孟德尔的豌豆杂交实验豌豆实验背后的孟德尔

时间：2019-04-02 03:22:43　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　克隆技术、人类基因组计划、基因重组与治疗已经成为现代生命科学最为引人注目的领域，遗传学则是这座生命科学大厦中最为坚实和突出的部分。而为遗传学奠定第一块基石的，却是奥地利修道院里的一位修道士——孟德尔。他本人常常被视为一个默默无闻的、孤独的科学家。今年恰逢孟德尔诞辰190周年，时间会让一些事情变得模糊，我们应该重新发现豌豆实验背后那个真实的孟德尔。
　　慧眼识才的修道院长
　　1822年7月20日，孟德尔出生于奥地利西里西亚的一户贫苦农家。后来迫于生计，孟德尔不幸中途辍学，于1843年进入布隆修道院，成为了一名奥古斯丁教士。
　　修道院所在地摩拉维亚属于农业发达地区，许多修道士对科学知识，特别对绵羊育种与植物杂交有着浓厚的兴趣，时任修道院院长的纳泊也十分支持科学方面的研究，孟德尔遂在这良好的氛围中开始学习农学。当时教士的一个任务便是要经常造访医院，给处于痛苦中或濒临死亡的人以精神安慰，但孟德尔对此感到强烈不适，并因此而患病。院长便把他调到一家中学做代课老师，为了成为正式教师，孟德尔参加了国家组织的教师资格考试，但不幸没有通过。院长力排众议，不惜经费把孟德尔送往维也纳大学进修，以便使他能够顺利通过下次考试。
　　在维也纳大学期间，孟德尔如饥似渴地学习各门自然科学知识，还加入了维也纳植物学会。更重要的是，在维也纳大学所受的学术训练为孟德尔以后的科学研究奠定了基础，如孟德尔在以后的实验中应用的统计学与数学方法。孟德尔还做过著名物理学家多普勒的助手，或多或少地受到了多普勒独特科学方法的影响，这是他获得突破性成功的重要砝码之一。多普勒的研究方法与当时所流行的培根方法论相反，他主张首先通过分析问题来提出假设，而后再用实验去验证这个假设，这也是孟德尔在他的豌豆实验中所恪守的方法。
　　豌豆：上帝赐予他的精灵
　　从维也纳大学学成后，不幸再次降临在这位修道士身上，孟德尔在考取教师资格的考试中再次失败，只能回到修道院继续做代课教师。在代课的闲暇，他便开始着手进行那个著名的豌豆实验。幸运的是，院长纳泊再次坚定地支持孟德尔的选择，为他提供了实验田及温室。孟德尔在这片试验田里一干就是8年，期间独立得出了遗传学上的性状分离定律与自由组合定律。
　　从1854年夏天开始，孟德尔开始对34株不同的豌豆展开了实验，继而从中选出22株做进一步研究。孟德尔从中确定了7对可明确区分的性状作为研究对象，例如高茎与矮茎、紫花与白花、圆形子叶与皱缩子叶等，并发现了奇怪的3:1比例。以高茎与矮茎豌豆为例，如果用纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆杂交后，则第一代子代（后人称之为F1代）全部为高茎，矮茎性状似乎被隐藏了起来，再把F1代的高茎豌豆进行互相杂交，则在第二代（F2代）中，上次隐藏的矮茎豌豆又有出现，而且高矮茎的比例恒为3:1。孟德尔继续做了更多的实验，用了更多的样本，甚至观测了F5、F6代，结果发现，高矮茎总体比例大致还是趋于3:1，孟德尔经过思考后给出了解释。孟德尔认为：每个亲本生物的遗传性状是由两个分别来自父本和母本的遗传因子决定的，他把可表达的称为显性因子，如豌豆的高茎性状，把不表达的称为隐性因子，如豌豆的矮茎性状。在杂交中，隐性因子并不会消失，而总是在第二代以3:1的形式出现。
