全球最資訊丨兩百歲孟德?tīng)柕默F(xiàn)代回響

孟德?tīng)栭_(kāi)始做豌豆實(shí)驗(yàn)的苗圃，就是這個(gè)修道院里有柵欄圍著的地方。

（北京大學(xué)出版社供圖）

【資料圖】

今年是格雷戈?duì)枴っ系聽(tīng)栒Q生200周年。德國(guó)媒體刊登了一篇題為《世界上第一位遺傳學(xué)家》的紀(jì)念文章；首部孟德?tīng)枡?quán)威中文傳記用的書(shū)名是《孟德?tīng)杺鳎罕缓鲆暤木奕恕贰?/p>

在英國(guó)細(xì)胞生物學(xué)家、2001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者保羅·納斯眼中，孟德?tīng)柺恰笆飞系谝晃粚?duì)遺傳奧秘有所認(rèn)知的人”。英國(guó)物理化學(xué)家彼得·阿特金斯則早在20年前就寫(xiě)下了一段精妙的評(píng)述：（19世紀(jì)）除了那個(gè)修道士外，達(dá)爾文和與他同時(shí)代的那些科學(xué)家們對(duì)于遺傳的本質(zhì)一無(wú)所知。盡管他們對(duì)自然界的許多現(xiàn)象和生存競(jìng)爭(zhēng)所帶來(lái)的后果有著很深的理解，但是對(duì)遺傳機(jī)制的無(wú)知使得他們?cè)诶斫鈩e的問(wèn)題時(shí)卻是舉步維艱。

當(dāng)時(shí)最被人們所接受的有關(guān)遺傳機(jī)制的學(xué)說(shuō)是融合遺傳理論。它認(rèn)為，親代雙方將他們各自可遺傳的性狀都注入最終發(fā)育成為其子代個(gè)體的“熔爐”中，其子代個(gè)體由這種混合成分萌發(fā)而成。可事實(shí)上，這種融合性并不能使自然選擇很好地維持下去（即不太能夠支持自然選擇持續(xù)發(fā)生），因?yàn)樯锂a(chǎn)生的獨(dú)有的適應(yīng)性很快就被掩蓋，因此它經(jīng)常被用作反對(duì)達(dá)爾文觀點(diǎn)的有力證據(jù)，并使得達(dá)爾文進(jìn)化論遲遲不能得到廣泛接受。

1856—1864年間，孟德?tīng)栐趭W匈帝國(guó)摩拉維亞（今捷克布爾諾地區(qū)）的圣·托馬斯修道院里，持續(xù)8年做了一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)，對(duì)幾代雜交豌豆的遺傳特性進(jìn)行研究，做出了重要發(fā)現(xiàn)。例如，長(zhǎng)莖豌豆與短莖豌豆雜交生成長(zhǎng)莖豌豆，這種長(zhǎng)莖豌豆再播種生成的子代，卻有75%是長(zhǎng)莖、25%是短莖，兩者的比例大致為3∶1。豌豆種子的顏色和豆莢的形狀也符合這種規(guī)律。孟德?tīng)枔?jù)此推斷：豌豆花蕊里的雄性花粉和雌性胚珠含有他稱(chēng)之為“因子”的東西，這些遺傳因子與親本植物的不同性狀有直接關(guān)聯(lián)。

換句話(huà)說(shuō)，必定有著某種遺傳因子控制著生物的性狀：每代都有一種特征或稱(chēng)性狀顯現(xiàn)出來(lái)（顯性），而成對(duì)的另一種性狀則隱藏起來(lái)（隱性），即前者在表達(dá)性狀時(shí)對(duì)后者占主導(dǎo)地位。這說(shuō)明，每個(gè)遺傳性狀都能夠獨(dú)立遺傳，它們相互之間沒(méi)有關(guān)系，不可能兩者兼而有之，也就是無(wú)法混合或融合。

