孟德?tīng)柕耐愣褂?jì)劃

【美國(guó)】謝里爾·巴多　譯/韓青寧

無(wú)論蘋(píng)果樹(shù)、綿羊還是人類，生物是怎么將自身的特性遺傳給后代的呢？這個(gè)問(wèn)題讓孟德?tīng)柦K生為之著迷。為此，在8年多的時(shí)間里，孟德?tīng)柗N了將近28000株豌豆，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的對(duì)比研究，他得出了一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)……

坎坷求學(xué)路

1822年7月20日，孟德?tīng)柍錾趭W地利西里西亞（現(xiàn)屬捷克）海因策道夫村的一個(gè)貧寒的農(nóng)民家庭里，父親和母親都是園藝家（外祖父是園藝工人）。孟德?tīng)柾陼r(shí)受到園藝學(xué)和農(nóng)學(xué)知識(shí)的熏陶，對(duì)植物的生長(zhǎng)和開(kāi)花非常感興趣。他的父親希望唯一的兒子長(zhǎng)大以后也能像自己一樣做個(gè)勤勞的農(nóng)民。

在那個(gè)年代，孟德?tīng)柤亦l(xiāng)的村民已經(jīng)知道將兩種蘋(píng)果樹(shù)嫁接在一起能夠結(jié)出更多口味的果實(shí)，將兩種羊一起飼養(yǎng)可以產(chǎn)出更厚的羊毛。年幼的孟德?tīng)柡芟胫?，這是為什么？是用什么方法做到的呢？他渴望揭開(kāi)大自然的秘密，并將這些秘密分享給每一個(gè)人。

孟德?tīng)栭L(zhǎng)大后，村子里基礎(chǔ)的文法學(xué)校已經(jīng)不能滿足他對(duì)知識(shí)的需求了。而更高級(jí)別的學(xué)校離他家很遠(yuǎn)，要去這所學(xué)校就讀只能選擇寄宿。盡管孟德?tīng)柕母改附弑M所能地?cái)€錢，但仍然只能勉強(qiáng)負(fù)擔(dān)他基礎(chǔ)的上課、住宿費(fèi)用和一半的伙食費(fèi)，可12歲的孟德?tīng)栠€是堅(jiān)持去上學(xué)了。在學(xué)校里，他如饑似渴地學(xué)習(xí)各種課程，不斷充實(shí)自己，盡量不理會(huì)他那“嗷嗷待哺”的胃。

1838年，一件不幸的事發(fā)生了：孟德?tīng)柕母赣H在為貴族服勞役的時(shí)候身負(fù)重傷，再也不能下地勞作了。

不肯向現(xiàn)實(shí)低頭的孟德?tīng)柪谜n余時(shí)間做家庭教師賺取學(xué)費(fèi)，又堅(jiān)持上了四年學(xué)。他的成績(jī)依舊優(yōu)秀，哪怕生病也從未落下功課。臨近畢業(yè)時(shí)，孟德?tīng)枔?dān)心靠家庭教師工作賺的錢不夠讓他填飽肚子。一籌莫展之時(shí)，經(jīng)老師推薦，孟德?tīng)柍闪耸ネ旭R斯修道院里的一名神父。在那里，孟德?tīng)柦K于不再為餓肚子發(fā)愁了，他的思想也得到了滋養(yǎng)。

尋找遺傳密碼

修道院里的讀書(shū)氛圍很濃，這里有一個(gè)藏書(shū)3萬(wàn)冊(cè)的圖書(shū)館，還培養(yǎng)出不少人才，有數(shù)學(xué)家、植物學(xué)家、哲學(xué)家和地理學(xué)家。他們常在圖書(shū)館里讀書(shū)，在每日豐盛的三餐后討論學(xué)習(xí)。在這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境下，好學(xué)的孟德?tīng)栭_(kāi)始了他的深入研究。

