漂亮的豌豆花
年孟德尔成为修道院院长。
他首先是一位管理者,
其次是园艺师,去世多年才被看做科学家
西班牙国王腓力二世(左上)、腓力四世(右上)、奥地利皇帝鲁道夫二世(左下)、费迪南二世(右下)
上图所示的是欧洲历史上统治领域最广的王室--哈布斯堡家族中的四位成员,他们的面部有一个共同的特点---下颚畸形,被称为哈布斯堡式的下巴。这真应了那句妇孺皆知的谚语:“种瓜得瓜,种豆得豆”,而这正是遗传学的核心思想,子孙外表长得像祖先表明其中必然有某种遗传生物机能在起作用,“遗传学”这个术语就是二十世纪初用来表达和代替自古以来对于“传宗接代”或“世袭性质”等本质的猜测而创造出来的。人们对这一机能开始有所认识则始于花园里豌豆不同品系的混合实验。奥地利修士孟德尔在布尔诺修道院里最早进行了这方面的实验研究工作。
农民的儿子
年7月22日,约翰·孟德尔出生于奥地利的一个贫苦农民家庭。正是由于少年在农村的生活使孟德尔对农业、园艺和植物学感兴趣。
孟德尔在小学期间就表现出过人的天资,深受校长的欣赏。年他进入奥尔米茨哲学学院,希望今后成为一名教师。然而,贫困的家境难以支持他继续求学。孟德尔经常为求学的资金而奔波,但他在自传中写道:“由于缺乏朋友,又没人推荐,所有努力都没成功。”最终孟德尔选择了进入修道院,成为了一名神职人员。不过,这并不是因为教堂对他的感召,而是由于他感到“这样便能解除他为生存而做的艰苦斗争”。
奥古斯丁修道院布尔诺奥古斯丁修道院
年10月9日,孟德尔在布尔诺奥古斯丁修道院完成了着衣式,改名格雷戈尔。年仅21岁的孟德尔成为一名见习修道士。年,他被任命为神父。
19世纪,人们对自然科学的兴趣大为高涨。奥古斯丁修道院院长也是热心鼓励并热爱科学的人物。在他的领导下,修道院不仅是宗教场所,也是一个科学研究所。那里的图书馆藏书丰富,这个良好的学习环境,对孟德尔今后的研究起了重要的作用。
年,孟德尔参加教师资格考试,但没有成功。为了得到自然科学方面更好的训练,孟德尔被准许到维也纳大学学习。
维也纳大学
维也纳大学
年-年,孟德尔在维也纳大学度过了他一生中最美好的时光。在这所欧洲著名的大学中,集中了当时大批优秀的科学家。其中有著名物理学家多普勒,著名物理学家及数学家爱汀豪森,还有欧洲最著名的植物生理学家翁格尔。在3年的维也纳留学中,孟德尔从翁格尔那里领会到了遗传法则的重要意义,从多普勒那里学习了物理学严谨的思考方法,掌握了道尔顿的原子学说。
秋天孟德尔返回奥古斯丁修道院,他不仅带回了许多新的知识和技能,在他的行囊中,还有许多豌豆种子。
修道院里的豌豆实验年,孟德尔在修道院种植了34个株系的豌豆,开始试验它们在传递性状时的不变性。各种生物都有各自的特点。红的花、白的花、蓝色的眼睛等。生物学将这样可以区别的特征称之为“性状”。孟德尔假定各个性状是由包含在生物体内的各个遗传因子(现称之为基因)决定的。例如,花所以是红的,是因为具有使它开红花的遗传因子。生物体内有着与一个个性状相对应的一个个独立的基因。
在孟德尔进行试验之前,人们都相信“融合遗传”的理论。以头发为例,如果父母分别是金发和黑发,他们孩子的头发颜色可能介乎与两者之间。根据融合遗传理论,可以解释为父亲遗传给他金黄色的头发,母亲遗传给他黑色的头发,两者融合起来就产生了孩子头发的颜色。
孟德尔在研究了豌豆花的颜色后,指出融合遗传理论不正确。豌豆花的颜色可以是紫色,也可以是白色。如果融合遗传的理论是正确的,当紫色花的豌豆和白色花的豌豆杂交时,它们后代的花应该是淡紫色。这就意味着,经过一段时期以后,所有的豌豆花都应该是淡紫色。紫色花和白色花都会消失。然而事实并非如此,豌豆的花仍然是鲜艳的紫色和白色两种。
豌豆花
