遗传学之父--孟德尔

遗传学之父——孟德尔

为坚持智力追求，不惜放弃其天伦之乐；

在学术群体外围，做出科学的核心发现；

用数学分析生物，成功地进行学科交叉；

十年一系列实验，一篇论文开创新学科。

这是北京大学终身讲席教授、生命科学学院院长饶毅博士对孟德尔生平的概括，也可以说是对他的评价吧。的确，孟德尔就是这样一个几乎将其毕生精力都奉献于科学研究的人。

一粒豌豆能做什么？在不同人的眼中，这个问题自然有不同的答案。阿基米德会思考如何用这粒豌豆做支点来翘起地球；安徒生会把它放在床垫下来寻找真正的公主；英国人会希望第二天醒来可以顺着豌豆的茎爬上天空；而游戏玩家们会把豌豆种在家门口阻挡一大波僵尸的进攻„„而在大约150多年前，修道士孟德尔则把豌豆玩出了风格，玩出了水平，一不小心就奠定了现代生物学的三大基石之一。

一、 孟德尔其人

1857年，捷克第二大城市布尔诺南郊的农民们发现，布尔诺修道院里来了个奇怪的修道士。这个“没事找事”的怪人在修道院后面开垦出一块豌豆田，终日用木棍、树枝和绳子把四处蔓延的豌豆苗支撑起来，让它们保持“直立的姿势”，他甚至还小心翼翼地驱赶传播花粉的蝴蝶和甲虫。

这个怪人就是孟德尔。

在其他修道士眼中，孟德尔的样子是使人过目不忘的：“头大，稍胖，戴着大礼帽，短裤外套着长靴，走起路晃晃荡荡，却有着透过金边眼镜凝视世界的眼神。”

其实孟德尔并不是一名纯粹的修道士。虽然出身在一个农民家庭，孟德尔仍然受到了较好的教育。18岁那年，他在帕拉茨基大学开始学习哲学和物理学。3年后，孟德尔选择成为一名牧师，并在圣汤玛斯修道院任职。在孟德尔29岁的时候，他又前往维也纳大学进修了两年物理学和植物学，并在学成后返回圣汤玛斯修道院 。在那里，他被免于承担牧师的职务，而得以教授物理学和自然科学。也就是在那段时间，孟德尔做出了对豌豆的研究。由此看来，将他比作是一名主日学校的教师，或许更加合适。

公元1884年1月，严冬笼罩欧洲大地。在奥地利布鲁恩市（今捷克布尔诺市）修道院的广场上，数百人身着黑色丧服，为刚刚去世的修道院院长举行葬礼。 葬礼的气氛肃穆而庄重。送葬者对死者怀着敬意和同情。在人们的心目中，这是一位可爱、善良、正直的老人。但是，直到灵柩被放进城内中央墓地的墓穴时，不论宗教界或科学界，也不论尊者或平民，仍无一人知道，已经埋葬的这位老人并不是普通的修道院长，而是伟大的生物学家和气象学家，现代遗传学的奠基人。他的名字堪与牛顿、伽利略、哥白尼、达尔文相提并论！这位科学巨人为人类文明进步做出了巨大的贡献，生前默默无闻，直到他去世后的16年，人们才真正地认识到他的重要。

在他逝世前几个月曾说过：“我一生充满辛酸，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。”

二、 孟德尔与豌豆

孟德尔的时代，人们对遗传的认识还很粗浅，基本认同“混合遗传”学说：遗传是“黑+白=灰”，父母的黑和白简单融合得到子代的灰。此学说未被正式提出和论证，是一个普遍接受的、朴素的、以为不证自明的规律。

而孟德尔不以为然，他设计实验，通过锲而不舍的研究，发现了与此不同的学说。从1854年开始，孟德尔用豌豆做了一系列遗传学实验，时间长达十年。他于1865年公布所发现的遗传学规律，并于次年以德文在《布鲁恩自然史学会杂志》发表了论文《植物杂交的实验》。

