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重新解讀艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

2020-10-21 17:48張軍
關(guān)鍵詞:遺傳物質(zhì)

張軍

【摘要】? 通過使用對比分析法研究了文獻(xiàn)與教材中有關(guān)艾弗里實(shí)驗(yàn)描述的差異,并指出教材描述存在不恰當(dāng)?shù)胤?,隨后通過挖掘已有實(shí)驗(yàn)說明艾弗里實(shí)驗(yàn)不僅證明DNA是轉(zhuǎn)化因子,而且也證明DNA是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)。艾弗里的實(shí)驗(yàn)再次印證生物學(xué)結(jié)論應(yīng)基于事實(shí)證據(jù)而非人的臆測或屈服傳統(tǒng)觀點(diǎn)得出。

【關(guān)鍵詞】? 艾弗里實(shí)驗(yàn) DNA 遺傳物質(zhì) S型菌轉(zhuǎn)化

【中圖分類號】? G633.91 ? ?? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711(2020)17-147-02

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1 .前言

某次講完“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的新課后,學(xué)生突然提出一個(gè)問題:為什么本節(jié)核心在講DNA是主要的遺傳物質(zhì),但教材中艾弗里實(shí)驗(yàn)結(jié)論卻只字未提這個(gè)點(diǎn)?這是否說明艾弗里實(shí)驗(yàn)與本節(jié)主題無關(guān)?學(xué)生提問讓我頓時(shí)語塞,課堂上我搪塞過去后也不免產(chǎn)生疑惑:艾弗里實(shí)驗(yàn)真的是跟本節(jié)標(biāo)題一點(diǎn)關(guān)系都沒有嗎?如果沒有那為什么要把艾弗里實(shí)驗(yàn)放格里菲斯實(shí)驗(yàn)后而不用其他實(shí)驗(yàn)代替?看來這個(gè)實(shí)驗(yàn)本身并非像教材中描述的那么簡單。

2 .人教版教材有關(guān)艾弗里實(shí)驗(yàn)結(jié)論及描述失真點(diǎn)

2.1 人教版教材有關(guān)艾弗里實(shí)驗(yàn)結(jié)論

人教版高中生物必修2第三章第1節(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”中關(guān)于艾弗里(O.Avery,1877-1955)實(shí)驗(yàn)結(jié)論是這樣描述的:“DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)?!?/p>

2.2 真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情況

針對教材所提到的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論,在查閱了相關(guān)文獻(xiàn)后至少發(fā)現(xiàn)3個(gè)失真描述:

2.2.1 艾弗里本人沒有把S型菌的不同成分單獨(dú)分離提純后再分別做實(shí)驗(yàn)

劉永生查閱1944年艾弗里等發(fā)表在實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志(Journal of Experimental Medicine)原文后發(fā)現(xiàn),艾弗里當(dāng)年是通過化學(xué)或酶解法逐個(gè)去除S菌液不同成分,然后用處理過的菌液與R型菌混合培養(yǎng)后檢測是否有S型菌出現(xiàn),如果有S菌出現(xiàn)則去除的不是“轉(zhuǎn)化因子”,如果沒有S型菌出現(xiàn)則是“轉(zhuǎn)化因子”。

2.2.2 艾弗里提純的DNA中蛋白質(zhì)含量不是0.02%

張翮和翁屹認(rèn)為純化的“轉(zhuǎn)化因子”中蛋白質(zhì)含量水平降低到了不足萬分之二。方舟子也認(rèn)為蛋白質(zhì)雜質(zhì)降低到了萬分之二以下,且這些雜質(zhì)是核苷酸降解后的物質(zhì)而非蛋白質(zhì)。吳明文章中提到艾弗里通過改進(jìn)技術(shù)后發(fā)現(xiàn),如果將將反應(yīng)系統(tǒng)稀釋到10-9依然發(fā)現(xiàn)了R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌(在10-9反應(yīng)體系下蛋白質(zhì)濃度是否真的如教材所描述的那樣為0.02%值得懷疑)。

