遗传学之父(遗传学书籍推荐)
遗传学之父(遗传学书籍推荐)
一颗豌豆能做什么?
阿基米德会思考如何以这颗豌豆为支点,让地球倾斜;英国人希望第二天醒来,沿着它的茎空,爬上天空;虽然游戏玩家会在家门口种豌豆来阻挡一大波僵尸的攻击…
大约150年前,一个和尚玩得没格调没水平,不小心打下了现代生物学的三大基石之一。
乔治·约翰·孟德尔(乔治·约翰·孟德尔)
他就是“现代遗传学之父”——格雷戈尔·约翰·孟德尔。
作为遗传规律最早的发现者,他是中学课本上的常客。
然而,他献身于自然科学的一生充满了孤独和轻蔑,尤其是他毕生努力的研究成果被忽视甚至埋没。
直到他去世16年后,他的理论发表35年后,才开始被认可和承认。
孟德尔故居新照片
孟德尔小时候和父母一起在农场劳动,生活非常艰苦。
大自然的花草激起了他好奇的童心。
他经常问他的父母,“到底为什么不同的树、水果和花以各种颜色和形状出现?”,但对答案一直不满意。
本11岁时,他的父亲打算让他休学。在他的请求下,家人决定不惜一切代价让他学习。
即使在父亲不幸丧失劳动能力后,他仍然拿出卖田谋生的钱作为学费。
他也努力学习,学习成绩一直名列前茅,但疾病与贫困袭来,他被迫休学回家。
康复后,为了继续学业,他当了家教补贴家用。但是,饭碗的问题始终困扰着他,最后迫使他继续学业。
1843年,未满21岁的孟德尔自愿放弃生育权出家。与信仰宗教不同,他承认自己进修道院是因为经济原因。
之后被送去做代课老师,他幽默风趣的讲课风格也深受学生欢迎。
受到鼓励,他决心成为一名正式教师,满怀信心去维也纳参加国考,可惜失败了。
在住持的帮助下,他去维也纳大学学习了两年,为下一次考试做准备。
他小时候充满了求知欲,但是家境贫寒却没有良好的教育环境,以至于他进入大学后,不放过任何一个学习的机会,学了数学,物理,化学等等。
其中有他从小就着迷的植物学。为了了解更多,我加入了维也纳植物学会。
按理说,当时一个知识储备很强的人通过考试是分分钟的事情,但他对植物学教授的一些观点有不同看法。
两人发生争执,直接导致他考试失败,当老师的梦想破灭。
他愤然回到修道院,心想一定要做出点成绩来证明自己。
不甘心的他,恰好赶上了修道院如研究所的时代。原本是神职人员的他们,也承担起科学家的工作,积极进行各种实验。可能看起来很奇怪,但当时的背景并没有违和感。
因此,孟德尔选择了“深耕”如何继承他从小就感兴趣的多彩自然的问题。
*注:西方实验科学与修道院关系密切。虽然它的研究和观察是为教会服务的,但是僧侣在观察实验中的新发现也会促进科学的发展。
此前,人们已经研究了遗传现象,并进行了杂交实验,但当时大多数生物学家都赞同“混合遗传”理论。
这种传统理论认为生物的遗传就像配色一样简单粗暴,白羊和黑羊交配就诞生了灰羊。
但孟德尔认为,如果后代只是简单地综合父母的性状,那么所有生物的性状如果重复就会趋于一致,这显然与多彩的大自然不符。
于是,他抛弃了权威的观点,几乎是从零开始研究。
起初,他选择了几种植物尝试做实验,但屡次失败。
后来他意识到,材料的选择是实验成功的关键,要用的植物必须有明显稳定的性状,杂交时不能受外界影响。
按照这个标准,他开始寻找20多种植物。我最后发现的是饭菜中不起眼的豌豆。
*注:性状(指生物体的形态结构、生理特征、行为习惯等特征。每个生物都有很多性状,比如形态特征(比如豌豆种子的颜色和形状)。
有了实验材料,接下来就是做实验了。但他拿的不是实验设备。相反,他在后院举起锄头,开始种豌豆。
好像别人在学化学,他在长豆子!别人在学神学,他也在种豆!别人在学物理的时候,他还在日复一日的种豆子。一个是整整两年。
