重新解讀艾弗里體外轉化實驗

張軍

【摘要】? 通過使用對比分析法研究了文獻與教材中有關艾弗里實驗描述的差異，并指出教材描述存在不恰當地方，隨后通過挖掘已有實驗說明艾弗里實驗不僅證明DNA是轉化因子，而且也證明DNA是遺傳物質的觀點。艾弗里的實驗再次印證生物學結論應基于事實證據而非人的臆測或屈服傳統(tǒng)觀點得出。

【關鍵詞】? 艾弗里實驗 DNA 遺傳物質 S型菌轉化

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

0

1 .前言

某次講完“DNA是主要的遺傳物質”的新課后，學生突然提出一個問題：為什么本節(jié)核心在講DNA是主要的遺傳物質，但教材中艾弗里實驗結論卻只字未提這個點？這是否說明艾弗里實驗與本節(jié)主題無關？學生提問讓我頓時語塞，課堂上我搪塞過去后也不免產生疑惑：艾弗里實驗真的是跟本節(jié)標題一點關系都沒有嗎？如果沒有那為什么要把艾弗里實驗放格里菲斯實驗后而不用其他實驗代替？看來這個實驗本身并非像教材中描述的那么簡單。

2 .人教版教材有關艾弗里實驗結論及描述失真點

2.1 人教版教材有關艾弗里實驗結論

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”中關于艾弗里（O.Avery，1877-1955）實驗結論是這樣描述的：“DNA才是使R型細菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質?！?/p>

2.2 真實的實驗情況

針對教材所提到的實驗過程及結論，在查閱了相關文獻后至少發(fā)現(xiàn)3個失真描述：

2.2.1 艾弗里本人沒有把S型菌的不同成分單獨分離提純后再分別做實驗

劉永生查閱1944年艾弗里等發(fā)表在實驗醫(yī)學雜志（Journal of Experimental Medicine）原文后發(fā)現(xiàn)，艾弗里當年是通過化學或酶解法逐個去除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“轉化因子”，如果沒有S型菌出現(xiàn)則是“轉化因子”。

2.2.2 艾弗里提純的DNA中蛋白質含量不是0.02%

張翮和翁屹認為純化的“轉化因子”中蛋白質含量水平降低到了不足萬分之二。方舟子也認為蛋白質雜質降低到了萬分之二以下，且這些雜質是核苷酸降解后的物質而非蛋白質。吳明文章中提到艾弗里通過改進技術后發(fā)現(xiàn)，如果將將反應系統(tǒng)稀釋到10-9依然發(fā)現(xiàn)了R型菌轉化成S型菌（在10-9反應體系下蛋白質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 艾弗里本人的實驗結論跟教材實驗的結論不一致

吳明在文章中提到艾弗里1944年發(fā)表的革命性的文章結論是“肺炎雙球菌的轉化因子是DNA”，另外，我們在看待艾弗里實驗的時候需要將其放在本節(jié)課的大背景下考慮，教材對艾弗里的實驗下結論時并沒有提到本節(jié)所圍繞的核心“DNA是主要的遺傳物質”這個中心，事實上，艾弗里實驗是能夠初步得出DNA是遺傳物質這一結論的，原因之一是艾弗里當時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，也許他過于謹慎小心所以沒有在1944年發(fā)表的論文中的結論部分加上“DNA是遺傳物質”的說法，但在他個人看來“DNA是遺傳物質”是沒有爭議的，因為艾弗里給他弟弟的信中寫到“DNA很可能是遺傳物質” 。

3. S型菌的DNA是遺傳物質、是轉化因子

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

（1）艾弗里第一組實驗中用S型菌的DNA做實驗，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是遺傳物質嗎？因為作為遺傳物質必須是從親代傳給子代，那么這個實驗是符合標準的。

（2）如果按照當時人們的說法，第一組加的DNA中因為包含S型菌蛋白質所以才出現(xiàn)了轉化，但第二組實驗中單獨加了蛋白質卻沒有出現(xiàn)轉化，這兩組實驗說明了什么？如果說在第一組中需要承認加了S型菌的蛋白質才促進了轉化，為何第二組也有S型菌的蛋白質并且是大量的S型菌的蛋白質，但第二組卻沒有出現(xiàn)轉化，這兩組對照不就說明了蛋白質不是轉化因子嗎？反過來講，轉化因子是離不開S型菌DNA的。

（3）再看第三組實驗，第三組實驗中其實至少包含兩種類型蛋白質，第一種就是加入S型菌DNA時自帶的（即當時人們宣稱且表示懷疑的“0.02%蛋白質”），這些蛋白質性質與數量上等同于第一組蛋白質，也等同于第二組的蛋白質，但第一組、第二組蛋白質種類上少于第三組加入的蛋白質，因為第三組實驗中還加入了另外一種蛋白質--DNA酶，試想在這一組反應體系中，既有S型菌的蛋白質，又有額外加進去的蛋白質，但結果呢？還是沒有出現(xiàn)轉化，看來蛋白質就是不能夠作為轉化因子。更何況1944年艾弗里發(fā)表的文章中提到做實驗使用了酶解法，即每個實驗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，為何這些實驗組均沒有出現(xiàn)R型菌轉化成S型菌？

（4）第一組中的蛋白質、第二組中加入的蛋白質及第三組實驗中除DNA酶外的其他蛋白質，本質上講都是來自于S型菌的蛋白質（假設命名為A蛋白），實驗結果顯示第二組與第三組均沒有出現(xiàn)轉化的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)轉化，這不也說明了DNA是轉化因子、蛋白質不是轉化因子嗎？

基于上述四點分析，艾弗里的實驗其實已經證明了轉化因子為DNA而不是蛋白質，且證明了DNA是遺傳物質。事實上，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”也可以證明這種觀點。從這個角度看后來的赫爾希和蔡斯實驗也不過是重復證明艾弗里實驗結論而已，從某種程度上來講教材省略掉噬菌體侵染細菌實驗也未嘗不可。

4. 結論與啟發(fā)

結論：教材中描述艾弗里實驗過程存在缺陷，沒有準確完整的傳達艾弗里實驗過程信息，實驗的結論不夠精確（參考結論：艾弗里實驗不僅證明了DNA是轉化因子，而且有充足證據證明DNA能夠作為遺傳物質）。

啟發(fā)：生物是一門不斷否定傳統(tǒng)觀點的學科，也許今天正確的結論在不久的將來卻是謬論，所以我們要解放思想，本著實事求是的原則，一切實驗結論用實驗證據說話而不是局限在傳統(tǒng)觀點或某些人的權威理論之下，即所謂的“科學知識可能隨著研究的深入而改變””“科學工作依賴觀察和推論”“科學工作采用基于實證的范式”，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)觀點的勇氣，在一次次的否定中生物學才能不斷的向前發(fā)展。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物：必修2遺傳與進化[M].北京：人民教育出版社，2007： 44.

[2]劉永生.對人教版“艾弗里實驗”表述的質疑[J].中學生物教學，2012： 33-34.

[3]張翮，翁屹.艾弗里轉化實驗引發(fā)的思考[J].廣西名族大學學報，2013：33-34.

[4]陳建廣.尋找艾弗里細菌轉化實驗真相[J].中學生物教學，2011： 34-36.

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

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

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