第四篇第五章从神父到科学家——孟德尔
儿子长得像父亲,女儿长得像母亲,人们都知道这是遗传。“种豆得豆,种瓜得瓜",“龙
龙,凤生凤,老鼠生儿会打洞",这句被称为“血统论"的俗语,也包含着遗传的含义。有遗
传,才有稳定的物种,狗不会生出猫来,燕子也只能孵化出雏燕。当然,生物间还有代的差
异,这指的是生物的进化性。
因为有遗传性,通过不同品种的杂交、嫁接,才能得到更优良的品种,现在人类为了不
断丰富自身的需要,培育出数不清的动植物新品种,而且还会有更多的新品种出现。
是谁揭开了遗传的秘密呢?他便是奥地利遗传学家孟德尔。
1832年的一天,奥地利西里西亚地区一个名叫海因赞多夫的小村庄,10岁的约翰正忙着
帮助父亲嫁接果树。父亲酷爱园艺,是果树栽培嫁接方面的行家,左邻右舍的农民经常来向
他请教。约翰从小就在父亲影响下学会了干各种农活,并且对果树嫁接产生了浓厚的兴趣。
一次小约翰问父亲:“爸爸,一枝小小的良种接穗,尽管全部养料都由劣种砧木供给,
为什么仍能长出粗大的枝干和香甜的果实?"
“孩子,我也不知道为什么,但事实的确如此。比养料力量更大是树木的本性,就是人
们称为‘遗传'的那种性质吧。"父亲根据自己掌握的知识回答了约翰的问题。
小约翰默默地听着,陷入了沉思:“树木的本性"、“遗传",那是怎么一回事呢?
他不断地喃喃自语。
童年的嫁接经验和小学校里组织的生物活动,那些生物学上的遗传现象在约翰幼小的心灵里
扎下了深深的根基,这对他成为举世闻名、发现遗传规律的伟大的生物学家影响极大,他就
是发现遗传三大定律的孟德尔。
孟德尔今天以遗传基本原理的发现者而驰名于世。然而他在有生之年却是一个默默无闻的奥
地利修道士和业余科学家,他那光辉的研究成果却被科学界忽视。
1822年,即拿破仑死后第二年,孟德尔生于当时奥地利西里西亚德语区一个贫穷的农民家庭
。他幼年名叫约翰·孟德尔,是家中五个孩子中惟一的男孩。他的故乡素有“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他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。孟德尔的超群智力给他留下深刻印象。他说服孟德尔的父母
送这个男孩进入更好的学校继续其学业。1833年,孟德尔进入一所中学。在他还是个少年的
时候,就很喜欢植物学,他在家乡的牧师和教师的影响下,增强了对自然的热爱。因此,他
学习过果树的嫁接和养蜂的方法。为了以后能成为牧师,他在经济十分困难的情况下,到奥
尔米茨(奥洛莫乌茨)哲学院里学习。1843年,他作为一个新手,进入布尔诺天主教奥古斯西
教团修道士的修道院(修道院的名字叫格雷戈尔)。1844年,孟德尔在布尔诺大学学习神学;
1847年,他被授予牧师圣职。他在学习时,就听迪布尔的农业、水果和葡萄种植课
。迪布尔与布隆(布尔诺)修道院的院长纳普一起,在修道院的园子里进行农作物的试
验。1848年,孟德尔接受了这所实验园。1849年,他又接受了一份合同,在兹纳姆文科学校
教拉丁文、希腊文、德文和数学。一年以后,他没有考取教员的职务,就去了维也纳,并从
1851年至1853年,在那里学习自然科学。一年以后,他在布隆(布尔诺)国立德文高级中学担
任自然课教员,并在此度过了14年。除此之外,他还参与布隆(布尔诺)“自然研究协会”的
工作。他在修道院里研究气象问题,并研究植物栽培和养蜂。
与此同时,孟德尔从1856年起开始进行他的著名的植物育种实验。 起初,孟德尔豌豆实验
并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是希望获得优良品种,只是在试验的过程中
,逐步把重点转向了探索遗传规律。除了豌豆以外,孟德尔还对其他植物做了大量的类似研
究,其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等,以期证明他发现的遗传规律对大多数植物都是适用
的。
从生物的整体形式和行为中很难观察并发现遗传规律,而从个别性状中却容易观察,
这也是科学界长期困惑的原因。孟德尔不仅考察生物的整体,更着眼于生物的个别性状,这
是他与前辈生物学家的重要区别之一。孟德尔选择的实验材料也是非常科学的。因为豌豆属
于具有稳定品种的自花授粉植物,容易栽种,容易逐一分离计数,这对于他发现遗传规律提
供了有利的条件。
孟德尔首先从许多种子商那里,弄来了34个品种的豌豆,从中挑选出22个品种用于实验。它
们都具有某种可以相互区分的稳定性状,例如高茎或矮茎、圆科或皱科、灰色种皮或白色种
皮等。
孟德尔通过人工培植这些豌豆,对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微的观察、
计数和分析。运用这样的实验方法需要极大的耐心和严谨的态度。他酷爱自己的研究工作,
经常向前来参观的客人指着豌豆十分自豪地说:“这些都是我的儿女!"
