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巴巴拉·麦克林托克

美国细胞遗传学家（1902—1992）

芭芭拉·麦克林托克（英语：Barbara McClintock，1902年6月16日—1992年9月2日），美国著名女性细胞遗传学家。由于发现基因转座，在1983年获得诺贝尔生理学或医学奖，是首位没有共同得奖者、单独获得该奖项的女科学家[1]。

芭芭拉·麦克林托克1983年诺贝尔生理学或医学奖得主
Barbara McClintock
实验室里的芭芭拉
出生Eleanor McClintock
(1902-06-16)1902年6月16日
 美国康乃狄克州哈特福
逝世1992年9月2日(1992岁—09—02)（90岁）
 美国纽约州杭丁顿
国籍 美国
母校康乃尔大学
知名于研究玉米的遗传结构
奖项美国国家科学奖章（1970年）
路易莎·格罗斯·霍维茨奖(1982年)
诺贝尔生理学或医学奖 （1983年）
科学生涯
研究领域细胞遗传学
机构密苏里大学
冷泉港实验室
签名

出生于康乃狄克州哈特福市。 她于1923年毕业于康奈尔大学，并于1927年获得同一所大学的植物科学博士学位。 在康奈尔大学和NRC担任研究员之后，她于1936年至1941年成为密苏里大学的讲师。 从1942年到1967年，她成为华盛顿卡内基科学研究所遗传学系冷泉港研究所的研究员。

麦克林托克在DNA的结构被揭示之前就发现了转座子的存在，而且有一段时间， 她的开创性的理论长期以来一直被学术界所忽视。 该理论在后来的几年中被分子生物学技术的发展所证明，她在81岁时获得了诺贝尔奖，但是当她听到这一消息时，麦克林托克喃喃地说“好吧！” 她说她像往常一样回到了玉米田。

1970年，尼克松总统授予她美国国家科学奖章。1982年，她与利根川进（1987年诺贝尔医学奖获得者）一起，被哥伦比亚大学授予了路易莎·格罗斯·霍维茨奖。

早期生平

 
麦克林托克夫妇的孩子，从左到右：米尼安，汤姆，巴巴拉，和马乔里
 
伊拉兹玛斯殿堂高级中学
 
麦克林托克家庭，从左至右：米尼安，汤姆，巴巴拉，马乔里，和萨拉（在弹钢琴）

芭芭拉·麦克林托克于1902年6月16日出生于康乃狄克州哈特福市，父亲汤姆仕·麦克林托克（Thomas Henry McClintock）为英国移民是一名医生，母亲萨拉·汉迪·麦克林托克（Sara Handy McClintock）乳名葛蕾丝（Grace），是五月花号移民的后裔。芭芭拉的乳名为埃琳娜（Eleanor），是家中第三个孩子，分别有两个姐姐马乔里（Majorie，1898年生）和米尼安（Mignon，1900年生）和一个弟弟汤姆（Malcolm Rider，1903年生）[2]。后其父母觉得“埃琳娜”的名字过于女性化，便名为“芭芭拉”。芭芭拉自幼便十分独立，非常善于独处。大约从三岁起，芭芭拉都和姑姑及叔叔住在纽约布鲁克林，以减轻父母的经济负担，因为当时她的父亲正筹备建立诊所而急需用钱。许多人形容芭芭拉是一位独立的男人婆。她和父亲的关系亲密且紧扣，然而却与母亲关系不佳。

