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第12章 遗传的秘密

第一篇第十一章遗传的秘密

孩子像父母似乎是天经地义的事,父母和孩子之间总是有着惊人的相似性。无论身高、

体型、肤色,还是眼皮双单、睫毛长短、鼻翼大小……从子女身上都可以看到父母的影子。

这种父母和子女之间保存着的形态、结构、生理功能、生化反应行为本能等各个方面的相

似性,就叫做遗传。遗传是一种普遍的生命现象,不管你是万物之灵的人类,还是最简单的

噬菌体,只要是生物,都毫不例外地存在着遗传性。由于遗传的存在,所有的生物物种在漫

长的岁月中都保持着相对的稳定性。如几十万年前的山顶洞人和今天的人的模样并没有什么

差别,而四五亿年前的腕足类海豆芽,至今仍未发生显著变化。

子女像父母,但是子女又不完全和父母长得一模一样。即使是孪生子女——双胞胎之间

,都存在着这样或那样的差别。正所谓“龙生九子,各不相同”。因此,父母和子女之

间还存在着不完全一样的地方,也就是说,存在着变异。变异是指父母和子女在形态、结构

、生理功能、生化反应、行为本能等各方面的差异性。遗传学是研究生物的遗传和变异的科

学。说的通俗一点,就是研究生物的相似性和不相似性。子代为什么像亲代?子代和亲代之

间以及子代个体之间为什么既相似又不相似?这期间有什么规律呢?

孩子像父母,但又不完全像父母,通过这个现象,人们发现了什么呢?

