未熟豆莢的顏色428(綠)152(黃)2.82:1
花的位置651(葉腋)207(頂端)3.14:1
莖的高度787(高)277(矮)2.84:1
孟德爾仔細分析了表的最後一列,發現不管前面兩列數字多麼不同,但在這一列中比例卻都近似於3:1,他不覺高興地大喊一聲:“秘密原來在這裡!”從這些數字中孟德爾看到隱性性狀並沒有消失,它還是傳下來了。他假設,每個生物細胞中都有控制性狀的因子(我們今天叫基因),因子在細胞中是成對的,到了受精時,精子與卵子就各帶一個因子,又結合成一對新的因子。這就是生物遺傳的分離定律,即遺傳學第一定律。
這就可以清楚地說明,在子一代時,隱性因子與顯性因子結合,它被掩蓋,所以全表現為顯性(加高莖)。但是掩蓋並不一定消失,到子三代時,就可能出現純顯性因子結合、顯隱性因子結合及純隱性因子結合三種情況,它在比例上是1:2:1,但顯、隱結合時外表仍是顯性,所以顯、隱的總比例就是3:1。再往下繁殖一代時,顯、隱結合的那一部分(即“2”)又可分成1:2:1,這樣顯性、隱性的近傳就會準確無誤地永遠傳下去。這就說明,為什麼高個子的父親和低個子的母親所生的孩子,不一定都是他們的平均高度。否則,全世界的人早就是一樣的高了。
一對性狀雜交的子三代是3:1,要是兩對性狀呢?比如黃色圓形種子和綠色皺皮種子,它們的子三代是什麼樣子呢?這就有四種情況:黃色圓形、黃色皺皮、綠色圓形、綠色皺皮,比例為9:3:3:1。純顯、隱性遺傳是3^2:1^2。要是三對性狀呢,正好是3^3:1^3,依此類推。就是說,這些性狀都會參加組合,進行遺傳。這樣孟德爾又得出一條自由組合定律,即遺傳學第二定律。
各位讀者,故事說到這裡,您也許會想起這套書第23回曾講到一個人,他的研究方法與孟德爾多麼相似。那就是開普勒,他也是將多年測得的行星執行資料這樣列表推算,從最後兩列中發現了其中的規律,從而確立了開普勒定律。這說明科學研究除了觀察、實驗之外還要善於運用數學統計分析。許多規律和發現不是直接用眼看見、手摸著的,而是用筆、用計算機算出來的。讀者諸君中也許有正在中學讀書就學的,千萬不敢看輕了數學的學習,現在看來枯燥的數字、字母,將來都是冶學的得力武器,請大家記住馬克思的這句名言:“一種科學只有成功地運用數學時,才算達到了真正完善的地步。”
再說孟德爾發現了遺傳規律後,1865年正好在布隆城召開一個奧地利自然科學會議,他就興沖沖地到會宣佈了這一成果,但是臺下的人沒有一人能聽懂他在說什麼。第二年,他又寫了一篇論文,公開發表,還把這論文分送到歐洲的120個圖書館裡去,但是誰也沒有注意這篇文章。孟德爾還是在園子裡安靜地擺弄那些花草、蜜蜂,他對自己的朋友尼斯爾說:“讓那些論文先睡上幾十年覺吧,我相信,承認我的一天終將到來。”
沒有人理孟德爾的論文,倒不是大家有什麼偏見,因為他超越時代實在太遠了。“超前性”是任何偉大理論的共同特點。麥克斯韋1864年發表電磁理論,1888年赫茲才證實電磁波的存在,他超前了24年,門捷列夫1869年發表元素週期律,1875年布瓦博朗德發現鎵,才證實了週期律,他超前了六年,愛因斯坦1905年提出質能互變e=mc^2,1945年第一顆原子彈爆炸,他超前了40年。當孟德爾在1866年發表遺傳定律時,他奇怪為什麼沒有人響應,但是他不知道,他的理論比實踐超前了34年。只有等人們對微觀細胞有了進一步的研究後才能驗證他的理論。
果然,這一天來到了。1900年春天荷蘭的德弗里斯、德國的柯倫斯和奧地利的丘歇馬克都各自獨立地通過實驗得出如我們敘述過的哪種遺傳規律的結論。但是當他們在發表論文前查閱文獻資料時,又都同時發現孟德爾早已有言在先。孟德爾的論文在圖書館裡被塵土封埋了34年後又這樣戲劇性地被重新發現了。
