浅谈孟德尔遗传定律的发现过程及思辨之美

浅谈孟德尔遗传定律的发现过程及思辨之美摘要八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密，实验设计开辟了研究的新路，数学统计揭示出遗传的规律。这首小诗揭示了现代遗传学之父——GregorJohannMendel发现遗传定律的过程以及成功的奥秘。距这位遗传学的先驱和奠基者诞辰已160余年，他通过长期的植物杂交试验，系统地揭示了生物遗传性状世代相传的规律，奠定了遗传学发展的基础。时至今日，从事生命科学相关学科工作的每一个人心中都铭记着他的名字和他所发现的遗传定律。本文旨在浅谈孟德尔发现遗传定律的探索过程及其探索手段的思辨之美。1822年，孟德尔出生在奥地利的一个贫寒的农民家庭里，父亲和母亲都是园艺家。孟德尔童年时受到园艺学和农学知识的熏陶，对植物的生长和开花非常感兴趣。大学毕业以后，年方21岁的孟德尔进了布隆城奥古斯汀修道院，并在当地教会办的一所中学教授自然科学。后来，他又到维也纳大学深造。1856年，从维也纳大学回到布鲁恩。不久，孟德尔就开始了长达8年的豌豆实验。孟德尔首先从许多种子商那里弄来了34个品种的豌豆，从中挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状，例如高茎或矮茎、圆粒或皱粒、灰色种皮或白色种皮等。8个寒暑的辛勤劳作，孟德尔发现了生物遗传的基本规律，并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“孟德尔第一定律”和“孟德尔第二定律”，它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。他于1865年公布所发现的遗传学规律，并在《布鲁恩自然史学会杂志》发表了论文《植物杂交的实验》。可是，伟大的孟德尔思维和实验太超前了。尽管与会者绝大多数是布鲁恩自然科学协会的会员，然而，听众对连篇累牍的数字和繁复枯燥的论证毫无兴趣，他们实在跟不上孟德尔的思维。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉他的秘密，时人不能与之共识，一直被埋没了35年之久！随着20世纪雄鸡的第一声啼鸣，来自三个国家的三位学者同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律，遗传学才进入了孟德尔时代。那么，孟德尔为什么能够取得成功？这与当时的历史背景与思想背景密切相关。一方面，1868年达尔文提出了融合遗传的概念。另一方面，孟德尔的豌豆杂交实验是在19世纪中叶进行的，此时，原子论已经深入人心，人们认为一切物质是由原子构成的，这就使人很容易联想到遗传物质也是颗粒式的，正是上述两种思想的矛盾碰撞，孕育了孟德尔实验设计中的思辨之美。在我看来，孟德尔之所以能获得成功，有以下几个方面的原因。一、选择具有相对性状的纯种豌豆进行杂交实验，子代遗传物质的组成就会一目了然。既存在控制显性性状的遗传物质，又有控制隐性性状的遗传物质。只有在同一个体中同时存在着控制同种性状的不同的遗传物质，才能根据子代性状的类型及比例，判断亲代的遗传物质是如何存在的并追踪不同遗传物质是如何遗传的。二、子一代同时具有控制一种性状的不同的遗传物质。根据子一代自交所产生子代是否发生性状分离以及性状分离比，就可判断子一代中来自亲代不同的遗传物质是怎样存在的从生物学研究方法的角度考虑，孟德尔在研究生物性状遗传规律的过程中，从子二代出现性状分离的宏观现象，联想到微观水平上控制一种性状的不同遗传物质彼此不相融合，保持着独立性和纯洁性，在形成配子时也是彼此分离的。三、孟德尔发现他所种植的豌豆，就子叶颜色和种子形状来说，只有两种类型:一种是黄色圆粒，一种是绿色皱粒。孟德尔思考的是:控制粒色和粒形的遗传物质，也就是控制非相对性状的遗传物质在细胞内是如何存在的呢?究竟是彼此融合在一起还是彼此保持一定的纯洁性和独立性?如果只考虑粒色或粒形一对相对性状的杂交实验，则不能说明控制非相对性状的遗传物质是否融合，因为不论它们是否融合，就一对相对性状的遗传来看，子二代的性状分离比都是3:1。但若同时考虑子二代两对相对性状的组合，控制两对相对性状的遗传物质是否融合的结果是不一样的:如果它们融合在一起，子二代将只出现黄色圆粒和绿色皱粒两种类型，且分离比是3:1如果它们是彼此独立的，子二代将出现四种类型，且分离比是9:3:3:1。因此，孟德尔所进行的两对相对性状的杂交实验和一对相对性状的杂交实验是一脉相承的。因此，自由组合定律的发现也是从微观到宏观，又从宏观到微观进行分析的必然结果。四、进行测交实验。不论根据性状分离现象联想到成对遗传因子的分离，还是根据非相对性状自由组合联想到不成对遗传因子的自由组合，所运用的推理方法都属于类比推理得出的结论，必须经过进一步的实验验证才是正确的由于显性遗传因子对隐性因子的显性作用，当遗传组成未知的个体和隐性纯合子杂交时，子代的性状取决于遗传组成未知个体产生配子的类型测交实质上是用隐性亲本来测验F1杂种基因型的一种回交方式而显性亲本的回交却不能达到此目的，测交方法的巧妙之处就在于此。因此，根据测交子代的性状类型及比例，就可判断F1杂种产生配子的类型和比例是否与假说相符。结语孟德尔以天生的才能、青年的果断和壮年的坚持，在困难中成长，以放弃获得条件，在失败中得机遇，最终在有限的环境做出了超越时代的发现。孟德尔的成就，直接导致了遗传学的诞生。在应用上，遗传学带来了二十世纪绿色革命，对于解决全人类食物起了很大作用。遗传学通过分子生物学和重组DNA技术，带来生物技术产业。而对于孟德尔探索出的基因遗传的两大定律，我钦佩他忍受孤独，执着探索的决心的勇气；我沉醉于他探索方法的奥妙与思辨之美。最后，请允许我引用一首小诗向这位科学巨人致敬：为坚持智力追求，不惜放弃其天伦之乐。在学术群体外围，做出科学的核心发现。用数学分析生物，成功地进行学科交叉。十年一系列实验，一篇论文开创新学科！2013级口腔医学1330510002施武超