孟德尔试验的特别之处,就在于他不是考察生物整体,而是着眼于生物的个别性状。他选择豌豆作为试验对象非常科学,豌豆是具有稳定品种的自花授粉植物,容易栽种,容易逐个分离计数,也容易杂交,而且杂种可育。此外,孟德尔把统计学方法应用于生物学研究,这样对遗传性状不但可以作质的区分,还可进行量的统计。
从试验开始后的近10年的时间里,孟德尔把具有不同花色、高矮、大小、圆皱等外貌形状的豌豆种子进行杂交和回交。通过对实验结果的仔细观察和统计分析,得出了两条基本遗传规律。现在我们称之为孟德尔分离定律和独立分配定律。
分离定律说明,每个遗传性状(或基因)由成对的遗传因子组成,分别来自父本和母本。被称之为等位基因。一个等位基因处于“显性”(P)地位,另一个等位基因处于“隐性”(w)地位。当两个等位基因(PP、ww)同时出现时,等位基因所表示的形状将得到表达;如果一个显性等位基因和一个隐性等位基因(Pw)同时出现,显性等位基因所表示的形状仍然会得到表达。这就意味着,用两种已知遗传因子分别为PP和ww的亲本植物来杂交,它们的子一代(F1)将携带Pw和wP,所以子一代都将表现出P的性状。而在由子一代杂交培育出的子二代(F2)中,表现出P性状和显示出w性状的比率为3:1。
豌豆花杂交后的子一代和子二代图示分离定律
独立分配定律说明,每个遗传性状能够独立遗传,它们相互之间没有关系。例如,豌豆的颜色和形状是独立遗传的。所以,豌豆可能是黄色光滑的,也可能是黄色皱皮的。
年2月8日和3月8日孟德尔在布尔诺自然科学例会上分两次报告他的豌豆试验结果。与会的学者对孟德尔持之以恒的观察十分敬佩,但对于枯燥的数学演算却感到惊奇和不耐烦,许多人不理解为什么研究植物要与数学联系起来。显然孟德尔的理论超越了当时人们所能接受的水平。
年,孟德尔将其演讲内容整理成长达45页的论文发表在《布尔诺自然科学会志》的第4卷上。这就是著名的《植物杂交的试验》。
遗憾的是,这篇价值非凡、论证严谨的科学论文在当时并没有引起世界科学界应有的重视。这篇论文同时还被送往欧洲和美国所有重要的科学图书馆,各国学者都有机会读到这部不朽的著作。但是,在各大图书馆里,这部著作却长期被尘封在书库里,无人问津!
年,孟德尔成为修道院院长。修道院的日常工作使他很少再有时间从事科学探究。他在去世前十年间,学术上的不得志、与政府的长期冲突,使他变得郁郁寡欢。年1月6日,孟德尔因肾炎和心脏病在布尔诺去世。
孟德尔再次被想起年,荷兰的德弗里斯、德国的科林斯和奥地利的切马克,他们在各自独立从事植物的杂交试验时,不约而同的发现了支配生物性状遗传的规律。也同时发现了34年前孟德尔发表在奥地利杂志上的论文。他们三人都作出了正直而诚实的决定,不把这一发现归功于自己,而是大声疾呼以引起人们对孟德尔发现的重视,并把自已的研究成果作为孟德尔发现的新的证明予以发表。
孟德尔的工作是划时代的,其伟大之处在于把近代科学的实验数学的方法运用到遗传问题的研究之中。这种特殊的科学方法使孟德尔将理性引入了遗传学领域,照亮了长期漆黑一团的神秘领地。被后人称为“植物学上的拉瓦锡”。
孟德尔与达尔文现代遗传学的产生来自两个方面,关于变异现象的进化论观点和对植物杂交的观察实验。持有进化论观点的达尔文把对遗传问题的探讨,看作是研究亲代的种种形状如何在外界条件的影响下直接传到子代。在他的遗传理论中最糟的方面,是接受了“融合遗传”的设想。这使得达尔文及其后继者在遗传问题上的尝试完全没有成功。他们不知道物种中的变化是如何发生的。正是孟德尔对遗传的研究成果,使生物学家理解了使物种的遗传性状代代恒定的机制。
孟德尔的研究成果在达尔文《物种起源》()出版几年后发表,他的研究成果本来是可以成为对达尔文自然选择理论的有力支持。但是由于当时对达尔文理论的研究大大地超过了孟德尔,以至于孟德尔的工作在“达尔文世纪”被人们忽视和忘却。
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