约翰·格雷戈尔·孟德尔,遗传学的创始人,他提出的遗传法则与细胞学的进展相结合形成了细胞遗传学。
1822年7月20日,遗传学的创始人约翰·格雷戈尔·孟德尔生于奥地利西里西亚附近的海因泽多夫村。孟德尔誉为遗传学的创始人。
在远古时代的,人们就注意到孩子或多或少有与其父母相像的地方,从17世纪始,人们开始对遗传现象进行实验性的研究。1683年,荷兰学者列文虎克曾报道:将野生的灰雄兔和有颜色的雌兔放在一块让其交配,结果生下来的所有兔子全与母兔颜色无关,而呈现公兔的灰色。在孟德尔之前,许多遗传学家已经进行了很多研究工作,他们描绘了一大堆有趣的遗传现象,他们曾设想过与今日基因相似的物质,但遗憾的是,他们对于这类遗传因子(今称为基因)的重组和分离等都没有进行数量关系的分析。他们并没有发现“遗传法则”,而孟德尔注意到了这一点。通过8年豌豆杂交遗传试验的反复观察研究,他找到了生物的“遗传法则”,从而奠定了现代遗传学的基础。这种独创性足以证明孟德尔是遗传学的创始人。
孟德尔祖籍德国,他父亲是一位农民,务农之余尤爱花草果树。孟德尔自幼聪明,常随父亲在花园里栽培各种花草。孟德尔6岁时入本村小学就读,课余兴趣全在种植花卉和养蜂上。在这样的环境中,他掌握了不少植物栽培和管理方面的知识。因家境贫寒,其父一度让他休学,学校一位教师看出了孟德尔的培养前途,极力劝说其父亲,孟德尔才得以继续学习。从小学到中学,孟德尔成绩一直名列前茅。1840年,孟德尔考入奥尔米茨大学哲学学院,学习数学和物理等课程,为以后的遗传学研究工作打下了坚实基础。1843年,孟德尔结束了奥尔米茨大学的学习,进入了布隆的圣·托马斯·奥古斯丁修道院,做了一名传教士,几年后升任神父。孟德尔虽以宗教为职,但对神学并没有多大兴趣,把时间放到了生物学、气象学、地质学等自然科学上。1852年,孟德尔被修道院院长送到了维也纳大学,系统学习物理、化学、数学、动物学、植物学和昆虫学等自然科学知识。1853年,孟德尔结束维也纳的学习回到修道院,继续他在小花园内进行一些植物的遗传学实验。
孟德尔想要解决的问题现在看来似乎并不复杂,他希望弄清楚植物的形态和花的颜色是根据什么法则传递给后代的。也就是说,生物性状的遗传是否有规则可循,以前许多人的实验似乎已经看到一些有规律的结果,但是,究竟是什么规律,为什么会产生这种有规律的现象,这些问题成了生物学家迫切需要解决的重大问题。1856年的春天,孟德尔在修道院的植物园中新开了一块废弃不用的荒地,栽种了豌豆、菜豆、玉米、草莓等,还饲养了蜜蜂、家鼠等小动物,以便从中挑选能进行动植物遗传杂交试验的材料。经过许多次的实践和多年的经验,孟德尔选中了豌豆。孟德尔挑了22个性状稳定的品种,又选出7对可以明显区分的性状,如黄色和绿色的叶子,高茎和矮茎,光滑种子和皱皮种子,豆荚饱满和不饱满等等。他将具有成对不同性状的豌豆进行人工杂交(例如高茎×矮茎,圆粒×皱粒等),然后把杂交产生的第一代杂交种再相互交配,并详细记录它们的“子孙”的各种性状。年复一年,冬去春来,每天他都要全神贯注、小心翼翼地观察这个实验。有一天,孟德尔的好朋友气象学家耐塞尔教授来到修道院,经过一番愉快交谈后,耐塞尔问:“听说你正在进行一项豌豆试验?”“是啊!今年已是第三个年头了。”“能让我参观一下吗?”“正要您指导!”孟德尔从维也纳大学结束学习回到布尔诺后,受聘为布尔诺高等技术学院助教,主要教物理和生物。在学院中,这位30多岁、学识渊博、待人谦和的有着胖胖圆脸的青年教师很快获得了教授们的好感,耐塞尔教授尤其喜欢这个勤奋、厚道的年轻人。他们经常在一起讨论交流各自不同领域中的研究体会。今天,耐塞尔提出要看一下豌豆试验,正是孟德尔求之不得的事情。
