遗传学之父——孟德尔

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孟德尔,遗传学
遗传学之父——孟德尔

1822722日,约翰•孟德尔(Johann Mendel)出生在奥地利莫拉维亚(Moravia)一个名叫海钦多夫(Heinzendorf)的村子里(现已划归捷克)孟德尔生于一个农民家庭,排行第二,是家中唯一的男孩。小时候,孟德尔一直在果园里劳作,生活十分艰辛。6岁时进了村里的小学学习语文数学等基础课程以及养蜂、果树嫁接等实际操作。孟德尔自幼勤奋好学、成绩突出。父亲听从了老师的建议,让他继续上初中高中由于家境贫寒,付不起学费,高中阶段的学习生活已经十分拮据。高中毕业后,孟德尔打算进厄尔姆兹学院(Olmults)行两年的大学预科学习。不幸的是,由于他父亲健康状况不佳而无力供养他继续深造。就在人生中最困难的时刻,孟德尔的妹妹变卖自己的嫁妆,资助他完成了学业。这使他永生难忘,并且把感激化为学习的动力,学业一直名列前茅。然而,家境的窘迫,难以圆他大学之梦。孟德尔意识到,必须先要找到一份可以聊生的职业,才有可能继续深造。他接受了老师的建议,18439月进入布隆(Brunn现名Brno)市的修道院当了一名修道士,Gregor是他的教名。

布隆是莫拉维亚省的首府,也是奥匈帝国工农业生产经济中心。修道院相当富足,拥有一个藏书20000册的图书馆,可和当时的大学图书馆媲美,也是当时全市宗教文化中心。教士们文化素质很高,不少牧师都有正式的园艺、音乐哲学等学位。在修道院,孟德尔进行了系统的宗教学习,成绩突出,仅用3年时间就完成了4年的学业。学习结束,孟德尔被任命为教区教士,但他并不喜欢这工作修道院院长也觉察出了孟德尔的喜好,特意安排他到本地一所高中担任临时性的教学工作出色的教学效果,使孟德尔很很快在学生中建立了声誉。规定,担任高中教师,通常需要大学学历并通过资格考试考虑到孟德尔的实际情况,评审委员会决定保留他的教师资格,并建议他到维也纳大学完成大学学业。在修道院院长的支持下,孟德尔于终于实现了他上大学的愿望,于1851进入维也纳大学继续深造,系统学习物理化学动物学、植物学、数学课程

维也纳大学学习期间,植物学家昂格尔(F Unger, 1800-1870)对孟德尔以后研究产生了深刻影响。昂格尔阐述的进化学说,涉及到物种变异,极大地激发了孟德尔对遗传学的兴趣。孟德尔后来谈到他耗费大量时间进行实验,是为“解决一个问题,这个问题与生物进化有关,它的重要意义决不能低估。”显然,他希望通过实验检验昂格尔的学说,研究生物的变异。由于孟德尔从进化角度进行研究采取了群体分析方法而不是传统的只注重单个个体的研究方法。他实实在在地分析了成千上万的种子和植株,实验设计十分严谨,并且非常注意每一个细节。孟德尔的成功很大程度上得益于他深厚的生物学理学数学等基础。为维也纳大学物理学院著名物理学家多普勒(Christian Doppler)当过一段时期的助教,主要工作是对实验作详细记录,并进行初步统计分析。显然,这对以后他所从事的豌豆杂交实验结果大量的数据分析奠定了基础。

1853年,孟德尔从维也纳大学回到布隆,本来不需要再参加考试就可以直接任教,但他执意要求照章行事,并很快通过了笔试。出人意料的是,孟德尔却随后决定撤消口试要求。这一不合常情的举动,使人们百思不得其解,至今依然是一个谜。据后人猜测,当时孟德尔和考试委员会成员在遗传本质等问题上发生

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了争执,双方各执己见。此时,孟德尔面临两种选择,要么放弃自己的观点,要么放弃教师资格考试。他选择了后者。

为了证实自己的想法,孟德尔于1856年开始了豌豆杂交实验。他卧薪尝胆,默默地进行了8年实验,终于以有力的证据证实了他自己的论点。孟德尔对实验进行了精心设计选材时充分考虑到尽量避免干扰因素。由于豌豆是严格自花授粉的,因此很适合作杂交试验材料。在性状选择上,孟德尔注重质量性状,使其有严格的可区分性。他挑选的性状共有7对:(1)成熟种子形状—圆形润或皱缩;(2)子叶颜色—黄色或绿色;(3)种皮颜色—褐色或白色;(4)成熟豆荚形状—饱满或缢缩;(5)未成熟豆荚颜色—绿色或黄色;(6)花的位置—腋生或顶生;(7)茎的长短—长茎或短茎。根据统计学原理,孟德尔注意到,当实验植株较少时,结果可能发生较大波动,因此必须采用大样本。这就避免了由于对实验数据波动的困惑而导致对实验本身的怀疑。孟德尔的研究态度十分严谨,在得出初步结论后,他又用测交方法对结论进行验证,这种方法可以确定后代的基因型。

经过了多年实验,孟德尔对单个性状杂交结果进行了深入分析,提出了一系列假设,综合起来可以阐述为:控制性状的一对等位基因在产生配子时彼此分离,并独立分配到不同性细胞中。这就是遗传学第一定律,或称分离律。同时,在对两对性状杂交的分析中,孟德尔又提出了第二定律,即自由组合律:各等位基因彼此分离后,非等位基因自由组合到配子里。以上两个定律,就是我们通常所说的孟德尔定律。

1865年布隆自然科学史学会召开年会,孟德尔宣读了他的长篇论文《植物杂交实验》。尽管学会其他会员并不理解这一论文的意义,还是决定在l866出版的会刊上予以发表。孟德尔的这一论文揭示了生物性状分离和自由组合的遗传规律,即我们现在常说的“孟德尔定律”。十分遗憾的是,由于历史的原因,这个重大发现当时未受到学术界重视,在孟德尔有生之年,这篇论文—直默默无闻地躺在许多国家的图书馆里。1868年修道院院长逝世,孟德尔继任院长。由于忙于应付日常琐事和社会活动,并因为修道院纳税问题和政府产生的纠葛,使他无法再继续他的实验研究。他终生未娶,孑然一身。

尽管孟德尔的伟大发现在他生前未能引起科学界的重视,他却坚信他的遗传学说终有一天会得到公认。他曾不只一次地告诉他的外甥,“我的时代一定会到来”。1900年,荷兰植物学家德弗里斯(Hugo de Vries)、德国植物学家柯伦斯(Carl Correns)和奥地利植物学家丘歇马克(Erich von Tschermak)在各自的豌豆杂交实验中分别得到了与孟德尔实验结果相同的结论,重新发现了埋没多年的遗传学基本定律,从而揭开了现代遗传学的序幕。不久,摩尔根和他领导的实验室以果蝇为材料,进行了一系列实验,并在20世纪初的10多年中先后取得了许多遗传学的重大发现。

今天,人类基因组序列草图已经完成,后基因组时代已经到来,遗传学研究的深度和广度,已经和孟德尔时代不可同日而语。重温100多年前孟德尔遗传定律发现的艰辛历程,也许可以得到一些启示。



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