孟德爾：被忽視的巨人 | 商周專欄
作為現(xiàn)代遺傳學(xué)的創(chuàng)始人，孟德爾給我們留下了寶貴的科學(xué)財(cái)富。其通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)所得出的遺傳學(xué)定律（分離定律和自由組合定律）是生命科學(xué)領(lǐng)域中極為重要的發(fā)現(xiàn)，讓人類得以進(jìn)入遺傳研究這一神秘而實(shí)用的領(lǐng)域。
本文作者商周為旅德免疫學(xué)者，曾從事遺傳學(xué)研究，因此十分關(guān)注孟德爾的經(jīng)歷。這是他關(guān)于孟德爾的第四篇文章，前三篇分別為《孟德爾和他的修道院》《孟德爾作出豌豆實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)樾疫\(yùn)嗎？》《豌豆之外，孟德爾的其他研究如何？》，這些文章為我們勾勒出了一個(gè)生動(dòng)飽滿的孟德爾形象，讓我們得以一覽科學(xué)大家的風(fēng)采。
撰文 | 商周
責(zé)編 | 王雨丹
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有一種說法稱 “21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)”，即生命科學(xué)會(huì)在21世紀(jì)獲得廣泛的應(yīng)用，從而全方位地影響人類的生活。這是當(dāng)代科學(xué)工作者對(duì)未來科學(xué)世界的美好愿景，但如果從科學(xué)發(fā)現(xiàn)的角度上來看，歷史上生命科學(xué)的世紀(jì)應(yīng)該是十九世紀(jì)。
在十九世紀(jì)，達(dá)爾文（Charles Robert Darwin,1809-1882）創(chuàng)立了進(jìn)化論，這一學(xué)說的影響力超越了科學(xué)的范疇，把人類從宗教中解放了出來；孟德爾（Gregor Johann Mendel,1822-1884）發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)定律，找到了決定生命現(xiàn)象的本質(zhì)；巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895）開創(chuàng)了微生物學(xué)和免疫學(xué)，為人類的健康做出了巨大的貢獻(xiàn)。
雖然二十世紀(jì)的生命科學(xué)發(fā)展迅速、大師頻出，但難有人的貢獻(xiàn)可以和達(dá)爾文、孟德爾、巴斯德三人相提并論。
十九世紀(jì)生命科學(xué)界的三位巨人，他們的工作在當(dāng)時(shí)被世人接受的程度大不相同。巴斯德的發(fā)現(xiàn)不僅快速得到了認(rèn)同，并且廣泛應(yīng)用到了人們的生活中；達(dá)爾文的進(jìn)化論也很快被一部分人接受，并在隨后的爭(zhēng)議中不斷完善。而孟德爾則不同：1854年到1863年間，在奧地利帝國小城布爾諾的圣托馬斯修道院里，身為中學(xué)代課教師和神父的孟德爾利用豌豆完成了一系列的雜交實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的兩大定律：分離定律和自由組合定律，從而導(dǎo)致了現(xiàn)代遺傳學(xué)的誕生。但他的發(fā)現(xiàn)不僅生前無人問津，死后多年也默默無聞，直到步入二十世紀(jì)后才被發(fā)現(xiàn)。
從這個(gè)意義上來說，孟德爾就是一位被忽視的巨人。這一生命科學(xué)領(lǐng)域里極為重要的發(fā)現(xiàn)為何會(huì)被世界忽視，也成為了科學(xué)界長久以來討論的話題。
布爾諾自然研究學(xué)會(huì)成立于1861年，這里集中了一批對(duì)自然科學(xué)感興趣的研究人員，共三百多人，大多來自布爾諾本地以及周邊地區(qū)，且以年輕人居多。學(xué)會(huì)每月都有一次例會(huì)，一般幾十個(gè)人參加。在這個(gè)例會(huì)上，除了學(xué)會(huì)的日常事務(wù)，還會(huì)有一到三個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告，這是重頭戲。
