孟德尔和他的豌豆开创了“遗传学”!—— 《生命之钥:一场对生命奥祕的美丽探索》

孟德尔与他的豌豆,开创「遗传学」先河!——《生命之钥:一场对

作者/爵士译者/邱编者按:作者是著名的遗传学家和细胞生物学家,致力于控制细胞复制的研究,细胞复制是所有生物生长发育的基础。2001年,他被授予诺贝尔生理学或医学奖。他也是阿尔伯特爱因斯坦世界科学奖、拉斯克奖和皇家学会科普利奖章的获得者。

在这本书里,保罗纳斯用优美幽默的笔调给读者讲述了生物学的简史,引导我们思考科学家们长久以来追寻的生命奥秘,让读者仿佛穿越了世界,穿梭于各个时代的实验室,感受到科学发现过程的挫折与喜悦。除了学术上的理解,希望带给读者哲学上的思考能力。

我有两个女儿和四个孙子,他们都很不同。比如我的一个女儿莎拉是电视制片人,另一个女儿艾米丽是物理学教授。但是他们的一些特征在彼此之间,在他们的孩子之间或者在我的妻子之间仍然是一样的。家庭成员之间的相似度可能很高,也可能只是部分相似,包括身高、眼睛颜色、嘴巴或鼻子曲线,甚至一些特殊的习惯或面部表情。家庭之间也会有很多差异,但不可否认的是,每一代人之间都有延续性。

所有生物的父母和子女之间必然存在一定程度的相似性,这是亚里士多德等古典时期的思想家早就认证的理论,但生物遗传的基础一直是个谜。多年来有各种各样的解释,但其中一些在今天看来很奇怪。比如亚里士多德,认为母亲对孩子的影响只是肚子里的成长,就像某些土质对植物的影响,只是从种子到发芽的阶段。一些思想家认为遗传基础来自“混血”,即孩子从父母那里获得平均特征。

直到我们发现了基因,我们才更多地了解遗传是如何起作用的。基因不仅有助于我们理解家庭之间复杂的相似性和独特性,而且是生命建造、维持和繁殖细胞的关键信息来源。此外,基因也是细胞制造生物的关键信息来源。现居捷克共和国布尔诺修道院的格雷戈尔孟德尔是揭开遗传学之谜的第一人。然而,他的研究对象并不是人类令人费解的遗传模式,而是用豌豆进行的细致实验,他发展的概念最终引导我们发现了目前被称为基因的遗传单位。

豌豆的结构包括茎、叶、花、荚和种子。图//Pixabay孟德尔不是第一个用科学实验探索遗传学的人,甚至不是第一个用植物寻找答案的人。一些早期的植物育种家描述了植物的一些特征是如何以一种不如我们预期的方式代代相传的。两种不同的亲本植物混合后的下一代有时看起来像两种植物的混合物。例如,将紫色花与白色花混合可能会产生粉红色花;但有些特征会在某一代起主导作用。比如紫花白花的下一代就是紫花。早期的研究先驱收集了许多有趣的线索,但没有一个能够完全解释基因如何在植物中发挥其遗传作用,更不用说在所有生物中,包括人类,这正是孟德尔在豌豆实验中开始揭示的。

1981年冷战中期,我自己去布尔诺的奥古斯丁修道院朝圣,去看看孟德尔曾经工作过的地方,那是很久以前的事了,直到今天才成为一个旅游景点。那时,杂草丛生的花园是如此巨大,我很容易想象孟德尔曾经在那里种下一排排豌豆。他在维也纳大学学习自然科学。虽然他没有成为一名合格的教师,但他没有忘记他在物理方面的训练。他知道自己需要大量的信息,因为大样本更容易发现重要的模式。他的一些实验涉及10,000多种不同的豌豆植物,在他之前,没有任何植物育种家对它们进行过如此细致和大量的研究。

为了降低实验的复杂性,孟德尔只关注那些表现出明显差异的特征。这些年来,他仔细记录了自己设计的杂交结果,发现了别人没有注意到的模式。更重要的是,他观察到,这些豌豆中有一定比例表现出某种特征,也有一定比例缺乏某种特征,比如某种花色或种子形状。其中一个关键点是,孟德尔用数学级数描述了这些比例,这让他可以宣称,豌豆花中的雄性花粉和雌性胚珠含有他所谓的“元素”,这些元素与双亲的不同特征有关。当这些元素通过受精结合在一起时,就会影响下一代植物的特性。但是孟德尔不知道这些元素是什么,也不知道它们是如何工作的。

当时有一个有趣的巧合。另一位著名的生物学家查尔斯达尔文大约在同一时间也在研究金鱼草的杂交种。他观察到了相似的比例,但没有试图解释这些值可能意味着什么。总之,孟德尔的研究几乎完全被当代忽视了,直到整整一代人之后,才有人认真对待他的研究。

然后,大约在1900年,一些独立的生物学家重复了孟德尔的研究,进一步发展了这些研究,开始对遗传学如何工作做出更明确的预测,从而推动了孟德尔定律和以孟德尔命名的遗传学的诞生,世界开始关注这个问题。

本文摘自三才文化

生命之钥:诺贝尔奖得主亲撰 一场对生命奥祕的美丽探索》/ 保罗.纳斯爵士,2021 年 12 月,三采。

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