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达尔文为什么没能发现遗传规律

时间:2018-12-21  来源:《科学世界》2018.12  作者:方舟子
进化论和基因论是生物学最重要的两个理论。进化论是生物学大厦的基础,yP1免费翻墙网
它使得多姿多彩的生物界统一了起来;而基因论则是生物学大厦的支柱,支撑着yP1免费翻墙网
生物学的各个分支。达尔文和孟德尔分别被认为是进化论和基因论的创建者,因yP1免费翻墙网
此这两人经常被放在一起比较。yP1免费翻墙网
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其实这种对比没有什么意义。孟德尔虽然有十几年的时间在从事科学研究,yP1免费翻墙网
但是他唯一重要的工作就是豌豆实验。例如孟德尔长期研究气象,花了很长时间yP1免费翻墙网
做山柳菊杂交实验,这些工作都没有价值,后者甚至有反面的价值,因为山柳菊yP1免费翻墙网
杂交实验结果和豌豆实验结果不符,让他怀疑豌豆实验结果并不普适。豌豆实验yP1免费翻墙网
虽然发现了遗传规律,但是在当时却被科学界忽视了,三十多年以后才被“重新yP1免费翻墙网
发现”,在它被重新发现的时候,有几个人的工作已接近发现遗传规律,因此可yP1免费翻墙网
以说孟德尔对科学的发展几乎没有影响,他更让人惊叹的是其超越时代的研究方yP1免费翻墙网
法和发现。而达尔文是科学史上罕见的巨人,其对科学的贡献和影响只有伽利略、yP1免费翻墙网
牛顿、爱因斯坦可以相比。达尔文对生物学的贡献是多方面的,他在进化生物学、yP1免费翻墙网
生物地理学、系统分类学、生态学、动物行为学、实验植物学等领域都做出了影yP1免费翻墙网
响深远的开拓性工作,有的在几十年后才显示出其先见之明。而且达尔文的影响yP1免费翻墙网
超出了生物学,甚至超出了科学。yP1免费翻墙网
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但是却总有人认为孟德尔和达尔文一样伟大,甚至比达尔文还伟大。例如北yP1免费翻墙网
京大学生命科学学院教授饶毅就认为孟德尔即使不比达尔文伟大,也比达尔文聪yP1免费翻墙网
明,理由是两人都做过遗传实验,孟德尔发现了遗传规律,达尔文却没发现。饶yP1免费翻墙网
毅在给学生讲课时还因此嘲笑达尔文智商太低。看来是嫌达尔文对生物学的贡献yP1免费翻墙网
还不够大,做出的发现还不够多,有一项工作没做完美,就被当成弱智了。yP1免费翻墙网
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达尔文做了很多遗传实验,被拿来和孟德尔比较的,主要是两个植物杂交实yP1免费翻墙网
验。一个是金鱼草杂交实验。金鱼草是一种原产地中海地区的观赏花卉,引进中yP1免费翻墙网
国后,因为它的花的形状像金鱼,中国人把它叫做金鱼草。这种花是两侧对称的。yP1免费翻墙网
但是金鱼草有一个变种,花长得一点都不像金鱼,而是辐射对称的圆形的花。达yP1免费翻墙网
尔文做的金鱼草杂交实验,就是把野生型(两侧对称)金鱼草和辐射对称型金鱼yP1免费翻墙网
草杂交,发现子一代都是野生型,但是子二代既有野生型又有辐射对称型,野生yP1免费翻墙网
型有88株,辐射对称型有37株。yP1免费翻墙网
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我们现在知道,金鱼草花的形状是由一对基因控制的,野生型基因是显性,yP1免费翻墙网
辐射对称型基因是隐性,所以杂交子一代都是野生型,但是子二代野生型和辐射yP1免费翻墙网
对称型的比例应该是3:1,这个比例是孟德尔发现的,被称为“孟德尔比例”yP1免费翻墙网