1908年麦克林托克全家前往纽约市布鲁克林区，因此芭芭拉得以在纽约市继续上学。她于1919年从伊拉兹玛斯殿堂高级中学（Erasmus Hall High School）毕业。在读高中期间，她对自然科学的兴趣和求知欲不断增长，并想上大学。毕业后顺利考入康纳尔大学农学院。但芭芭拉的母亲萨拉受当时保守的氛围影响而反对，认为女儿的高等教育会推迟她的婚姻（实际上，芭芭拉一直单身直到她去世）。因此不愿意让女儿去念大学。尽管如此，她的父亲还是帮助了芭芭拉，由于父亲的坚持，芭芭拉还是得以成功于1919年进入康纳尔大学学习[3][4]。大学学费是免税的，母亲在决定上大学后就积极地配合了这一程序。当时，女性上大学并不总是很普遍，但康奈尔大学是一所对于女性相对开放的大学。后来的父母记得当时的芭芭拉决定只去康奈尔大学，但芭芭拉说她不记得为什么选择康奈尔。

康奈尔大学的教育和研究

 
康乃尔大学的建筑

芭芭拉·麦克林托克于1919年考入康乃尔大学，于1923年顺利毕业并获植物学学士学位[3]。芭芭拉在大学期间起初加入了一系列学生自治组织和姊妹会，但是她发现她的性格不适合加入这类组织。课馀之外她对音乐，特别是爵士乐深感兴趣。芭芭拉对植物遗传学的兴趣始于1921年，当时她选修了由著名植物遗传学和育种家克劳德·B·哈钦森（英语：Claude B. Hutchison）（C. B. Hutchison）教授的遗传学[5][6][7]。哈钦森对芭芭拉的求知欲感动，在1922年专程打电话给她劝说她攻读遗传学研究生。芭芭拉后来回忆起这个电话时说：“毫无疑问，这个电话让我确定了我的未来，我将要成为一名遗传学家。”[8] 本科毕业后，芭芭拉继续在康乃尔大学攻读硕士和博士学位，分别于1925年和1927年获得植物学硕士和博士学位[9]。

 
每粒玉米都是一个单独的亲本株的子代，并且由于它具有许多易于视觉辨认的特征，因此当时的花形是遗传研究的主题。 实际的紫色归因于花青素，并且颜色表达的存在或不存在是从父母那里继承的。

从博士研究生期间开始，终身致力于玉米细胞遗传学研究。1927年在康乃尔大学获得植物学博士学位后，即成为该领域的先驱者。早期开创性工作有玉米染色体在减数分裂中的行为，如何利用细胞显微技术观察玉米染色体并从细胞学角度揭示遗传学定律，以及生殖细胞在减数分裂中的基因重组和染色体互换行为。芭芭拉·麦克林托克绘制了第一张玉米遗传图谱，将表现型性状定位到染色体上，并揭示了端粒和著丝粒的在稳定和保存遗传物质上的角色。基于以上研究，芭芭拉·麦克林托克荣获数项学术奖项并于1944年选为美国国家科学院院士。

1940年代至50年代，芭芭拉·麦克林托克首次发现并重点研究了玉米转座子，并利用转座理论解释了玉米亲代和子代间某些基因的开启和关闭。由于转座理论过于超前，在当时广受质疑，因此芭芭拉·麦克林托克在1953年后即停止继续发表相关研究结果。并转而从事继续研究南美洲玉米的细胞遗传和民族植物学。10年后分子生物学最终证明了她的理论的正确性与前瞻性，并得到广泛的认同。基于此，芭芭拉·麦克林托克被授予1983年诺贝尔生理学或医学奖，为迄今为止唯一单独获此殊荣的女科学家。

在芭芭拉攻读研究生和博士后/讲师阶段，细胞遗传学是一门新兴学科。芭芭拉一开始为植物细胞遗传学先驱罗威尔·廊道夫（ Lowell Fitz Randolph）和莱斯特·夏普（Lester W. Sharp）的研究助理。后和当时一些著名的科学家在康乃尔一起从事玉米细胞遗传学的研究。她所在的研究小组有许多当时非常有名的遗传学家和植物育种家，如育种家马库斯·罗玆、遗传学家乔治·韦尔斯·比德尔（后获诺贝尔医学或生理学奖）、当时女遗传学家哈丽特·克莱登（英语：Harriet Creighton）亦是这个研究组的博士研究生。当时植物育种系主任罗林斯·A·爱默生（遗传学家，孟德尔定律的重新发现者）虽然对细胞遗传学不甚了解，但对他们的研究工作给予很大的支持。