1840年，孟德?tīng)柨既電W爾米茨大學(xué)哲學(xué)院，主攻古典哲學(xué)，他還學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)。修道院院長(zhǎng)很欣賞孟德?tīng)柕暮脤W(xué)之心，他把這位年輕的神父送到了維也納大學(xué)，讓他和當(dāng)時(shí)世界上最優(yōu)秀的一些科學(xué)家一起學(xué)習(xí)。

1843年大學(xué)畢業(yè)以后，21歲的孟德?tīng)栠M(jìn)了布隆城奧古斯汀修道院，并在當(dāng)?shù)亟虝?huì)辦的一所中學(xué)教書(shū)，教的是自然科學(xué)。當(dāng)時(shí)的大多數(shù)老師通常比較嚴(yán)肅，孟德?tīng)枀s既和氣又有耐心，而且講課思路清晰、生動(dòng)幽默，學(xué)生們都非常喜歡上他的課。

教課之余，他集中注意力研究當(dāng)時(shí)最熱門(mén)的科學(xué)問(wèn)題之一：作為父母，不論蘋(píng)果樹(shù)還是綿羊，或是人類，是怎么把自己的特性遺傳給孩子的呢？

在那個(gè)時(shí)代，沒(méi)人知道為什么妹妹會(huì)有跟父親一樣的藍(lán)眼睛和直發(fā)，而哥哥卻有母親的棕色眼睛和卷發(fā)，眼睛的顏色和頭發(fā)的形狀就被稱為遺傳特性。孟德?tīng)栒J(rèn)為所有植物和動(dòng)物都遵循同樣的規(guī)律，由父母將這些特性傳給孩子。他希望找出這種控制遺傳特性傳遞的模式，來(lái)破解所有生物遺傳的密碼。

孟德?tīng)栐跁?shū)中讀到，早期科學(xué)家會(huì)將不同種類、不同品種的植物配對(duì)，來(lái)觀察它們的后代的樣子，這種配對(duì)方式稱為雜交。通過(guò)將不同種類的玉米、花卉和小麥配對(duì)，早期的科學(xué)家培育出了不少雜交品種，但只研究了其中一小部分。

對(duì)此，孟德?tīng)栍兴约旱南敕āＫ?jì)劃先通過(guò)幾種配對(duì)培育出數(shù)以千計(jì)的后代，然后計(jì)算某種特定特性出現(xiàn)的頻率，看看這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是否能幫助他找出其中的規(guī)律。

如果這一切進(jìn)展順利，他就可以得出一個(gè)適用于所有生物的定律。

做實(shí)驗(yàn)，需要先仔細(xì)挑選實(shí)驗(yàn)用的植物。為此，孟德?tīng)栄芯苛嘶▓@里的34種豌豆。起初，這些看上去各不相同的豌豆讓孟德?tīng)柡翢o(wú)頭緒，不知道該去追蹤哪些特定的特性。但經(jīng)過(guò)更加認(rèn)真的觀察后，孟德?tīng)栕⒁獾剑核型愣沟姆N子，不外乎兩種顏色——黃色或者綠色。并且有些豌豆的表面光滑，有些豌豆則是皺巴巴的。找到了豌豆這兩對(duì)明顯的差異特征，孟德?tīng)柺珠_(kāi)心。

于是，孟德?tīng)柼暨x了7對(duì)有明顯差異特性的豌豆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他計(jì)劃對(duì)每一對(duì)進(jìn)行培植，并記錄下每一種特性在后代身上出現(xiàn)的頻率。

發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律

在正式實(shí)驗(yàn)之前，孟德?tīng)柗N了很多批豌豆，他要確保這些豌豆的穩(wěn)定性，能夠一直繁殖有著相同特性的后代，他還要確保這些后代的任何變化都是由他的實(shí)驗(yàn)引起的。

經(jīng)過(guò)兩年的精心準(zhǔn)備，孟德?tīng)柦K于要開(kāi)始雜交豌豆實(shí)驗(yàn)了。豌豆是自花授粉植物，在開(kāi)花前，雄蕊上的花粉就落到同一朵花的雌蕊上完成了授粉，然后形成種子。為了創(chuàng)造雜交后代，孟德?tīng)栃枰深A(yù)這個(gè)自然過(guò)程。

