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豌豆雜交f1産生的雌雄配子數量

生活 更新时间:2024-12-02 10:12:55

如果說,達爾文不是一位專業科學家出身,又沒有任何大學或科學研究機構的背景,支持他科學成就的,先是他的旅行見聞、資料收集,而後是父輩的遺産,再其後才獲得了英國皇家學會等會員的資格。

與達爾文相比,格裡格·孟德爾則完全是一個“業餘”。身為中學老師,卻沒有通過資格考試;身為神學院的神父,卻不善于宗教事務,而在業餘研究起了生物學,所選擇的研究方向偏偏又與達爾文相悖。這些因素注定使他孤獨并遭受挫折。

如果他能有什麼頭銜,或者能給自己安上什麼頭銜的話,或許在接到他的信以後,達爾文會打開讀上一讀,以後的情況可能就完全不同,很可惜,這個機會他也錯過了,終其一生,孟德爾的成果沒有得到任何認可。他本人不是任何學術團體的成員,但他的成果卻開辟了生物學的一個新領域——遺傳學,為生物學的發展奠定了又一塊重要的基石,在當代的基因學研究中,格裡格·孟德爾這個名字經常被提起,他被公認為現代遺傳學之父。

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格裡格·孟德爾

在修道院,孟德爾找到了一片可以自由耕種的土地,開始了豌豆雜交實驗。他創造性地采用了嚴格的篩選法,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。他不厭其煩地記錄着豌豆種子、豆莢、葉子、莖和花等在生長過程中彼此細微的差别,經過仔細篩選,确定了其中12 835株,并從中發現了一些有趣的現象。當把種子是黃顔色的豌豆株與綠色種子的豌豆株雜交以後,它們的後代總是黃的,然而再下一代,綠色再現的比率則是1:3。他還關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、豆莢形狀和顔色等都有所不同,通過雜交,在上述性質中,也呈現出類似的規律。

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孟德爾種植豌豆的地方

為了解釋這一發現,孟德爾引入了兩個重要的概念,即“隐性因子”和“顯性因子”。經他統計,有“純隐性”表現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出“純顯性”。經過近10年的系列實驗,孟德爾得到了兩個結論,由此成為遺傳學的兩個重要的定律,即分離定律和自由組合定律,後人把這兩個定律稱為孟德爾遺傳學定律。

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孟德爾的遺傳定律豌豆實驗圖解

1865年3月8日,孟德爾在布爾諾自然科學學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”在《布爾諾博物學會會刊》上發表,他又自籌資金印出了12冊單行本和40本抽樣樣本,發往世界各大圖書館,并寄給一些國際知名學者。他的研究成果被收錄到《大英百科全書》,在當時,這部百科全書是一部記錄科學思想的著作,具有很高的學術地位。這一機會使得孟德爾的光輝思想得以保留下來,一旦時機成熟,人們将會很容易地重新發現它。到那時,孟德爾獨辟蹊徑開辟的生物學研究新領域——遺傳學就會遍地生花。

然而在當時,由于還不具備接受的條件,孟德爾的思想遭到了學術界的普遍冷遇。在收到孟德爾單行本的人中,隻有慕尼黑大學的著名植物學家卡爾·威廉·耐格裡給他回了信,更多的人連郵件都沒有拆封。孟德爾給耐格裡回了信,把自己的成果向耐格裡和盤托出,不幸的是,耐格裡在1867年2月25日的再次回信中傲慢地指責了他,說他的實驗“遠遠沒有完成,隻不過是個開端”。并錯誤地建議孟德爾要用山柳菊做實驗。

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山柳菊 圖源:百度百科

山柳菊是孤雌、繁殖,根本不能完成父本母本的雜交,實驗結果自然不可能與孟德爾之前的實驗相符,這一錯誤判斷反到成為他反對孟德爾的口實。耐格裡在1884年以後所出版的大部分著作中對孟德爾的工作隻字不提。俄國的施馬爾豪森在自己的論著中倒是正确地闡述了孟德爾的創造性發現,但在該書的德文譯著中,卻把這一重要段落删去了。霍夫曼(O.Hofmann)也在自己的專著中多次提到孟德爾的發現,但都是孟德爾研究成果的細枝末節。

