(xì)如絲的，隨著細(xì)胞分裂的發(fā)展，這種如絲的染色物質(zhì)能逐漸變粗、變短，這種變粗、變短的染色物質(zhì)就是染色體。實(shí)際上：染色質(zhì)絲相當(dāng)于一個(gè)又長(zhǎng)又細(xì)的“鋼絲”，而染色體就好比是這種“鋼絲”纏繞和壓縮成的“彈簧”。

有趣的是，在分裂期，細(xì)胞好像知道要分家了，染色體數(shù)目會(huì)增加1倍，然后均等地分配到兩個(gè)細(xì)胞中去，相當(dāng)于一家分一半，兩個(gè)兒子細(xì)胞分到相同的“財(cái)產(chǎn)”。

細(xì)胞分裂

如果細(xì)胞中有遺傳因子，那么遺傳因子應(yīng)該能從上代傳到下代。既然染色體能夠從上代傳到下代，那么遺傳因子會(huì)不會(huì)就藏身在染色體中呢？

自從羅伯特·胡克發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞，經(jīng)過(guò)一個(gè)半世紀(jì)的漫漫長(zhǎng)夜后，終于由弗萊明發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞的分裂過(guò)程。當(dāng)1900年孟德?tīng)柕慕Y(jié)論被重新發(fā)現(xiàn)后，細(xì)胞學(xué)家又激動(dòng)起來(lái)了，他們提出：“莫非染色體就是基因？”

1903年，美國(guó)科學(xué)家薩頓等人發(fā)現(xiàn)，體細(xì)胞的染色體總是成對(duì)存在的，而每一個(gè)生殖細(xì)胞，無(wú)論是精細(xì)胞，還是卵細(xì)胞，只具有每一對(duì)染色體中的一個(gè)。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，薩頓認(rèn)為，染色體可能和遺傳有關(guān)，遺傳因子可能存在于染色體上。于是，他提出了染色體是遺傳物質(zhì)載體的假設(shè)。

可是遺傳特征是多種多樣的，而染色體的數(shù)目很少，如豌豆只有7對(duì)，人也只有23對(duì)，那么怎么解釋不同的人有不同的長(zhǎng)相、身材、性格呢？薩頓大膽猜測(cè)，每條染色體上一定帶有多個(gè)遺傳因子。

于是一種“染色體的遺傳理論”由薩頓和德國(guó)的布維里兩人同時(shí)提出。這是科學(xué)家們第一次把遺傳因子與染色體聯(lián)系在一起。這時(shí)，大名鼎鼎的美國(guó)遺傳學(xué)家摩爾根重復(fù)了孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)，并且以果蠅為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，從而進(jìn)一步證實(shí)并發(fā)展了孟德?tīng)柪碚摗?/p>

小知識(shí)

摩爾根

摩爾根（1866－1945）美國(guó)胚胎學(xué)、遺傳學(xué)家。他是第一位以遺傳學(xué)成就而榮獲諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家，是染色體遺傳學(xué)的創(chuàng)始人，在孟德?tīng)栠z傳學(xué)向分子遺傳學(xué)發(fā)展的過(guò)程中，起著承上啟下、繼往開(kāi)來(lái)的作用。