书城科普读物站在巨人肩上-从孟德尔谈细胞遗传
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第1章 自我介绍

1822年,即拿破仑死后第二年,我出生在当时奥地利西里西亚德语区一个贫穷的农民家庭。幼年我被人称作约翰·孟德尔,是家中五个孩子中唯一的男孩。我的故乡素有“多瑙河之花”的美称,村里人都爱好园艺。一个叫施赖伯的人曾在我的故乡开办果树训练班,指导当地居民培植和嫁接不同的植物品种。我的聪明好学给施赖伯留下深刻印象。他说服我的父母将我送进更好的学校继续其学业。1833年,我进入一所中学。1840年,考入一所哲学学院。在大学中,我几乎身无分文,不得不经常为求学的资金而奔波。1843年,大学毕业后,21岁的我进入了修道院,不是由于受到上帝的感召,而是由于我感到“被迫走上生活的第一站,而这样便能解除我为生存而做的艰苦斗争”。因此,对于我来说,“环境决定了我职业的选择”。

1849年我获得一个担任中学教师的机会。但在1850年的教师资格考试中,我的成绩不好而未能通过考试。为了“起码能胜任一个初级学校教师的工作”,我所在的修道院根据一项教育令把我派到维也纳大学,希望我能得到一张正式的教师文凭。

就这样,我被准许在维也纳大学学习,度过了从1851年到1853年的四个学期。在此期间,我学习了物理学、化学、动物学、昆虫学、植物学、古生物学和数学。同时,我还受到杰出科学家们的影响,如多普勒,我为他当物理学演示助手;又如埃汀豪生,他是一位数学家和物理学家;还有翁格尔,他是细胞理论发展中的一位重要人物,但是由于否定植物物种的稳定性而受到教士们的攻击。我从他那里学到了把细胞看作为动植物有机体结构的观点。翁格尔是我遇到的最好的生物学家。他对遗传的看法具体而实际:遗传规律不是用精神本质决定的,也不是由生命力决定的,而是通过真实的事实来决定的。我在这方面也受到了翁格尔的很大影响。

1853年,已经31岁的我重新回到布尔诺的修道院。同时有机会在布尔诺一所刚创建的技术学校教课。大约从这时起,我决定把自己的一生贡献给生物学方面的具体实验。

1854年夏天,我开始用34个豌豆株系进行实验。1855年,继续试验它们在传递特性性状时的不变性。1856年,我开始了著名的一系列试验,八年试验的结果是产生了那篇在1865年“布隆自然历史学会”上宣读的论文。这篇论文1866年发表于该会的会议录上。就是这篇当时被完全忽视而日后被发掘出来的论文奠定了我在遗传学史上的地位。

孟德尔出生于捷克摩拉维亚的一个农民家庭,从小就在家里帮助父亲嫁接果树,在学习上已经表现出非凡的才能。1844-1848年,孟德尔在布隆大学哲学院学习神学,曾选修迪博尔教授的农学、果树学和葡萄栽培学等课程。1848年在维也纳大学期间,孟德尔先后师从著名物理学家多普勒、物理学家埃汀豪生和植物生理学家翁格尔,这三个人对他的科学思想无疑产生了很大影响。当时大多数科学家所惯用的方法是培根式的归纳法,而多普勒则主张,先对自然现象进行分析,从分析中提出设想,然后通过实验来进行证实或否决。埃汀豪生是一位成功地应用数学分析来研究物理现象的科学家,孟德尔曾对他的大作《组合分析》仔细拜读。孟德尔后来做豌豆实验,能坚持正确的指导思想,成功地将数学统计方法用于杂种后代的分析,与这两位杰出物理学家不无关系。翁格尔当时正从事进化学说的研究,他认为研究变异是解决物种起源问题的关键,并且用这种观点去启发他的学生孟德尔。通过翁格尔,孟德尔了解了盖尔特纳的杂交工作。盖尔特纳是一位经济富裕的科学家,他能不受拘束地在自己的花园内实施有性杂交的宏伟计划,曾用80个属700个种的植物,进行了万余项的独立实验,从中产生了258个不同的杂交类型,这些成果都记录在1849年出版的盖尔特纳的著作《植物杂交的实验与观察》中,虽然这本书写得既单调又重复,但涉及的范围很广,包含着一些极有价值的观察结果。达尔文和孟德尔都曾仔细地读过这本书。孟德尔读过的书至今还保存在捷克布隆的孟德尔纪念馆内,书中遍布记号和批注,有的内容正是以后孟德尔的实验计划里的组成部分。由此可见,一个伟大的科学思想的形成绝非偶然。