孟德爾理論的重新被重視,還得感謝細胞學說的進步。原來1879年德國生物學家弗萊明發現了一種辦法,用礆性染料可以把細胞核內的微粒狀物質染成黃色,而且再不會褪色。有了這個標記,觀察起來就十分方便。弗萊明發現這些微粒先變成絲狀,這細胞再斷裂成數目相同的兩半,一個細胞就變成兩個,細胞原來是這樣分裂的。1880年德國生物學家就把這種能染上色的微粒叫做“染色體”,就是我們現在常說的這個名詞。1900年孟德爾學說重新發現不久,過了四年,美國細胞學家薩頓突然想到,孟德爾說遺傳因子成只成對,我們細胞學界說染色體成雙成對,這兩個怕就是一回事吧?漸漸的遺傳規律就要到細胞內部來尋找根據了。
這時在美國有一個生理學家叫摩爾根,(1866-1945)他有間奇怪的實驗室,裡面只有幾張舊桌子和幾千只瓶子。就靠這些瓶子,他培養了幾萬只果蠅。這東西繁殖率高,生活史短,便於觀察。摩爾根本是不相信孟德爾學說的,但是1910年的一天,他偶然發現許多紅眼果蠅中出現了一隻白眼果蠅。他出於好奇,便想:我何不也做一次雜交試驗。他讓紅白果蠅雜交,結果,下一代全是紅眼,顯然紅對白來說表現為顯性,正合孟德爾的碗豆試驗。他不覺暗吃一驚。他又使子一代交配,子三代中的紅白比例正好是3:1,這下摩爾根對孟德爾五體投地了。
摩爾根決心沿著這條線索追下去,看看動物是怎樣遺傳的。他進一步觀察,發現子三代的白眼蠅全是雄性。這說明性狀(白)和性別(雄)的因子(後來叫基因)是“連鎖”在一起的。而細胞分裂時,染色體先由一變二,可見能夠遺傳性狀、性別的基因就在染色體上,通過細胞分裂一代代地傳了下去,染色體就是基因的載體。摩爾根和他的學生真的還推算出了各種基因在染色體上的位置,並畫出了一張果蠅的染色體位置圖。
摩爾根的染色體理論成功地解釋了性別遺傳。原來,性細胞,即精子和卵子,除可先一分為二,變成成倍的新細胞外,它還可以“減數分裂”。就是本來細胞中含有46個染色體,結果分裂後只剩23個。這樣兩個精子和卵子結合,又成為一個有46個染色體的新細胞了,這就是新的生命。男女雙方的23個染色體有22個是普通染色體,只有一個是決定性別的。這一個在女性一方都是x染色體,在男性一方則有可能是x也可能是y。精子與卵子結合時,如果雙方都含x染色體,則生女孩,如果x卵子碰到一個y精子則生男孩。這個謎到摩爾根這裡才終於揭破了。於是他終於創立了著名的基因學說,並獲得了1933年的諾貝爾生理學及醫學獎金。
各位讀者,遺傳學的規律自孟德爾到摩爾根,其間過了四十多年才逐漸摸清。先是由孟德爾提出一個遺傳因子的假說,然後由後人一步步驗證,再提出新的假說,再驗證,科學就這樣向前發展了。恩格斯有一段話專門談這種研究方法。他說:“只要自然科學在思維著,它的發展形式就是假說。一個新的事實被觀察到了,它使得過去用來說明和它同類的事實的方式不中用了。從這一瞬間,就需要新的說明方式了-它最初僅僅以有限數量的事實和觀察為基礎。進一步的觀察材料會使這些假說純化,取消一些,修正一些,直到最後純粹地構成定律。如果要等待構成定律的材料純化起來,那麼就是在此以前要把運用思維的研究停下來,而定律也就永遠不會出現。”
遺傳是由基因決定的,那麼基因又是由什麼構成的呢?生物學還有待向更微觀的領域開拓。孟德爾的假說被證實了,摩爾根接著又向後人提出一個假說,他在自己的名著《基因論》的末尾說道:“我仍然很難放棄這個可愛的假設:就是基因之所以穩定,是因為它代表著一個有機的化學實體。”
這個假設是否能夠成立,且聽下回分解。