1865年，孟德爾在學(xué)會(huì)上講了他豌豆實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。這是他第一次講植物雜交實(shí)驗(yàn)，之前講的都是氣象學(xué)的研究。因?yàn)閳?bào)告太長，被分成了上下兩部分，分別在2月8日和3月8日的兩次例會(huì)上宣讀。
關(guān)于1865年的這兩次報(bào)告，布爾諾當(dāng)?shù)氐膱?bào)紙《新聞》（Neuigkeiten）均有報(bào)道 [2]。
下面是對(duì)2月8日?qǐng)?bào)告的報(bào)道：
“在（主持人）宣讀了收到的來信后，教授孟德爾先生做了一個(gè)長篇學(xué)術(shù)報(bào)告，內(nèi)容是通過相關(guān)物種的人工授粉培育的植物雜交種，這是植物學(xué)家感興趣的主題。報(bào)告人強(qiáng)調(diào)，植物雜交種已被證實(shí)有繁殖能力，但這些雜交種的后代不能在性狀上保持穩(wěn)定，而且總有返回親本的傾向，這種返回親本的進(jìn)程還可以通過反復(fù)用親本的花粉進(jìn)行人工授粉來加速。
報(bào)告人還講述了他用幾種豌豆進(jìn)行了多年的一個(gè)成功實(shí)驗(yàn)，并展示了雜交種幾個(gè)世代的例子，其中父母親本間相同的性狀相互傳遞，但不同的性狀在雜交種中則產(chǎn)生了新的性狀。豌豆雜交種中的差異性狀包括成熟種子和種皮的形態(tài)和顏色、花的顏色、成熟豆莢的形態(tài)和未成熟時(shí)的豆莢顏色、花的位置以及莖的長度差異等。關(guān)于雜交種差異性狀的表達(dá)及其與親本關(guān)系的量化數(shù)據(jù)值得考慮。”
關(guān)于3月8日的報(bào)告，則做了下面的報(bào)道：
學(xué)會(huì)秘書、植物學(xué)家尼塞爾教授在本次講座后補(bǔ)充說，自己在顯微鏡的幫助下觀察到了真菌、苔蘚和藻類的雜交，而且之后的觀察不僅支持了現(xiàn)有的假設(shè)，還將進(jìn)一步給出有趣的澄清。
這兩則新聞報(bào)道了一些基本的信息，包括孟德爾所研究的植物（豌豆及多個(gè)其他物種）及其性狀（種子的形態(tài)和顏色、花的顏色、豆莢的形態(tài)和顏色、花的位置以及莖的長度），以及所使用的量化分析方法。此外，也準(zhǔn)確報(bào)道了其中的部分結(jié)果，比如雜交種返回親本的傾向。但對(duì)于孟德爾的最大發(fā)現(xiàn)，即我們現(xiàn)在所知道的分離定律和自由組合定律的內(nèi)容，這兩則新聞只字未提。
當(dāng)然，寫這篇新聞的很可能是記者，所以無法完全理解孟德爾的發(fā)現(xiàn)。但遺憾的是，就連當(dāng)時(shí)在場(chǎng)的科學(xué)家，也同樣沒有人理解孟德爾的發(fā)現(xiàn)。孟德爾后來在給慕尼黑大學(xué)的植物學(xué)家卡爾·威廉·馮·內(nèi)格里（Carl Wilhelm von N?geli,1817-1891）的通信里談到了這兩次報(bào)告：
“我試圖啟發(fā)同行開展一些對(duì)照實(shí)驗(yàn)，因此在當(dāng)?shù)刈匀豢茖W(xué)家協(xié)會(huì)的會(huì)議上報(bào)告了豌豆（實(shí)驗(yàn)）的結(jié)果。正如可預(yù)料的那樣，我遇到了不同的意見；然而，據(jù)我所知，沒有人試著去重復(fù)這些實(shí)驗(yàn)?！?nbsp;[3]
從孟德爾的這段話里，我們可以了解前述兩則新聞報(bào)道里所沒有提到的一些信息，即當(dāng)時(shí)有學(xué)者提出了一些不同的意見，但沒有人用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證孟德爾的結(jié)果。假若有一個(gè)人嘗試著去重復(fù)的話，那孟德爾的發(fā)現(xiàn)可能就不用等到三十五年之后的1900年。
歷史不容假設(shè)，當(dāng)天到場(chǎng)的聽眾只有四十人左右，其中做植物學(xué)研究的更是屈指可數(shù) [4]，所以沒有人去驗(yàn)證孟德爾的結(jié)果也算是意料之中。相比于布爾諾當(dāng)?shù)貙?duì)孟德爾研究結(jié)果的不理解，整個(gè)科學(xué)界對(duì)孟德爾的忽視就顯得更令人遺憾。
