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世界科技全景百卷书: 孟德尔
刨根问底 众所周知，小麦种子种在地里，长出的一定是小麦，大豆种子种在地里，长出的一定是大豆；母牛生下小牛；大猫生下小猫；在我们人类，子女与父母相像，这都是遗传现象。 但是，下一代或多或少与上一代总有不相像的地方，就像我们人类，子女与父母总有不相像的地方一样，这种现象就是变异现象。 遗传和变异现象非常重要，正是由于这种遗传和变异，才使自然界中的生物得以延续和发展。遗和变异有它自身的规律。谈到这些规律，很多人都会想到 19世纪奥地利的遗传学家、现代遗传学的奠基人——格里戈尔·约翰·孟德尔。正是这位孟德尔，用豌豆做了8年多的试验，发现了遗传的规律，打开了现代遗传学的大门。 1822年7月22日，孟德尔出生在奥地利的西里西亚附近的海因泽多夫村。这个村有一百多户人家，散居在一片树林里。这里靠近多瑙河，土地肥沃，到处长着美丽的花草树木，素有“多瑙河之花”的称号。 孟德尔的父亲是一个农民，憨厚率直，日日夜夜在土地上辛勤地耕耘，维持着一家人的生计。除了务农，他还爱好园艺，辛辛苦苦地开辟了一个小花园，花园里果木茂密，鸟语花香，一切都充满着勃勃生机。孟德尔的幼年时期，大部分时间是在他父亲的花园里度过的。父亲带他来花园不是为了玩耍，而是让小孟德尔到这里来帮他干活。在花园里，小孟德尔跟着父亲一道浇水、松土、施肥、剪枝、锄草，一刻也不停息。小孟德尔就是在这里养成了种植花木的兴趣。 除了干活，小孟德尔还比较喜欢观察周围的一切。高低错落的树木、各种各样的花朵、形形色色的果实，还有那飞来跳去的昆虫，都是小孟德尔感兴趣的。他能根据它们不同的形态来辨认它们，并摸清了很多规律。比如说，这种花什么时候开，那种果什么时候熟，还有树什么时候冒芽、落叶等等。凡是花园里有的，他都能一一说出来。 他还喜欢刨根问底，常常问一些在别人看来十分“古怪”的问题：“为什么这种树的果实与那种树的果实不一样呢？”“为什么树木和花朵都有不同的形状和颜色呢？”“为什么麦子的种子种在地里，长出的一定是麦子，葱的种子一定生葱呢？”每当小孟德尔问到这些问题，大人们总是没有给他满意的答复。越是这样，他越是想知道，他对花草果木的兴趣和求知的欲望也越来越强烈了。 6岁时，孟德尔上了小学。这所小学把自然知识列入了小学的课程，为此，还遭到了当地学校视察官的反对。可是，学校还是坚持开自然知识课。因此，在这里，孟德尔有机会学到了许多自然科学知识，他可高兴了。他学习非常努力，成绩总是名列前茅，而且天赋过人。课余时间他常到学校附近的一个小花园里养花、种果树和养蜂等等。 小学毕业后，孟德尔进了邻近的一所中学。他家里很穷，父母就连他在学校的一日三餐都供不起，所以他常常是衣衫褴褛，忍饥挨饿，由于饥一顿、饱一顿，孟德尔还生了一场病，被迫休学了几个月。尽管这样，他仍然以坚强的毅力克服困难，刻苦读书，从不松懈。因此，他的成绩一直很好。1840年，他以优异的成绩从中学毕业了。 中学毕业后，他又在为上大学的学费发愁。当时，他父亲在一次砍树时受了伤，被大树压断了几根肋骨，丧失了劳动能力。这样一来，家里就更穷了。父亲没法干活了，只好把地全部卖掉，把卖地的钱分给自己的几个孩子。就在孟德尔为上大学的学费一筹莫展的时候，他妹妹泰妮莎将自己分得的那些钱慷慨地给了孟德尔。这笔钱，泰妮莎原是准备用做自己的嫁妆的。就是靠了这笔钱，孟德尔才得以进入奥尔米茨大学神学院学习。 在大学里，孟德尔博览群书，还学习了不少数学和物理学以及其他自然科学知识，这些为以后的研究工作打下了良的基础。 21岁那年，孟德尔从神学院毕业了。选择什么职业好呢？他很犹豫。他对宗教和神学并没有多大的兴趣，可是，长期的饥寒交迫使得孟德尔顾不上自己的兴趣，他饿怕了。