遗传学的先驱摩尔根评传-第7部分

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第四章　理论、事实及遗传因子
　　　　进化是在群体中发生的。不用数学理论把群体中的现象与个体中的现象联系起来，对这一问题就不会有清楚的认识。

　　　　休厄尔·赖特

　　　　20世纪以爆炸性的气势开始了。差不多2000年来，基督教一直是创造性活动的主要源泉；18世纪开始，又加上了对自然界进行观察作为补充，接着出现了化学、物理学、遗传学。一种能放射出几种人们未认识的射线的新元素——镭被发现了；而且还发现原子是由更小的粒子构成的；甚至能量本身也是由粒子构成的；光还可以转弯。1839年，有人发现一切生物都是由细胞构成的，这些细胞又是由另一些细胞产生的，这样一直可以追溯到50亿年以前。到1900年，当三位植物学家发现了孟德尔1866年撰写的两篇文章的时候，细胞怎样以自己为模板产生子细胞的问题已得到澄清。

　　　　关于遗传，照一般的常识，父母双方如果有相反的性状，例如，一个黑、一个白，或一个高、一个矮，那么，后代将介于二者之间。这叫做融合遗传。可是，圣托马斯奥古斯丁会摩拉维亚派的一个名叫格雷戈尔·孟德尔的修道士却证明这种所谓“常识”是错误的，至少对豌豆来说不是那么回事。

　　　　1822年，即拿破仑死后第二年，孟德尔生于当时奥地利的布吕恩城，即现在捷克的布尔诺。拿破仑战争期间，那里能听到奥斯特利茨战场的炮声。他幼年名叫约翰·孟德尔。布吕恩离布拉格不远，而兰茨泰纳后来就是在布拉格发现了人类的A、B、O血型。孟德尔在维也纳大学打下了良好的数学与物理学基础。不过，他和达尔文一样在学业上很不走运，甚至想弄到一张教书的证书也没有成功。然而孟德尔是个精明、细心的栽培学家，他从自己的豌豆实验中得出了非凡的结果。他把收获的豌豆（他把这些豌豆称为他的“孩子”）一一分类、分头计数。他还一反当时的风尚，仍坚持查阅文献，并冒着危险购买达尔文写的书，因为这些书全属禁书之列。

　　　　孟德尔挑选有明显差异的豌豆植株进行杂交，例如把长得高的同长得矮的杂交，把豆粒圆的同皱的杂交，把结白豌豆的植株同结灰褐色豌豆的植株杂交，把沿碗豆藤从下到上开花的植株同只是顶端开花的植株杂交。这些实验值得大书特书——首先是因为孟德尔有才智，能设计出这种实验；其次是他有技术把实验地加以隔离，防止飞来的其他花粉偶然授粉；第三是他能认识到，后代表现出的性状间的比例虽然简单，但它必然反映着某种根本的结构特征。他的结论是，在胚珠或花粉中必定含有某种在杂交后代中仍然独立存在的东西（实际上这就是后来遗传学家们所说的基因），所以，要么表现父本的性状，要么表现母本的性状，但不是两者的融合。再下一代，父本和母本的性状会同时再度出现，而且保持一定的比例。在表1中，表现为某一具体性状的基因用黑体字表示。孟德尔指出，“毎次实验都没有观察到过渡形态”，而且显性（这个例子中）高为显性）与隐性（低为隐性）形态出现的比例为3：1。再者，“杂种的后代，代代都发生分离，比例为2（杂）：1（稳定类型）：1（稳足类型）……设A表示两个稳定类型之一，比如显住；a表示另一稳定类型，即隐性；Aa表示结合了两者的杂种。两个相对性状的杂种的诸后代中的分寓可用公式A＋2Aa＋a表示。”

　　　　表1孟徳尔的分离规律

　　　　亲本

　　　　高…高X矮…矮

　　　　（个体中的基因都是成对的）

　　　　杂交一代

　　　　高…矮X高…矮

　　　　（全部是杂种，外形一样，都表现为高秆）

　　　　杂交二代

　　　　高…高高…矮高…矮矮…矮

　　　　（三种类型的比例为1：2：1。前两种类型表现为高秆，不过第二类型为杂种。第三类植株未继承高秆基因，表现为矮秆）

　　　　后来，孟德尔又进行了一组实验。他就每一亲本选择两个性状进行杂交，看看高株与圆粒的性状是结合在一起呢，还是互不相干独自地分离。结果证明两个性状的遗传是分开的，各自独立的。他也算是碰上了好运气，因为豌豆恰好有7对染色休，而孟德尔挑选的7对性状又碰巧分别在这7对染色体上。当然，他本人

　　　　并不知道，因为当时染色体还没有被发现。

　　　　后来他又研究了三对相对性状的豌豆杂交的结果。在每种情况下，性状的各种可能的组合，他在后代中都发现了。每两对相对性状将以9：3：3：1的比例出现。他由此推测出，各种类型的种子出现的频率是相等的，又由于其中一些性状是显性，另一些是隐性，所以产生的后代表现为一种奇特但又可以预测的比例。也许，我们利用由庞尼特设计的棋盘式图（表2），对性状的各种可能的组合和比例就更容易理解了。