通过8个寒暑的辛勤劳作,孟德尔发现了生物遗传的基本规律,并得到了相应的数学关系式
。它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。孟德尔的两条遗传基本定律就是新遗传学的起点
,孟德尔也因此被后人称为现代遗传学的奠基人。
孟德尔的两条遗传基本定律是:
第一,当具有成对不同性状的植物杂交时,所生第一代杂种的性状都只与两个亲本中的一个
相同,另一亲本的性状在杂种第一代隐而不显。例如,高茎豌豆与矮茎豌豆杂交,后代全部
高茎,矮茎的性状隐而不显。孟德尔把在杂种第一代显现的性状(例如高茎、圆粒、灰色种
皮……),叫做显性;而把在杂种第一代隐而不显的性状(例如矮茎、皱粒、白色种皮……)
,叫做隐性。而将杂种第一代再自相交配(自花授粉)时,所生后代(杂种第二代)的性状
就不再相同,而会发生“分离”,而且显性性状个体数与隐性性状个体数间呈一恒定比数—
—三比一。这条规律,后来被称为“分离定律”或“孟德尔第一定律”。
第二,当同时具有两 对或两对以上不同性状的植物杂交(例如圆粒兼黄色的豌豆×皱粒兼绿
色的豌豆)并产生第二代杂种时,其中每个性状各自按三比一的比数独立分离,而互不干扰
。这条规律,后来被称为“自由组合定律”或“孟德尔第二定律”。
孟德尔发现的遗传规律,简略地表述,就是如此。尽管深入的研究表明,孟德尔提出的显隐
性概念仅具有相对的意义,而“孟德尔第二定律”也是必须附加限定条
件的,但此后的大量科学实践证明,它仍不失为揭示生物奥秘的带有根本意义的规律。而“
三比一”这个分离比数,也与数学上的π值或“黄金分割”比数一样,已被用金字书写在科
学殿堂的门额之上!
孟德尔清楚自己的发现所具有的划时代意义,但他还是慎重地重复实验了多年,以期
臻于完善。1865年,孟德尔在布鲁恩科学协会的会议厅,将自己的研究成果分两次宣读。
第一次,与会者礼貌而兴致勃勃地听完报告,孟德尔只简单地介绍了试验的目的、方法和过
程,为时一小时的报告就使听众如坠入云雾中。第二次,孟德尔着重根据实验数据进行了深
入的理论证明。可是,伟大的孟德尔思维和实验太超前了。与会者绝大多数是布鲁恩自
然科学协会的会员,其中既有化学家、地质学家也有生物学专业的植物学家、藻类学家。然
而,听众对连篇累牍的数字和繁复枯燥的论证毫无兴趣。他们跟不上孟德尔的思维。当时会
议记录在简要地记录孟德尔的报告时说:“没有提出问题,没有进行讨论。”1866年,这份
报告以一篇47页的文章的形式,刊登在自然研究学会的杂志上,可是,这篇文章也几乎未
受人们重视。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉他的秘密,时人多不能理解,在孟德尔还活着
的时候,他的遗传法则只被六位科学家相信,且惟有施马尔豪森认识到孟德尔定律的巨大
意义。但是当时的俄国并未重视他对孟德尔的评价,其他国家的人士也不知道他的评价。
1868年,孟德尔被任命为修道院的院长。从那时起,行政的职责使得他没有什么时间继续搞
植物实验。从1883年起,他患了肾病和心脏病,于1884年1月6日逝世,有数千人为他送葬,
大家为失去这样一位可亲和乐于助人的院长而悲伤,但谁也不了解他做出的伟大科学贡献,
他那光辉的研究成果几乎被世人遗忘,他从未得到过任何承认。
孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友,布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔
说:“看吧,我的时代来到了。"这句话成为伟大的预言。直到孟德尔逝世16年后,豌豆实
验论文正式出版后34年,他从事豌豆试验后43年,预言才变成现实。
随着20世纪雄鸡的第一声啼鸣,来自三个国家的三位科学家(荷兰的
雨果·德·弗里斯,德国的卡尔?考伦斯,奥地利的埃里克·冯·车尔麦克)各自独立工作
,却都意外地发现了孟德尔的文章。他们三人中每人都做自己的植物实验;每人都独自发现
了孟德尔定律;每人在发表自己的结果之前都在查阅文献中找到了孟德尔的原文;每人都认
真地引证了孟德尔的论文,用自己的实验结果证实了孟德尔的结论。一个多么奇妙的三重巧
合啊!同年也有一位英国科学家偶然发现了孟德尔的原文,并立即使其得到了其他科学家的
重视。到了年底,孟德尔得到了他有生之年就应该得到的祝贺。 1900年,成为遗传学史乃
至生物科学史上划时代的一年。从此,遗传学进入了孟德尔时代。
今天,通过摩尔根、艾弗里、赫尔希和沃森等数代科学家的研究,已经使生物遗传机制——
这个使孟德尔魂牵梦绕的问题建立在遗传物质DNA的基础之上。随着科学家破译了遗传密码
,人们对遗传机制有了更深刻的认识。现在,人们已经开始向控制遗传机制、防治遗传疾病
,合成生命等更大地造福于人类的工作方向前进。然而,所有这一