前面我们已经了解过在生物体内存在遗传因子也就是基因并且,这个基因可以控制生物性状,并且就位于染色体上,那么问题就来了,这个基因究竟是什么呢?
根据基因位于染色体上,我们猜测基因可能是dna或者蛋白质。那么接下来我们就来通过推理演绎的方式猜想一下遗传物质究竟是DNA还是蛋白质呢?那作为一个遗传物质这个物质,首先要具有怎样的特性呢?根据遗传物质遗传的功能来看,这个物质首先需要可以储存大量的遗传信息,其次这个遗传物质自身的结构要较为稳定,不容易在一些环境一下变性,也就是他的抗逆性需要比较高
那么DNA和蛋白质是否都具有这样的特性呢?
对于第一点能储存大量信息而言点,点A中的A T C G四种碱基对,就可以很好地完成这一目标,而蛋白质当中多样的氨基酸以及复杂的排列结构,也同样可以很好地存储大量遗传信息。那两者的结构是否都较为稳定呢?我们发现蛋白质在60摄氏度时明显变性,而DNA则要在80至100摄氏度时才会发生变性,并且当温度降低时DNA可以恢复自身原本的结构,而蛋白质却不行一次,我们猜测遗传物质可能就是DNA或者是DNA的某一片段
那么我们该通过怎样的实验验证遗传物质,究竟是dna还是蛋白质呢?我们可以根据控制单因素变量这种方法。来设计实验。那我们应该选择怎样的实验材料呢?我们选择的是细菌,因为细菌的结构较为简单,并且细菌有一个很巧妙的繁殖方式就是通过性菌毛将其他细菌的遗传物质纳入自己体内,随后其自身的遗传物质就会和这个新的遗传物质发生融合,使其呈现出新的形状。有两种实验思路,第1种实验思路,我们可以将其概括为加法。就是像两个细菌当中分别加入新的 Dna以及蛋白质观察这两个细菌有无发生改变,而第2种方法我们可以将其概括微减法就是分别将两个细菌当中的dna或蛋白质去除掉,观察细菌的性状有无受到影响,但这样的减法的思路也具有一定问题,比如在表达一个性状时,可能dna和蛋白质需要相互共同作用这样减法的思路就无法很好地达成单因素变量。
格里菲斯就曾做过这样的实验。在1928年格里菲斯以小鼠为实验材料,研究肺炎链球菌的致病情况,它有两种不同类型的肺炎链球菌感染小鼠,一种类型的菌类有多糖类的荚膜,在培养基上形成的菌落表面光滑,叫做s型细菌s型细菌,有致病性,可使人和小鼠患肺炎,小鼠会并发败血症死亡。另一种类型的菌体没有多糖类夹膜,在培养基上形成的菌落表面粗糙,叫做R型细菌,R型细菌不会使人或小鼠患病,因此无致病性。此外s型细菌对温度的耐受性不高加热至一定温度可使s型活细菌致死。
格里菲斯分别做了4组实验。第1组是将r型活细菌注射进小鼠体内,小鼠不死亡。第2组实验是将s型活细菌注射进小鼠体内,小鼠死亡并从小鼠体内分离出了s型活细菌。第3组实验是将加热致死的s型细菌注射进小鼠体内,小鼠不死亡。第4组实验是将 r型活细菌的与加热致死的s型细菌混合后一起注入小鼠体内,但结果小鼠却死亡了,并且我们可以从小组体内分离出s型活细菌。
那为什么第4组实验中的小鼠死亡,并且我们还可以从其中分离出s型活细菌呢?也就是说为什么r型活细菌和s型死细菌在一起就会产生s型活细菌呢?
我们猜测是因为在加热致死的s型死细菌中仍然具有某种可以使r型活细菌转化成s型活细菌的转化因子。那这种转化因子究竟是什么呢?
根据蛋白质和dna对与高温的耐受力不同,我们猜测这种转化因子更有可能是dna。嗯,而r型活细菌和s型死细菌之所以会重新产生s型活细菌,可能是因为r型活细菌吸收了s型死细菌的遗传物质,随后发生基因重组变为了s型活细菌。我们就可以得出一个假说,这个假说就是 dna就是遗传物质。
那我们应该通过怎样的实验来验证呢?首先我们需要先分析一下,在s型细菌当中都有什么物质?在s型细菌中主要的物质为多糖,脂质,蛋白质,rna和dna。我们将多次分离提取出的这些物质分别加入R型菌培养液当中。我们发现只有加入dna的r型培养液中既有r型菌又有s型菌,由此我发现转化因子极有可能是dna。而这就说明了dna极有可能就是遗传物质。
但这样的实验并不严谨,因为我们经过多次分离提取出来的细胞提取物可能并不纯。所以我们还需要通过另一种实验再进行验证,这种实验也就是我们前面所提到的减法原理。我们将口型活菌的培养液和s型细菌中细胞提取物混合在一起,并分别将其中加入蛋白酶,rna酶,酯酶和dna酶,我们发现只有加入dna酶的提取物混合液中,没有产生s型活细菌。由此也就可以证明 dna就是遗传物质。
但是随着科技的发展,我们也有了更为清晰,直观简洁的实验方法及同位素标记示踪法。我们可以利用同位素标记蛋白质和dna,由此来跟踪蛋白质和dna。
在1952年美国遗传学家赫尔辛和他的助手蔡司以t2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记技术,完成了一个更为清晰直观的实验,第二噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,它的头部和尾部的外壳都由蛋白质构成,头部还有dna当天噬菌体进入大肠杆菌后,他就会。将自身的遗传物质排入大肠杆菌体内,并通过大肠杆菌体内的物质来合成自己的组成成分,由此来完成自己的繁殖。
首先他们用含有硫35和磷32的培养基,培养大肠杆菌。获得了还有S35和P32的两种大肠杆菌。随后使这两种大肠杆菌分别感染噬菌体。我们也就可以获得蛋白质中含有硫35和 dna中含有磷32的噬菌体。再利用这两种噬菌体,分别侵染大肠杆菌。随后我们通过搅拌使得吸附在大肠杆菌表面的噬菌体与大肠杆菌分离。并通过离心,使得上清液中为噬菌体而沉淀物中则为大肠杆菌。
通过检测两组离心液当中的放射性,我们发现。在大肠杆菌中只能检测到磷32,而不能检测到硫35,这说明含有磷32的dna留在了大肠杆菌中,也就说明了Dna就是噬菌体的遗传物质。
经过这样几组实验,我们就可以证明出我们先前的猜想即Dna就是遗传物质。基因究竟和dna是怎样的关系呢?基因是整个dna,还只是dna上的某些片段呢?这就和dna自身的结构有关了,期待我们之后的探究。