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孤独的天才:孟德尔的论文和思路来自: 黠之大者(I am serious with python) 2010-11-19 13:19:23 孤独的天才:孟德尔的论文和思路作者:饶毅为坚持智力追求,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。他孤立于当时的科学界,做出奠基性突破却终生未被学界承认;他的工作几十年后尚不为同一学科第二重要的科学家、诺贝尔奖得主所理解;他发现的貌似简单的理论,即使在今天多数学过的人,都没意识到其智力高度;他不是为利益做研究的纯粹科学家,身后却被疑造假,再遭遇不公。这位孤独的天才,就是自称为“实验物理学教师”的遗传学之父:孟德尔( Johann Gregor Mendel , 1822-1884 )。我认为,生物学有两座智力高峰:第一次是 1854 年至 1866 年孟德尔独自一人; 第二次是 1951 年至 1965 年克里克(Francis Crick) 及其合作者们。两个高峰碰巧相隔一百年。今天重读孟德尔的论文,追寻孟德尔的思路,思考孟德尔的环境,仍然很有意义。孟德尔的论文和思路由于同时代理解孟德尔科学工作重要性的人极少,他的遗物保留下来的很少。孟德尔最重要的遗物是一篇遗传学论文。与此相关,他还有一篇遗传学论文以及给一位植物学家的 10 封信。他的主要论文显示了清晰的思路,有助于我们追踪科学是如何在一个头脑中诞生的。孟德尔的时代,人们对遗传的认识还很粗浅,基本认同“混合遗传”( blending inheritance )学说:遗传是“黑+白=灰”,父母的黑和白简单融合得到子代的灰。此学说未被正式提出和论证,是一个普遍接受的、朴素的、以为不证自明的规律。而孟德尔不以为然,他设计实验,通过锲而不舍的研究,发现了与此不同的学说。从 1854 年开始,孟德尔用豌豆做了一系列遗传学实验,时间长达十年。他于 1865 年公布所发现的遗传学规律,并于次年以德文在《布鲁恩自然史学会杂志》发表了论文《植物杂交的实验》( Versuche ü ber die Pflanzen-Hybriden )。从孟德尔的文章,我们可以体会他如何做研究:发现重要问题,提出解决问题的途径,设计实验思路,进行实验研究,得到结果,分析结果,提出前人没有想到的理论,进一步实验,得到更多可以分析的结果, 推广理论, 证明理论。孟德尔的论文由十一部分组成。在“引言”部分,孟德尔简要回顾以往研究后,立即明确提出问题:无人成功地提出过对杂交体形成和发生普遍适用的规律。他指出前人做过不少杂交实验,但未得到普遍规律是因为所需的工作不仅量大,而且较难。孟德尔认为需要考虑到:规模要相当大;具有不同型的杂交后代要定量分析;在不同代间要准确地知道不同型之间的关系;要确切地分析它们之间的相对数量关系。他写道:需要勇气花力气做大量实验,但这是唯一正确的道路,才能最终解决重要的问题。.. 本文就是仔细研究的结果,进行了八年的工作,基本方面都有结论。孟德尔说的八年,是他收集论文所用数据的八年。其实,此前,他做了两年实验,选择最佳材料。所以实际上,在发表论文以前进行了十年。十年实验后, 又隔两年才发表论文。论文发表后,他还用其他植物做过几年研究。在“实验植物选择”部分,孟德尔指出: “任何实验的价值和用处取决于所用材料是否符合其目的,所以选什么植物和怎么做实验并非不重要…必须特别小心地选择植物,从开始就避免获得有疑问的结果。”他选的植物首先具有恒定的分化特征;其次,在进行杂交的时候不会受到外来花粉的污染;另外,每一代杂交后代生殖力不能变。孟德尔所谓“分化特征”现在称为“性状”(如高矮、颜色);他的“恒定”是指同一性状在不同代之间不变;他注意避免外来花粉污染,怕不确切知道父本, 研究结果无从分析;他还注意代间生殖力无变化,减少在性状数量分析时的干扰。后人认为,为了选择到合适的实验材料,孟德尔有可能考虑过二十多种植物。孟德尔说他因为花形状的奇异而试了豆科( Leguminosae ),后决定用豌豆( Pisum )。对所用豌豆的确切生物学分类,孟德尔并不是很确定,说“专家意见”说大多数是 Pisum sativum ,还有几种,不过他明确指出分类对其研究并不重要。用豌豆还有论文中没说明的、实验操作的优点:既能自花授粉,又能异花授粉,较易人为控制。 1854 年和 1855 年,孟德尔试过 34 种不同的豌豆。在孟德尔为数不多的遗物中,有一张 1856 年购买豌豆的订单。在“实验分工和安排”中,孟德尔对所研究的性状进行了选择:他选择成对的性状,研究他们在代间的传递规律。这些性状可以在代间稳定遗传,且易于识别和区分。他选了 7 对性状:种子形状(平滑或皱褶)、种子颜色(黄或绿)、豆荚颜