芭芭拉的早年工作重点是能在显微镜下观察并区分不同玉米染色体的显微技术。芭芭拉用洋红色染液对玉米小孢子细胞进行染色，从而得以从形态学上描述玉米的一套完整染色体（n＝10）。通过大量观察染色体型态，染色带和玉米表现型，芭芭拉成功将部分性状定位到染色体上并确定了其连锁关系。同时芭芭拉还对三倍体玉米的染色体性状进行描述，并在期刊《基因学（英语：Genetics (journal)）》上发表了研究成果。该研究成果被马库斯·罗玆评为康乃尔大学1929－1935年科研重大突破之一。

1930年，芭芭拉在实验中首次观察到减数分裂时同源染色体交叉，芭芭拉和研究生哈丽特·克莱登共同对此现象进行了一系列研究，并于次年用实验证明了染色体互换和连锁基因的基因重组的关系。她们进一步研究揭示染色体互换能产生新性状。在此之前，染色体交换导致基因重组只是托马斯·亨特·摩根提出的假说。麦克林托克和克莱登通过实验首次证明了这个观点的正确性。在此基础上，芭芭拉于1931年发表了首张玉米连锁遗传图谱，尽管这张图谱非常简单，仅仅是玉米9号染色体上三个基因的排列和相互距离。两人其他研究成果还有发现染色体交换不仅发生在同源染色体，也发生在同一个著丝粒相连的两个姐妹染色单体之间。随后，芭芭拉于1938年对染色体著丝粒进行了研究，描述了其结构和染色体分裂时的细节过程。

博士后时代

 
各种形状的染色体。 最下面一行中间的“ r”是一个圆形染色体，虽然它不是人类中的第一个，但麦克林托克还是独立地发现了这一点。

由于这些发现，并在他的同事们的支持下，麦克林托克获得了美国国家科学研究委员会授予的为期两年的研究奖学金。当时，康奈尔大学无意聘用女研究员作为全职教师，因此麦克林托克用这笔钱继续在康奈尔大学，密苏里大学和加利福尼亚理工学院（导师E.G.安德森）从事博士后研究。它成为一件事。但是，康奈尔大学除了支持麦克林托克的工作以外，甚至在离开康奈尔大学后，都将土地租给了麦克林托克，并藉出了实验室设备。麦克林托克购买了一辆二手福特A型车作为代步车在大学和田野之间移动。麦克林托克用很少的生活费用支付了汽车维修费用，多年来没有买新衣服。

1931年至32年，她加入密苏里大学植物遗传专业，和路易斯·斯塔德勒为同僚。斯塔德勒向她传授了其刚刚研究成功的X-射线诱变技术。麦克林托克利用X-射线处理其实验玉米后，发现了环状染色体是由于X-射线将染色体部分破坏后，两条染色体融合而来。因此她设想染色体的端粒应该是维持其稳定的重要部件。

巴巴拉毕业后仍留在康乃尔大学担任植物学的讲师，她集合好几个研究员进一步研究有关玉米的细胞遗传学。在研究期间她发明了用胭脂红色素去染玉米染色体的方法，使她成为第一位能染出玉米10条染色体的专家。1929年她在“遗传学报”发表了玉米有三倍体染色体的文章，令当时的科学家开始对玉米的研究有兴趣。接著在1930年她又成为第一个提出在减数分裂时染色体有交换现象发生的假设，由此她更观察出染色体透过重组会形成新的特征。1931年她发表了玉米的遗传谱。

