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在麦克林托克一九一九年到康乃尔大学以前的年月里，已经有足够多的证据令人信服地证实了基因和染色体结构之间的关系。这些证据大部分来自哥伦比亚大学T.H.摩尔根的“果蝇室”。从一九一0年到一九一六年，摩尔根、A.H·斯特蒂文特、H.J.马勒和C.B.布里奇斯对果蝇的染色体和基因进行了研究，获得了证实基因和染色体之间存在着关系所必需的大量证据。在这个实验室里诞生了细胞学科学。通过对有特别明显特征的生物（例如果蝇，它的主要差异是眼睛的颜色和翅膀的形状）进行杂交或交配，研究人员试图将生物的连续世代特征与特殊的（X或Y）染色休的特征互相联系起来。有了这些成果，遗传学家就能根据孟德尔遗传学大胆地假设出一个物质的基础。到一九一五年，已有了十分充分的证据，从而使得摩尔根、斯特蒂文特、马勒和布里奇斯能够出版他们的划时代的著作《孟德尔遗传机制》，第一次试用染色体理论的术语来解释遗传学的全部原理。以后的年代就是热烈的论争和T.H.摩尔根废寝忘食地进行工作的年代。那时，甚至象伊文·威廉·贝特森这样的早期孟德尔理论的辩护人，也曾反对为遗传学假设一个如此“唯物主义的”基础，而摩尔根自己早年也曾这样反对过。但是，随着证据的不断积累，要向染色体理论提出挑战就越来越困难了。大部分不在大学里工作的生物学家，特别是农业学校的生物学家，对于新的生物学的热忱，一直比不上他们在大学里的同行们。对他们中的许多人来说，哥伦比亚大学所研究的仍然是可疑的“抽象物”。虽然早在一九一一年摩尔根就竭力主张“细胞学要为实验证据提供所需要的原理”，而在农业研究方面，细胞学工作仍不是一个优先考虑的课题。 一九二七年，巴巴拉·麦克林托克获得康乃尔大学农学院植物学博士学位，当时，哥伦比亚大学摩尔根果蝇室使细胞学和遗传学联姻所引起的轩然大波还没有波及到康乃尔大学。也许其最重要的差别在于，康乃尔的遗传学家研究的是玉米而不是果蝇。在康乃尔大学的R.A.埃默森的影响下，玉米植物已成为研究遗传学的最有力的工具。玉米棒子上籽粒的颜色鲜艳易辨，几乎图解式地表明了遗传的特征。果蝇每十天就向遗传学家提供一批新的一代，而玉米则成熟得较慢；实验人员有充分的时间可对每株植物进行细致的了解，并追踪其一个世代的发育情况。但是，尽管人们对遗传学已开展了广泛的研究，却几乎还没有分析过玉米的染色体。麦克林托克还在读研究生时，就已向她的康乃尔大学的同事们证实，玉米遗传学象果蝇遗传学一样，不仅可以通过培育这种生物观察其后代生长的情况，而且还可以通过显微镜检查染色体来进行研究。这样就跨进了遗传学奥秘的新的窗口，这件事对整个遗传学未来的发展是具有决定性意义的， 麦克林托克用一种刚由细胞学家约翰·贝林发明的重要的新染色技术成功地鉴定和描绘了玉米染色单体的长度、形状和模式。这项工作一经完成，她就可以把育种实验的结果（遗传交叉）同染色体的研究结合起来。在以后的年代里，麦克林托克发表了一系列论文，把玉米提高到可以和果蝇竞争的地位。同时也为她自己确立了美国第一流的细胞遗传学家的地位。一九三一年，她和学生哈里特·克赖顿在《国家科学研究院记录汇编》上发表了一篇论文，证实在性细胞形成时所发生的遗传信息交换，是和染色体物质交换一起进行的。这叫做“玉米细胞学和遗传交换的相关性”。这一研究成果，被称为“真正伟大的现代生物学实验之一”，它使得研究人员终于无可辩驳地获得了遗传学的染色体基础。詹姆斯·彼得斯在他的《遗传学经典论文》一文中介绍了麦克林托克的这项工作，文章说： 现在我们终于取得了一个分析，把最后的一个链环装到了链 上，从这里，我们看到了细胞学的证据和遗传学的结论之间的相 关性，那是如此的有力和显而易见，以致你无法否定它的正确性。 这篇论文被称为实验遗传学的里程碑。不，它不止是里程碑，它 是这门学科的一块奠基石。 