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种豌豆 29000 株得出遗传学定律,成果却被埋没 35 年

2022-11-28 23:31原点阅读(科学史上的365天)67评

如果说,达尔文不是一位专业科学家出身,又没有任何大学或科学研究机构的背景,支持他科学成就的,先是他的旅行见闻、资料收集,而后是父辈的遗产,再其后才获得了英国皇家学会等会员的资格。

与达尔文相比,格里格・孟德尔则完全是一个“业余”。身为中学老师,却没有通过资格考试;身为神学院的神父,却在业余研究起了生物学,所选择的研究方向偏偏又与达尔文相悖。这些因素注定使他孤独并遭受挫折。

如果他能有什么头衔,或者能给自己安上什么头衔的话,或许在接到他的信以后,达尔文会打开读上一读,以后的情况可能就完全不同,很可惜,这个机会他也错过了,终其一生,孟德尔的成果没有得到任何认可。他本人不是任何学术团体的成员,但他的成果却开辟了生物学的一个新领域 —— 遗传学,为生物学的发展奠定了又一块重要的基石,在当代的基因学研究中,格里格・孟德尔这个名字经常被提起,他被公认为现代遗传学之父。

格里格・孟德尔

在修道院,孟德尔找到了一片可以自由耕种的土地,开始了豌豆杂交实验。他创造性地采用了严格的筛选法,在 33 种豌豆的不同品系中,选出了 22 种。

从 1856 年到 1863 年的 8 年间,一共种植了 29 000 株豌豆。他不厌其烦地记录着豌豆种子、豆荚、叶子、茎和花等在生长过程中彼此细微的差别,经过仔细筛选,确定了其中 12 835 株,并从中发现了一些有趣的现象。当把种子是黄颜色的豌豆株与绿色种子的豌豆株杂交以后,它们的后代总是黄的,然而再下一代,绿色再现的比率则是 1:3。他还关注到了豌豆种子的形状,有三角形还有圆形的,豌豆植株的开花、花的位置、豆荚形状和颜色等都有所不同,通过杂交,在上述性质中,也呈现出类似的规律。

孟德尔种植豌豆的地方

为了解释这一发现,孟德尔引入了两个重要的概念,即“隐性因子”和“显性因子”。经他统计,有“纯隐性”表现的概率是四分之一,四分之二是“混合性”,而另四分之一则表现出“纯显性”。经过近 10 年的系列实验,孟德尔得到了两个结论,由此成为遗传学的两个重要的定律,即分离定律和自由组合定律,后人把这两个定律称为孟德尔遗传学定律。

1865 年 3 月 8 日,孟德尔在布尔诺自然科学学会上宣读了他的研究成果。次年,孟德尔的论文“植物杂交试验”在《布尔诺博物学会会刊》上发表,他又自筹资金印出了 12 册单行本和 40 本抽样样本,发往世界各大图书馆,并寄给一些国际知名学者。他的研究成果被收录到《大英百科全书》,在当时,这部百科全书是一部记录科学思想的著作,具有很高的学术地位。这一机会使得孟德尔的光辉思想得以保留下来,一旦时机成熟,人们将会很容易地重新发现它。到那时,孟德尔独辟蹊径开辟的生物学研究新领域 —— 遗传学就会遍地生花。

然而在当时,由于还不具备接受的条件,孟德尔的思想遭到了学术界的普遍冷遇。在收到孟德尔单行本的人中,只有慕尼黑大学的著名植物学家卡尔・威廉・耐格里给他回了信,更多的人连邮件都没有拆封。孟德尔给耐格里回了信,把自己的成果向耐格里和盘托出,不幸的是,耐格里在 1867 年 2 月 25 日的再次回信中傲慢地指责了他,说他的实验“远远没有完成,只不过是个开端”。并错误地建议孟德尔要用山柳菊做实验。

山柳菊是孤雌繁殖,根本不能完成父本母本的杂交,实验结果自然不可能与孟德尔之前的实验相符,这一错误判断反到成为他反对孟德尔的口实。耐格里在 1884 年以后所出版的大部分著作中对孟德尔的工作只字不提。俄国的施马尔豪森在自己的论著中倒是正确地阐述了孟德尔的创造性发现,但在该书的德文译著中,却把这一重要段落删去了。霍夫曼(O.Hofmann)也在自己的专著中多次提到孟德尔的发现,但都是孟德尔研究成果的细枝末节。

