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有哪些当时不被认可但后来被认为是极其重要的生命科学发现?

如题。 孟德尔的豌豆除外…
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11 个回答

谢邀

1987年底发表的一篇来自日本大阪的微生物基因组学文章报告发现微生物基因组里存在一些意义不明的回文重复序列。

ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar (二维码自动识别)

20年后:

zhihu.com/question/3828

编辑于 2016-12-01 18:37

第一件:绿色荧光蛋白GFP的发现和再发现

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1955年,日本科学家下村脩在美国西海岸采集了一种发绿光的水母(维多利亚多管发光水母Aequorea victoria又名水晶水母、水晶果冻水母)的样本,想搞清楚这些水母为什么能发光。在不懈的努力和不错的运气下,下村脩成功找到了发光蛋白——水母素,并阐明水母素是一种荧光素酶,受钙离子影响能够发出蓝色荧光。

这个结果还不错,只是有个小问题,水母发绿光又是怎么回事呢?于是下村脩进一步的研究发现,原来还有一种蛋白,能在蓝光还没释放出去的时候,就吸收,并转为释放绿色荧光,这个蛋白就是绿色荧光蛋白(GFP,Green Fluorescent Protein)。

机理搞明白了,下村脩和同事紧锣密鼓地搞了个大Paper——1963年,他们在Science杂志发表描述钙离子和水母素发光的文章。此后水母素也被进一步开发成为检测生物体内钙离子浓度的一种标记物。

那么绿色荧光蛋白呢?它在那篇Science里,只是个页脚的小注解


下村修本人对GFP的应用前景不敏感,也未意识到应用的重要性。他离开普林斯顿到Woods Hole海洋研究所后,他的同事普瑞舍(Douglas Prasher)非常感兴趣用荧光蛋白做生物示踪分子。1985年普瑞舍和日裔科学家Satoshi Inouye分别根据蛋白质序列拿到了水母素的基因(生物学上准确地说是cDNA)。1992年,普瑞舍又拿到GFP的基因。有了cDNA,一般生物学研究者就很容易应用,比用蛋白质方便多了。

普瑞舍1992年发表GFP基因的文章后,离开科学界。原因是他申请美国国家科学基金时,评审者说没有蛋白质发光的先例,就是他找到了这种蛋白,也没什么价值。一气之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,到农业部动植物服务部工作。当时他如果花几美元,就可以做一个一般研究生都能做,但非常漂亮的工作:将来自水母的GFP基因放到其他生物体内(如细菌),看到荧光,可以很强烈地提示GFP本身可以发光,无需其他底物、或者辅助分子,也表明可以广泛用GFP。


饶毅:“美妙的生物荧光分子与好奇的生物化学家”



直到后来,Martin Chalfie发展了用基因重组把GFP基因挂在所需位置的方法,使得GFP能够在其他生物中表达,然后1994年,发表了另一篇极其著名的《Science》文章。

GFP的特性在于,与水母素这类荧光酶不同,GFP本身是发光蛋白,自己就能发光。所以重组到需要的位置后,生物能保持活体的状态被荧光标记

这下就厉害了,GFP不再只是伴随水母素研究的小角色,而成为能够在各种生物中表达的而且效果非常直观(也很炫酷)的极佳标记物。

(蓝光激发下,GFP表达的小鼠眼睛发绿光)

于是兴奋的大家纷纷在自己的研究项目里加个GFP表达,捣腾出来一堆发光生物(顺便灌了一堆CNS论文)

之后,又一位dalao——华裔科学家钱永健对GFP进行大刀阔斧的改造,改造后GFP的发光机能被大大加强,而且,钱永健从Green Fluorescent Protein,扩展开发出具有红色、黄色、蓝色多种颜色的荧光蛋白“工具箱”,让生物学家能够用各种炫酷的光效,在【活体】中表现某个蛋白的表达。

钱永健的工作是如此卓著,以至于收集在各种场景表达的各种荧光蛋白的炫酷光效成了有些生物学家的蜜汁爱好

至此,GFP真正成为那个十年,其实到现在也是,最热门的生物蛋白之一

但最初的发现者下村修的工作却常常被遗忘。

下村修和约翰森1962年发现水母素的文章迄今被377次引用,1974年纯化GFP的文章被引用169次,Chalfie等1994年《科学》文章被引用3349次......
说明大多数科学工作者并不知道所用的东西怎么来的。

