探秘遺傳基因 尋找生命的本質(zhì)——孟德爾豌豆實驗、生命的誕生、三維納米世界
作者： ${content.author} 時間：2022-08-29 瀏覽量：20,736同學(xué)們大家好，歡迎來到今天的探秘生命科學(xué)欄目！
前幾天，有位小同學(xué)問過我這樣一個問題。“爸爸媽媽都是漂亮迷人的雙眼皮，自己呢卻是單眼皮？”你們有沒有相同的疑惑，哎，我看到了，還真有啊。接下來，我們就通過眼前這件展品來解開疑惑。
請你走上前來，將這一黃一綠兩個豌豆種子模型按壓下去。前面貼有導(dǎo)電膜的玻璃板會模擬他們成長、開花和雜交受粉的過程。那我們來猜猜看，他們結(jié)出來的種子會是什么顏色呢？
大多數(shù)同學(xué)說黃色綠色都有，為什么呢？
哎，這位同學(xué)說是因為遺傳！不錯。
豌豆的顏色是它的一種性狀，會跟隨遺傳因子遺傳給下一代?？墒俏覀儊砜矗诘诙€臺階上，只有四個黃色的種子，綠色的哪去了呢？不要著急，讓我們從中任選一個種下去，讓他自花授粉一起來看第三代。
怎么樣三黃一綠，綠色的種子出現(xiàn)了？這是怎么回事呢？
這就是我們今天所探究的孟德爾豌豆實驗。孟德爾用了八年的時間對豌豆進(jìn)行大量的實驗。并利用統(tǒng)計學(xué)和概率學(xué)總結(jié)出了基因的分離定律和基因的自由組合定律。
其中，分離原理指出，在有性繁殖生物中，兩個遺傳單元控制每個性狀。但是，當(dāng)生殖細(xì)胞形成時，這兩個單元相互分離，因此，子代從一方親代中為每個性狀獲得一個單元。孟德爾的工作給出的第一個暗示就是，遺傳也許是由分立的粒子所控制，遺傳控制單元不是混合的。
當(dāng)生殖細(xì)胞形成時，根據(jù)自由組合原理，每一性狀的遺傳單元的分布與其他單元的分布互不干涉。正如展品展示的一樣，既可以得到具有黃色種子，也可以得到具有綠色種子的。但綠色種子出現(xiàn)的概率比較低，只有1/4，那位單眼皮的同學(xué)，你便是個幸運(yùn)的1/4了。
但孟德爾并沒有提出基因的概念，他只是將這種遺傳物質(zhì)成為因子。1908年，生物學(xué)家貝特森將這一領(lǐng)域的研究命名為遺傳學(xué)。到20世紀(jì)，最著名的遺傳學(xué)研究莫過于摩爾根的果蠅實驗，他發(fā)現(xiàn)孟德爾的實驗同樣適用于動物，并發(fā)現(xiàn)了遺傳中的連鎖定律。1909年，丹麥科學(xué)家約翰遜正是將這種因子命名為“基因”?，F(xiàn)代科學(xué)證實，控制生物遺傳的基本物質(zhì)是DNA（脫氧核糖核酸），它是基因的載體，基因是某一性狀的DNA片段；基因位於染色體上，每一條染色體上都有許多不同的基因，它們分別控制不同的性狀。隨著分子生物學(xué)的誕生，遺傳物質(zhì)的秘密逐漸被揭開！
那什么是DNA？它長的什么樣？它又是如何工作的呢？
DNA是脫氧核糖核酸縮寫，請大家看這件展品——生命的誕生。這件展品正是模擬呢DNA復(fù)制過程，我們可以通過組裝DNA模型了解其結(jié)構(gòu)和配對原則。
同學(xué)們，我們一起動手操作一下，看看如何才能拼出正確的DNA模型。開始之前，請仔細(xì)觀察模型，觀看DNA是什么樣子的呢？這位同學(xué)說像螺旋的梯子，那位同學(xué)們說長的像拉鏈！你們的描述都沒錯，DNA就是螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)。
請大家動手吧！桌上有雙螺旋的骨架和帶有磁力的堿基模塊，它是組成DNA的基礎(chǔ)部件。在視頻中，我們看到DNA的的模型中，堿基位于內(nèi)側(cè)，同時兩兩相對形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