孟德尔遭遇到的冷遇是多种因素造成的。首先,他是在达尔文成功的光环之下独辟蹊径孤身而起的。当时是“进化论”主导的时代,尽管 1859 年达尔文《物种起源》刚一问世时也受到了各种阻力,但很快地,“生物的进化理论”迅速成为生物学研究的主题。当时的生物学家关注更多的是生物变化中的“进化因素”,而不是使物种保持稳定性的“遗传因素”,孟德尔关于“遗传因子”的独特概念与特异的思路使他游离于当时的学术主流之外。

此外,孟德尔的研究方法是独辟蹊径的。达尔文所代表的那一代生物研究者所依赖的是观察与定性研究,而孟德尔所创立的是依据系统实验、制定数学模型、采用数理统计方法做出定量分析,再通过逻辑推理得出结论,这一套科学方法远居于达尔文和当时生物学研究的水平之上,因而使当时业内的资深人士感到不适。

在孟德尔遭拒中,学术的生态环境也是个不小的因素。讲究“资质“与 “权威”的“门户之见”形成壁垒,使“业余科学”在当时的生态环境中缺乏立足之地与发声的场所。在上述几种因素之下,使得达尔文等人在接到孟德尔寄来的单行本之后,只看了一下目录,连正文书页都没有翻开,就搁置在一边了。

这位改变人类命运的人,自己却命途多舛。他是布尔诺修道院的修士,除了以慈善名义去中学做兼职教师以外,唯一的工作就是做植物杂交实验,他视为生命的成果被当时多数人所忽视。

孟德尔去世时,他的生前好友在当天的《布尔诺日报》刊登讣告说:“他的逝世,使穷人失去了一位捐款人,使人类失去了一位高尚的人,一位热心自然科学的促进者,一位模范的神父。”人们根本没有意识到这是一个改写了历史的人。

直到 1900 年,孟德尔去世 16 年之后,才有几位科学家发现了孟德尔定律,那时,离孟德尔公布他的遗传学定律已过去了 34 年之久。这几位科学家是荷兰的德弗里斯、德国的柯林斯、奥地利的史马克以及斯皮尔曼。他们分别利用现代遗传学的技术,独立证实了孟德尔的遗传学成果。

1933 年,遗传学者和植物学家柯林斯说:“我本来以为我们有了什么新发现,但是,后来才突然明白,这本是格里格・孟德尔早在 60 年前就发现了的结果。他所做的实验不仅与德弗里斯和我多年所做的实验完全一样,而且早在 1866 年就得出了同样的解释。”

孟德尔所选择的人生道路注定不会有功利性回报,与此相反,他的损失很多。为了这项事业,需要选择大样本持续杂交试验,他倾其所能。他两次参加教师资格考试,均因缺乏正规科学训练被考官否定。他曾被选为修道院院长,但因为反对政府的税收政策,使他在政治上左右碰壁。他并非没有才能,是因为他所选择的道路,使他“退化了其他的功能”。

在实验上,他始终一丝不苟,先后试过 30 多种豌豆,做了 7 年实验,授粉数百次,记录上千次。艰苦的工作付出换来了非常关键性的结果,得到的却是投报无门。支撑这一切的就是信念,他曾说:“我做科学研究,使我获得极大的满足。我坚信,在不久的将来,全世界将会认识到这一成果的价值。”

孟德尔 画像

晚年的孟德尔生活十分孤寂,1884 年 1 月 6 日,他罹患肾炎去世,享年 61 岁。在生命垂危之际,得知发现两性细胞成熟时染色体减半的消息时,他长出了一口气,因为他的遗传定律终于得到了有力的证明。他对朋友说:“看吧,我的时代到来了!”

孟德尔说对了,他期盼的时代果然到来了。在完成了 29 000 次乏味的杂交育种试验,发现了主宰遗传学的重要定律,发表了他的成果,并整整被忽视了 35 年之后,全世界终于认识到了他的成果的价值。

1950 年,遗传学与生物化学相结合,催生了分子生物学,随后诞生了 DNA 技术,推动了生命科学、人类遗传学、基因组学、生物信息学等学科应运而生。这些如花似锦的成果,正是由遗传学这一基础学科的带动而萌发的,它带来了生物技术产业的发展,引发了绿色革命,迎来了生物医学科学的新时代,所有这些都发端于孟德尔的天才实验和理论创新。

来源:《科学史上的 365 天》,略有删改
作者:魏凤文 武轶
编辑:张润昕

本文来自微信公众号:原点阅读 (ID:tupydread),作者:魏凤文、武轶,编辑:张润昕

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