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種豌豆 29000 株得出遺傳學(xué)定律,成果卻被埋沒 35 年

原點(diǎn)閱讀 2022/11/28 23:31:14 責(zé)編:遠(yuǎn)生

如果說,達(dá)爾文不是一位專業(yè)科學(xué)家出身,又沒有任何大學(xué)或科學(xué)研究機(jī)構(gòu)的背景,支持他科學(xué)成就的,先是他的旅行見聞、資料收集,而后是父輩的遺產(chǎn),再其后才獲得了英國皇家學(xué)會等會員的資格。

與達(dá)爾文相比,格里格?孟德爾則完全是一個“業(yè)余”。身為中學(xué)老師,卻沒有通過資格考試;身為神學(xué)院的神父,卻在業(yè)余研究起了生物學(xué),所選擇的研究方向偏偏又與達(dá)爾文相悖。這些因素注定使他孤獨(dú)并遭受挫折。

如果他能有什么頭銜,或者能給自己安上什么頭銜的話,或許在接到他的信以后,達(dá)爾文會打開讀上一讀,以后的情況可能就完全不同,很可惜,這個機(jī)會他也錯過了,終其一生,孟德爾的成果沒有得到任何認(rèn)可。他本人不是任何學(xué)術(shù)團(tuán)體的成員,但他的成果卻開辟了生物學(xué)的一個新領(lǐng)域 —— 遺傳學(xué),為生物學(xué)的發(fā)展奠定了又一塊重要的基石,在當(dāng)代的基因?qū)W研究中,格里格?孟德爾這個名字經(jīng)常被提起,他被公認(rèn)為現(xiàn)代遺傳學(xué)之父。

格里格?孟德爾

在修道院,孟德爾找到了一片可以自由耕種的土地,開始了豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。他創(chuàng)造性地采用了嚴(yán)格的篩選法,在 33 種豌豆的不同品系中,選出了 22 種。

從 1856 年到 1863 年的 8 年間,一共種植了 29 000 株豌豆。他不厭其煩地記錄著豌豆種子、豆莢、葉子、莖和花等在生長過程中彼此細(xì)微的差別,經(jīng)過仔細(xì)篩選,確定了其中 12 835 株,并從中發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象。當(dāng)把種子是黃顏色的豌豆株與綠色種子的豌豆株雜交以后,它們的后代總是黃的,然而再下一代,綠色再現(xiàn)的比率則是 1:3。他還關(guān)注到了豌豆種子的形狀,有三角形還有圓形的,豌豆植株的開花、花的位置、豆莢形狀和顏色等都有所不同,通過雜交,在上述性質(zhì)中,也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律。

孟德爾種植豌豆的地方

為了解釋這一發(fā)現(xiàn),孟德爾引入了兩個重要的概念,即“隱性因子”和“顯性因子”。經(jīng)他統(tǒng)計(jì),有“純隱性”表現(xiàn)的概率是四分之一,四分之二是“混合性”,而另四分之一則表現(xiàn)出“純顯性”。經(jīng)過近 10 年的系列實(shí)驗(yàn),孟德爾得到了兩個結(jié)論,由此成為遺傳學(xué)的兩個重要的定律,即分離定律和自由組合定律,后人把這兩個定律稱為孟德爾遺傳學(xué)定律。

1865 年 3 月 8 日,孟德爾在布爾諾自然科學(xué)學(xué)會上宣讀了他的研究成果。次年,孟德爾的論文“植物雜交試驗(yàn)”在《布爾諾博物學(xué)會會刊》上發(fā)表,他又自籌資金印出了 12 冊單行本和 40 本抽樣樣本,發(fā)往世界各大圖書館,并寄給一些國際知名學(xué)者。他的研究成果被收錄到《大英百科全書》,在當(dāng)時,這部百科全書是一部記錄科學(xué)思想的著作,具有很高的學(xué)術(shù)地位。這一機(jī)會使得孟德爾的光輝思想得以保留下來,一旦時機(jī)成熟,人們將會很容易地重新發(fā)現(xiàn)它。到那時,孟德爾獨(dú)辟蹊徑開辟的生物學(xué)研究新領(lǐng)域 —— 遺傳學(xué)就會遍地生花。

然而在當(dāng)時,由于還不具備接受的條件,孟德爾的思想遭到了學(xué)術(shù)界的普遍冷遇。在收到孟德爾單行本的人中,只有慕尼黑大學(xué)的著名植物學(xué)家卡爾?威廉?耐格里給他回了信,更多的人連郵件都沒有拆封。孟德爾給耐格里回了信,把自己的成果向耐格里和盤托出,不幸的是,耐格里在 1867 年 2 月 25 日的再次回信中傲慢地指責(zé)了他,說他的實(shí)驗(yàn)“遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成,只不過是個開端”。并錯誤地建議孟德爾要用山柳菊做實(shí)驗(yàn)。

山柳菊是孤雌繁殖,根本不能完成父本母本的雜交,實(shí)驗(yàn)結(jié)果自然不可能與孟德爾之前的實(shí)驗(yàn)相符,這一錯誤判斷反到成為他反對孟德爾的口實(shí)。耐格里在 1884 年以后所出版的大部分著作中對孟德爾的工作只字不提。俄國的施馬爾豪森在自己的論著中倒是正確地闡述了孟德爾的創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn),但在該書的德文譯著中,卻把這一重要段落刪去了?;舴蚵∣.Hofmann)也在自己的專著中多次提到孟德爾的發(fā)現(xiàn),但都是孟德爾研究成果的細(xì)枝末節(jié)。