1866年，《布爾諾自然研究學(xué)會(huì)會(huì)刊》出版了協(xié)會(huì)成員1865年的論文集。在這一卷里收錄了孟德爾的兩篇論文，一篇是他對(duì)摩拉維亞和西西里亞兩地1865年的氣象觀察總結(jié)，另一篇就是《植物雜交實(shí)驗(yàn)》（見下圖）。布爾諾自然研究學(xué)會(huì)雖然不大，但當(dāng)時(shí)它和世界各地（主要在歐洲）的一百多個(gè)科學(xué)機(jī)構(gòu)建立了良好的關(guān)系，相互交換各自的會(huì)刊，其中包括著名的維也納皇家科學(xué)院這樣的國家級(jí)機(jī)構(gòu)，也有像布雷斯勞園藝學(xué)會(huì)這樣的地方協(xié)會(huì)。
遺憾的是，與這一百多個(gè)科學(xué)機(jī)構(gòu)交流會(huì)刊也并沒有引起科學(xué)界對(duì)孟德爾研究的注意。一個(gè)證據(jù)就是，在接下來的的三十多年里（1866-1900）孟德爾的論文得到的引用屈指可數(shù)。
第一位引用孟德爾豌豆研究論文的科學(xué)家是來自德國吉森（Giessen）大學(xué)的植物學(xué)家赫爾曼?霍夫曼（Hermann Hoffmann,1819-1891）。在1869年出版的《確定物種和品種價(jià)值的研究——對(duì)達(dá)爾文假說批評(píng)的貢獻(xiàn)》（Untersuchungen zur Bestimmung des Werthes von Species und Variet?t——Ein Beitrag zur Kritik der Darwin'schen Hypothese）一書中，他五次提及了孟德爾1865年關(guān)于豌豆研究的論文。其中，他提到孟德爾長達(dá)六年的豌豆觀察研究史，并且從花卉生物學(xué)和雜交技術(shù)上對(duì)孟德爾的論文進(jìn)行了一些點(diǎn)評(píng)，同時(shí)也提到了雜交種后代回歸親本的傾向這一現(xiàn)象。但遺憾的是，對(duì)于孟德爾用數(shù)學(xué)的方法對(duì)雜交種及其后代表型的分析，以及涉及孟德爾所發(fā)現(xiàn)的兩大規(guī)律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，霍夫曼都沒有做任何提及 [5]。
第二位引用孟德爾豌豆研究論文的科學(xué)家是來自瑞典烏普薩拉（Uppsala）的植物學(xué)家 A.布隆伯格（Blomberg）。在1872 年撰寫的博士論文《關(guān)于顯花植物物種中的雜交種形成》里，布隆伯格提到：“孟德爾做了這樣的假設(shè)，當(dāng)雜交種形成時(shí)來自兩個(gè)親本的性狀都被傳遞給了它們，其中 ‘顯性（Dominant）’ 是那些在第一代雜交種中表現(xiàn)出的性狀，而 ‘隱性（Recessive）’ 則是在一開始的時(shí)候處于潛伏狀態(tài)的性狀” [6]。雖然布隆伯格成為了第一個(gè)引用孟德爾提出的 “顯性” 和 “隱性” 概念的學(xué)者，但他也沒有提及孟德爾用的數(shù)學(xué)方法以及他所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。
第三位引用孟德爾豌豆研究論文的是俄國植物學(xué)家約翰內(nèi)斯?西奧多?施馬爾豪森（Johannes Theodor Schmalhausen,1849-1894）[6]。1874年，25歲的施馬爾豪森在圣彼得堡大學(xué)完成了他的博士學(xué)業(yè)。在其博士論文《關(guān)于植物雜交: 來自圣彼得堡的研究》里，他不僅討論了 “顯性” 和 “隱性” 現(xiàn)象以及雜交種的性狀分離比例，而且還進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了孟德爾數(shù)學(xué)分析方法的重要性?，F(xiàn)在看來，當(dāng)時(shí)年輕的施馬爾豪森是在1900年以前唯一部分讀懂孟德爾論文中關(guān)鍵內(nèi)容的人，但當(dāng)時(shí)沒有人在乎他的看法。而且遺憾的是，在施馬爾豪森1878年擔(dān)任基輔大學(xué)的植物學(xué)教授后，他并沒有在這個(gè)方向上繼續(xù)開展相關(guān)的研究工作。