時(shí)間就在豌豆的播種和收成間流過(guò)。到了春天，孟德?tīng)栃⌒囊硪淼赜描囎影腰S色豌豆的花瓣剝開(kāi)，剪掉花的雄蕊，使它不能再產(chǎn)生花粉。然后，他又小心翼翼地把綠色豌豆的花粉刷在剪掉雄蕊的花的雌蕊上。接著，他給這朵花套了一個(gè)小袋子，以防止來(lái)自其他株的花粉隨著微風(fēng)飄進(jìn)來(lái)，或被蜜蜂、蝴蝶帶進(jìn)來(lái)。通過(guò)這種方式，他就可以確信沒(méi)有其他植物給這朵花授粉。

就這樣，孟德?tīng)柊凑展饣耐愣购桶櫚桶偷耐愣梗S色的豌豆莢和綠色的豌豆莢，光滑的豌豆莢和凹凸不平的豌豆莢等7種不同的特性，授粉了287朵豌豆花。他操作時(shí)非常小心，因?yàn)橐粋€(gè)錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致功虧一簣。

接下來(lái)就是等待了。直到花被裝滿種子的豌豆莢取代，孟德?tīng)柌虐呀壷男〈幽米?。他開(kāi)玩笑說(shuō)，這些精心培育的豌豆就是他的孩子。

秋天終于來(lái)了，孟德?tīng)柤鼻械卮蜷_(kāi)剛剛成熟的豌豆莢。他發(fā)現(xiàn)了什么？

綠豌豆和黃豌豆雜交的后代全部是黃豌豆。皺巴巴的豌豆和光滑的豌豆雜交，得到的都是光滑的豌豆。

孟德?tīng)栍^察到，在這7對(duì)特性中，所有的雜交后代看起來(lái)都只像父母中的一個(gè)。消失的特性會(huì)永遠(yuǎn)消失嗎？它們的孫輩和曾孫輩又會(huì)長(zhǎng)什么樣呢？整個(gè)冬天，孟德?tīng)柖荚谒伎歼@些問(wèn)題。

終于，又一個(gè)春天到來(lái)了，他種下了這些自己培育的雜交后代的種子。這一次，他聽(tīng)任自然的發(fā)展，讓花朵自己授粉。他一邊耐心等待，一邊密切關(guān)注著。

到了收獲的季節(jié)，孟德?tīng)栍忠淮未蜷_(kāi)成熟的豌豆莢。他發(fā)現(xiàn)黃豌豆和綠豌豆并排出現(xiàn)在同一個(gè)豆莢里，他還在光滑的豌豆旁邊發(fā)現(xiàn)了皺巴巴的豌豆。消失的特性又出現(xiàn)了！

孟德?tīng)栐侔堰@些種子種下，耐心等待它們成熟。當(dāng)再次收獲豌豆的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)所有綠豌豆的后代豆莢里都只有綠色的豌豆，黃豌豆的后代有些豆莢里只長(zhǎng)出了黃豌豆，但是大部分的豆莢里同時(shí)出現(xiàn)了黃豌豆和綠豌豆。孟德?tīng)栍职逊N子種了4次。在每對(duì)不同的組合中，他都得到了相同的結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律！

寂寞的先驅(qū)者

實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果讓孟德?tīng)栂肫鹆怂诖髮W(xué)時(shí)學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)。有時(shí)候數(shù)字也會(huì)產(chǎn)生一種像豌豆里黃綠顏色搭配的模式。如果豌豆的特性遵循與數(shù)字相同的規(guī)則，那么每個(gè)特性必須由兩個(gè)單獨(dú)的部分組成，這兩個(gè)部分又交叉形成新的模式。突然間，孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)了一種父母將自己的特性遺傳給孩子的全新遺傳方式。