　　　　人们常把孟德尔的发现归纳为两条定律：（1）分离律：基因不融合，而是各自分开；如果双亲都是杂种，后代以3显性：1隐性的比例分离；（2）自由组合律：每对基因自由组合或分离，而不受其他基因的影响。

　　　　表2高（T）…矮（D）、圆（R）－皱（W）第一代奈种产生的配子（种子）类型

　　　　花粉类型

　　　　TR

　　　　TW

　　　　DR

　　　　DW

　　　　胚

　　　　珠

　　　　类

　　　　型

　　　　TR

　　　　TR

　　　　TW

　　　　DR

　　　　DW

　　　　TR

　　　　TR

　　　　TR

　　　　TR

　　　　TW

　　　　TR

　　　　TW

　　　　DR

　　　　DW

　　　　TW

　　　　TW

　　　　TW

　　　　TW

　　　　DR

　　　　TR

　　　　TW

　　　　DR

　　　　DW

　　　　DR

　　　　DR

　　　　DR

　　　　DR

　　　　DW

　　　　TR

　　　　TW

　　　　DR

　　　　DW

　　　　DW

　　　　DW

　　　　DW

　　　　DW

　　　　（这16种可能的后代类型，从外形上可归纳为高圆、高皱、低圆、低皱4类，比例为9：3：3：1。）

　　　　可惜孟德尔未能看到他这业余爱好产生的深远影响。1865年，在布吕恩自然科学研究会上，与会者安静地、有礼貌地听完他宣读的论文，但听众没弄明白他讲些什么。印成的文稿，定名为《植物杂交实验》，被转发到约一百二十所大学和科研机构，但这些院校和研究中心没有一个植物学豪给孟德尔复信，甚至没有一个人表示看过孟德尔的文章。他当时的寂寞可想而知。

　　　　孟德尔确实与慕尼黑一位颇受尊崇看植物学教授卡尔·内格利通过信，可是内格利并没有给他以鼓励，只是在一封以长者自居的复信中劝告孟德尔不要用豌豆做实验，而改用自己十分偏爱的山柳菊。但事实上，豌豆是杂交实验最理想的材料，而山柳菊恰好很不适宜，因为它结的种子通常纯粹源于母本，或是没有经过减数分裂，或是没有受精。要是孟德尔遵从了他的意见，改用山柳菊做实验，得出的结果必然会使他怀疑自己先前的工作。1884年，布吕恩全城为孟德尔之死致哀，但其它地方却很少有人留心孟德尔的去世。莱奥什·雅那切克亲自在孟德尔的葬礼上奏琴。不久以后，修道院的新院长把孟德尔没有发表的文章统统付之一炬。因为孟德尔平生只发表过一次文章，而且是在一个名气不大的刊物上，又因为这文章标新立异，不落窠臼，同时也因为当时的科学家们不懂数学，更加之孟德尔是个修道士，而修道士是不能算作科学家的——于是，他的著作就只好默默无闻，一直被埋没到1900年。

　　　　1900年刚刚发现孟德尔的文章，科学界立即提出孟德尔的定律可不可靠的问题。如果可靠，那么，这些定律的适用范围有多大？摩尔根起初很相信这些定律，因为它们是建立在坚实的实验基础上的。1903年，他在《进化与适应》一书中写道，“近年的研究结果说明，孟德尔的实验结果意义重大，适用范围广泛……孟德尔对他的结果所作的理论阐述简单明了、他无疑找到了正确的解释。”

　　　　但后来，许多问题使摩尔根越来越怀疑孟德尔的理论，他怀疑杂种身上的基因是不是独立存在，是不是自由组合。他之所以对孟德尔的学说变得不满，原因之一是他为了证实孟德尔定律而亲自做了实验。比如，他用白腹黄侧的家鼠与野生型杂交，得到的结果五花八门，这表明生殖细胞带有其他颜色的基因。

　　　　因为他自己不能证实孟德尔的发现，到1909年他已十分坚信孟德尔得到的荣誉超过了实际的贡献。那年，在美国育种协会（这是最先明确表示承认孟德尔定律正确的团体）的一次著名会议上、他发起了一场近乎尖刻的攻击，使与会者大感意外。他的矛头如果不是对准孟德尔本人，至少也是针对那些全心全意接受孟德尔的观点的人的。