(大家回忆一下在高中生物课学的孟德尔遗传定律)。达尔文统计出野生型和辐yP1免费翻墙网
射对称型比例是88:37,后人认为这很接近3:1这个“孟德尔比例”,达尔文却没yP1免费翻墙网
注意到,所以就要替达尔文惋惜,甚至认为他智商不高了。且不说达尔文从来就yP1免费翻墙网
没想到要去算两种性状的比例(因为这不是他做这个实验的目的,后面我们会谈yP1免费翻墙网
到),即使去算了,比例也是2.4:1,更接近于2:1而不是3:1(只有在样本足够yP1免费翻墙网
大时,才会等于3:1)。我们认为其接近3:1,那是因为我们已经知道了遗传定律yP1免费翻墙网
的先入为主,怎么能苛责达尔文没有注意到呢?yP1免费翻墙网
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达尔文的另一个植物杂交实验是用报春花做的。达尔文注意到报春花的花型yP1免费翻墙网
有两种,一种雌蕊比雄蕊长(长花柱型),一种雄蕊比雌蕊长(短花柱型)。达yP1免费翻墙网
尔文发现,长花柱型自交,后代都是长花柱,但是短花柱型自交,后代既有长花yP1免费翻墙网
柱型也有短花柱型,短花柱型占75%,长花柱型占25%。我们现在知道,短花柱型yP1免费翻墙网
基因是显性,长花柱型基因是隐性,达尔文报告的其实是杂合短花柱型自交的结yP1免费翻墙网
果,其后代短花柱型与长花柱型比例是完美的3:1。那么达尔文没有注意到这个yP1免费翻墙网
比例,是不是显得太笨呢?并不。这个短花柱型自交实验不是达尔文自己做的,yP1免费翻墙网
他说是报告别人的结果。他自己做的短花柱型自交实验结果,是短花柱型9株,yP1免费翻墙网
长花柱型5株,比例更接近2:1(还是因为样本太小)。他还做了两次长花柱型自yP1免费翻墙网
交实验,一次结果是长花柱型156株,短花柱型6株,一次是长花柱型69株,短花yP1免费翻墙网
柱型0株。那个3:1比例夹杂在一堆杂乱的数字中,没有让达尔文觉得特殊,有什yP1免费翻墙网
么奇怪的呢?我们觉得3:1比例很特殊、很引人注目,还是因为我们已经知道遗yP1免费翻墙网
传定律的先入为主。yP1免费翻墙网
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即使达尔文天生对数字很敏感,注意到了3:1这个比例,也不可能因此就发yP1免费翻墙网
现遗传定律。没有人能够因此发现遗传定律,因为遗传定律并不是从3:1比例推yP1免费翻墙网
导出来的。恰恰相反,它是从遗传定律推导出来的。孟德尔并不是因为发现了yP1免费翻墙网
3:1比例,才发现了遗传定律;而是先假设了遗传定律,然后再去寻找3:1比例。yP1免费翻墙网
孟德尔假设了每一性状由两个遗传因子决定,其中一个来自母本,一个来自父本,yP1免费翻墙网
然后再做杂交实验来验证这个假设。他知道他的这个假设要成立,杂交子二代两yP1免费翻墙网
种性状的比例必须是3:1。他也知道,为了得到这个比例,样本必须很大,为此yP1免费翻墙网
用成千上万株豌豆来做实验。即便如此,由于他的数据过于完美,太接近3:1,yP1免费翻墙网
以致著名遗传学家费歇尔认为孟德尔造假,是在凑3:1这个比例。yP1免费翻墙网
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达尔文做植物杂交实验也不是没有目的地乱做的,他也有假设。他的假设是,yP1免费翻墙网
植物杂交具有优势,自交则有劣势。所以他关心的不是自交或杂交后代某种性状yP1免费翻墙网
的数量、比例(虽然他也做了记录),而是自交或杂交之后结的种子的数量多少,yP1免费翻墙网
后代的长势如何。而达尔文的实验结果也证实了他的假设,杂交的结果种子数量yP1免费翻墙网
比自交的多,杂交的后代长势也比自交的后代好。达尔文为什么要去证明杂交有yP1免费翻墙网