他得出的結(jié)論是，每一種豌豆都有表現(xiàn)任何一種特性所必需的兩個(gè)因子。今天，我們把這些因子稱為“基因”。對(duì)應(yīng)到每一種特性上，父母分別把部分基因傳給了孩子。

當(dāng)孟德?tīng)柊腰S豌豆和綠豌豆雜交時(shí)，每株雜交植物都有一個(gè)黃豌豆基因和一個(gè)綠豌豆基因。在第一代雜交植物中，所有的豌豆都是黃色的，這是因?yàn)辄S色基因遮蔽了綠色基因。但是綠豌豆的基因并沒(méi)有消失，仍然被遺傳了下去。孟德?tīng)柗Q那些遮蔽其他基因的基因是“顯性的”，而那些被遮蔽的基因則是“隱性的”。他還發(fā)現(xiàn)隱性基因和顯性基因都有可能遺傳給孩子，當(dāng)一個(gè)隱性基因遇到另一個(gè)隱性基因時(shí)，它就會(huì)“重現(xiàn)天日”。這就解釋了為什么綠豌豆和其他失去的特性又出現(xiàn)在了孟德?tīng)柡髞?lái)的實(shí)驗(yàn)中。并且這些特性是獨(dú)立發(fā)揮作用的，豌豆變綠并不會(huì)使豌豆更容易起皺或變得光滑。

8年來(lái)，孟德?tīng)柗N了將近28000株豌豆！他還在其他14種植物上進(jìn)行了小規(guī)模實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都驗(yàn)證了他的這些結(jié)論。

1864年，由于嚴(yán)重的蟲(chóng)災(zāi)和其他屬植物試驗(yàn)的意外，孟德?tīng)柋黄确艞壛送愣寡芯俊?/p>

1865年，孟德?tīng)枌⑺陌l(fā)現(xiàn)提交給了布爾諾自然科學(xué)學(xué)會(huì)。一年后，他在一本科學(xué)雜志上發(fā)表了這些研究結(jié)果，但是并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。

沒(méi)有人明白他的發(fā)現(xiàn)并不僅僅限于豌豆，人們無(wú)法將豌豆實(shí)驗(yàn)與蘋(píng)果樹(shù)、綿羊或人類聯(lián)系起來(lái)。而且，在孟德?tīng)柹畹臅r(shí)代，顯微鏡也看不到基因的存在。沒(méi)有更多的證據(jù)證明基因確實(shí)存在，人們?nèi)绾蜗嘈潘麄兛床坏降臇|西呢？

1884年，孟德?tīng)栆蚰I炎去世，年僅62歲。

又經(jīng)過(guò)了16年，全世界才意識(shí)到他發(fā)現(xiàn)的偉大意義。1900年，來(lái)自三個(gè)不同國(guó)家的三位各自獨(dú)立工作的科學(xué)家，不約而同地在自己的國(guó)家進(jìn)行了與孟德?tīng)柕耐愣箤?shí)驗(yàn)極為類似的雜交實(shí)驗(yàn)，也分別得到了類似的結(jié)論。當(dāng)他們查閱文獻(xiàn)時(shí)，碰巧都發(fā)現(xiàn)了孟德?tīng)栐?865年發(fā)表的論文，原來(lái)有位不被世人所知的神父早在30多年前就得出了與他們一樣的結(jié)果。

終其一生，孟德?tīng)柖紱](méi)有獲得過(guò)任何榮譽(yù)，但他被世界公認(rèn)為現(xiàn)代遺傳學(xué)的創(chuàng)始人。他揭示的兩大遺傳學(xué)定律被稱為孟德?tīng)柖?。今天，我們利用遺傳學(xué)來(lái)預(yù)防和治療疾病，改良作物基因，破解犯罪難題，了解更多關(guān)于大自然的奧秘。

任何一項(xiàng)科學(xué)研究成果的取得，不僅需要堅(jiān)忍的意志和持之以恒的探索精神，還需要嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和正確的研究方法。