　　　　“当今，在解释孟德尔学说的过程中，一些事实很快被转换成‘因子’。如果一个因子不能解释事实，那就找来两个因子；如果两个仍然不够，就造出三个因子来。为了解释实验结果，有时得乞灵于这种超级戏法。要是我们过分轻信，就会受到蒙骗，觉得实验结果得到了圆满解释；殊不知人们想出这些解释，其目的只不过是为了解释实验结果。我们从事实倒退到‘因子’，然后叫一声‘变’，又由这臆造出来的因子来解释事实。……首先，认为配子中的遗传因子是独立存在的，这样一种设想纯粹是一种先成论的观点。……遵从渐成论虽然费劲，但我相信它却有一大优点：它为进一步实验和再实验敞开了大门。科学的发展常常是以这种方式进行的。……这儿有一个非常重要的问题：卵子不需要含有成体的‘性状’，精子也不需要。卵子和精子都含有某种特殊的物质，在发育过程中将会以某种人们尚未认识的方法产生出成体的性状。”

　　　　1904年至1910年间，摩尔根逐渐形成了他自己的用以解释杂种行为的“交替显性”理论。

　　　　“我认为，关于两个相对性状的条件，我们不妨设想为相对稳定性状的结果……在同样一个个体中，显性性状可能出现，隐性性状也可能出现。例如，深褐色家鼠和黑色家鼠杂交会得出孟德尔式的结果，但我有一些家鼠后代躯体前面是黑色，后面是深褐色。又如，黑眼和粉红眼是孟德尔相对性状，然而我有三只家鼠，它们的眼睛全都是一只黑的。另一只粉红的。我推想，局部的条作决定着这些杂合体有时表现出显性性状，有时表现出隐性性状，而且我能拿出证据证明这样的实验结果不是单位性状（基因）的分离。”

　　　　虽然孟德尔的理论对摩尔根正失去原有的魅力，但与此同时，突变论却越来越使他感到满意。1900年摩尔根到过欧洲，特别访问了荷兰的希尔弗瑟姆。植物学家雨果·德弗里斯就是在这个城市偶然发现了孟德尔的论文。他在1886年发现自己住宅近旁长着一些月见草。它们具有一个突出的特点：可以产生能纯一传代的新类型。德弗里斯称之为“突变”。他后来从总共5个植株中获得了约800个突变体，分为7种类型。德弗里斯想：既然月见草能够突然产生新类型，甚至新物种，这或许就是产生新物种的普遍方式的明显例子。

　　　　德弗里斯把突变解释为某种特殊物质单位的变异，到1915年，这种物质单位被认为是一种有机化学分子，至少摩尔根是这样看的。他说，“很难拒不接受这个诱人的设想：基因之所以稳定不变是因为它代表着一个有机化学统一体。”

　　　　显而易见，如果经常发生的大量的突变能够自发产生新的种族或物种，那么，生物界的多样性就不需要其他理论来解释了。但是，在那个时代，至少有三种理论在广为传播。最古老的理论是神创论，说一切物种都是上帝在公元前4004年用6天时间造出来的。这一理论当时已受到达尔文支持者的猛烈抨击。

　　　　达尔文的进化论体现在他1859年发表的《物种起源》一书中。这本书第一版印刷1250册，在出版的当天就被抢购一空。他在书中写道：“我看到一切生物不是特别的创造物，而是远在寒武系第一层尚未沉积下来以前就生活着的某些少数生物的直系后代……”

　　　　下面是《物种起源》中一段精彩的描述。

　　　　“思索一下一个树木交错的岸，在它上面有许多种类的无数植物覆盖着，鸟类在灌木丛里歌唱，各种不同的昆虫飞来飞去，蚯蚓在潮湿的泥土里爬过，并且默想一下这些构造精巧的类型，彼此是这样地相异，并以这样复杂的方式彼此相互依存，而它们都是由于在我们周围发生作用的法则产生出来的，这样的思索和默想是很有趣的。这些法则，就最广泛的意义来说，就是伴随着‘生殖’的‘生长’；几乎包含在生殖以内的‘遗传’；由于生活条件之间接的和直接的作用以及由于使用和不使用的”变异性’：足以导致‘生存斗争’、因而导致‘自然选择’、并且引起‘性状分歧’和较少改进的类型‘绝灭’的那样程度的高度增加率。这样，从自然的战争里，从饥荒和死亡里，我们能够体会到的最可赞美的对象，即高级动物的产生，便直接随之而至。认为生物及其若干能力原来是由‘造物主’吹入到少数类型或一个类型中去的，并且认为在这个行星按照引力的既定法则继续运行的时候，最美丽的和最奇异的无限类型从如此简单的开始，过去曾经发生了而且现今还在发生着，这种观点是极其壮丽的。”

　　　　达尔文发现生物界的进化，是在1831年至1836年他随“比格尔”号轮船环游世界的五年中发生的。这次航行使他收集到大量植物、动物和化石标本。不过，认识到进化这种现象是一回事，要解释进化如何发生却完全是另一回事。只是在读了托马斯·马尔萨斯的《人口论》之后，达尔文才得到了部分的解释。他说：“这是马尔萨斯的学说，以数倍的力量在整个的动物界和植物界的应用；因为在这种情形下，既不能人为地来增加食物，也没有谨慎的方法以限制婚姻。”一旦产生