奇怪的3∶1

首先发现其中规律的是来自奥地利的神甫——孟德尔。

孟德尔的非凡成就是从种植豌豆开始的。

1853年,孟德尔从维也纳学习归来时带回了一些豌豆种子,并立刻开始了预备试验。经

过几年的预备试验,孟德尔从众多性状中,只选出7对易于区别且能稳定遗传的性状。他最

初进行杂交时,所用的两个亲本(即父本和母本)都只相差一个性状。或者更确切地说,不论

其他性状的差异怎样,他都只把注意力集中在一个清楚的性状差异,或者说一对相对性状。

在豌豆品种中,有开红花的和开白花的。把开红花的植株与开白花的植株杂交,母本豆荚

中结的种子和由这些种子长成的植株为子一代,这个试验中的子一代全部开红花,这些开红

花的子一代白花授粉,所得的种子和它们长成的植株叫子二代。子二代中,除红花植株外,

又出现了白花植株,这种白花植株和亲代的白花植株是一样的。孟德尔对子二代中红花植株

和白花植株分别进行统计分析,发现红花占75%。白花占25%,对其他6对相对性状子二代

的统计分析也得出同样结论。即在单因子杂交的情况下,子二代都出现了3∶1的分离比。

孟德尔对上述现象进行了解释,并设计实验进行验证。验证结果表明,他的假设是正确

的。在上例的子一代中,虽然只表现红花。但白花因子并没有消失,也没有被吞并,经子一

代白交后,子二代白花又重新被分离出来,其比例是红花∶白花=3∶1,这样,孟德尔就得

到了3∶1的遗传规例,并由此确立了遗传的分离规律。

但必须注意,在单因子分析的情况下,子二代中出现3∶1的分离比,反映了生物的分离规

律具有的统计学的性质。该比例的出现是有条件的,并非任何情况下都出现3∶1。如果条件

不能满足,还可能出现1∶2或者1∶1甚至2∶1的分离比;如果找不到3∶1,因此而否定分离

规律,这是不正确的态度。所以我们说,不管分离的形式如何,分离规律的根本

原因是一致的,即分离规律的实质是相对因子(即现代遗传学中的等位基因)的分离,而不是

3∶1,3∶1只是其中之一的表现形式。3∶1的实现的其中之一的条件是子一代只表现一个亲

本性状,即所谓显性完全,子一代未表现的是隐性。现在看来,显隐性关系是相对的,

因依据的标准不同而发生改变,或者受到环境的影响,只有分离现象才有普遍意义。

基因自由组合规律

有一个耐人寻味的笑话在遗传界广为流传。英国大戏剧家萧伯纳一天在公园邂逅一位影

星,寒暄过后,当这位影星知道眼前这位绅士竟是仰慕已久的大名鼎鼎的戏剧家,不禁爱慕

油生,妩媚地挽着萧伯纳的手说:“让我们结合吧,我们的孩子一定有你的聪明和我的美丽

。”萧伯纳幽默地说:“如果生的孩子像你一样愚蠢,像我一样丑陋又该如何呢?”这个故

事生动而形象地说明了孟德尔第二定律——自由组合规律。

不同基因对中基因成员的行为和分配是独立的,这就是基因的自由组合规律,也叫做基因的

自由分配定律。

现在我们用2对性状的遗传规律来叙述自由组合规律。

孟德尔用黄色子叶、圆滑的豌豆和绿色子叶、皱皮的豌豆进行杂交。这里,圆滑皱皮是

一对相对性状,圆滑为显性,皱皮为隐性。黄色与绿色为另一对相对性状,即黄色为显性,

绿色为隐性。

杂交后的子一代和所预测的一样,由于只有显性表现,故所有个体都是黄色圆滑。但在

子1代自花受粉产生的子二代中,则出现了4种不同类型:黄色圆滑、绿色圆滑、黄色皱皮、

绿色皱皮。统计这4种类型的数目,发现它们之间的比率关系为:9∶3∶3∶1。

9∶3∶3∶1这个比率是怎么得来的呢?孟德尔假设:2对相对性状共同遗传时,单就每一对

性状来看,显性与隐性的比率都仍然是3∶1,表明这2对性状的遗传是互不影响的独立事件

既然如此,根据数学上的概率原理,两个独立事件同时发生的概率应当等于每一事件单独发

生时概率的乘积。如果用R代表圆滑,r代表皱皮,Y代表黄色子叶,y代表绿色子叶,在一对

性状遗传时,各种表型的概率分别为:

圆滑3/4,皱皮1/4;

黄色3/4,绿色1/4。

当这两对性状共同遗传时,各种表型的概率应当等于二者的乘积,即:

黄色圆滑的概率=3/4x3/4=9/16;

绿色圆滑的概率=1/4x3/4=3/16;

黄色皱皮的概率=3/4x1/4=3/16;

绿色皱皮的概率=1/4x1/4=1/16。

从这里看出,子二代各种表型的比率恰好是9∶3∶3∶1或(3∶1)2。

按同样道理推断,这两对性状在单独遗传时,各种基因型的比率分别为:1RR∶2Rr∶1rr与1

YY∶2Yy∶1yy。那么,当它们共同遗传时各种基因型的比率就应当是(1∶2∶1)2。

为了弄清子:代各种基因型的分离率是否确实如此,孟德尔又对子三代进行了试验,其结果

仍为1∶3∶3∶1。结果证明了子二代各种基因型的比率与预期一样,完全符合(1∶2∶1)2

通过这些试验,孟德尔领悟到9∶3∶3∶1比率的实质性原因是杂种RrYy产生配子时,

两对基因彼此独立地进行分离。R与r分离,各占1/2;Y与y分离,各占1/2。根据两个独立

事件同时发生的概率应当等于它们单独发生时概率的乘积的原理,杂种子一代就应当产生RY

、Ry、rY与ry4种雌雄配子,它们各占1/4。9∶3∶3∶1终于真相大白。

由此,孟德尔提出了自由组合规律,从此以后,人们终于明白为什么亲兄弟姐妹,即使是孪

生子也不会完全相同的原因了。因为人至少又几万对性状,由于决定性状的基因大部分是杂

合子,我们假定杂合基因有1 000对,那么新产生的配子的种类应该是21 000种。那么

所产生的配子几乎不会有两个完全相同的。正是因为基因的自由组合,在后代中产生了形形

色色重组新类型,为自然选择和生物进化提供了极为丰富的原料。

果蝇里发现的秘密

这个秘密的发现者是著名的遗传学家——摩尔根。

大约在1910年5月,在摩尔根的实验室室中诞生了一只白眼雄果蝇,而它的兄弟姐妹

的眼睛都是红色的,它是从哪里来的呢?它可能是用射线照射后突变而来的,也可能是从别

人实验室里产生而继承过来的。这时摩尔根家里正好添了第三个孩子,当他去医院见他妻子

时,他妻子的第一句话就是:“那只白眼雄果蝇怎么样了?”他的第三个孩子长得很好,而

那只白眼雄果蝇却长得十分虚弱,摩尔根把它带回家中,让它睡在床边的一只瓶子里,白

天把它带回实验室。不久他把这只果蝇与另一只红眼雌果蝇进行交配,在下一代果蝇中产生

了全是红眼的果蝇,一共是1 240只。后来,摩尔根让一只白眼雌果蝇与另一只正常的红眼

雄果蝇交配,却在其后代中得到一半是红眼、一半是白眼的雄果蝇,而雌果蝇却没有白眼,

全部雌果蝇都长有正常的红眼睛。

摩尔根对此现象如何解释呢?他说:“眼睛的颜色基因与性别决定基因是结合在一起的

,即在X染色体上。”就像我们现在所说的是连锁的,那样得到一条既带有白眼基因的X

染色体,又有一条Y染色体的话,即发育为白眼雄果蝇。

摩尔根及其同事,学生用果蝇做实验材料,到1925年已经在这个小生物身上发现它有四对染

色体,鉴定了约100个不同的基因,并且由交配实验而确定连锁程度,可以用来测量染色

体的距离。摩尔根也于1911年提出了染色体遗传理论。