寻觅遗传因子：染色体是遗传信息的载体

与孟德尔同期出现的显微镜技术，让科学家得以窥见细胞的内部结构。我们在本书的后续内容中将深入介绍细胞的内部结构，但是在这里，我们不得不提到科学家们从19世纪末开始观察的其中一个细胞——染色体：位于细胞中央的长条螺旋结构。没用多少时间，科学家们就意识到，这种结构与孟德尔提到的遗传因子存在诸多共同点。

第一个意识到两者之间的联系的人，是1902年在哥伦比亚大学就读的研究生沃尔特·萨顿（Walter Sutton）。他在研究蝗虫细胞的时候发现，蝗虫全身细胞中的染色体都是成对存在的，只有卵细胞和精细胞例外。沃尔特还注意到，在减数分裂（卵子和精子形成的分裂过程）的过程中，成对的染色体会先配对排列，然后被分配到不同的子细胞里。这种配对和分离的行为与孟德尔的理论不谋而合。想象一下，如果每一条染色体携带成对遗传因子中的一个，染色体的分离就可以解释为什么非纯种的紫花豌豆可以同时繁衍出开紫花和开白花的后代了。

另一位维尔茨堡大学的教授西奥多·博韦里（Theodor Boveri），也通过自己的独立研究提出了相同的观点，他们的理论被学界称为博韦里–萨顿染色体遗传学说。这个学说在当时充满争议，它回答的问题和它带来的问题一样多，有关遗传因子的争论完全没有因为这个新理论的提出而有丝毫消停的迹象。但是随着时间的推移，接受这个理论的人越来越多，尤其在科学家发现生物的性别也由染色体决定之后。某些性状与生物的性别严格相关，这些性状只能从双亲的其中一方遗传获得，染色体学说开始深入人心（见图2-2）。

图2-2　一组来自一个人类细胞的核型

图中的1号到22号染色体都是成对存在的，另外还有X染色体和Y染色体（由Talking Glossary of Genetics公司供图）。

确认染色体是遗传信息的载体在遗传学发展过程中可谓举足轻重。不过，虽然染色体学说为遗传信息在代际之间的传递提供了合理的解释，但是它对解释遗传信息究竟为何物，以及这些信息如何在细胞内发挥作用却毫无启迪。染色体学说甚至对遗传物质的确切成分都模棱两可，也因此引发了学界的巨大分歧：由于染色体的主要成分是蛋白质和DNA，科学家对到底谁是遗传信息载体的争论经年累月，难以平息。

20世纪上半叶，数个思路精巧的实验逐渐平息了争论，科学界对于遗传物质候选人的猜测倾向了DNA，但是仍然有一个关键问题没有解决：作为一种结构看起来非常简单的物质，DNA是如何编码纷繁复杂的遗传信息的？科学家当时已经知道DNA由四种不同的小分子构成：腺嘌呤（adenine, A）、胞嘧啶（cytosine, C）、鸟嘌呤（guanine, G）和胸腺嘧啶（thymine, T）。只是没有人知道这四种“碱基”如何保存遗传所需的信息。问题的答案隐藏在DNA的分子结构里。DNA分子结构的阐明成了整个生物学发展的转折点。它精巧的分子结构一经论证，有关遗传密码的疑问迅速迎刃而解，解释DNA复制过程的模型和学说也在不久后被普遍接受。