孟德尔对科学的发展几乎没有影响吗？

陈廷超

偶读到《科学世界》2018年12月份上的一篇文章《方舟子：达尔文为什么没能发现遗传规律》 （以下简称‘方文’），认为“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、牛顿、爱因斯坦可以相比“，但同时又极力贬低生物学上另一位巨人即发现现代遗传学定律的孟德尔。方文说孟德尔‘对科学的发展几乎没有影响’。作者给出的理由是孟德尔‘唯一重要的工作就是豌豆实验’‘，而且他的发现被当时的科学界“忽视“三十多年，而且有”几个人的工作已接近发现“孟德尔的发现。方文甚至认为孟德尔的豌豆实验不过是“凑数据”，验证了碰巧是正确的假设而已。方文的论断实在令人匪夷所思，并让人深感文章作者的偏激和狭隘。真是”欲加之罪，何患无辞“啊！

孟德尔绝对“天才“的实验设计和伟大的”发现“被当时科学界”忽视“，不正说明他的‘伟大”之处吗? 孟德尔对当时科学界”几乎没有影响“，但是从他的实验结果在三十多年后被人重新发现至今100多年来，不是一直”深刻地影响“着科学界吗？所谓”孟德尔遗传学“，”基因学“，”现代遗传学之父“，及孟德尔天才的”生物学实验设计方法“ ，这些不正说明孟德尔对现代生物学及遗传学的深刻而伟大的影响吗？

达尔文在1859年发表物种进化的“自然选择“学说时，在当时的生物学界也是不被科学界接受的。事实上，只到孟德尔的遗传定律被生物学界广泛理解后的1920代，许多生物学家才接受达尔文进化论的自然选择学说。还有，物种的进化论思想早已在达尔文之前就有之，而且达尔文在发表《物种起源》这本书提出”自然选择学说“之前，另一位博物学家华莱士也独立地得出了非常类似的理论，并且把他的研究结果寄给达尔文，才促使达尔文尽快出版《物种起源》。人类早就知道可以通过人工选择动植物的后代来驯化野生动植物为家养了，已有几万年的历史，而且很成功。按照方文的逻辑，进化论的自然选择学说也未被当时科学界接受，而且被人发现也是迟早的事情了，也要得出达尔文” 对科学的发展几乎没有影响“吗？

何必看待达尔文时就须”仰视“，说到孟德尔就要“侧目”呢？

方文的第一节如此说“进化论是生物学大厦的基础，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，支撑着生物学的各个分支”。这显示作者对生物学，特别是遗传学认知的偏狭。孟德尔遗传学才是达尔文进化论的“基础”！达尔文通篇思想的“核心”就是生物后代个体的性状存在可遗传的微小变异，当这些变异对生物个体的生存有优势时，就会被自然选择下来，那些没有优势的个体就慢慢被淘汰，简而言之，就是“优胜劣汰”。当这些微小变异积累到一定程度，就会形成“新的物种“，即所谓”进化”。在这里，达尔文需要解决的关键问题是“微小变异”是如何发生的，又是如何能在后代稳定地遗传的？如果关键的“遗传”和”变异”的机理没有正确解决，进化论的“自然选择学说”就如同建立在沙滩上的“高楼”而危机四伏。事实上，正是由于缺乏坚实的遗传学理论，达尔文的‘自然选择学说’在逻辑上并没有完备，也是不为当时许多科学家接受的原因。

孟德尔在1866年的文章中就认识到正确的遗传学原理对进化论学说的重要性了。1868年达尔文发表《家养动植物的变异》一书时，也明确提到遗传机理的重要性。而2年前（1866年），孟德尔已经发表了他的遗传学定律。对孟德尔的研究结果，许多后来研究显示达尔文肯定是了解的，并非不了解。在达尔文阅读Hoffmann的文章中介绍Mendel实验结果的内容旁，达尔文用铅笔打了个‘X’，并分别点了三个’点‘和一小杠(图一)，这明显证明达尔文是知道孟德尔的3:1结果的。

图一: 达尔文遗留在Hoffmann’s的文章中解释孟德尔实验结果旁的标记。

只不过，达尔文对遗传变异的机理有他自己的理解，那就是混合遗传学理论的泛生论，可惜是完全错误的。达尔文认为后代的性状完全是两个亲代性状的混合(blending)遗传: 如果父亲是白色，母亲是黑色，那么后代就是灰色的。达尔文认为生物体各部分的细胞都带有特定的自身繁殖的粒子，称为“微芽”或“泛子”。这种粒子可由各系统集中于生殖细胞，传递给子代，使它们呈现亲代的特征。子代的特征是亲代这些不同特征“微芽”的混合，环境的改变可使“微芽”或“泛子”的发生变异，而且亲代在其一生中把这些“微芽”传递到生殖细胞过程中也会发生各种微小的变异（infinitesimals），在数量、活力或亲和力上发生变化，因而子代的性状会发生量化上的变异。达尔文坚持认为后代的变异是连续的（continuously）且非常微小的(slight individual differences, however, suffice for the work, and are probably the chief or sole means in the production of new species----Charles Darwin, 1968.)。那些带有“优势”微小变异微芽的后代个体更能适应环境而生存，经过多代的积累而进化新的物种 (Natural selection can act only by the preservation and accumulation of infinitesimally small inherited modifications—Charles Darwin,物种起源，1959，第59页)。达尔文充分说明了个体性状变异的重要性和来源，但是，他的这个泛生论无法解释这些变异的特性如何能稳定地遗传下去。这可能也是一直困恼达尔文的地方。