　　从某种意义上来说，孟德尔是幸运的，他幸运地选择了豌豆作为实验对象。豌豆具有清楚的7对特殊的性状，都属于不连续变异，没有中间等级，把不同性状的植株区分开来十分容易。而且后来的研究证明，决定豌豆每一性状的基因都是位于不同的染色体上，因此孟德尔的研究并没有被基因的伴性遗传、连锁关系搞得复杂化。
　　不被理解的豌豆实验
　　在1865年布隆自然史学会会议上，孟德尔分两次报告了自己的研究结果，其论文《植物杂交实验》在次年的学会会刊上发表，会刊被送往全世界100多家图书馆及科研机构，包括大名鼎鼎的英国皇家学会。但出乎意料的是，孟德尔没有得到什么有价值的讨论和反馈。
　　出席会议的人员和会刊的读者对孟德尔的豌豆实验都不感兴趣，他们当时正被达尔文的进化论所震撼，从而喜欢讨论恢弘的理论，而孟德尔的实验在他们眼中只是事实的堆砌，根本就不能称之为理论框架。加上当时的生物学家大多属于博物学家，很少有人懂得数学与统计学，所以对孟德尔的论文也不一定读得懂。他们也不屑于读，认为孟德尔的论文是纯数字神秘主义的东西。而且当时受进化论的影响，科学家往往关心能够带来实用利益的遗传性状，如控制奶牛产奶多少、绵羊出毛率大小的因子，对孟德尔的实验中所表现的“没有价值”的性状如豌豆是紫花还是白花、高茎或者矮茎不屑一顾。
　　为了让更多的人理解自己的成果，孟德尔索要了40本他的论文的单行本，发给了许多科学家，其中就包括知名植物学家耐格里和冯·马利劳。但是耐格里却迷信当时流行的融合遗传的理论，对孟德尔的论文毫无兴趣，他向孟德尔索取豌豆种子并答应进行实验，但是估计他一直没有进行此方面的实验。同时，他建议孟德尔用山柳菊来进行更多的实验，孟德尔花了5年时间，试图杂交山柳菊，但是山柳菊却与豌豆不同，实验结果不符合分离定律与自由组合定律。后来，科学界才认识到山柳菊之所以不符合孟德尔定律，是因为它较奇特的孤雌生殖方式。
　　被重新发现的“遗传学之父”
　　在逝世前，尽管因为山柳菊实验的失败也带来些许沮丧，但孟德尔还是坚信他的研究成果会被人们记住，他对一位朋友说：我的一生充满辛酸，但也有过美好的时光，因而我得感恩，毕竟我可以尽情地完成自然科学的研究。也许没多久，世人就会承认这项研究成果吧。
　　19世纪末期，细胞学得到了进一步的发展，魏斯曼对细胞分裂过程的染色体减数分裂做了合理的预言，此预言在1892年被显微镜观察所证实，同时对亚细胞行为的研究也得到进一步发展，这些都为学界接受孟德尔的理论铺垫了道路。在1900年，孟德尔遗传理论同时被3名科学家德弗里斯、柯灵斯与丘谢马克重新发现。起先他们都认为自己才是遗传定律的发现者，但是读到孟德尔的著作后，他们才明白这名修道士在30多年前就完美地解决了此问题，方法和严谨性丝毫不亚于他们，不禁大惊失色。孟德尔才作为遗传学创始人而名满天下。
　　不久之后，遗传学的发展一日千里。1903年，萨顿推测：染色体的减数分离，将构成孟德尔定律的物质基础；摩尔根的工作证明基因位于染色体上，并以特定的线性方式排列；赫尔希与蔡斯的实验又证明了DNA是遗传物质；沃森和克里克发现了DNA的双螺旋模型，从此使生物学走上了分子生物学的道路。如今，人类基因组序列草图早已完成，人类已经步入了后基因组时代，而这一切的一切，都是来源于布隆修道院里那幸运而又不幸的数豌豆的修道士——孟德尔。
　　【责任编辑】张小萌

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