就这样两年过去了,实验还没有真正开始。
本来,他想从34种不同类型的豌豆中挑选出明显的相对性状进行实验观察。最终只选出14种,组成7组参照物。
然后,他把这七种豌豆分别杂交,发现后代的性状不是双亲的组合,而是双亲中的一个。
奇怪的是,在第一代自花授粉产生的第二代中,双亲的两种性状再次表现出来。
具体来说,在实验中,当红花和白花(豌豆)杂交时,第一代的植株都开红花,但在自花授粉的第二代,又出现白花。
顺着这一现象,他试图扩大实验规模,对杂交后代进行仔细分类,并用数学方法进行统计分析。
他在第二代中记录了705株红豌豆和224株白豌豆,它们的比例接近3: 1。
同时,两对相对性状杂交时,子二代中四种类型的比例为9: 3: 3: 1,正好是3: 1的平方。
孟德尔在对近3万粒豌豆进行了来回测试后,最终得出结论:后代系列中杂种性状的分离比例为3: 1。
再进一步,从学术概观来看,是我们高中生物课本中熟知的两条定律。一种是分离定律,即决定同一性状的成对遗传因子相互分离,独立遗传给后代;二是自由组合定律,决定了不同遗传性状的遗传因子可以自由组合。
当时,达尔文对于进化论的进一步解释不知所措,他也在做这方面的大量实验。
但是达尔文没有孟德尔那样扎实的数学基础。他是一个从博物学家成长起来的生物学家,一直对数学持轻蔑的态度。
他经常说俏皮话来表达自己的态度:数学对于生物学就像木匠铺里的剃刀。
而孟德尔则将数学作为重要的工具,以简单的方式看待问题,从自然界的复杂性和多样性中剥茧,得到伟大的定律。
达尔文倒下的地方,成了孟德尔统治的领地,令人振奋。
*注:1859年达尔文提出进化论后,引来了严厉的批评:进化论违背了当时人们的基因共识。根据“混合论”,人物越来越单调,可供选择的人物不多,自然选择不存在。
1865年,在布鲁恩自然科学学会上,他满怀期待地宣读了自己的成果,犹如珍宝。
但结果令他失望。每个人都认为他说的似乎有道理,但他们认为无名是对的。
即使他的演讲被当地报道,也没有在学术界引起轰动。
当然,孟德尔拒绝放弃他8年的艰辛。一级论文发表后,他把40份印本寄给了各地的著名科学家。但他发出去的论文几乎石沉大海,反响寥寥。
本来孟德尔最坏的打算就是像达尔文释放进化论一样招来激烈的批判和打压。殊不知,遭遇学术冷暴力更可怕。没有人理解和认可,甚至没有人愿意听。
也许在人们眼里,他只是一个普通的牧师,没有博士或者教授的头衔。据说他辛苦研究的成果被认为“只是一个有魅力的懒人为了消遣而唠叨”。
也许孟德尔又一次反感,甚至感到寒心,人们对小人物的迷信权威和偏见态度。
幸运的是,他在遭遇寒流后很快调整心态继续展示自己的成就。他不仅种了豌豆,还在紫罗兰、茯苓、玉米、紫茉莉等植物上做了实验,发现都符合得出的结论。
他也不屑再去劝那些专家了,愿意耐得住寂寞。毕竟他的成就更像是各个时代的,短暂的埋没更像是整个学术界的损失。据他的一个朋友说,孟德尔相信“我的时代会到来”。
确实如此。但那是在他死后16年,他的理论发表后34年。同时,三位科学家发现了他的理论。
孟德尔和三位重新发现他的科学家
原本无可奈何的遗传学,也因为孟德尔的研究成果,突然产生了新的激情。好像大家都没事干了。这哥们提出了这个定律,打开了新世纪遗传学家的大门。
一被重新发现,遗传学就直接诞生了,染色体分离、交叉等破解生命遗传的研究成果接踵而至。
然后,遗传学和进化论的结合,诞生了分子生物学和重组DNA技术,全面改变了生命科学。
孟德尔和他的成就几乎出现在每个时代,他也不再是当初那个孤独的小人物,而是作为“超越时代的天才”被反复提及。