從分離定律的發(fā)現(xiàn)解析孟德爾的科學(xué)思維

李應(yīng)勝

一、孟德爾的科學(xué)探究思路

遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)探究史上的經(jīng)典案例。對孟德爾成功的原因，教材進(jìn)行了詳盡的分析，而對于孟德爾思考的出發(fā)點(diǎn)、能敏銳發(fā)現(xiàn)問題的原因、對科學(xué)探究方法和科學(xué)理論基本屬性的準(zhǔn)確把握則未作深入的說明。因此在教學(xué)中，教師應(yīng)努力再現(xiàn)科學(xué)家的思維邏輯，體驗(yàn)科學(xué)探究中的分析思考方法，把各探究環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系和科學(xué)思維方法作為重點(diǎn)。讓學(xué)生重走孟德爾思考分析之路，以此作為探究新課題的借鑒。這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途徑。

科學(xué)探究的基本程序是：實(shí)驗(yàn)和觀察發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)解釋現(xiàn)象、設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)、歸納總結(jié)得出結(jié)論。孟德爾的探究探究過程也遵循了這一基本程序。現(xiàn)以分離定律的發(fā)現(xiàn)為例來進(jìn)行說明。首先，孟德爾通過對豌豆一對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)了三個重大的遺傳現(xiàn)象：具有相對性狀的純種親本雜交時，F(xiàn)1總是只表現(xiàn)親本之一的性狀類型；F1自交時，F(xiàn)2會發(fā)生性狀分離；F2的性狀分離比總是接近于3∶1。接著，孟德爾以四個超越時代的假設(shè)合理解釋了前述的三個現(xiàn)象。這些假設(shè)的提出，既體現(xiàn)了孟德爾非凡的科學(xué)思維能力，同時又體現(xiàn)了在科學(xué)的邏輯下，這些假說誕生的必然性。然后，孟德爾對假說進(jìn)行演繹推理，預(yù)期新現(xiàn)象的出現(xiàn)。由此設(shè)計出了測交實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。最后，將經(jīng)過驗(yàn)證的假說進(jìn)行歸納總結(jié)，形成分離定律。

在此，我們以孟德爾對假說演繹法的應(yīng)用來分析其科學(xué)思維。

二、孟德爾提出四點(diǎn)假說的依據(jù)

假說要點(diǎn)一：生物的性狀由遺傳因子決定；遺傳因子不融合、不消失；顯性因子決定顯性性狀，隱性因子決定隱性性狀。提出這一假說的依據(jù)是什么呢？其實(shí)孟德爾是自覺或不自覺地將自己的思考出發(fā)點(diǎn)建立在了生命物質(zhì)性這一科學(xué)觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上。既然有遺傳現(xiàn)象出現(xiàn)，則必然有控制遺傳的物質(zhì)存在。在不了解其本質(zhì)的前提下，將其命名為遺傳因子，以規(guī)避探究遺傳物質(zhì)本質(zhì)這一超越時代的難題。遺傳因子不融合、不消失，則是在對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析的基礎(chǔ)上提出。若遺傳因子相互融合，則F1會出現(xiàn)介于兩個親本之間的中間型，且F2不會重新分離出兩種親本型。而實(shí)驗(yàn)事實(shí)剛好與之相反，據(jù)此否定了融合遺傳的觀點(diǎn)。若F1中控制某一性狀類型的遺傳因子消失，則雜交后代會永久性地丟失這一性狀類型。但事實(shí)卻是F2中又重新出現(xiàn)了兩個親本的類型，因此只能說明在F1中未出現(xiàn)的性狀類型是被掩蓋而非遺傳因子丟失，繼而顯隱性的假設(shè)就自然出現(xiàn)了。

假說要點(diǎn)二：體細(xì)胞中，遺傳因子成對存在。這樣假說要點(diǎn)的依據(jù)是：F1獲得了兩個親本的遺傳物質(zhì)；F1中隱性因子未丟失，同時又表現(xiàn)顯性性狀，所以在F1的體細(xì)胞中至少有顯性和隱性兩種類型的因子；F2重新出現(xiàn)兩種親本的性狀類型，而F2的遺傳物質(zhì)來自F1。這些都說明F1的體細(xì)胞中遺傳因子很可能是成對存在的。基于物種遺傳的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性，則親本和F2也應(yīng)該成對存在。

假說要點(diǎn)三：在形成配子時，成對的遺傳因子相互分離，分別進(jìn)入不同配子。這一要點(diǎn)是分離定律的核心內(nèi)容。其思考出發(fā)點(diǎn)是建立在前兩個假設(shè)基礎(chǔ)之上，由F2的性狀分離聯(lián)想到其原因是遺傳因子的分離。隱性因子只有擺脫了顯性因子而獨(dú)立存在時，才能使其控制的性狀類型得以表現(xiàn)。此外，若遺傳因子不分離，則會出現(xiàn)一個與遺傳事實(shí)相悖的結(jié)論：體細(xì)胞中的遺傳因子會隨著世代的繁衍而逐代倍增。因此，只有假設(shè)成對的遺傳因子分離，分別進(jìn)入不同配子，使配子中遺傳因子數(shù)減半，才能合理解釋隱性性狀的重新出現(xiàn)以及生物前后代遺傳因子數(shù)量穩(wěn)定問題。

假說要點(diǎn)四：受精時，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合。在排除任何影響因素的情況下，事物本來就具有隨機(jī)發(fā)展的屬性。對植物來說，雌雄配子的產(chǎn)生部位不同，傳粉和受精過程本身就是隨機(jī)性和偶然性很強(qiáng)的事件。再者，如果配子之間只能選擇性地結(jié)合，則不論是含相同因子的雌雄配子對應(yīng)組合還是含異種因子的雌雄配子交叉組合都不可能形成3∶1的性狀分離比。相反，用隨機(jī)結(jié)合卻能很好地解釋這一現(xiàn)象。

三、假說演繹和測交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計應(yīng)用

孟德爾對假說演繹法的成功應(yīng)用，反映了其思想深處對科學(xué)理論本質(zhì)屬性的深刻理解和把握。一個正確的理論，不僅要能合理地解釋當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且要對未來事件具有高度準(zhǔn)確的預(yù)見性。只有通過科學(xué)的預(yù)見和嚴(yán)格的實(shí)證，才能證明它的成立。

由此，孟德爾作出了如下演繹推理：如前所述四個方面的假設(shè)成立，則必然有如下的預(yù)期——讓F1與隱性類型交配，F(xiàn)1的配子必有顯性和隱性兩種類型且比例為1∶1；隱性類型產(chǎn)生的配子只有一種且不會掩蓋F1的遺傳因子所控制的性狀；當(dāng)雌雄配子隨機(jī)結(jié)合后，出現(xiàn)的子代類型必為顯性和隱性兩種且數(shù)量比例為1∶1。

這一推理其實(shí)就是測交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計。而實(shí)際測交結(jié)果是否能證實(shí)理論上的預(yù)期呢？孟德爾用豌豆的相對性狀遺傳進(jìn)行了嚴(yán)格的驗(yàn)證。以高莖和矮莖這對性狀為例：F1高莖豌豆與隱性類型（矮莖）交配后，共得到64株后代，其中30株是高莖，34株是矮莖。非常接近于1∶1的理論預(yù)期。由此證明了其假說的正確性。經(jīng)過嚴(yán)密的推理和嚴(yán)格的實(shí)證，孟德爾對假說的核心內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，上升為理論，從而完成了基因分離定律這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)。

（作者單位 湖北省咸豐縣第一中學(xué)）

編輯 溫雪蓮