整个三十年代，麦克林托克在康乃尔大学，在加州理工学院，接着又在密苏里大学，不断地做实验，不断地发表文章，这加强了细胞学和遗传学之间的关系，但同时也使之复杂化了。一九三九年，她被选为美国遗传学会的副主席，一九四四年成为国家科学研究院的院士，一九四五年担任遗传学会的主席。 在被选入国家研究院的那一年，她开始了一系列的实验，使她得出了“转座”的结论，现在许多人都认为这是她事业中最重要的一项成果。然而在当时，只有她自己那么想，而对大多数人来说，她的结论似乎太激进了。如果说一九四九年在麦克林托克的事业里是关键性的一年的话，那么对遗传学历史来说同样也是决定性的年份。不过原因却与麦克林托克无关。就在这一年里，微生物学家奥斯瓦德·艾弗里和他的同事科林·麦克理奥德和麦克林·麦卡迭发表论文，证实DNA是遗传的物质基础。 麦克林托克的事业是在生物学思想发生重大革命的时刻开始的。现在她又目击了另一次同样重要的革命。关于分子生物学诞生的故事，现今已被讲述了多次，在这个故事里，既有紧张而又富戏剧性的事件，又有有声有色的人物；它时而是快速的行动，时而又是孤注一掷的战斗。到五十年代中期，分子生物学的风暴席卷了生物世界。看来它已解决了生命的问题。它给生物学带来了一个需要探究的全新的世界和一个用科学语言进行阐述的全新的模式。而在这个需要探究的世界里，麦克林托克的工作，看来却越来越带有个人的风格，越来越不引人注目。 一九三八年，物理学家马克斯·德尔布吕克把注意力转向了遗传问题，他争辩说噬菌体的重要性在于它是“研究生物自身复制的理想材料”。噬菌体是一种亚细胞的和亚细微的粒子，只是在最近才被确定为生命的一种形式。一九四一年夏天，德尔布吕克在冷泉港实验室安排和萨尔瓦多·卢里亚见了一次面。两人开始合作。这一合作开创了一个具有历史意义的先例。四年以后，德尔布吕克第一次举办了夏季噬菌体讲座，以“向物理学家和化学家传播新福音”。德尔布吕克讲授大纲的核心是“探索基因的物理学基础”，不单对基因在染色体上的物理学位点进行探索，而且也探索组成并解释遗传机制的物理学实际定律和分子结构。一九五三年，因詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现DNA的结构而使这一探索得以实现。从它的结构上，沃森和克里克能够推断出DNA是怎样执行遗传物质所必需的功能的，也就是说它是如何复制和表达的。这是一个欢快的时刻，按照沃森和克里克的说法，遗传信息是以密码形式贮存的，也就是说，如所周知，DNA是“生命的母分子”。遗传信息传到RNA这种中间物分子上。通过一系列奇迹般的物理-化学的变化过程，随后RNA就作为合成具有遗传特征的蛋白质（或酶）的模板。信息从DNA到RNA到蛋白质——这幅图画就这样形成了，它是有说服力的、令人满意的，同时具有相当权威的。弗朗西斯·克里克把它称为“中心法则”。这个名称被接受了。在接下来的十年里，生物学家们继续经历了那种发展和激动，那情景是科学的革命时期才会有的。 这幅速写画的许多方面同信奉牛顿学说的物理学家们所描绘的宇宙图画非常相似。两者都是从高度机械论考虑问题的，看上去只有细节是忽略了。两门学科的每个基本定律都尽可能用最简单的体系明确表达出来——对物理学家来说，是两个质点的相互作用，对生物学家来说，则是最小最简单的有生命的生物——噬菌体或者仅比噬菌体稍大稍复杂的细菌。几乎所有的分子生物学工作者所研究的细菌都是大肠杆菌。从大肠杆菌到其余有生命的世界，可能只是一小步。据说诺贝尔奖获得者、法国人雅克·莫诺德说过，对大肠杆菌是正确的，对大象也就是正确的。少数生物学家，其中包括巴巴拉·麦克林托克，继续研究着较高等的生物，但最有朝气、最有前途的年轻的工作者们则已转而从事噬菌体和细菌的研究工作。玉米遗传学的术语，一度是训练所有生物学家的主要内容，很快就变得难以理解了。 假使许多生物学家相信自己已基本了解了这门学科，他们有时候必然会感到所有能引起兴趣的问题都已经解决，剩下来的只是撰写论文的工作了。在六十年代末期，许多著名的分子生物学家已在寻找新的领域，以投入他们的精力和天才。 