好在

下村脩、Martin Chalfie、钱永健三人共享08年诺贝尔化学奖


功德无量


本文参考、并引用有饶毅的〈美妙的生物荧光分子与好奇的生物化学家〉

又及:

2008年10月6日,中国

北京大学

教授

饶毅

在个人的

科学网 博客

发表〈美妙的生物荧光分子与好奇的生物化学家〉一文,介绍下村脩等人的成就。饶毅主张下村脩应该获得诺贝尔奖,但很可能遭到诺奖委员会忽略。

2008年10月8日, 瑞典皇家科学院致电下村脩,恭贺他获得 诺贝尔化学奖。由于下村脩一直以为自己是医学奖的候选人,因此在以为“今年也没有”的时候获知获奖,感到意外。

——Wikipedia



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第二件:拉马克学说与表观遗传学


达尔文,大家应该熟知了,他提出的进化论是我们现在接受的生命科学教育的最基础之基石。

进化论的核心,是自然选择,所谓自然选择,就是生命会随机变异产生诸多表现的个体,但大自然会通过优胜劣汰,筛选出能“适者生存”的最适应环境者。

再换句话说,生命的变异是无倾向的,自然的有倾向的选择才决定了生命进化的走向。

但在达尔文的时代,进化论并没有立刻被作为真理,因为它有个竞争者

拉马克 (J.B.Lamarck)的获得遗传理论

拉马克在神创论统治的时代,提出来“生物源于进化”这一思想,同样是伟大的。但拉马克的进化理论和达尔文相差甚远:

获得遗传学说的核心在于“用进废退”:经常使用的器官会更发达,不使用的会退化。

比如年幼的树木为了获取阳光,会选择长得更高;

长颈鹿为了吃到高处的嫩叶,会想让脖子越变越长;

深海里的鱼,不需要看清东西,所以眼睛的功能渐渐废弃......

图自网络

拉马克强调了生物是主动选择这样的性状的,而且这些后天获得的性状会被遗传给后代,并逐代累积

这也是他的学说与达尔文进化论的差异。

虽然这个理论非常符合Common sense

但是,经过严谨的科学实验,这一理论被证明是错误的。比如著名的魏斯曼实验(Weismann),他将雌雄老鼠的尾巴都斩断,在让其相互交配,观察后代,可以看到直到二十一代也没有能观察到残尾的老鼠。

再后来,经过孟德尔、摩尔根等人的贡献,现代遗传学建立,同样证明拉马克学说是不正确的,后天通过环境获得的性状并没有编入基因,也不可能传递给后代。

于是,达尔文的进化论成为唯一真理。

拉马克被写进教材,成为那个“感谢你的贡献,但抱歉你是错的”的反例

但是,随着20世纪80年代,更新的科学——表观遗传学(Epigenetics)的建立,拉马克的学说又被人发现,其实他也没全错

表观遗传学研究的是DNA/RNA干扰、甲基化修饰、组蛋白修饰等,建立在分子生物学基础上的,生命体一些不符合经典孟德尔遗传学的遗传生化机制。

表观遗传学的建立及研究发现,生物确实能够将后天获得的某些性状遗传给子代,而这一部分也确实没通过DNA序列的改变(突变),而是上述提到的DNA甲基化等改变基因的表达量有关

图自Wikipedia

举个例子,一种纤毛虫,基因完全相同的细胞们却具有不同的纤毛纹,而且这种纤毛纹的特异性是可遗传的。科学家以实验人工改变纤毛纹的样式,同样会被传给子代。

这就是表观遗传学

还有个跟我们日常相关的现象,比如我们常能看到的同卵双胞胎,他们的基因型几乎是完全相同的。但这些同卵双胞胎往往会在体重上有着差异,最近,科学家就发现了这一现象的表观遗传学解释。他们找到了控制体重的组蛋白修饰的“开关”