从孟德尔的文章，我们可以体会他如何做研究：发现重要问题，提出解决问题的途径，设计实验思路，进行实验研究，得到结果，分析结果，提出前人没有想到的理论，进一步实验，得到更多可以分析的结果， 推广理论， 证明理论。

他指出前人做过不少杂交实验，但未得到普遍规律是因为所需的工作不仅量大，而且较难。孟德尔认为需要考虑到：规模要相当大；具有不同型的杂交后代要定量分析；在不同代间要准确地知道不同型之间的关系；要确切地分析它们之间的相对数量关系。

他写道：需要勇气花力气做大量实验，但这是唯一正确的道路，才能最终解决重要的问题。

孟德尔开始进行豌豆实验时，达尔文进化论刚刚问世。他仔细研读了达尔文的著作，从中吸收丰富的营养。保存至今的孟德尔遗物之中，就有好几本达尔文的著作，上面还留着孟德尔的手批，足见他对达尔文及其著作的关注。

起初，孟德尔豌豆实验并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是希望获得优良品种，只是在试验的过程中，逐步把重点转向了探索遗传规律。除了豌豆以外，孟德尔还对其他植物作了大量的类似研究，其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等，以期证明他发现的遗传规律对人多数植物都是适用的。

在“实验植物选择”部分，孟德尔指出：“任何实验的价值和用处取决于所用材料是否符合其目的，所以选什么植物和怎么做实验并非不重要„必须特别小心地选择植物，从开始就避免获得有疑问的结果。”

孟德尔的豌豆杂交试验经历了4个阶段：第一阶段是培养具有性状相对稳定的良种；第二阶段是探索单个相对性状的遗传规律；第三阶段是探索两个及两个以上相对性状的遗传与变异规律；第四阶段是扩大到其它植物上以印证遗传规律。他种植了数千株豌豆植株，挑了近5万颗种粒，精心培育，细心统计。其规模之大，困难之多，在杂交实验方面确实是史无前例的。

首先，孟德尔必须确立豌豆的可明显区分的相对性状，并从众多的豌豆中培育出这种具有相对稳定性的品种才能确保实验的可靠性。他陆续从商人处购买了34个豌豆品种，经过2年试种，从中挑选出具有性状相对稳定的22个品种，为他的杂交实验提供可靠的基础。

从生物的整体形式和行为中很难观察并发现遗传规律，而从个别性状中却容易观察，这也是科学界长期困惑的原因。孟德尔不仅考察生物的整体，更着眼于生物的个别性状，这是他与前辈生物学家的重要区别之一。孟德尔选择的实验材料也是非常科学的。因为豌豆属于具有稳定品种的自花授粉植物，容易栽种，容易逐一分离计数，这对于他发现遗传规律提供了有利的条件。

孟德尔经过新颖的、长期的、严谨的实验，终于找到了杂交发育的普适规律。后人将孟德尔发现的规律表述成为两个定律：第一个是分离律，决定同一性状的成对遗传因子彼此分离，独立地遗传给后代，也可以表述为颗粒遗传，以区别于以前流行的混合学说，说明因子没有消失；第二个是自由组合律，确定不同遗传性状的遗传因子间可以自由组合。虽然这些内容在原文中都有叙述，孟德尔本人并不认为自己发现了两个分开的规律，而是一个普遍的规律。

三、 生物学界的梵高

他孤立于当时的科学界，做出奠基性突破却终生未被学界承认；他的工作几十年后尚不为同一学科第二重要的科学家、诺贝尔奖得主所理解；他发现的貌似简单的理论，即使在今天多数学过的人，都没意识到其智力高度；他不是为利益做研究的纯粹科学家，身后却被疑造假，再遭遇不公。