事实证明，如果认为生物学家们对这门学科已研究到了尽头，这种担心（或者对这情况感到满意）就为时过早了。对大肠杆菌是正确的，对大象却是不正确的；正如后来所出现的情况那样，对大象甚至常常不正确。科学史上常会发生这样的事，正当满怀信心地向目标迈进的时候，却增加了许多使人感到恼火的和出人意外的资料。在以后的十多年里，新的发现层出不穷，使过去很单纯的画面，大大地复杂化了。根据许多人的理解，那是对中心法则的根本挑战。 克里克最初是这样清楚地表达中心法则的主要论点的，“一旦‘信息’进入蛋白质，它就不能再出来。”信息只从DNA流向RNA再流向蛋白质。这一论点的主要关键是，信息发源于DNA，之后，它是不可更改的。 中心法则的原始形式无法说明这样一个事实：细胞所制造的蛋白质，看来是随着细胞的化学环境不同而不同。到一九六0年，雅克·莫诺德和弗朗西斯·雅各布进行了关键性的修正。莫诺德和雅各布制订了遗传调节的原理，它考虑到了环境控制蛋白质的生产率这个因素，但仍保留了中心法则的基本原则。他们设想蛋白质是被DNA译成密码的，但是在这样做的时候涉及到许多开关，每一个开关都可以开和关一个转译蛋白质密码的基因（或称为结构基因的基因群），按照他们的理论，开关本身是两种不同的遗传因子——操纵基因和调节基因——构成的。它们同一个特殊的化学基质一起，抑制或激活结构基因。有关的化学基质的有效性是由细胞的化学环境依次决定的。 经这样一修正，中心法则现在就比以往任何时候都更扎实了，应用的范围也大大地扩大了。至少在原则上，它看起来已使酶控制这一困难领域得到解决并且具体化了。确实，信息现在“能够从蛋白质中出来”，但仅仅是以调节蛋白质生产率的形式，DNA以特殊的开关对蛋白质的生产率进行控制。这里所介绍的这一反应仍完整地保留了中心法则最基本的特征：从DNA流出的信息仍然是单向的。这项成果，使雅各布和莫诺德在一九六五年同安德烈·尔沃夫共同获得了诺贝尔奖金。 在大西洋彼岸，巴巴拉·麦克林托克从一九五0年起就曾试图使生物学家们注意她所证明的玉米“控制因子”。一九六0年末，当莫诺德和雅各布的论文在《汇报》上发表时，她是这篇论文的最热心的读者之一。她满怀激动地给她的法国同行以完全支持，并迅速在冷泉港召开了一次会议，把他们的工作与她自己的工作进行了比较。此后不久，她在一篇论文里详细阐明了这一比较。她先把论文送给莫诺德和雅各布，之后送交《美国自然科学家》。霍勒斯·贾德森在《第八个创造日》中报道了分子生物学的革命，“他们因她迅速支持而高兴。” 麦克林托克的研究工作，不仅被传导到了不同的大陆，传导到了更为广泛而复杂的生物，而且可以说，传导到了不同于莫诺德和雅各布的生物学世界。作为分子生物学家，莫诺德和雅各布集中力量研究大肠杆菌。而麦克林托克，作为一个经典遗传学家，则研究玉米。莫诺德和雅各布用生物化学分析作为工具，测定重要的遗传交叉的作用。而麦克林托克使用了博物学家更熟悉的技术——她观察玉米叶子和籽粒的彩斑和模式，以及它们在显微镜下所显示出来的染色体的表型。他们寻找的是分子的结构，她则寻求概念的结构，把有关的结构以及结构与功能之间的相互关系结合起来，就能证实这一概念的结构，并使之成为现实。他们所使用的工具、技术和术语，符合他们所研究的生物体、环境和时间。从一九四四年开始，麦克林托克的工作应归入经典生物学的范畴。它首先是前分子的。在开始，甚至在证明遗传物质是DNA的时候，麦克林托克还是领先的。与此相对照，莫诺德和雅各布的工作则完全渗透了分子生物学时代的精神，中心法则时代的精神。但是，他们同麦克林托克一样，相信调节结构对遗传水平进行操纵，存在着两种调节基因。麦克林托克证明控制因子在结构基因的附近（基因直接控制特征），它看来同雅各布和莫诺德的“操纵”基因很相似；她的“激活”基因，则同他们的“调节”基因相似，而能独立定位。麦克林托克在论文里，把玉米和细菌作了比较；在这两个例子里，“‘操纵’基因将只对它自己系统里特殊的‘调节’因子有反应。” 