在德国短期留学

 
威廉皇帝学会。 麦克林托克不习惯这里的研究生活。

1933年（大约31岁左右），国家研究委员会的研究奖学金到期时，麦克林托克在摩尔根，爱默生，和斯塔德勒的推荐下获得了德国古根汉基金会的资助。 最初的计划是使她能够与柏林的库尔特·斯特恩合作。但是自从纳粹上台，像斯特恩这样的犹太科学家面临第一次压制。斯特恩搬到加利福尼亚的加州理工学院，再也没有回到德国。古根海姆基金会敦促麦克林托克按计划前往柏林的威廉皇帝学会。她在该研究所所长理查德·戈尔德施密特中找到了一位有趣的对话者，尽管他拒绝了基因和突变的概念。 她未做好准备的政治局势令她震惊，以至于戈德施密特在几个星期后建议她离开柏林，并在弗赖堡的弗里德里希·奥克尔斯(Friedrich Oehlkers)安排一次逗留。但是，她也没有在那里呆太久，古根汉基金会也同意她早日返回美国[10]。

麦克林托克回美国后找不到正式工作。 在大多数情况下的女性研究人员，而不仅仅是在美国康奈尔大学的女性研究人员，都以研究助理或研究人员的妻子的形式获得工作机会。但是，麦克林托克拒绝为女性工作。

但是，她从来没有得到过男性工作，结果，麦克林托克除了研究以外很少做其他事情，有时被认为是叛逆的。

她在欧洲日益紧张的政治局势中提早离开德国，然后回到康奈尔，一直呆在那里，直到1936年，她接受了哥伦比亚市密苏里大学植物学系的路易斯·斯塔德勒提供的正式的助理教授职位。仍在康奈尔大学期间，她得到了爱默生的努力为她获得的洛克菲勒基金会的两年资助。

密苏里大学

 
杰西楼（Jesse Hall）。 密苏里大学的象征，建于1893年。

密苏里大学的路易斯·斯塔德勒渴望给麦克林托克一份工作。斯塔德勒说服该大学的秘书处于1936年春季聘请当时33岁的麦克林托克担任助理教授。尽管就能力和年龄而言，这种待遇对麦克林托克来说太低了，但这是她的第一份全职工作，这使麦克林托克得以专注于她的研究。年薪为$ 2,700（截至1937年）。

麦克林托克在密苏里学到使用X射线使基因突变的方法，透过此技术她成为第一个发现环状染色体的专家，更知道了染色体不稳定而形成此因的理论。她利用X射线来研究染色体的裂—合—桥周期（英语：breakage-fusion-bridge cycle）。在1938年证明了端粒和著丝粒扮演了保存染色体遗传讯息的角色。

冷泉港

 
冷泉港实验室

她在密苏里大学时因为身为女性，因此薪资只有极为不公平的3000美元，远少于其他男性研究员。所以到了1941年她终于受到了邀请去一个更好的“冷泉港实验室”，这里有更好的资源及支援供她继续从事研究工作。在1944年她在遗传上的杰出成就获得承认，巴巴拉成为“美国国家科学院”的院士，而当时她是史上第三位获得这项荣誉的女性。一年之后的1945年她更当选为“美国遗传学学会”的首位女性主席。

发现调节元件

 
Ac/Ds在控制元素和玉米镶嵌花色中的关系。 10中的种子是无色的，不存在Ac元素，并且Ds抑制了称为花青素的有色颜料的合成。 在11至13中，存在一份Ac。 Ds可以移动并产生一些花青素，从而形成马赛克图案。 在14的玉米粒中有两个Ac元素，在15中有三个。