虽然孟德尔将他的研究成果整理成了论文并顺利地发表，但他的理论在当时并没有受到重视。和他同时代的科学家仅仅认为孟德尔的假说成功地解释了他所观察到的结果，却没有意识到这些假说其实反映的是普遍的遗传学现象。此外，在当时新兴的演化论的刺激下，学界主流的观点认为父母的性状在子女的身上会兼而有之。比如紫花豌豆和白花豌豆杂交的结果，应该会产生一株长有淡紫色花朵的豌豆才对。而这是与孟德尔的观察结果相悖的。虽然不能算作是民科，但孟德尔的理论在当时显然不是那么地受欢迎。

孟德尔的学说是在死后16年，发表论文34年之后才被学界“再发现”。有生之年，他并没有看到自己抗争命运而做出的牺牲所带来的价值。1865年，他的研究结果仅仅是在当地的小报上有报道，发表结果也是在当地学校的礼堂里。这一方面因为孟德尔的社会地位，也因为他本人相对内敛的性格，加之其思想领先世界，所以导致了研究在当时并不为人所理解。即便是被重新发现，孟德尔的学说仍然无法被世人理解。对孟德尔的反对，最著名的要数二十世纪著名遗传学家摩尔根。摩尔根虽然对孟德尔嘴下留情，只是说孟德尔主义的现代理解是“高级杂耍”，其实完全同样可以用来否定孟德尔。事实上，摩尔根当年不仅不信孟德尔，也不信达尔文的进化论，还不信遗传的染色体学说。是1910年他自己发现了白眼突变果蝇的事实后，他也做了和孟德尔一样的交配实验，取得数据和比例。为了解释事实，摩尔根不得不沿着孟德尔的思路，也提出因子，也进行拼凑数字的“高级杂耍”，最后奠定了遗传学的现代基础。在事实面前，摩尔根不得不“出尔反尔”，因为科学真理高于个人偏见，也不会败于俏皮话的讥笑挖苦。摩尔根通过针对果蝇的一系列实验，不仅侧面证明孟德尔的遗传两大定律（其实两大定律并非他本人提出，孟德尔本人的论文里并没有分离定律和自由组合定律这两种说法）完全正确，而且还提出了遗传学的第三大定律——连锁与互换定律，完善了孟德尔的学说，而他自己也因在遗传学上的贡献，于1933年获得诺贝尔奖。对于孟德尔的另一种反对声音则认为孟德尔的实验设计有违统计学原理，这就有点冤枉好人，虽然孟德尔在维也纳大学期间师承多普勒（对，就是多普勒效应那个），受过一些组合数学的启蒙教育，但是那时候统计学根本还没有出现，孟德尔正是用数学研究生物的先驱，用统计学观点攻击孟德尔有点儿要用“今朝的尚方宝剑要去斩前朝的臣”的意思了。孟德尔是不幸的，命运对这个穷孩子似乎充满了不公；但是公平地说，作为一名科研人员，他又是幸运的。通过自己辛苦的研究，他所选取的豌豆性状竟然都恰好不产生连锁，否则得到的数据将会更复杂更难以分析，那样的话也许遗传学要晚一百年才会跟世人相见。

前段时间看到一个段子用科学的方式重述了一遍《创世纪》——“神说，要有光，就有了光。他看光是好的，就把光速设定为299,792,458m/s，并让之永远不变，不因参照系的改变而改变。”如果让孟德尔将神创造植物的片段略加填充，大概他会说“神说，要有豌豆，就有了豌豆。他让豌豆有一对可以遗传的物质，并让其符合分离律和自由组合律。神觉得这是好的”吧。

四、精神财产

孟德尔以天生的才能、青年的果断和壮年的坚持，在困难中成长，以放弃获得条件，在失败中得机遇，最终在有限的环境做出了超越时代的发现。

孟德尔在植物杂交试验中创造了一套全新的遗传学研究方法。他对试验材料的纯系培育、选择单位性状进行单因子分析，以及用杂种同隐形亲本的“回交法”，已经在现代遗传学和育种学的研究中被广泛应用。