但有一个基本特征两者是不同的。在麦克林托克系统里，控制因子并不在染色体稳定的位点上——它们活动着。事实上，这种改变位置的能力——转座（如麦克林托克所命名的那样）本身可能就是被调节基因即激活基因所控制的一种特征。这一特征使现象变得更为复杂，而在与她同时代人的心目中，就较难接受了。虽然大家都知道，病毒DNA能够插入寄主细胞的DNA内，接着自行脱离，但几乎没有人愿意相信，在某种环境下，正常的DNA细胞能够重排。这个概念是对中心法则的严重挑战，有许多理由可以将它推翻，尽管中心法则在五十年代和六十年代期间的地位就已极为牢固地树立了。如果一部分DNA能够象麦克林托克的工作所指出的那样，能够对另一部分DNA所发出的信号作出反应而重排的话，如果这些信号本身象雅各布和莫诺德的调节因子所清楚表明的那样的话，那么，从DNA流向蛋白质的单向信息的情况又怎么样呢？因为这一根据染色体组以外的因素而定的基因的顺序，在某种意义上来说，将使得信息向回流，即从蛋白质流向DNA。麦克林托克没有把这一想法弄清楚，但经过她的解释，玉米染色体组的组成显然变得非常复杂而超出了中心法则所允许的范围。 在五十到六十年代，对许多生物学家来说，转座听起来好象是一种杂乱无章的思想。此外，对玉米遗传学知之甚多的人士越来越不能领会那些能证实麦克林托克得出的激进结论所必需的非常错综复杂的论点。最后，还须指出，麦克林托克是多产的。重新刊载在彼得编的《经典遗传学论文集》中的麦克林托克早期同哈里特·克赖顿合写的论文中，用警告的口气对他们的论文作了介绍： 这不是一篇很容易理解的论文，因为在进行彻底的分析后要 记住的条条很多，而忘掉任何一条都会妨碍对这篇论文的理解。 无论如何，掌握这篇论文部能给人以强烈的感受，从而能够掌握需 要全力以赴方能掌握的任何生物学方面的问题。 比较新的论文甚至更难理解，当她在一九五一年、一九五三年，尔后又在一九五六年发表这些思想的时候，尽管事实上她很早就有了无懈可击的研究者的名声，还是很少有人听取她的见解；很少有人理解她。她被描写成“难以理解的”，甚至“疯狂的”。甚至在一九六0年，当她概括了雅各布和莫诺德系统和她自己的系统之间的相似之处时，也很少引起人们的重视。一九六一年，雅各布和莫诺德在他们的一篇主要论调节结构的论文中竟忘了引用她的成果。他们后来称之为“一个不愉快的差错。”然而，当年夏天，在他们写给冷泉港专题讨论会的总结摘要里，则确认了她的成果： 远在细菌的调节基因和操纵基因揭示之前，麦克林托克就以 其广泛而深入的研究工作……揭示了玉米里存在着两类遗传“控 制因子”，它们之间的主要相互关系是可以准确地比作调节基因和 操纵基因的……。 没有提到转座，虽然这篇摘要的另外一处在评论玉米里发生的转座时说，这是“两个系统的一个重要的区别。” 十年以后，当许多人期望着分子生物学自然而然地向前发展时，开始出现了许多引人注目的、意想不到的观察资料。其中令人吃惊地发现细菌染色体组的因子明显地向“周围跳跃”。这些因子被称为“跳跃某因”、“转座子”或“插入因子”等不同的名字。在许多情况下，观察到转座子具有规律性，和二十年前麦克林托克所观察到的非常相似。确实，它们看上去比较类似她的控制因子，而与莫诺德和雅各布的调节系统不同。其主要不同之处在于，它们是用一种新的术语，DNA的术语进行描述的。 从第一次发现细菌的跳跃基因以后的十年中，明显地发现在一些非常巧妙的调节结构中，遗传因子能够起主要的作用。无论是遗传因子的移动，还是它所起的作用，都比雅各布和莫诺德所想象的更为复杂和更为多样化。例如，在许多情况下，调节作用可能是由方向——向前或向后——决定的，同时转座因子重新插入。这两种方向，在机能上，与不同的遗传转录相符合。除玉米外，酵母是把人们的注意力吸引到性质截然不同的发育变化的第一个真核系统。这些变化是从受控制的基因重排所产生的。现在，果蝇的许多发育突变，也可追踪到转座。甚至在哺乳动物中，也能稍稍看到遗传的流动性。