孟德尔与他的豌豆,开创“遗传学”先河

所有生物的父母和子女间,一定会有某种程度的相似,那是亚里斯多德和其他古典时期思想家很久之前就认证的理论,但生物遗传的基础一直是个难解之谜。多年来出现过各种解释,但有些解释在今日看来有些古怪。比方说亚里斯多德就认为母亲对孩子的影响只有在腹中的成长,就像某种土壤品质对植物的影响,只有从种子到发芽的阶段而已。有些思想家则是认为遗传基础是来自“血液的混合”,也就是说孩子是从双亲那边获得平均的特征。

直到发现基因后,我们才更加了解遗传的运作方式。基因不只帮助我们理解家人间复杂的相似性和独特性,也是生命用来建造、维持和繁殖细胞的关键讯息来源。更进一步说,基因也是细胞制造的有机体的关键讯息来源。来自现位于捷克布尔诺修道院的孟德尔(Gregor Mendel),是第一位解开遗传学神秘面纱的人。但他的研究标的并不是人类费解的遗传型态,而是用豌豆这种植物进行谨慎的实验,而他所研究出来的概念,最终引导我们发现目前称之为基因的遗传单位。

孟德尔与他的豌豆,开创“遗传学”先河
豌豆的各个构造,包括茎、叶、花、果荚、种子

孟德尔不是第一个用科学实验来探究遗传学的人,甚至不是第一个用植物来寻找答案的人,有些更早期的植物育种家描述了植物的某些特征如何以不如我们预期的方式代代相传。两种不同的亲株植物混种后的下一代,有时候看起来会像两种的混合。比方说,将紫色花和白色花混合后可能会产生粉红色的花;但有些特征则会在某个世代中扮演主宰角色,比方说紫色花和白色花的下一代是开出紫色的花。早期的研究先驱集合了许多有趣线索,但当中没有人能完全解释基因如何在植物中发挥遗传效用,更别说如何在所有生物,包括人类上,发挥效用了,而那正是孟德尔在豌豆实验中所开始揭露的事情。

孟德尔曾经在维也纳大学攻读自然科学,虽没有成为合格教师,但他并没有遗忘自己在物理学方面所受的训练。他明白自己需要很多资料,因为庞大的样本更有可能发现重要的模式。他有些实验包含了一万多种不同的豌豆植物,在他之前未曾有植物育种家采行过如此缜密和大量的方式来进行研究。

为了降低实验的复杂度,孟德尔只专注在有显示明确差异的特征上。他多年来小心记录他所设计的混种结果,并发现了其他人没注意到的模式。更重要的是,他观察到在这些豌豆中会有特定比例出现某些特征,特定比例缺少某些特征,像是特定花色或种子形状等。关键之一就是孟德尔用了数学级数的方式来描述这些比例,这让他可以主张豌豆花内的雄性花粉和雌性胚珠含有他称为“元素”的事物,这些元素就和亲株的不同特征有关联。当这些元素透过受精结合,就会影响下一代植物的特征。但孟德尔当时并不知道这些元素是什么,或者会怎么运作。

当时有个有趣的巧合,另一位知名的生物学家达尔文(Charles Darwin)大约在同一时间也在研究金鱼草这种植物的混种,他观察到类似的比例,但并没有试着解释那些数值可能代表的意义。总之,孟德尔的研究几乎被当代完全忽视,直到一整个世代后,才有人认真看待他的研究。

接着,在约莫 1900 年时,有一些独立研究的生物学家重复了孟德尔的研究,将这些研究进一步发展,并开始对于遗传如何运作这件事做出更明确的预测,进而促进为了纪念孟德尔而命名的“孟德尔定律”和遗传学的诞生,世界开始注意到这个议题。

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