上面提到的三位科學(xué)家雖然較早地引用了孟德爾的豌豆研究，但這些引用對(duì)孟德爾發(fā)現(xiàn)的傳播并無多少裨益。真正對(duì)孟德爾的論文傳播起到作用的是德國植物學(xué)家維爾漢姆?奧爾伯斯??？?/span>（Wilhelm Olbers Focke,1834-1922）。在?？?881年出版的《植物雜交》一書里，曾18次提及孟德爾，后來被認(rèn)為 “發(fā)現(xiàn)孟德爾” 的三個(gè)人里（荷蘭植物學(xué)家德弗里斯（H.De Vries，1848~1935）、德國植物學(xué)家科倫斯（C.Correns,1864~1933）、奧地利植物學(xué)家丘歇馬克（E.von.S.Tschermak,1872~1962），有兩位（后兩者）都是通過?？说臅胖烂系聽柕?。不過，?？藢?duì)孟德爾的工作并沒有做出合適的解讀，以至于后來被不少人詬病。
總之，雖然布爾諾自然研究學(xué)會(huì)的會(huì)刊被交流到一百多個(gè)研究機(jī)構(gòu)，但其中的絕大多數(shù)都在圖書館里蒙塵。戲劇性的是，也是因?yàn)闃O少使用，這卷會(huì)刊在不少圖書館里都保存良好；等到20世紀(jì)孟德爾的貢獻(xiàn)被發(fā)現(xiàn)之后，這本1866年出版的會(huì)刊又成為了各圖書館的珍藏。
布爾諾自然研究學(xué)會(huì)包羅萬象，會(huì)刊也不是專門送到植物學(xué)家手里，有人認(rèn)為這是孟德爾的研究沒有得到關(guān)注的一個(gè)重要原因。但事實(shí)可能并非如此，因?yàn)榧幢闶敲系聽栕约簩ｉT寄給植物學(xué)家的論文單行本，也同樣沒有引起同行的重視。
在孟德爾提交給布爾諾自然研究學(xué)會(huì)的論文手稿首頁上，有學(xué)會(huì)秘書古斯塔夫?尼塞爾（Gustav Niessl）標(biāo)注的 “40份抽印本” 的字樣。也就是說，孟德爾預(yù)定了40份論文的抽印本（即單行本）。
圖3 孟德爾手稿的首頁局部 | 圖源[7]
孟德爾預(yù)訂這些抽印本的目的，是想親自寄給本領(lǐng)域的知名同行，以此吸引他們對(duì)自己研究的關(guān)注。在寄出的每一封信里，他都同時(shí)附上了自己真誠又謙卑的文字。至于孟德爾究竟寄出了多少這樣的抽印本，又分別寄給了誰，現(xiàn)在已經(jīng)無從考證。
目前所知道的是，當(dāng)年孟德爾預(yù)訂的那些抽印本可能僅有13份依然存在 [8]，其中5份有著相對(duì)清晰的來源和去處 [9]。
其中兩份是在布爾諾當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn)的，如今保存在當(dāng)?shù)氐牟┪镳^里。第三份曾屬于“發(fā)現(xiàn)孟德爾”三人之一的德弗里斯，德弗里斯得到的這份是來自生物學(xué)家馬蒂努斯·威廉·拜耶林克（Martinus Willem Beijerinck）的饋贈(zèng)，至于1851年才出生的拜耶林克是如何得到孟德爾在1866年底寄出的抽印本的，則是一個(gè)無法考證的問題。
剩下的兩份抽印本已明確知道曾由孟德爾親自寄出。
一份寄給了植物學(xué)家安東·約瑟夫·克納（Anton Joseph Kerner,1831-1898）?？思{當(dāng)時(shí)是奧地利因斯布魯克大學(xué)（Innsbruck University）的教授，在植物的嫁接和雜交領(lǐng)域做出過優(yōu)秀的工作。盡管克納幾個(gè)月后給孟德爾回了一封信 [6]，但令人意外的是他并沒有閱讀孟德爾的論文 [9]。
另一份寄給了德國慕尼黑大學(xué)的植物學(xué)家卡爾·威廉·馮·內(nèi)格里（Carl Wilhelm von N?geli,1817-1891）。和克納不同，內(nèi)格里仔細(xì)閱讀了孟德爾的論文，并就植物（主要是山柳菊）的雜交實(shí)驗(yàn)和孟德爾保持了長達(dá)8年的通信。后來，孟德爾的山柳菊雜交實(shí)驗(yàn)失敗后，內(nèi)格里也沒有相信孟德爾在豌豆中的發(fā)現(xiàn)。在他于1884年寫成的巨著《生命進(jìn)化的機(jī)械生理學(xué)理論》（Mechanisch-physiologische Theorie der Abstammungslehre）里有不少植物雜交和遺傳的內(nèi)容，但對(duì)孟德爾只字未提。