孟德爾遭遇到的冷遇是多種因素造成的。首先,他是在達(dá)爾文成功的光環(huán)之下獨(dú)辟蹊徑孤身而起的。當(dāng)時是“進(jìn)化論”主導(dǎo)的時代,盡管 1859 年達(dá)爾文《物種起源》剛一問世時也受到了各種阻力,但很快地,“生物的進(jìn)化理論”迅速成為生物學(xué)研究的主題。當(dāng)時的生物學(xué)家關(guān)注更多的是生物變化中的“進(jìn)化因素”,而不是使物種保持穩(wěn)定性的“遺傳因素”,孟德爾關(guān)于“遺傳因子”的獨(dú)特概念與特異的思路使他游離于當(dāng)時的學(xué)術(shù)主流之外。

此外,孟德爾的研究方法是獨(dú)辟蹊徑的。達(dá)爾文所代表的那一代生物研究者所依賴的是觀察與定性研究,而孟德爾所創(chuàng)立的是依據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、制定數(shù)學(xué)模型、采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法做出定量分析,再通過邏輯推理得出結(jié)論,這一套科學(xué)方法遠(yuǎn)居于達(dá)爾文和當(dāng)時生物學(xué)研究的水平之上,因而使當(dāng)時業(yè)內(nèi)的資深人士感到不適。

在孟德爾遭拒中,學(xué)術(shù)的生態(tài)環(huán)境也是個不小的因素。講究“資質(zhì)“與 “權(quán)威”的“門戶之見”形成壁壘,使“業(yè)余科學(xué)”在當(dāng)時的生態(tài)環(huán)境中缺乏立足之地與發(fā)聲的場所。在上述幾種因素之下,使得達(dá)爾文等人在接到孟德爾寄來的單行本之后,只看了一下目錄,連正文書頁都沒有翻開,就擱置在一邊了。

這位改變?nèi)祟惷\(yùn)的人,自己卻命途多舛。他是布爾諾修道院的修士,除了以慈善名義去中學(xué)做兼職教師以外,唯一的工作就是做植物雜交實(shí)驗(yàn),他視為生命的成果被當(dāng)時多數(shù)人所忽視。

孟德爾去世時,他的生前好友在當(dāng)天的《布爾諾日報》刊登訃告說:“他的逝世,使窮人失去了一位捐款人,使人類失去了一位高尚的人,一位熱心自然科學(xué)的促進(jìn)者,一位模范的神父。”人們根本沒有意識到這是一個改寫了歷史的人。

直到 1900 年,孟德爾去世 16 年之后,才有幾位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了孟德爾定律,那時,離孟德爾公布他的遺傳學(xué)定律已過去了 34 年之久。這幾位科學(xué)家是荷蘭的德弗里斯、德國的柯林斯、奧地利的史馬克以及斯皮爾曼。他們分別利用現(xiàn)代遺傳學(xué)的技術(shù),獨(dú)立證實(shí)了孟德爾的遺傳學(xué)成果。

1933 年,遺傳學(xué)者和植物學(xué)家柯林斯說:“我本來以為我們有了什么新發(fā)現(xiàn),但是,后來才突然明白,這本是格里格?孟德爾早在 60 年前就發(fā)現(xiàn)了的結(jié)果。他所做的實(shí)驗(yàn)不僅與德弗里斯和我多年所做的實(shí)驗(yàn)完全一樣,而且早在 1866 年就得出了同樣的解釋?!?/p>

孟德爾所選擇的人生道路注定不會有功利性回報,與此相反,他的損失很多。為了這項(xiàng)事業(yè),需要選擇大樣本持續(xù)雜交試驗(yàn),他傾其所能。他兩次參加教師資格考試,均因缺乏正規(guī)科學(xué)訓(xùn)練被考官否定。他曾被選為修道院院長,但因?yàn)榉磳φ亩愂照?,使他在政治上左右碰壁。他并非沒有才能,是因?yàn)樗x擇的道路,使他“退化了其他的功能”。

在實(shí)驗(yàn)上,他始終一絲不茍,先后試過 30 多種豌豆,做了 7 年實(shí)驗(yàn),授粉數(shù)百次,記錄上千次。艱苦的工作付出換來了非常關(guān)鍵性的結(jié)果,得到的卻是投報無門。支撐這一切的就是信念,他曾說:“我做科學(xué)研究,使我獲得極大的滿足。我堅(jiān)信,在不久的將來,全世界將會認(rèn)識到這一成果的價值?!?/p>

孟德爾 畫像

晚年的孟德爾生活十分孤寂,1884 年 1 月 6 日,他罹患腎炎去世,享年 61 歲。在生命垂危之際,得知發(fā)現(xiàn)兩性細(xì)胞成熟時染色體減半的消息時,他長出了一口氣,因?yàn)樗倪z傳定律終于得到了有力的證明。他對朋友說:“看吧,我的時代到來了!”

孟德爾說對了,他期盼的時代果然到來了。在完成了 29 000 次乏味的雜交育種試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了主宰遺傳學(xué)的重要定律,發(fā)表了他的成果,并整整被忽視了 35 年之后,全世界終于認(rèn)識到了他的成果的價值。

1950 年,遺傳學(xué)與生物化學(xué)相結(jié)合,催生了分子生物學(xué),隨后誕生了 DNA 技術(shù),推動了生命科學(xué)、人類遺傳學(xué)、基因組學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。這些如花似錦的成果,正是由遺傳學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科的帶動而萌發(fā)的,它帶來了生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,引發(fā)了綠色革命,迎來了生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的新時代,所有這些都發(fā)端于孟德爾的天才實(shí)驗(yàn)和理論創(chuàng)新。

來源:《科學(xué)史上的 365 天》,略有刪改
作者:魏鳳文 武軼
編輯:張潤昕

本文來自微信公眾號:原點(diǎn)閱讀 (ID:tupydread),作者:魏鳳文、武軼,編輯:張潤昕

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