這位同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)組合的堿基穩(wěn)定性很難保證，這說明什么呢？是不是他們的組合有一定規(guī)律呢？視頻中可以找到答案。沒錯，堿基分為四種，分別是是腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）。由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，只能由固定組合搭配才能保持DNA整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。正確的匹配規(guī)則為則A-T，G-C。這樣就形成穩(wěn)定的DNA結(jié)構(gòu)了！
1953年，克里克和沃森提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并預(yù)言了一種機(jī)制，使遺傳物質(zhì)可以可靠復(fù)制。之所以是雙鏈，主要是因為左右互補(bǔ)，互為備份，確保了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。
DNA的研究進(jìn)展為新時代生命科學(xué)打了大門，DNA迅速成為了家喻戶曉的名詞，生命要義的知識似乎就在我們眼前。但僅僅了解這些還不夠，因為生命科學(xué)是及其復(fù)雜的體系，它內(nèi)部包含大量的科學(xué)知識。生命的誕生和繁衍離不開遺傳物質(zhì)，但它們的基礎(chǔ)單元又是如此之小，要想全面了解，不妨來看一下三維納米世界這件展品。
這件展品通過多媒體演示，介紹多種與DNA有關(guān)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，它們的共同特點就是十分微小，達(dá)到了微米級別。其中，病毒應(yīng)該是我最熟悉的了。
同學(xué)們說病毒是不是生物呢？大家有不同的答案。嚴(yán)格的說，病毒不屬于生物范疇，為什么呢？
因為病毒沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它不能進(jìn)行新陳代謝，只能寄宿在生物體內(nèi)，所以在某種程度上還不能說它是生物！病毒的結(jié)構(gòu)十分簡單，通過視頻我們可以知道，病毒只有蛋白質(zhì)外殼和遺傳物質(zhì)組成。病毒的遺傳物質(zhì)有兩種形式，一種是我們上面見到的DNA，另一種是RNA。RNA的區(qū)別在于它的單鏈結(jié)構(gòu)，不穩(wěn)定，所以容易變異。我們熟悉的新型冠狀病毒就是RNA病毒，所以它不停的出現(xiàn)變種，很難徹底消滅。
再看這一面多媒體，他提到了一種叫核糖體物質(zhì)。它存在與細(xì)胞之中，是合成蛋白質(zhì)的分子機(jī)器。
而這面就是就DNA，我上面講到它的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)。DNA上的基因記錄人體的重要信息。我們可以把細(xì)胞想象成人體的工廠，它的產(chǎn)品就是蛋白質(zhì)，而遺傳物質(zhì)DNA是生產(chǎn)說明書，它位于細(xì)胞核內(nèi)，指導(dǎo)細(xì)胞生產(chǎn)自身需要蛋白質(zhì)；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核糖體就是車間的工人，它們?nèi)找辜娉贪凑照f明書要求不停的生產(chǎn)大量蛋白質(zhì)。如果一旦遺傳物質(zhì)出現(xiàn)問題，那生產(chǎn)的蛋白質(zhì)將出現(xiàn)錯誤，不符合自身需要。
比如，病毒在攻擊人體細(xì)胞過程中，會將自身的遺傳物質(zhì)注入細(xì)胞內(nèi)，控制人體細(xì)胞核，向細(xì)胞的核糖體發(fā)出錯誤指令，生產(chǎn)病毒的蛋白質(zhì)，幫助它們自身繁殖，從而造成細(xì)胞死亡，導(dǎo)致人體生病。
好了同學(xué)們，通過今天的學(xué)習(xí)，我們了解生命的最隱秘的部分——遺傳物質(zhì)，相信大家對生命科學(xué)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。生命科學(xué)也是20世紀(jì)對人類影響最大的科學(xué)分支，希望大家勤思考、多動腦，更多的生命奧秘等待大家去探索，下次見！