2.2.3 艾弗里本人的實(shí)驗(yàn)結(jié)論跟教材實(shí)驗(yàn)的結(jié)論不一致

吳明在文章中提到艾弗里1944年發(fā)表的革命性的文章結(jié)論是“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA”,另外,我們在看待艾弗里實(shí)驗(yàn)的時(shí)候需要將其放在本節(jié)課的大背景下考慮,教材對艾弗里的實(shí)驗(yàn)下結(jié)論時(shí)并沒有提到本節(jié)所圍繞的核心“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這個(gè)中心,事實(shí)上,艾弗里實(shí)驗(yàn)是能夠初步得出DNA是遺傳物質(zhì)這一結(jié)論的,原因之一是艾弗里當(dāng)時(shí)做了提純物的元素含量分析(見表1)發(fā)現(xiàn)提純物與DNA各元素含量都非常接近,也許他過于謹(jǐn)慎小心所以沒有在1944年發(fā)表的論文中的結(jié)論部分加上“DNA是遺傳物質(zhì)”的說法,但在他個(gè)人看來“DNA是遺傳物質(zhì)”是沒有爭議的,因?yàn)榘ダ锝o他弟弟的信中寫到“DNA很可能是遺傳物質(zhì)” 。

3. S型菌的DNA是遺傳物質(zhì)、是轉(zhuǎn)化因子

通過以上的分析我們不難看出,教材中對艾弗里實(shí)驗(yàn)的描述有失真的成分。如果按教材圖3-3(上圖1)中艾弗里三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入分析,不僅能駁斥當(dāng)時(shí)人們質(zhì)疑提取的DNA不純、且有0.02%蛋白質(zhì)干擾實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn),且毫無爭議的證明S型細(xì)菌的DNA就是遺傳物質(zhì)、是轉(zhuǎn)化因子。實(shí)驗(yàn)具體解讀如下:

(1)艾弗里第一組實(shí)驗(yàn)中用S型菌的DNA做實(shí)驗(yàn),后代便出現(xiàn)S型菌,而第三組中加入了DNA酶將DNA降解后便沒有出現(xiàn)S型菌,這不就說明了DNA是遺傳物質(zhì)嗎?因?yàn)樽鳛檫z傳物質(zhì)必須是從親代傳給子代,那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)是符合標(biāo)準(zhǔn)的。

(2)如果按照當(dāng)時(shí)人們的說法,第一組加的DNA中因?yàn)榘琒型菌蛋白質(zhì)所以才出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化,但第二組實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)加了蛋白質(zhì)卻沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化,這兩組實(shí)驗(yàn)說明了什么?如果說在第一組中需要承認(rèn)加了S型菌的蛋白質(zhì)才促進(jìn)了轉(zhuǎn)化,為何第二組也有S型菌的蛋白質(zhì)并且是大量的S型菌的蛋白質(zhì),但第二組卻沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化,這兩組對照不就說明了蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子嗎?反過來講,轉(zhuǎn)化因子是離不開S型菌DNA的。

(3)再看第三組實(shí)驗(yàn),第三組實(shí)驗(yàn)中其實(shí)至少包含兩種類型蛋白質(zhì),第一種就是加入S型菌DNA時(shí)自帶的(即當(dāng)時(shí)人們宣稱且表示懷疑的“0.02%蛋白質(zhì)”),這些蛋白質(zhì)性質(zhì)與數(shù)量上等同于第一組蛋白質(zhì),也等同于第二組的蛋白質(zhì),但第一組、第二組蛋白質(zhì)種類上少于第三組加入的蛋白質(zhì),因?yàn)榈谌M實(shí)驗(yàn)中還加入了另外一種蛋白質(zhì)--DNA酶,試想在這一組反應(yīng)體系中,既有S型菌的蛋白質(zhì),又有額外加進(jìn)去的蛋白質(zhì),但結(jié)果呢?還是沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化,看來蛋白質(zhì)就是不能夠作為轉(zhuǎn)化因子。更何況1944年艾弗里發(fā)表的文章中提到做實(shí)驗(yàn)使用了酶解法,即每個(gè)實(shí)驗(yàn)組中分別加入了多糖酶、蛋白酶、脂酶以及教材中提到的DNA酶等,這些酶本身就是各種各樣的蛋白質(zhì),為何這些實(shí)驗(yàn)組均沒有出現(xiàn)R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌?