孟德尔的成就，一百多年来催生了多个现代科学学科。首先是直接导致遗传学诞生，而对于同时期诞生的进化论，孟德尔可能隐约知道自己工作的意义，虽然遗传学和进化论结合于1930年代。二十世纪遗传学与生物化学结合，并与微生物、生物物理学交叉，在1950年代又催生了分子生物学。1970年代诞生的重

组DNA技术，全面改观了生命科学：分子生物学深入到从医学到农业各个领域，带来多个学科的变革，人类遗传学、基因组学、生物信息学是其直接传承。

在应用上，遗传学带来了二十世纪绿色革命，对于解决全人类食物起了很大作用。遗传学通过分子生物学和重组DNA技术，带来生物技术产业。现代遗传学为个体化医学奠定了必不可少的基础，虽然我们今天还远未达到个体化医学的远景。

孟德尔的发现，对于科学和人类，今后长期还将有深远影响。

孟德尔一切成就基本上都是在孤军奋战的情况下获得的，这一点尤其难能可贵。他赢得了后世众多生物学家的一致赞扬和称颂。

美国学者邓恩说：“对生物学思想的发展来说，孟德尔证明方法意义更大。” 20世纪著名的分子遗传学雅各布写到：“通过孟德尔，生物现象突然需要了数学的严密性。一个完整的内部逻辑的方法论、统计处理的符号标记被加给了遗传学。”

孟德尔时代真正到来了。

转眼已过了一个半世纪，由孟德尔奠基的一次遗传学迅速经历了从细胞遗传学到分子遗传学直到基因工程的一次又一次转变，但孟德尔的两大定律及崭新的方法仍然闪耀着夺目的光辉。

四、 启示

孟德尔揭示遗传规律的过程对我们的启示是，任何一项科学研究成果的取得，首先要有严谨求实的科学态度和正确的研究方法，还需要有坚韧的意志和持之以恒的探索精神。

① 、探索思想的科学性。孟德尔当时的职业是一个牧师，但他突破了唯心主义的宗教樊篱，用科学的态度设计植物杂交实验。以严谨求实的精神，观察和分析实验结果。

②、探究方法的划时代性：在孟德尔以前，人们对生物学的研究主要是运用观察、调查、类比等方法进行研究，这些方法难以取得重大突破。孟德尔用实验的方法研究生物的遗传，取得了重大成果。自1900年，孟德尔的遗传定律被人们重新发现后，人们认识到用实验的方法研究生物学，比较容易取得重大成果，用实验的方法研究生物学在生物学研究领域蔚然成风，从此，生物学研究走上实验生物学时代。

③、实验材料选择得好：用豌豆作实验材料的优点是，豌豆是严格的自花传粉植物，后代一般是纯种。豌豆的相对性状之间区分明显，不易混淆，便于观察和分析。

④、注重运用当时的最新科学成果。孟德尔对杂交后代性状分离的分析，运用了当时数学领域的最新成果--—统计学。而对杂交后代中出现的性状分离现象进行统计学分析，正是被前人忽视的问题。

⑤、一定的运气。孟德尔在探究豌豆遗传实质的过程中，所研究的相对性状都是完全显性的，杂交子一代都表现出显性性状，杂交子二代的性状分离比均为3∶1，如果要是碰到不完全显性的相对性状，那麻烦可就大了。孟德尔在探索两对相对性状的遗传规律时，碰到的控制不同相对性状的基因都存在于不同对的同源染色体上，这也为他顺利地揭示出基因的自由组合定律提供了机遇。假如他碰到的两对基因存在于同一对染色体上的话，那将会给他带来很大的麻烦。

⑥、锲而不舍的精神。正所谓“机遇是为有准备的人准备的”。孟德尔在科学探索上具有坚韧的意志品质，经过8年时间持之以恒的探索，终于取得了丰硕的成果。