关于体重,还有个著名的案例

二战期间,荷兰曾严重饥荒,被后人称为“hunger winter”。而饥荒之后,人们发现经历饥荒的母亲怀孕后,她们的子女成年后非常容易肥胖,这说明母亲的饮食对她的子女确实产生了遗传效应,但这种效应不在于基因型,而是基因表达的差异。

图自Learn.Genetics

表观遗传学的发展证明了并不只有基因才能作为遗传的唯一要素,基因的表达水平也是足以大幅改变性状的另一大因素

这几乎开始证明了当年拉马克的获得遗传理论,也即环境,的确能够影响子代的表型,而这一解释是具有一种坚实理论基础的科学。

Transmissions of information across generations which does not involve traditional inheritance of DNA-sequence alleles is often referred to as soft inheritance or "Lamarckian inheritance."

非传统的DNA序列等位基因的信息跨代传递,被称为“软继承”或者“拉马克继承

--wikipedia

可想见,随着表观遗传学的进一步发展,拉马克学说也会得到合理的解释与应有的地位

Lamarck and his ideas were ridiculed and discredited. In a strange twist of fate, Lamarck may have the last laugh. Epigenetics, an emerging field of genetics, has shown that Lamarck may have been at least partially correct all along.

Zoology (2013), Joseph Springer & Dennis Holley

漫画一张

someone:Dame epigenetics!

图自网络

Lamarck:

“I DONT THINK SO~~”

(Jean-Baptiste Lamarck)


参考自:

Learn.Genetics

Zoology (2013), Joseph Springer & Dennis Holley

刘祖洞《遗传学(第三版)》

wikipedia

编辑于 2016-12-04 01:17

Nanopore sequencing

David Deamer 老爷子在1989年的灵光一现:

jotted a seemingly implausible idea in his notebook , suggesting that it might be possible to sequence a single strand of DNA being drawn through a membrane's nanoscopic pore by electrophoresis.

参考文献

http://www.nature.com/nbt/journal/v34/n5/abs/nbt.3423.html
编辑于 2016-12-02 10:30

生物化学领域里有一个人叫krebs,他发现了著名的三羧酸循环,解决了人体能量代谢的问题,他一开始投稿给nature,被拒绝,直到他凭借三羧酸循环和鸟氨酸循环的发现获得了诺贝尔奖,nature杂志专门头版头条发表声明表示没有接受这篇论文是他们20世纪最大的失误,krebs从此以后用这件事教育他的学生要坚持自己的主见。

编辑于 2016-12-03 00:11

马歇尔的化学渗透假说,不当二次搬运工了

详见:

【有哪些学术界都搞错了,忽然间有人发现问题所在的事情?】

小天天天天天:二十世纪最“反直觉”的伟大生物学发现:化学渗透(chemiosmosis)

zhihu.com/question/5278
编辑于 2016-12-03 14:04

首推孟德尔定律

发布于 2016-12-02 08:59

鸟枪法

编辑于 2017-01-31 20:13

为啥要说那么复杂。。

达尔文生了十个孩子才意识到他跟表妹不能啪啪啪生孩子

又过了一百多年人类才意识到近亲结婚的危害

难道你不认为这个发现很重要很有意义?

除非你是单身狗

发布于 2016-12-02 00:52

PCR技术刚提出来的时候,被当做异想天开

发布于 2016-12-02 23:54

左手材料,大概1967年在理论上发现了。受限于当时的科技水平没得到重视。

发布于 2016-12-02 01:44

最具代表性的一例,

《庄子》:“物有死生”、“死、生,命也”、“生也死之徒,死也生之始”。——我们人类的宇宙过程极其敏感的初始条件或边界条件。

中国科学家发现定量整个宇宙的实验证据:

  著名物理学家杨振宁教授说:“除非有定量的实验证据,没有任何一种哲学性的讨论能够作为科学的真理来加以接受。” (杨振宁. 基本粒子发现简史[M]. 上海科学技术出版社, 1963:1.)

  所谓定量的实验(实践)证据,即纯数学数学科学的理论中定量刻画(描述)物质的实验证据。

编辑于 2018-10-30 07:45
( 为什么?)