孟德爾遭遇到的冷遇是多種因素造成的。首先,他是在達爾文成功的光環之下獨辟蹊徑孤身而起的。當時是“進化論”主導的時代,盡管1859年達爾文《物種起源》剛一問世時也受到了各種阻力,但很快地,“生物的進化理論”迅速成為生物學研究的主題。當時的生物學家關注更多的是生物變化中的“進化因素”,而不是使物種保持穩定性的“遺傳因素”,孟德爾關于“遺傳因子”的獨特概念與特異的思路使他遊離于當時的學術主流之外。

此外,孟德爾的研究方法是獨辟蹊徑的。達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,而孟德爾所創立的是依據系統實驗、制定數學模型、采用數理統計方法做出定量分析,再通過邏輯推理得出結論,這一套科學方法遠居于達爾文和當時生物學研究的水平之上,因而使當時業内的資深人士感到不适。

在孟德爾遭拒中,學術的生态環境也是個不小的因素。講究“資質“與 “權威”的“門戶之見”形成壁壘,使“業餘科學”在當時的生态環境中缺乏立足之地與發聲的場所。在上述幾種因素之下,使得達爾文等人在接到孟德爾寄來的單行本之後,隻看了一下目錄,連正文書頁都沒有翻開,就擱置在一邊了。

這位改變人類命運的人,自己卻命途多舛。他是布爾諾修道院的修士,卻疏于宗教活動,除了以慈善名義去中學做兼職教師以外,唯一的工作就是做植物雜交實驗,他視為生命的成果被當時多數人所忽視。

孟德爾去世時,他的生前好友在當天的《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,一位熱心自然科學的促進者,一位模範的神父。”人們根本沒有意識到這是一個改寫了曆史的人。

直到1900年,孟德爾去世16年之後,才有幾位科學家發現了孟德爾定律,那時,離孟德爾公布他的遺傳學定律已過去了34年之久。這幾位科學家是荷蘭的德弗裡斯、德國的柯林斯、奧地利的史馬克以及斯皮爾曼。他們分别利用現代遺傳學的技術,獨立證實了孟德爾的遺傳學成果。

1933年,遺傳學者和植物學家柯林斯說:“我本來以為我們有了什麼新發現,但是,後來才突然明白,這本是格裡格·孟德爾早在60年前就發現了的結果。他所做的實驗不僅與德弗裡斯和我多年所做的實驗完全一樣,而且早在1866年就得出了同樣的解釋。”

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。為了這項事業,需要選擇大樣本持續雜交試驗,他傾其所能。他兩次參加教師資格考試,均因缺乏正規科學訓練被考官否定。他曾被選為修道院院長,但因為反對政府的稅收政策,使他在政治上左右碰壁。他并非沒有才能,是因為他所選擇的道路,使他“退化了其他的功能”。

在實驗上,他始終一絲不苟,先後試過30多種豌豆,做了7年實驗,授粉數百次,記錄上千次。艱苦的工作付出換來了非常關鍵性的結果,得到的卻是投報無門。支撐這一切的就是信念,他曾說:“我做科學研究,使我獲得極大的滿足。我堅信,在不久的将來,全世界将會認識到這一成果的價值。”

豌豆雜交f1産生的雌雄配子數量(他種豌豆29000株得出遺傳學定律)5

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,得知發現兩性細胞成熟時染色體減半的消息時,他長出了一口氣,因為他的遺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,發現了主宰遺傳學的重要定律,發表了他的成果,并整整被忽視了35年之後,全世界終于認識到了他的成果的價值。

1950年,遺傳學與生物化學相結合,催生了分子生物學,随後誕生了DNA技術,推動了生命科學、人類遺傳學、基因組學、生物信息學等學科應運而生。這些如花似錦的成果,正是由遺傳學這一基礎學科的帶動而萌發的,它帶來了生物技術産業的發展,引發了綠色革命,迎來了生物醫學科學的新時代,所有這些都發端于孟德爾的天才實驗和理論創新。

來源:《科學史上的365天》,略有删改

作者:魏鳳文 武轶

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