他为了找一个饭碗而当了修道士，把真正的志趣暂时埋藏在心中。 做代课老师 修道院里有一座植物园。这里收集了许多种植物，有很多罕见的花木。对于孟德尔来说，这座植物园简直是一件天上掉下来的礼物，使他非常高兴。他在这里度过了他全部的空闲时间，他对这里的每一株花木都很感兴趣，他观察着、培育着它们。 孟德尔是一个一刻也闲不住的人。他喜欢学习，喜欢研究，善于接受新的事物，也乐于把自己学到的各种动植物和昆虫知识教给别人。除了修道院以及植物园的工作外，他还向本地的中学申请做代课教师。 学生们都很喜欢这位胖胖的矮个子老师，因为他为人和气，从不板起面孔教训人。他在课堂上用动听的故事向学生们传授知识。他讲修道院里的植物园，讲植物园里的云杉、冷杉、豌豆、石竹、玉米、洋葱、紫茉莉，讲蜜蜂、老鼠、蜘蛛等等，他讲这些动植物的各种有趣而又让学生感到古怪和新奇的行为和习性。学生们都很喜欢听他讲故事。他还常常请学生到修道院来，带领他们一块儿观察蜜蜂、鸟雀和老鼠，还有那些花草树木，教给他们观察的方法，让他们通过自己的观察，增长知识。 孟德尔温和善良，他对所有的学生一视同仁，从不偏心眼儿，他让聪明的学生受到表扬，愚笨的学生得到鼓励。如果有人功课跟不上，他就把这样的学生叫到修道院里来，耐心地辅导他们。 孟德尔是一位难得的好老师，但他一直不是正式教师，薪金只有正式教师的百分之六十。他很想取得一个正式教师资格，把教师作为固定职业。1850年春天，他报名参加中学教师考试，但是，他没有考上。主考官说他对自然科学课程学习不够，抱怨他置专门的术语于不顾，不依赖传统的知识，而是使用他自己的语言，表达他自己的观念。在考试中失败，是由于孟德尔的独创性，他的答卷超过了主考官们所能理解的水平。后来，孟德尔还参加了一次考试，主考官们再度淘汰了他。但是，尽管如此，孟德尔的教学成绩却受到了学校、家长和学生的一致好评，他是大家公认的和气的好老师。 破译遗传之谜 从 1857年起，孟德尔为了探索植物遗传的奥秘，开始用豌豆做杂交试验。在这以后的几年里，人们常常看到一个极有教养的修道士把他大部分的时间都花在了计算成千上万粒各式各样的豌豆上。一年又一年，他播种、收获、计数，再播种、再收获、再计数，他简直是着了迷。大家都认为，这是一个古怪的人，他整天干着毫无意义的事情。这个人就是孟德尔，而正是这些所谓的“毫无意义的事情”，奠定了现代遗传学的基础，使孟德尔成为现代遗传学的奠基人。 豌豆的品种很多，孟德尔四处奔走，一共收集了34种豌豆种子。但是，并不是每一种豌豆种子都适合做杂交试验。孟德尔决定挑选那些有明显不同的相对性状的豌豆，比如说：高的和矮的、圆的和皱的、开白花的和开紫花的等等，这些都是相对性状，他一共选了7对。这么多的相对性状，如果同时试验，那一定会把人弄糊涂，因此，孟德尔决定在试验一对相对性状的时候，先不管别的性状，只看这一对相对性状的遗传情况。等把这一对相对性状的遗传规律弄清楚以后，再看两对相对性状的遗传情况。就这样，由简单到复杂，来开展试验工作。 孟德尔把挑选好的豌豆种子种在地里，少数栽在花盆里。他还用木棍、树枝或绳子把豌豆苗支撑起来，让它们保持直立的姿势。他还小心翼翼地防备甲虫捣乱，防止它们乱传花粉，影响杂交试验。为了保持实验的准确性，10000株豌豆，他都一一细心检查，发现有不合格的，就把它们一一挑出来。坚持进行如此大量而又单调重复的工作，该需要多么大的毅力啊！ 高的和矮的豌豆杂交后，结出了种子。将这些种子又种下去，长出了豌豆苗。孟德尔发现这些新长出的豌豆苗全是高的。真奇怪！为什么一个矮个儿的都没有呢？ 这些豌豆苗后来也都结出了种子。带着问题孟德尔将这些种子又种在地里，他想看看长出的是不是还全都是高个儿。到了夏天，豌豆又要成熟了，孟德尔发现，这次长出的豌豆苗有高有矮，高的多，矮的少。