对小鼠免疫系统的研究表明，免疫球蛋白DNA在常规上是受广泛的重排支配的。这有可能解释迄今为止未能说明的抗体的差异。 冷泉港今天差不多是新的研究转座的中心。巴巴拉·麦克林托克从一九四一年起，就在冷泉港生活和工作——她依然过着相对说来是离群索居的生活。四十年来，她以一种隐而不露的、含蓄的风格，在生物学变革的盛衰中找到了栖身之地。直到最近，她的追随者也为数寥寥，并且都是虔诚的、与世隔绝的。 对那些想探听隐藏在麦克林托克这个名字后面的那个人和她的工作，并试图了解她的工作是怎样适应现代生物学的人来说，学习这门学问，他们觉得是一种特殊的荣幸。其中华盛顿卡乃基学院的尼娜.费得罗夫就是这样一个有志于了解麦克林托克遗传学分析的分子基础的热心人，对她来说，阅读麦克林托克的论文，成了她生活中“最不平凡的学习经历。”“就象一本侦探小说，我简直不能放下。” 现在公众的褒奖和名望看来要闯进麦克林托克多年来的默默无闻和含蓄状态。最近几年间，荣誉开始不断飞来。一九七八年，布兰代斯大学鉴于“麦克林托克博士这样一位卓绝的科学家，没有受到正式的承认和尊敬”，选她为该校罗森斯塔尔年度奖金获得者，嘉奖她对科学界所作的“富于想象力和重要的贡献”。一九七九年，她被授予两个名誉学位——一个是洛克菲勒大学，一个是哈佛大学。哈佛大学表彰她说：“一位意志坚定、勇敢无畏的科学先驱，她对细胞所作的深刻的、广泛的研究为深入了解遗传现象开辟了道路。”一九八0年，美国遗传学会“由于她的出众的才华、创造力、独创性和全心全意地献身于研究”而向她致敬。一九八一年，她的名字成了公众瞩目的中心，那一年她第一次收到麦克阿瑟荣誉奖金——每年六万美元的终身研究员基金，免税。她的故事成了报纸、电台的新闻。过了一天，她接受了著名的拉斯克基础医学研究奖和以色列沃尔夫基金会一笔五万美元的奖金（那年的第九次颁奖）。拉斯克的褒奖注意到她的发现的“不朽的影响”“直到最近，尚未受到充分的赞赏”。一九八二年秋天，当她同萨萨默·托尼加瓦共同获得哥伦比亚大学的霍维茨奖时，评论家对过去霍维茨奖的获得者，接着又获得诺贝尔奖的出现率作了评论。 麦克林托克所关注的是“一下子太多了”。《新闻周刊》描述说，她坐在一屋子新闻记者面前感到“非常不自在”。“我一点也不喜欢出名，我只想躲到实验室的一个僻静角落去。” 但是，她的课题究竟是怎样会成为历史的最新一章而超然于个人的好恶之外的？她耕耘了三十年以上的沃土将要在何等程度上展现梦幻一般的前景？她自己的叙述能帮助我们了解这个时期乃至全部遗传学的历史吗？要知道科学时代的精神，是不能单从科学或历史的文献中学习到的，我们需要知道那些创造科学的人——男人和女人——的生活和个性。在以后的几章里，我们将通过麦克林托克自己的回忆和其他人的回忆简略地复述这段历史。第二章独处的能力 在曼哈顿东四十英里，沿25A路，恰好在冷泉港城前一英里，长岛生物学实验室的招牌又小又不显眼，很容易被人忽略过去。而通往实验室的那条叉路朋汤路上又没有任何标明那是一条主要道路的标志。每年夏天一开始，大学实验室的步子就放慢了，从全世界来的生物学家们聚集到这里，一起工作或研究，或只是会见并分享彼此最近的成果。一年一度的专题讨论会，招致了特别多的一大群人，以致实验室的有限设备被过分地使用，超过了容量。到处都是三、五成群的人，聚会，交谈，涌向海滩和大路，充满了生气。从六月到九月上旬，朋汤路对这些生物学家们来说不再是一条乡村小路，而是一条中心大动脉。 冬天的时候，知道冷泉港的人就较少了。当夏日会议的激奋平静下来，来访的科学家们离去之后，只留下很少的生物学家。天气转冷了，海滩上空寂无人，树叶也萧瑟变黄。于是当地的科学家就能回到他们的研究中去，不再受到干扰。而那些人则去折磨他们在大学里的和市区研究中心的同事们去了。在这儿，既没有城市的灯光来分散注意力，也没有大 |
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