(4)第一組中的蛋白質(zhì)、第二組中加入的蛋白質(zhì)及第三組實(shí)驗(yàn)中除DNA酶外的其他蛋白質(zhì),本質(zhì)上講都是來自于S型菌的蛋白質(zhì)(假設(shè)命名為A蛋白),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示第二組與第三組均沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化的S型菌,而第一組雖然有了A蛋白又加了S型菌的DNA卻出現(xiàn)轉(zhuǎn)化,這不也說明了DNA是轉(zhuǎn)化因子、蛋白質(zhì)不是轉(zhuǎn)化因子嗎?

基于上述四點(diǎn)分析,艾弗里的實(shí)驗(yàn)其實(shí)已經(jīng)證明了轉(zhuǎn)化因子為DNA而不是蛋白質(zhì),且證明了DNA是遺傳物質(zhì)。事實(shí)上,艾弗里本人在給自己弟弟的信中談到“DNA很可能是遺傳物質(zhì)”也可以證明這種觀點(diǎn)。從這個(gè)角度看后來的赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)也不過是重復(fù)證明艾弗里實(shí)驗(yàn)結(jié)論而已,從某種程度上來講教材省略掉噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)也未嘗不可。

4. 結(jié)論與啟發(fā)

結(jié)論:教材中描述艾弗里實(shí)驗(yàn)過程存在缺陷,沒有準(zhǔn)確完整的傳達(dá)艾弗里實(shí)驗(yàn)過程信息,實(shí)驗(yàn)的結(jié)論不夠精確(參考結(jié)論:艾弗里實(shí)驗(yàn)不僅證明了DNA是轉(zhuǎn)化因子,而且有充足證據(jù)證明DNA能夠作為遺傳物質(zhì))。

啟發(fā):生物是一門不斷否定傳統(tǒng)觀點(diǎn)的學(xué)科,也許今天正確的結(jié)論在不久的將來卻是謬論,所以我們要解放思想,本著實(shí)事求是的原則,一切實(shí)驗(yàn)結(jié)論用實(shí)驗(yàn)證據(jù)說話而不是局限在傳統(tǒng)觀點(diǎn)或某些人的權(quán)威理論之下,即所謂的“科學(xué)知識可能隨著研究的深入而改變””“科學(xué)工作依賴觀察和推論”“科學(xué)工作采用基于實(shí)證的范式”,所以生物工作者一定要有懷疑精神,要有敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)的勇氣,在一次次的否定中生物學(xué)才能不斷的向前發(fā)展。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]朱正威,趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書:生物:必修2遺傳與進(jìn)化[M].北京:人民教育出版社,2007: 44.

[2]劉永生.對人教版“艾弗里實(shí)驗(yàn)”表述的質(zhì)疑[J].中學(xué)生物教學(xué),2012: 33-34.

[3]張翮,翁屹.艾弗里轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)引發(fā)的思考[J].廣西名族大學(xué)學(xué)報(bào),2013:33-34.

[4]陳建廣.尋找艾弗里細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)真相[J].中學(xué)生物教學(xué),2011: 34-36.

[5]吳明.淺談DNA發(fā)現(xiàn)之路[J].科學(xué)文化評論,2008:80-93.

[6]張怡,李霞. 聚焦核心素養(yǎng)? 提升關(guān)鍵能力-以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”為例[J].中學(xué)生物教學(xué),2019: 80.

[7]楊兆敏. “DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)進(jìn)行科學(xué)史教育的探索[J].中學(xué)生物教學(xué),2012: 32.

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