雖然孟德?tīng)柌恢肋@些“因子”是什么，又是如何發(fā)揮作用的，但他實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了遺傳的定量本質(zhì)，堪稱(chēng)在生物學(xué)領(lǐng)域采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行研究的第一人，并由此揭示出了生物遺傳的一種重要模式。1909年，丹麥植物學(xué)家威廉·約翰遜建議用一個(gè)原意為“發(fā)生”的希臘詞，將孟德?tīng)査岬降倪z傳因子命名為“基因”（genes）。這一建議被采納，后來(lái)還派生出了“基因型”（genotype）等詞。1911年，美國(guó)生物學(xué)家和遺傳學(xué)家托馬斯·亨特·摩爾根通過(guò)果蠅繁殖試驗(yàn)，確認(rèn)孟德?tīng)査f(shuō)的遺傳因子就是我們現(xiàn)在所稱(chēng)的基因。

孟德?tīng)柕陌l(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代遺傳學(xué)的基礎(chǔ)，但他生前卻沒(méi)能看到自己的驚世成果得到承認(rèn)。或許，他的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”太超前了，以至與他同時(shí)代的包括達(dá)爾文在內(nèi)的科學(xué)家，都無(wú)法將數(shù)學(xué)結(jié)果與遺傳機(jī)制聯(lián)系起來(lái)；更沒(méi)想到，100多年來(lái)，他發(fā)現(xiàn)并總結(jié)的遺傳規(guī)律催生了多個(gè)現(xiàn)代科學(xué)學(xué)科，并帶來(lái)了多個(gè)學(xué)科的變革，對(duì)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

今天的遺傳學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在進(jìn)化意義上，基因只是憑借著被遺傳時(shí)發(fā)生的概率在進(jìn)化，因?yàn)椋ū贿z傳的）的幸運(yùn)基因是隨機(jī)（抽簽）抽出來(lái)的。孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的一個(gè)基本特性是，你無(wú)法預(yù)測(cè)一個(gè)特定基因是否會(huì)被遺傳。如果可以預(yù)測(cè)哪些基因在后代中生存，哪些物種將死亡，自然選擇就不可能帶來(lái)復(fù)雜的生命形式。

英國(guó)學(xué)者馬克·里德利甚至還把機(jī)會(huì)機(jī)制想象成一個(gè)略似修道士的形象，創(chuàng)造了一個(gè)詞“孟德?tīng)栄薄怯H本體內(nèi)基因的國(guó)王，他會(huì)決定這些基因是否會(huì)在下一代遺傳，與哪些其他的基因被遺傳給下一個(gè)世代。相比于物理學(xué)上著名的“麥克斯韋妖”，“孟德?tīng)栄备鼮楝F(xiàn)實(shí)，它是一個(gè)隨機(jī)化的、通過(guò)反抗自然選擇的破壞力來(lái)創(chuàng)造有序的狀態(tài)（也就是復(fù)雜的生命）。

有意思的是，獲得2021年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的3位計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)家開(kāi)創(chuàng)的一個(gè)“自然試驗(yàn)”研究方法所用的工具變量，也被廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，催生了“孟德?tīng)栯S機(jī)化方法”。它能有效地鑒定“關(guān)聯(lián)”關(guān)系是否存在“因果”性，其核心是以遺傳學(xué)數(shù)據(jù)為橋梁，來(lái)探索某一暴露因素和某一結(jié)局（比如疾病）之間的因果關(guān)系。這種“大自然創(chuàng)造的隨機(jī)雙盲試驗(yàn)”，能為各種復(fù)雜疾病快速提供候選靶向藥物，將極大地推動(dòng)藥物的篩選。

譬如，為了確定與新型冠狀病毒感染相關(guān)的治療靶標(biāo)，研究人員基于轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了孟德?tīng)栯S機(jī)分析，從1263種可操作蛋白（已獲批準(zhǔn)的藥物或在臨床開(kāi)發(fā)階段的靶向藥物）中發(fā)現(xiàn)了3種蛋白治療新冠感染的潛力，并通過(guò)進(jìn)一步的研究提示其中一種在新冠感染患者住院治療中更可能發(fā)揮作用。

你可聽(tīng)見(jiàn)，兩百歲孟德?tīng)柕默F(xiàn)代回響？

標(biāo)簽： 自然選擇 遺傳學(xué)家