關(guān)于內(nèi)格里對(duì)孟德爾研究的忽視，后人多有指責(zé)，認(rèn)為和孟德爾保持了八年通信聯(lián)系后居然沒有理解孟德爾的研究，這和他一流科學(xué)家的身份很不相配。這種指責(zé)雖不無道理，卻也有失公允，本文不再具體討論。但這的確又延伸出一個(gè)關(guān)鍵的問題：為什么當(dāng)時(shí)一流的植物學(xué)家也發(fā)現(xiàn)不了孟德爾的價(jià)值？
在科學(xué)史上，原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)被忽視的情形并不鮮見，但如此重要的發(fā)現(xiàn)又被忽視如此之久的卻只有孟德爾這個(gè)案例，其中原因成為了科學(xué)界一個(gè)長盛不衰的話題。
多年來，大家給出的答案大致可以歸為兩類。
第一類原因：孟德爾的研究方法和內(nèi)容超越了他所在的時(shí)代。孟德爾首次把數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)引入到遺傳學(xué)的研究里，選取了一些簡(jiǎn)單明了的差異性狀進(jìn)行研究，從而完美地推導(dǎo)出了遺傳的內(nèi)在規(guī)律，無論是研究方法還是所得到的結(jié)果都和當(dāng)時(shí)的科學(xué)家很不相同。當(dāng)面對(duì)陌生的事物時(shí)，人們往往容易抱以懷疑的態(tài)度：布爾諾自然研究學(xué)會(huì)的會(huì)員如此，一流的植物學(xué)家內(nèi)格里也同樣如此。
第二類原因：孟德爾當(dāng)時(shí)人微言輕，難以引起主流科學(xué)界的注意。孟德爾沒有正規(guī)的大學(xué)學(xué)位，也沒有在大學(xué)工作，而只是利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行科研（當(dāng)時(shí)的他是圣托馬斯修道院的神父，還曾在早年做過中學(xué)的代課老師）。在發(fā)表《植物雜交實(shí)驗(yàn)》之前，孟德爾沒有發(fā)表過任何一篇學(xué)術(shù)論文，在當(dāng)時(shí)的植物學(xué)界甚至連無名小卒都算不上。而且，他的論文也只是發(fā)表在布爾諾這個(gè)偏遠(yuǎn)小城的學(xué)會(huì)會(huì)刊上，而不是像《德國植物學(xué)通報(bào)》或《林奈學(xué)會(huì)會(huì)刊》這樣的 “大刊”。這一原因是站得住腳的，因?yàn)榧偃裘系聽柈?dāng)時(shí)擁有像內(nèi)格里那樣的學(xué)術(shù)地位，那么他的發(fā)現(xiàn)就能夠吸引同行的關(guān)注，也會(huì)有人去重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，而不用苦苦等上幾十年。
不過，需要提及的是，遭到科學(xué)界忽視的孟德爾雖然不是科班出身，只是業(yè)余科研，但他并不是那種 “自學(xué)成材” 的民間科學(xué)家，他曾接受必要的科研訓(xùn)練，而且所開展的實(shí)驗(yàn)都符合職業(yè)規(guī)范。
盡管當(dāng)時(shí)他的研究曾被長時(shí)間地忽視，但孟德爾的發(fā)現(xiàn)最終還是得到了認(rèn)同，成為了現(xiàn)代遺傳學(xué)誕生的標(biāo)志，他的名字被寫進(jìn)專業(yè)教材、名人傳記甚至是通識(shí)課本中。因?yàn)殚_天辟地般的科研貢獻(xiàn)，他也被永遠(yuǎn)刻在了十九世紀(jì)生命科學(xué)的豐碑上。
在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)、領(lǐng)域分工越來越細(xì)的今天，已經(jīng)很難再出現(xiàn)像進(jìn)化論和遺傳學(xué)定律這樣的巨大科研成果。但現(xiàn)在的科學(xué)研究人員也是幸運(yùn)的，因?yàn)樗麄冋驹诹司奕说募绨蛏?，并得以窺見更廣闊和精致的風(fēng)景。
制版編輯 | 盧卡斯