他们穿过一条长长的林荫道,绕过那五彩缤纷、香气袭人的花圃,来到了一块狭长的、种满了豌豆的园地。这是一块约35米长、7米宽的土地,并不肥沃,但一排豌豆却长势喜人。“你看,就是这些豌豆,长得多好!”孟德尔喜滋滋地指着一串串嫩绿、饱满的豆荚夸耀说。“你已经花费了三年的时间,付出这么多精力,究竟要得出什么结果呢?”耐塞尔问道。“我准备年复一年地观察这些豌豆的子子孙孙们,通过实验找出植物遗传的规律性。”孟德尔回答并进一步解释道,“简单讲,就是要回答一个问题,为什么一代又一代的植物会形成千姿百态的形状和颜色。”孟德尔的实验前后历时8个年头。据统计,在整个实验过程中,他一共栽培了数以千计的豌豆植株,进行了350次以上的人工授精,挑选了一万多颗各种性状的种子。艰辛的劳动终于换来了成功的硕果,豌豆实验证实了孟德尔所预想的结论。此时,为了证实豌豆实验的结论有着普遍意义,治学严谨的孟德尔又用玉米、菜豆等植物品种做重复的实验,直到证明豌豆试验的结论可从特殊推广到一般。
1865年,孟德尔发表其历时8年累积起来的实验结果的时刻终于来临了。也许是因为其内容太丰富,罗列的数据也太繁琐,报告分两次在2月8日和3月8日的布尔诺自然科学会的例会上宣读。会场设在布尔诺高等技术学校,这是一幢石头建造的四层楼房。2月8日的傍晚,孟德尔迈着庄重的脚步来到了会场。因为这是自己教书的学校,所以心情是平静的。会场里聚集着大约40多位听众,有天文学家、植物学家、化学家、医学家等。会议主持人是孟德尔的好朋友,研究会秘书长耐塞尔教授,多少年来,他一直关注着孟德尔的实验进展,分享着他的每一个成功和失败。今天,终于要在这里宣布正式结果了,耐塞尔似乎比孟德尔还要激动。他迫不及待地宣布:“今天,将由神父报告他关于植物杂交试验的新结果。”接着,腋下夹着一叠论文的孟德尔缓步走上了讲坛,他说,“在植物的遗传和变异中我们可以发现两条规律。”这时全场鸦雀无声,一个个都把专注的、满怀兴趣的,但又是疑惑的目光投向讲坛。孟德尔顿了一下,继续言辞清晰地讲述下去,“第一,当具有成对不同性状的植物杂交时,所生的第一代‘儿子’代‘杂种’的性状都只与其‘父’与‘母’中的一个相同,另一个亲本的性状只隐而不显。例如,高茎豌豆与矮茎豌豆杂交,所生的‘儿子’们(杂种)全部是高茎,而矮茎性状则隐而不显。如果将‘儿子’们(杂交第一代)再自相杂交,所生‘孙子’(杂交第二代)的性状就不再相同,而会发生‘分离’,而且显性性状的个体数与隐性性状的个体数之间的比例是个常数,即3:1.例如,将高茎与矮茎豌豆所生的‘儿子’(全部高茎)再相互交配,‘孙子’们中有高茎,也有矮茎,其数量总呈3:1的比例。这就是分离定律(后称孟德尔第一定律)。第二,当同时具有两对或两对以上不同性状的植物(例如圆粒兼黄色的豌豆×皱皮兼绿色的豌豆)杂交,所生第一代杂种全是圆粒兼黄色的,而第二代杂种的每一个性状各自按3:1的比例独立分离,互不干扰,也即圆粒黄色和圆粒绿色的比例是3:1,而皱皮黄色和皱皮绿色的比例也是3:1,这就是自由组合定律(后称孟德尔第二定律)。”孟德尔款款细述,在座的学者们全神贯注,倾听着孟德尔一步一步地解释着他的实验。但是,随着演讲的深入,人们对于这项过于新奇的杂交结果及其有规律的数字比例越听越难以理解了。
