讀後感|生命是什麼 — 如何推論基因的尺寸?

依照第一章的推理,生物及其生理過程有賴大量原子參與,來抵銷個別原子的隨機行為,以維持生存所需的宏觀秩序。

乍看之下,這項推論似乎符合當代多數的生物學觀察。畢竟個體由無數細胞組成,而細胞又由多樣的園子、分子和聚合物構築。即使是維繫生存最基本的呼吸作用,也需要大量的分子參與。這些園子的數量大小,吻合統計物理的要求,能讓物理和化學過程順利運作。

然而,在這章當中,我們可以看到維繫遺傳的關鍵因素,基因,相較於其穩定性,卻令人訝異地有著幾乎無法維持嚴格統計定律的數量。

基因相當穩定

相較於紙張、磁碟片、或是塗鴉在牆上的紀錄,基因在保存事務上的能力相當穩定。基因的穩定型從色盲、鐮刀行貧血、乃至於哈布斯堡家族鮮明的戽斗等遺傳行疾病更為顯著,即使經過了上千年,這些性狀仍仍能忠實地在世代間傳遞,以致於當今的社會仍要為其奮鬥。

考量其穩定性,究竟需要多少原子才能讓基因維持這樣的穩定性呢?

以染色體影像估算基因的最大尺寸

一種直觀的估算方法是透過細胞學的觀察為依據。果蠅唾腺細胞的染色體在分裂時會凝聚成顯微鏡可見的棒狀物,這些染色體上有深淺間格的調帶,假設這些條帶是基因的性向,那麼可以ˇ用染色惡體的體積,再除以調代的數量,那麼即可推論基因的尺寸。

以遺傳圖譜估算基因的最大尺寸

另一種迂迴但是巧妙的手法是透過遺傳方法,推論基因的數量。生物形成配子時,會先行減數分裂。減數分裂過程,同源染色體間的片段可能彼此互換,導致原先坐落相同染色體的性狀,被置換到對偶染色體上。互換會導致子代性狀的機率分布脫離孟德爾的假設,因此透過育種雜交實驗,可從子代性狀的分布推論互換的機率。

假設染色體各處發生互換的機率一致,若性狀間距越大,當中也有較多位點可能發生互換,也表示兩者互換的機率也越高(因為兩者之間有較多位置可能發生互換),反之則表示兩者互換機率愈高,則間距越大。基於這項假設,可以從性狀間的互換率,推論性狀在染色體上的相對位置與距離。

這項任務有助於在遺傳學上譜出基因的相對位置,其在推論基因尺寸的用途則在於。若我們定義基因為乘載性狀的基本單位,若一項性狀能隨互換而遷移,表示這段區域至少包含了能獨立展現性狀的基因。因此,基因的最大尺寸可由染色體的體積,除以可互換而分離的性狀數量來估計。(由於)

基因具有令人訝異的穩定性

無論透過何種方式推論,原子的最大體積約為 300 Å,而單一原子的尺寸約為 1 Å,這意味著基因所含的原子數頂多在數百萬個之間。透過前一章所推論的,這樣的尺寸顯然過少了。那麼究竟有什麼使得基因能以保有如此問訂的特性