格雷戈尔·约翰·孟德尔(Gregor Johann Mendel),生于1822年7月20日,卒于1884年1月6日,是一位来自奥地利的圣奥古斯丁派神父。他通过对豌豆进行系统性的杂交实验,揭示了遗传学的两大核心规律——性状分离定律和自由组合定律,从而奠定了遗传学的基础,并因此被尊称为现代遗传学的奠基人。
Gregor Johann Mendel,1822.7.20-1884.1.6
孟德尔出生于奥地利帝国西里西亚地区(现今捷克境内)的一个经济拮据的农民家庭。他的父母以经营果园为生,耳濡目染的园艺知识和农学常识,培养了他对植物生长与繁殖的浓厚兴趣。孟德尔展现出过人的学术天赋,成功考入奥尔米茨大学哲学院深造。然而,由于家庭经济状况不佳,他于1843年被迫中断学业。幸运的是,在一位教授的举荐下,孟德尔得以进入一座圣奥古斯丁派的修道院,并在那里接受多位优秀学者的指导,同时也在教会所属的中学担任自然科学教师。
1851年,孟德尔所在的修道院资助他前往维也纳大学继续攻读自然科学与数学。在维也纳大学,他得到了物理学家多普勒、数学家依汀豪生等杰出教授的悉心指导,为其日后的科学研究奠定了坚实的基础。学成归乡后,孟德尔回到修道院,不久被任命为布鲁恩技术学校的物理学和植物学临时教师。正是在这一时期,他著名的遗传学定律开始逐步形成。
布尔诺奥古斯丁修道院
从1856年至1864年,孟德尔广泛搜集了来自多家种子商的34个豌豆品种,从中精选出22个具有稳定且可区分性状的品种,例如高茎与矮茎、圆粒与皱粒、紫色花朵与白色花朵等。在修道院的小花园里,他系统开展了长达八年的豌豆杂交实验。
孟德尔进行植物杂交试验
孟德尔将紫花豌豆与白花豌豆进行杂交,观察到的现象是第一代植株全部开出紫花。令人惊讶的是,子代的性状并未呈现出两种亲本性状的混合,而是完全继承了其中一种亲本性状。然而,当将这一代的紫花豌豆进行自花授粉时,下一代中竟然再次出现了白花植株。为了深入探究这一现象,孟德尔扩大了实验规模,对杂种后代进行了细致的分类,并运用数学方法进行了严谨的统计分析。结果显示,在子二代中,紫花豌豆705株,白花豌豆224株,两者之比约为3.15:1,接近3:1的比例。无论紫花作为母本、白花作为父本,还是白花作为母本、紫花作为父本,实验结果均接近3:1的比例。这一发现有力地证明了紫花与白花这对性状的遗传规律。
豌豆单因子杂交试验和遗传学分离定律
孟德尔的探索并未止步于此。他进一步研究了具有两对相对性状的豌豆杂交,例如将种子为黄色且圆润的豌豆与种子为绿色且皱缩的豌豆进行杂交。在杂交后代的第二代中,四种不同性状类型的比例数呈现为9:3:3:1。这一结果表明,控制这两对性状的遗传因子是相互独立分配的,或者说它们能够自由组合。
黄色圆润的豌豆与绿色皱缩的豌豆植株杂交后代性状的表现和比例
孟德尔总共针对七对性状进行了观察和实验,包括豆粒的饱满与褶皱、豆粒的颜色(黄色与绿色)、花瓣的颜色(白色与紫色)、豆荚的饱满与褶皱、豆荚的颜色(黄色与绿色)、花朵的高度以及植株的高度。他对亲本和后代的性状进行了详尽的记录、统计和分析。孟德尔对科研工作充满热情,经常在接待来访的客人时,指着那些经过精心培育的豌豆自豪地说:“这些都是我的儿女!”
孟德尔研究的豌豆七对性状
1866年,孟德尔发表了关于植物杂交试验的论文,提出了遗传因子的假说,认为每个性状都由位于染色体上的可遗传因子所控制,并首次提出了遗传因子的分离定律和独立分配定律。然而,遗憾的是,这些理论在当时并未引起足够的重视,没有人相信一位普通修道院神父的研究成果。尽管如此,孟德尔并未放弃研究,他除了继续研究豌豆外,还对其他植物,包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等进行了大量的类似研究,证明他发现的遗传规律对大多数植物都是适用的。1869年,他又发表了第二篇论文《动植物遗传之研究》,提出了遗传单元(即现代所称的基因)、显性性状、隐性性状等重要概念,进一步阐明了其遗传规律。1884年,61岁的孟德尔带着深深的遗憾离开了人世。
孟德尔发表的论文之一
1900年,孟德尔去世已有16年。此时,三位来自不同国家的植物学家——荷兰的弗里斯(H. de Vries)、德国的科伦斯(C. E. Correns)和奥地利的柴马克(E. V. Tschermak)——各自独立地查阅到了孟德尔的论文,并验证了其遗传规律,提议将孟德尔誉为“遗传学之父”,并对孟德尔伟大的科学发现进行了广泛的宣传。至此,这一被埋没近35年的重大发现终于得到了世人的认可。
1905年,英国的贝特生(W. Bateson)根据希腊语“生殖”(to generate)一词,将孟德尔的遗传学命名为“Genetics”。
1909年,丹麦遗传学家乔纳森(W. L. Johannsen)根据希腊语“给予生命”之意,创造了“Gene”一词,用以表述孟德尔的“遗传因子”。
1910年后,遗传学家摩尔根(T. H. Morgan, 1866-1945年)通过研究果蝇,提出了第三大遗传规律——“基因连锁遗传规律”。科学的发展永无止境,随着科技的进步,经典的基因概念也在不断地被修正和完善。
孟德尔的发现与他所选择的实验材料密切相关。豌豆具有自花授粉的特性,杂交时不受外界环境的干扰,其性状既明显又稳定。这看似是一种幸运,但更可能是孟德尔经过深思熟虑后的明智选择。详实的观察记录、严谨的研究态度和严密的数据分析,是揭示科学真理的必经之路。