他作了一下统计，分别数了一下高个儿和矮个儿的数量，发现有787棵是高个儿的，有277棵是矮个儿的。为什么这次又长出一部分矮个儿的来呢？ 孟德尔感到很奇怪，他又拿别的具有相对性状的豌豆杂交。杂交试验的结果非常相似，杂交第一代长出的全是具有一对相对性状中的一种性状的豌豆，比如说全是圆的，或者全是黄色子叶的等等。而第二代，一对相对性状都出现，只不过是一种多，一种少。他将这些都作了统计，并记录下来。如，在圆形种子和皱形种子这一对相对性状的试验中，第二代杂交种子的结果为：有5474棵圆形的，1850棵皱形的。黄色子叶和绿色子叶的杂交结果为：6022棵黄色的，2001棵绿色的。 孟德尔反复琢磨着这些统计数字。他终于发现，无论哪一对相对性状，多的和少的相比，大体上都是3∶1，比如说，高∶矮=787∶277=2.84∶1；圆形的∶皱形的=5474∶1850=2.96∶1；黄子叶的∶绿子叶的=6022∶2001=3.01∶1；灰种皮的∶白种皮的=705∶224=3.15∶1；等等。 为什么总是3∶1呢？是偶然情况还是一种规律呢？孟德尔为了回答这个问题，又开始了试验。他施肥、浇水、除草、收获、统计，一丝不苟。把收获的种子再种下去，重复做着一个又一个试验……他一连种了五代，终于发现，3∶1不是偶然情况，它显示出了一个规律。那么，这个规律到底是什么呢？ 孟德尔认为，既然高个儿豌豆生出来的是高个儿的豌豆，矮个儿豌豆生出来的是矮个儿的豌豆，这就说明遗传现象是由某种因子决定的。高的生高的，矮的生矮的，这说明上一代的高因子和矮因子分别传给了下一代。但是为什么杂交产生的第一代全是高的，而到了第二代，高的、矮的都有了呢？ 孟德尔喜欢看戏，有一次看戏回来，他忽然想到，在演出当中，有在台前演出的，有在幕后准备的。那么在遗传中是否也有这种现象呢？受到这个启发，孟德尔豁然开朗，他终于弄清了其中的奥秘。原来，每一个植株有两个决定高矮的因子。纯种的植株中两个因子是一样的。当纯种高的和纯种矮的杂交时，高、矮植株各自的两个相同的因子都要发生分离，然后高矮两种因子结合在一起。因为高因子强（显性的），矮因子弱（隐性的），强的战胜弱的，所以高矮杂交的第一代都是高植株。 当第一代杂交种子自花授粉时，杂种高植株包含的高矮两个因子也要发生分离，产生高、矮两种因子。这些因子有4种结合方式，即：高高、高矮、矮矮和矮高。因为高因子是显性的 （强的），所以凡是包含高因子的植株都是高的，只有“矮矮”这一类是矮的，因此，就产生了3高1矮的比例。这就是遗传的分离规律。 后来，孟德尔又在具有两对和两对以上相对性状的豌豆植株中进行了类似的试验，他又找出了适合于这些情况的遗传的规律。 多年的试验，使孟德尔解开了遗传之谜。在大约8年的时间里，经过孟德尔检验的豌豆植株数量达28000株以上。他对这28000多株豌豆进行了统计分析，而这一切都是通过他自己一点点地计数，一点一点地分类而进行的，又都是在不被大多数人理解的情况下进行的。孟德尔这位现代遗传学的先驱，在当时该承受多么大的压力、具有多么坚强的意志啊！而十分令人遗憾的是，孟德尔的这些研究成果在当时未能得到别人的理解和重视。孟德尔研究成果的总结——《植物杂交试验》，于1865年写成的一篇30000多字的论文，被束之高阁，在书架上一直沉睡了30多年！ 直到1900年，孟德尔去世后16年，三位欧洲的植物学家不约而同地分别发现了30多年前孟德尔的文章，因为他们的工作与30多年前孟德尔的工作类似。他们都非常震惊，这样一项伟大的开创性的工作居然被埋没了 30多年！ 孟德尔终于被学术界公认为“遗传学之父”。 1910年，世界各国150多名学者捐助、募捐，在布尔诺为孟德尔建立了一座纪念碑，以纪念这位伟大的遗传学家。 |
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