两百岁孟德尔的现代回响

• 2023-01-02 10:13:17 来源：科普时报

孟德尔开始做豌豆实验的苗圃，就是这个修道院里有栅栏围着的地方。

【资料图】

（北京大学出版社供图）

今年是格雷戈尔·孟德尔诞生200周年。德国媒体刊登了一篇题为《世界上第一位遗传学家》的纪念文章；首部孟德尔权威中文传记用的书名是《孟德尔传：被忽视的巨人》。

在英国细胞生物学家、2001年诺贝尔生理学或医学奖获得者保罗·纳斯眼中，孟德尔是“史上第一位对遗传奥秘有所认知的人”。英国物理化学家彼得·阿特金斯则早在20年前就写下了一段精妙的评述：（19世纪）除了那个修道士外，达尔文和与他同时代的那些科学家们对于遗传的本质一无所知。尽管他们对自然界的许多现象和生存竞争所带来的后果有着很深的理解，但是对遗传机制的无知使得他们在理解别的问题时却是举步维艰。

当时最被人们所接受的有关遗传机制的学说是融合遗传理论。它认为，亲代双方将他们各自可遗传的性状都注入最终发育成为其子代个体的“熔炉”中，其子代个体由这种混合成分萌发而成。可事实上，这种融合性并不能使自然选择很好地维持下去（即不太能够支持自然选择持续发生），因为生物产生的独有的适应性很快就被掩盖，因此它经常被用作反对达尔文观点的有力证据，并使得达尔文进化论迟迟不能得到广泛接受。

1856—1864年间，孟德尔在奥匈帝国摩拉维亚（今捷克布尔诺地区）的圣·托马斯修道院里，持续8年做了一项开创性的实验，对几代杂交豌豆的遗传特性进行研究，做出了重要发现。例如，长茎豌豆与短茎豌豆杂交生成长茎豌豆，这种长茎豌豆再播种生成的子代，却有75%是长茎、25%是短茎，两者的比例大致为3∶1。豌豆种子的颜色和豆荚的形状也符合这种规律。孟德尔据此推断：豌豆花蕊里的雄性花粉和雌性胚珠含有他称之为“因子”的东西，这些遗传因子与亲本植物的不同性状有直接关联。

换句话说，必定有着某种遗传因子控制着生物的性状：每代都有一种特征或称性状显现出来（显性），而成对的另一种性状则隐藏起来（隐性），即前者在表达性状时对后者占主导地位。这说明，每个遗传性状都能够独立遗传，它们相互之间没有关系，不可能两者兼而有之，也就是无法混合或融合。

虽然孟德尔不知道这些“因子”是什么，又是如何发挥作用的，但他实际上发现了遗传的定量本质，堪称在生物学领域采用数学和统计学方法进行研究的第一人，并由此揭示出了生物遗传的一种重要模式。1909年，丹麦植物学家威廉·约翰逊建议用一个原意为“发生”的希腊词，将孟德尔所提到的遗传因子命名为“基因”（genes）。这一建议被采纳，后来还派生出了“基因型”（genotype）等词。1911年，美国生物学家和遗传学家托马斯·亨特·摩尔根通过果蝇繁殖试验，确认孟德尔所说的遗传因子就是我们现在所称的基因。

孟德尔的发现奠定了现代遗传学的基础，但他生前却没能看到自己的惊世成果得到承认。或许，他的“实验设计”太超前了，以至与他同时代的包括达尔文在内的科学家，都无法将数学结果与遗传机制联系起来；更没想到，100多年来，他发现并总结的遗传规律催生了多个现代科学学科，并带来了多个学科的变革，对生物学、医学等的发展和农业生产产生了深远的影响。

今天的遗传学家已经认识到，在进化意义上，基因只是凭借着被遗传时发生的概率在进化，因为（被遗传的）的幸运基因是随机（抽签）抽出来的。孟德尔遗传规律的一个基本特性是，你无法预测一个特定基因是否会被遗传。如果可以预测哪些基因在后代中生存，哪些物种将死亡，自然选择就不可能带来复杂的生命形式。

英国学者马克·里德利甚至还把机会机制想象成一个略似修道士的形象，创造了一个词“孟德尔妖”——他是亲本体内基因的国王，他会决定这些基因是否会在下一代遗传，与哪些其他的基因被遗传给下一个世代。相比于物理学上著名的“麦克斯韦妖”，“孟德尔妖”更为现实，它是一个随机化的、通过反抗自然选择的破坏力来创造有序的状态（也就是复杂的生命）。

有意思的是，获得2021年诺贝尔经济学奖的3位计量经济学家开创的一个“自然试验”研究方法所用的工具变量，也被广泛应用到生物医学研究领域，催生了“孟德尔随机化方法”。它能有效地鉴定“关联”关系是否存在“因果”性，其核心是以遗传学数据为桥梁，来探索某一暴露因素和某一结局（比如疾病）之间的因果关系。这种“大自然创造的随机双盲试验”，能为各种复杂疾病快速提供候选靶向药物，将极大地推动药物的筛选。

譬如，为了确定与新型冠状病毒感染相关的治疗靶标，研究人员基于转录和蛋白质组学数据进行了孟德尔随机分析，从1263种可操作蛋白（已获批准的药物或在临床开发阶段的靶向药物）中发现了3种蛋白治疗新冠感染的潜力，并通过进一步的研究提示其中一种在新冠感染患者住院治疗中更可能发挥作用。

你可听见，两百岁孟德尔的现代回响？

标签： 自然选择 遗传学家

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