约一个小时后,演讲暂告一段落,余下部分在3月8日再次进行。当然,仍然是数字连篇的理论。显然,孟德尔的理论超越了听讲者的接受程度。报告结束后,学者们没有提出什么问题,也没有进行任何讨论,更没有人大声叫好。出于礼貌和学者的涵养,鼓掌致意,掌声并不热烈。据说,听众只是默默地向黑夜的街头散去。更为遗憾的是,报告会后的这种平静状态一直持续了35年。虽然,怀有自信的孟德尔把讲演的内容写成了45页的论文《植物杂交实验》,并发表在第二年自然科学研究会的会刊上,会刊也按惯例同当时各国120多个科研机构和各高等学校交换各自出版物,各国学者也应该有机会读到这部不朽著作,但是,绝大多数印本只是静静地躺在图书馆的书架上,无人问津,这部价值非凡、论证严谨的大作没有引起科学界的重视。即使当时欧洲研究植物杂交的权威、德国植物学家耐格利教授对此也疏忽了。
孟德尔拿到论文的40部副本时,首先将一部赠给了耐格利,并为征求他的意见写了封信。等了又等,直到第二年的2月27日,孟德尔才收到耐格利的回信,但耐格利并没有特别陈述意见,只是希望孟德尔寄给他六类由杂交产生的豌豆种子。倘若耐格利这位当时的大生物学家提出孟德尔并予以介绍的话,孟德尔定律则会更早地沐浴着灿烂的光辉而登场,不仅如此,生物学也肯定不用等到20世纪就会取得相当大的进步,达尔文也与孟德尔失之交臂了。达尔文较孟德尔早两年逝世,达尔文生前若知道孟德尔的研究,也许会立即响应,并亲自加以重复试验。他们是同时代人,若把这两个伟人的研究成果联系起来,或许在科学史上会早一些出现辉煌的春天。事实是,35年中,醉心于达尔文主义的科学界生物学界没有把这个乡村修道院院士的论文放在眼里。但是,孟德尔自己坚信这个理论对生物进化学说有着“难以估计的意义”。他在晚年对友人耐塞尔说:“等着瞧吧!我的时代总有一天要来临。”
孟德尔的时代终于来到了。1900年,三位植物学家,即荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的丘尔马克在《德国植物学会杂志》的第18卷上,发表了相同结论,他们分别在自己的研究中重新发现了孟德尔在35年前就已公布的遗传定律,终于使这个淹没了35年的伟大学说走向了世界。孟德尔法则的问世,如同太阳照耀着生物学发展之路。孟德尔遗传法则和细胞学的进展相结合形成了细胞遗传学,此后,生理遗传学、微生物遗传学、分子遗传学、群体遗传学、发生遗传学等,不断形成壮大,推动着科学不断向前,直至今日。
事实上,科学的发展不会是一帆风顺的,很多科学家是在艰难的环境下继续自己的实验。不过,我们要坚信,是金子终究会发光的。毕竟,乌云遮不住太阳,真理总有一天会被世人所接受。
世间每种职业、每种营业、每种业务,都有可以改进的余地。不要以为你的主张或计划没有先例可循,或者你年纪轻轻、经事不多,就不能为人所重。凡是能够将新鲜的、有价值的东西贡献给世界的人,凡是敢于坚持自己的信念,开创自己的主张和方法的人,最容易为人所认识。
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