1944年夏天，麦克林托克继续在冷泉港实验室研究为什么玉米种子会有不同颜色的主题，而且这颜色的不稳定遗传[11] 。经过一番研究，她找到了两个新的基因座，她将其命名为“Dissociator”（Ds）与“Activator”（Ac）。她找到的“Dissociator”不只是能打断染色体，当“Activator”存在时还能使邻近的基因改变。这突破性的发现使所有科学家大吃一惊。因为当时分子生物学技术并不发达，她只能用杂交的方法，再透过显微镜的观察才得到结论。她观察到当“Ds”移动时，“粒状蛋白色彩基因”（aleurone-color gene）就会不受抑制的释放出来，进而得到活化而合成色素。但前提是“Ac”要能先控制“Ds”的进行，更神奇的是“Ds”的转换是随意的，不同的玉米种子会有不同显色状态，因此颜色就会有所不同。综合研究观察后她提出一个理论－就是“Ds”与“Ac”这种活动元素，会调节基因的抑制力以及控制它的活性。她更称“Ds”和“Ac”是一种“调节单位”（controlling units），她大胆假设这种基因的调控解释了为什么在多细胞生物中，单一的基因组却能使不同细胞具有不同功能。但她这个新观念却和当时多数人一基因一功能的想法有所冲突，而且这理论在一时间很难被人了解及接受。但即使如此她却不理会世人的眼光，继续她的研究。一直到1953年大家既然仍不相信她，因此她被迫决定不再把资料及论文对外发表。

 
芭芭拉·麦克林托克和她的一项成果。

玉米的起源

 
麦克林托克的显微镜和玉米穗。在华盛顿特区国家自然历史博物馆展出。

1957年，麦克林托克获得了美国国家科学院和洛克菲勒基金会的资助，开始对中美洲和南美洲的本地野生玉米株进行研究。 该基金会的目的是了解野生玉米的濒危状况，但麦克林托克还试图了解玉米种植的传播以及人类迁徙和贸易的历史。 她还学习西班牙语，并于1958年至1960年在南美生活和学习。她对研究通过染色体变化的玉米进化很感兴趣[12] ，而且在南美这将使她能够更大规模地工作。麦克林托克探索了玉米各品种的染色体，形态和进化特征[13][14]。 在1960年代和1970年代进行了大量工作之后，麦克林托克和她的合作者发表了开创性的研究《玉米品种的染色体组成》，在古植物学，民族植物学和进化生物学上留下了印记[15]。

重新发现

 
芭芭拉·麦克林托克在诺贝尔演讲中

1960年代揭示了麦克林托克所作贡献的重要性，当法国科学家方斯华·贾克柏与贾克·莫诺发现了“乳糖操纵子”，从而认定乳糖操纵子与基因的调控有关时，她在1951年用“Ac/Ds”演示了这个概念。继贾克柏与莫诺于1961年发表的《分子生物学期刊》论文《蛋白质合成中的遗传调控机制》之后，麦克林托克注意到该理论与她的工作之间有许多相似之处，并在《美国博物学家》杂志发表了一篇论文，比较了乳糖操纵子及其在玉米中控制元素的成果 [16][17] 。 还发送了副本。 然而，即使莫诺也没有意识到麦金托克的研究的重要性，也没有在他的1961年评论中提及麦克林托克的论文。 麦克林托克也在1965年的布鲁克海文（Brookhaven）研讨会上作了演讲，但也没有任何回应。 即使在20世纪后期，麦克林托克对生物学的贡献仍未被广泛认为等同于基因调控的发现[18]。此外，莫诺因其操纵子理论等成就而获得1965年诺贝尔生理学或医学奖。

但其实早在十多年前巴巴拉就已经有类似发现，接著她将自己的研究应用到细菌及酵母菌上。随著时代的进步与分子生物学的发展，在1970年代，“Ds”与“Ac”终于被其他科学家复制繁殖成功，并且知道它是“II型转座子”，更清楚的了解其相关的机制。

1971年，麦克林托克从美国总统尼克松获得了美国国家科学奖章。 1973年，以她的名字命名了冷泉港实验室的一幢建筑物[19]。 1981年，她成为麦克阿瑟基金会麦克阿瑟奖的第一个获得者[20]，每年获得60,000美元，为期5年[21]，获得了拉斯克基础医学研究奖[22]，沃尔夫医学奖[23] 和托马斯·亨特·摩尔根奖章（与马库斯·罗兹）[24]。 1982年，麦克林托克因研究改变遗传信息和控制其遗传表达而获得哥伦比亚大学奖[25]。