优势呢?因为杂交能产生更多的变异,而变异是自然选择的材料。达尔文更进而yP1免费翻墙网
指出,植物不同的花型,例如长花柱型和短花柱型,正是为了鼓励杂交(避免昆yP1免费翻墙网
虫传粉给相同的花柱型),在自然选择作用下进化出来的。yP1免费翻墙网
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由此可见,达尔文做植物杂交实验的目的,是为了验证其自然选择学说,而yP1免费翻墙网
不是为了寻找遗传规律。他的实验结果达到了他的要求,让他非常满意,曾经说yP1免费翻墙网
这是他最感到满意的一项工作。他的报春花实验是很重要的、影响很大的实验,yP1免费翻墙网
甚至因此有人称他为植物生殖生物学的创建者。既然他做实验的目的和孟德尔的yP1免费翻墙网
完全不同,那么他没有像孟德尔那样发现遗传定律,是非常正常的,没有必要为yP1免费翻墙网
此惋惜,更不能因此嘲笑他智商不高。yP1免费翻墙网
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达尔文到晚年才试图发现遗传规律,主要精力都用于思考、研究遗传与变异yP1免费翻墙网
的问题。但是他用的并不是实验方法,而是用归纳法,通过收集尽可能多的有关yP1免费翻墙网
遗传和变异的事实,从中归纳出一些结论,然后提出了一个假说来解释所有的结yP1免费翻墙网
论。不幸的是,由于遗传现象极其复杂,而且达尔文依据的遗传现象有的是虚假yP1免费翻墙网
的,他提出的假说(泛生假说)也就从根本上错了。这是研究的路子走错了,再yP1免费翻墙网
聪明也没有用。我们不能因为达尔文在遗传研究上的错误就认为他不够聪明、不yP1免费翻墙网
够伟大、不如开创了遗传学的孟德尔,正如我们不能因为牛顿晚年沉迷于炼金术yP1免费翻墙网
就认为他不够聪明、不够伟大、不如开创了化学的波义耳。yP1免费翻墙网
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孟德尔的论文发表后,他安排了寄40份给世界各地的研究机构和著名生物学yP1免费翻墙网
家,迄今找到了29份,还有11份下落不明。我们不知道他是否安排寄给了达尔文,yP1免费翻墙网
在达尔文留下来的藏书中并没有孟德尔的论文。不过,达尔文的藏书中有德国植yP1免费翻墙网
物学家霍夫曼和福克的著作,它们都提到了孟德尔的工作。霍夫曼的书在第52页yP1免费翻墙网
介绍了孟德尔的工作,达尔文在该书的第50、51、53、54和55页的边缘都写下评yP1免费翻墙网
语,只有第52页没有评语,表明他读的时候跳过了这一页。福克的书在第yP1免费翻墙网
108-111页介绍了孟德尔的工作,但是达尔文收藏的这本书的这几页没有裁开yP1免费翻墙网
(当时出的书要把连页裁开才能阅读),表明达尔文没有阅读这部分。所以达尔yP1免费翻墙网
文很可能没有读到孟德尔的论文。假如达尔文读到了孟德尔的论文,会不会意识yP1免费翻墙网
到其重要性,认为那就是他一直在找的遗传规律呢?很可能不会,毕竟,当时那yP1免费翻墙网
些读到了孟德尔论文的著名生物学家都将其忽视了,直到30多年后遗传学呼之欲yP1免费翻墙网
出时孟德尔论文的重要性才得到承认。这时候达尔文已经逝世18年了。yP1免费翻墙网
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2018.11.4.yP1免费翻墙网
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(《科学世界》2018.12.)
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