1854年以后,在布隆修道院做神父的孟德尔同时还在布隆国立德文高级中学代课,讲授物理学和博物学,为时长达14年之久。在此期间他完成了著名的豌豆实验,并成为摩拉维亚农业协会自然科学分会的会员。1867年,布隆修道院老院长纳普去世,孟德尔继任。从此,孟德尔为宗教职务所累,告别了教学和研究工作,直至1884年去世。

孟德尔的豌豆实验是从1855年开始的。从孟德尔的原始论文来看,他的实验目的很明确,就是通过植物杂交来探索生物的遗传规律。他用了34个豌豆品种,花了两年时间检验它们的纯种性,从中挑选出22个品种。经过仔细观察,在这22个品种中,他又选出7对具有明显差异性状的品种。然后,孟德尔针对这7对相对性状,一对一对地进行杂交和后代分析工作,这7对相对性状分别是:种子形状、种子颜色、种皮颜色、豆荚形状、豆荚颜色、花的位置、茎的高度。

孟德尔发现,每对杂交的子一代都表现显性性状,但子一代自花授粉产生的子二代就发生显性性状与隐性性状的分离,而且显性类型数目与隐性类型数目都接近3∶1。

由此,孟德尔提出颗粒性遗传因子的概念,并推论遗传因子在生物的体细胞中成对存在,体细胞形成生殖细胞时,成对的遗传因子发生分离,分别进入不同的生殖细胞中。这就是我们今天所说的遗传分离规律或孟德尔第一定律。杂交子一代产生的生殖细胞随机两两结合的结果,便导致了子二代性状呈3∶1的分离。

孟德尔所说的遗传因子具有颗粒性与独立性,不同的遗传因子在细胞中并不相互融合,形成生殖细胞时成对的遗传因子会相互分离。这种颗粒性遗传思想,使人们摒弃了以前长期流传的融合式遗传概念,这是孟德尔在科学思想史上的一项重大贡献。

孟德尔从3∶1这样简单的整数比得到遗传因子具有颗粒性的概念。这种从整数比到颗粒性的逻辑推理,很可能受到过英国化学家道尔顿的思想影响。1807年,道尔顿发现化学中的倍比定律,即两种元素化合成多种化合物时,与定量甲元素化合的乙元素,其质量成简单的整数比,由此道尔顿推论元素由微观颗粒——原子组成的思想,并认为分子由原子组成,得出著名的“原子-分子论”。

在孟德尔之后,1900年,德国物理学家普朗克提出,只有当振子能量为某一常量的整数倍时,黑体辐射理论中的种种困难才能消除,从而推论微观形式的能量以颗粒性方式存在,创立量子论。这也是一个由整数比到颗粒性的逻辑推理的著名例子。

在揭示了一对相对性状的遗传规律之后,孟德尔就进一步研究两对相对性状的遗传。孟德尔发现,具有两对不同相对性状的亲本豌豆杂交所得的子一代,两对相对性状都只表现显性性状,但在子一代自交所得的子二代中,出现了4种不同类型,其中两种是两个亲本分别具有的性状组合,另外,还出现了不同于亲本的两种重新组合。孟德尔由此推论,在体细胞形成生殖细胞时,不同对的遗传因子可以自由组合。这就是我们今天所说的遗传的自由组合规律或孟德尔第二定律。