终于证明巴巴拉当时的假设是正确的，因此她终于得到世人的认同并获得来自于各界的殊荣，而最大赞扬莫过于1983年诺贝尔生理学或医学奖。

晚年

麦克林托克在纽约长岛的冷泉港实验室担任该领域的关键负责人和研究员，此后她度过晚年，获得诺贝尔奖。 麦克林托克于1992年9月2日在纽约亨廷顿因自然原因去世，享年90岁。 她从未结婚或生过孩子[26][27]。

遗产

2005年5月4日，美国邮政局发行了“美国科学家”纪念邮票系列，这是一套四枚37美分的自粘邮票，采用几种配置。 描绘的科学家是麦克林托克、约翰·冯·诺伊曼、乔赛亚·威拉德·吉布斯和理查德·费曼。麦克林托克还在1989年瑞典出版的四邮票杂志上被作过专题报导，其中展示了八位获得诺贝尔奖的遗传学家的工作。康奈尔大学的一栋小楼和冷泉港实验室的一栋实验楼以她的名字来命名。 在柏林新的“阿德勒斯霍夫发展协会”科学园中，一条街道以她的名字命名[28]。

引用

  1. ^ Nobel Prize.
  2. ^ Davison., Reynolds, Moira. American women scientists : 23 inspiring biographies, 1900-2000. Jefferson, N.C.: McFarland. 1999. ISBN 978-0786406494. OCLC 40926627. 
  3. ^ 3.0 3.1 Comfort 2001，第23–27页.
  4. ^ Fedoroff 1995，第215页.
  5. ^ Kass & Provine 1997，第123页.
  6. ^ Kass 2000，第64页.
  7. ^ Fedoroff 1995，第216页.
  8. ^ McClintock 1983.
  9. ^ Kass 2003，第1251–1260页.
  10. ^ Nathaniel C. Comfort: The Tangled Field. Barbara McClintocks Search for the Patterns of Genetic Control. 2. Aufl., Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 2003, S. 60–62.
  11. ^ Comfort 2001，第84–94页.
  12. ^ Fedoroff 1995，第226页.
  13. ^ Comfort 2001，第209–217页.
  14. ^ CSHL Biography.
  15. ^ The Barbara McClintock Papers – Origins of Maize.
  16. ^ McClintock 1961，第265–277页.
  17. ^ Fedoroff 1995，第224页.
  18. ^ Comfort 1999，第133–162页.
  19. ^ BARBARA McCLINTOCK:A Brief Biographical Sketch. Cold Spring Harbor Laboratory Archives. [2009-08-10]. （原始内容存档于2011-08-21） （英语）. 
  20. ^ MacArthur Fellows. The John D. and Catherine T. MacArthur Foundation. [2009-08-10]. （原始内容存档于2011-08-21） （英语）. 
  21. ^ Barbara McClintock: The world has finally caught up to her ideas. (en) // Popular Mechanics : Journal. — 1984. — No. 2. — P. 62A.
  22. ^ The Lasker Foundation — 1981 Basic Medical Research Award. Lasker Foundation. [2009-08-15]. （原始内容存档于2011-08-21） （英语）. 
  23. ^ The 1981 Wolf Foundation Prize for Medicine. Wolf Foundation. [2009-08-15]. （原始内容存档于2011-08-21） （英语）. 
  24. ^ GSA — Genetics Society of America — Award Recipients. Genetics Society of America. [2009-08-15]. （原始内容存档于2004-12-12） （英语）. 
  25. ^ Past Recipients of the Louisa Gross Horwitz Prize. Columbia University. [2009-08-15]. （原始内容存档于2011-08-21） （英语）. 
  26. ^ Kolata 1992.
  27. ^ Washington Post.
  28. ^ Berlin.

参考文献

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