遺傳學史上的兩個情侶病毒
圖片來自網路
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在地球上，病毒的數量大的驚人，用一個普通大小的玻璃杯去大海里舀一杯水，你大約就能抓住上百億個病毒，而整個大海裡面病毒的數量至少有10的30次方。這麼多的病毒，是不是很可怕？壹讀君告訴你，我們並不用擔心，在這些病毒的「海洋」里，能對人類造成危害的僅占極小一部分，有些病毒不僅對人類沒有危害，反而對人類有益，有的甚至還有著功不可沒的貢獻，比如今天壹讀君給大家講述的下面這兩個有關病毒的遺傳學實驗就是證明。
20世紀中葉，科學家發現了細胞核中染色體的組成成分是脫氧核糖核酸和蛋白質，其中脫氧核糖核酸就是人們平時經常說的DNA，這項發現無異於物理學上那個如絢麗舞蹈一樣的花粉運動——布朗運動。基於這項驚人的發現，在科學家中產生了很長時間的爭論：蛋白質與DNA，到底誰是遺傳物質？
當時主流的觀點認為：蛋白質是一切生命活動的體現者，因此，蛋白質是在生物的遺傳中起決定作用的物質。
1952年，兩位生物學家，赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）基於英國科學家格里菲思（F.Griffith）的肺炎雙球菌實驗的基礎上，用一種病毒——大腸桿菌T2噬菌體——作為實驗材料開展了日後為人們所熟知的噬菌體侵染實驗。
正如它的名字所傳遞的信息一樣，大腸桿菌T2噬菌體是一種喜歡侵染大腸桿菌的病毒，它的結構很簡單，只由蛋白質和DNA組成。
噬菌體2D與3D結構圖
蛋白質的組成單位是氨基酸。
其主要組成元素為：C（碳）H（氫） O（氧） N（氮） S（硫） P（磷）
氨基酸分子式
DNA的組成單位是脫氧核苷酸，又稱脫氧核糖核苷酸。
其主要組成元素為：C（碳）H（氫） O（氧） N（氮）P（磷）
核苷酸分子式
當然，組成這些物質的元素在自然界的任何一個角落都存在著，組成世界萬物的元素和組成我們身體的每一種元素都沒有什麼區別，只是元素的種類以及元素所對應的原子的數量不同，所以有時候壹讀君面對著一堆石頭，然後發現自己與它毫無二致的時候，不免也會感到生命和宇宙的神奇。所以赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）將噬菌體蛋白質和DNA組成元素進行對比時就不難發現：
蛋白質：C H O N P S
DNA : C H O N P
蛋白質含有S（硫）元素，而DNA不含。
於是赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）用具有放射性的同位素對S（硫）進行標記，也就是說，在試驗中我們發現有S（硫）的腳印的地方，就有蛋白質。儘管蛋白質和DNA都含有P(磷)元素，但是此噬菌體的P（磷）元素幾乎都只在其DNA中。所以用放射性同位素標記P（磷）元素，有P（磷）元素腳印的地方，就有DNA。
DNA立體結構
赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）開始用標記過硫和磷的T2噬菌體分別入侵大腸桿菌，噬菌體侵染大腸桿菌的方式是把自己的DNA入侵到大腸桿菌體內，把自己的蛋白質外殼扔在外面，而注入進大腸桿菌體內的DNA開始歡喜地、飾無忌憚地利用大腸桿菌的好東西給自己合成打造新的所需物質，並開始大量繁殖。
第一組是用標記過蛋白質的噬菌體侵染。
一段時間後，赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）開始對整個混合物質進行攪拌分離，使其分層。由於蛋白質顆粒較輕，上清液層主要為噬菌體的蛋白質外殼和被裂解的大腸桿菌殘餘，沉澱物為新的噬菌體。經檢測發現，上清液的放射性很高，沉澱物放射性很低，說明新長出來的子代噬菌體沒有得到上一代噬菌體的蛋白質延續。
於是他們又進行了第二組實驗，用放射性同位素標記過DNA的噬菌體侵染。
同樣，一段時間後，攪拌離心，發現上清液的放射性很低，反而是新長出來的子代噬菌體（沉澱物）的DNA放射性很高。說明噬菌體從親代到子代中，能發生延續性的物質是DNA，於是赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）發現了DNA才是主要的遺傳物質，這次發現對當時的主流觀點起到了很大的衝擊。
T2噬菌體侵染實驗
但是，由於該實驗中，噬菌體侵染大腸桿菌的方式是將DNA注入到噬菌體內，蛋白質留在外面，蛋白質沒有參與到噬菌體的正常繁殖，所以這個實驗也僅僅只證明了DNA是遺傳物質，而不能證明蛋白質不是遺傳物質。
蛋白質立體結構
於是，為了證明蛋白質不是遺傳物質，科學家們又開始設計各種實驗，這就不得不提到另外一種病毒——煙草花葉病毒，又稱TMV。
TMV能使煙草花葉染病，從而出現病斑。TMV只由蛋白質和一段與DNA很相似的RNA組成。
1956年，美國學者弗倫克爾一庫蘭特（Fraemkel-Courat）用水和苯酚震蕩，將TMV的RNA和蛋白質分離，然後提取出來，分別去感染煙草花葉。發現單獨的蛋白質不能使煙草花葉致病，但是RNA能，說明有新的TMV病毒出現的是RNA，而蛋白質不能繁殖出TMV病毒。這個實驗證明了RNA具備遺傳效應，而蛋白質不具備。弗倫克爾一庫蘭特（Fraemkel-Courat）為了驗證自己的結論，他還用一種RNA酶將RNA水解，使其失活，再用失活的RNA感染煙草花葉，觀察結果發現不致病。也就是說，失活的RNA和蛋白質都不能使煙草花葉致病，這樣才證實了蛋白質確實不是遺傳物質。
所以，綜述這兩個關於病毒的實驗，才共同的證明了DNA或者RNA才是遺傳物質，而蛋白質不是遺傳物質。也正因此，T2噬菌體與煙草花葉病毒成了遺傳學史上，怎麼也無法繞開的一對似乎註定有著情侶緣分的病毒。
我們有毒，但是我們很相愛
參考材料：
1.《全日制普通高級中學教材（必修）生物第二冊》，人民教育出版社生物室
2.維基百科
3.《遺傳學》，梁紅主編
4.Koonin EV, Senkevich TG, Dolja VV. The ancient Virus World and evolution of cells. Biol. Direct. 2006;1:29.
5.Mc Grath S and van Sinderen D (editors). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology 1st. Caister Academic Press. 2007. ISBN 978-1-904455-14-1. [1].
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