孟德尔得出三个遗传定律：‘遗传分离定律’、‘遗传自由组合定律’和遗传‘显性定律’。所谓‘遗传分离定律’，孟德尔认为个体的性状（表现型）是由两个等位基因（遗传型）决定的，分别来自父亲和母亲；个体在形成配子（成熟的性细胞）时，这两个等位基因会按1:1的比例均等地分离到两配子中去（如决定性别的XY），每个配子只含有一个等位基因（X精子或Y精子），在一下次交配时，分别来自父本和母本的配子结合又形成了两个等位基因的个体（XX(女生), 或XY（男生））。所谓‘遗传自由组合定律’，孟德尔认为决定不同性状的等位基因在形成配子时，他们的分离是相互独立的（如决定血型的等位基因和决定有没有耳垂的等位基因）。所谓‘遗传显性定律’，孟德尔认为个体的性状存在显性（如脸颊的酒窝，下巴中间的沟（也叫美人沟，林青霞就有），大拇指不能往后反扳，A/B型血）和隐性（如脸颊没有酒窝，下巴中间没有沟， 大拇指能往后反扳，O型血）。  孟德尔发现的这些定律，基本符合了后来人们发现的染色体遗传学、DNA的双螺旋结构和DNA上的一串串碱基顺序(基因)决定了个体性状的现代遗传学机制。因此，孟德尔也经常被称为‘现代遗传学之父’。当然，孟德尔当时并不知道‘基因’这个词，但他用了独立的‘颗粒’这个词。

我这里不厌其烦地解释孟德尔遗传定律，主要的目的是想说，坚持认为混合遗传的达尔文是无法认同孟德尔遗传学的发现的，尽管他知道孟德尔的实验结果，而且自己也偶尔得到类似的统计比例。因为孟德尔遗传定律明确存在遗传的‘单位’或‘颗粒’，后代个体的性状存在“性质”的改变，而达尔文坚持认为是非常细微的变异导致后代个体的性状存在”量”的变异就足够带来物种的进化。就如同相信光的波动学说的人看到显示光的粒子特性的实验数据时，会“视而不见”一样。达尔文“泛生论”的遗传学说必然导致他对孟德尔通过严密设计和统计得到的遗传学定律结果的“”不屑一顾。另外，达尔文的认为的泛生论也必然导致他对拉马克获得性遗传的认可。事实上也是这样，达尔文认为个体后天获得的变异性状能通过‘微芽’遗传给后代。达尔文没有能发现现代遗传定律，并非如方文认为的达尔文不想去发现，而是达尔文属于传统型的博物学家，擅长观察和归纳，另外是先验对泛生论的“执着”和缺乏精确的实验方法。而我们现在知道，要揭示遗传学原理必须通过精确的实验设计和对统计学方法的运用，而孟德尔恰恰具备了这些特征。

方文还认为孟德尔是“先假设了遗传定律，然后再去寻找3:1比例。”，实在是“诛心之论”。并以小人之心地推测道“他（孟德尔）也知道，为了得到这个比例，样本必须很大，为此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，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。”。首先，费歇尔认为孟德尔造假的说法也被后来生物统计专家进行了反驳，认为费歇尔的指控不成立。方文如此武断的理由是“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，然后再做杂交实验来验证这个假设”。事实上，这个假设应该是孟德尔通过精确和天才的实验设计及使用统计学而得到的结论。孟德尔是在单性状试验之后才有了这个假设，然后通过双性状及三性状的试验，来预测和验证这个假设。这不正是现代生物学实验的必然步骤吗？如果孟德尔真能如此“天才”地不通过实验就能洞察到这些遗传学定律，他有何必从1856年到1863年做7年的豌豆实验呢？

在孟德尔之前，有许多博物学家或植物学家在做植物实验，也想知道个体性状遗传的规律，包括达尔文。但是，他们的实验设计存在问题而陷入混乱无章前后矛盾的一堆数据之中。孟德尔的豌豆实验是遗传学教科书中介绍的经典生物学实验设计：仔细选择实验对象和个体性状，严格控制实验的步骤，如孟德尔为防止豌豆之间传粉的污染，他在亲自给每个花进行人工传粉，引入统计工具。而这些实验方法，是前人和他同时代的科学家没有做到的，包括达尔文。孟德尔的豌豆实验方法原理至今都被生物学家们广泛运用，也是他对生物学的另一个巨大贡献。

本文不想比较孟德尔或达尔文谁更伟大，更不是要贬低达尔文。不能因达尔文的伟大而掩盖他在遗传学机制上的局限和错误，不能因孟德尔只有一个成功的豌豆杂交实验就排斥他是一位影响深远的伟大生物学家（尽管他的真正职业是修道士）。