数理化通俗演义 作者:梁衡-第57章
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要知孟德尔为选出这些性状明显的品种已经整整费了七年心血，寒来暑往，其间辛苦自不必说了。但是，这才只是准备好了实验材料。
现在孟德尔认为品种已经很纯，实验可以开始了。于是他就按照对应品种一一杂交，抛开其他特徵，先观察最主要的性状，若它们的杂交一代（F1）与父母到底有什么不同。谁知这新长出来的子一代，只清一色的继承父母之中一方的特性。比如高株和矮株杂交，所得全是高株；灰色和白色杂交，所得全是灰色。孟德尔把高、灰等这类保留下来的特徵叫做“显性”，矮、白等叫做“隐性”，这些性状被隐去了。但是他没有灰心，第二年又用上年得到的杂交子一代（F1）进行自交（F1×F2），所得的种子再播种，生成子二代（F2）。这一下奇怪的现象又出现了，和子一代的清一色不同，子二代不但有显性性状，而且曾经消失了的隐性性状又出现了。孟德尔一口气又种了278个杂交组合，授粉之后他给碗豆套上布袋，小心地观察记录。这样又经过几年的种了收，收了种，从花色上杂交对比，从种籽上杂交对比等等，翻来覆去地排列组合。现在他那间修士住的小屋里除了圣经之外，架子上已堆满了许多小布口袋，里面鼓鼓囊囊全是碗豆，上面还标着F1、F2；高、矮；黄、绿等，只有他自己才能看懂的字和符号。
1865年，新年刚过，这天孟德尔又坐在桌子旁。他将圣经推到一边，顺手拾起一个种籽口袋，沉甸甸的，心头一阵欢喜，忽然想起自己和这些圆滚滚的小家伙打交道不觉已有十年。再看看架子上那些小布袋，还有那厚厚的一本本观察记录，觉得资料已经不少，也该分析整理一下了。
各位读者，我们前面说过孟德尔在上大学时曾得到一位数学教授的指导，所以他与别的搞生物的人不同，除了勤于观察之外，还特别留心数据的对比分析。现在他将记录本搬开，将十年所得的数据抄在一张纸上，反来倒去地演算。不一会他就列出前面这样一张表来。
性状 显性植株数 隐性植株数 F2一代的显隐比例
种子的形状 5474 （圆） 1850 （绉） 2。96：1
子叶的颜色 6022 （圆） 2001 （绿） 3。01：1
种皮的颜色 705 （灰） 224 （白） 3。15：1
豆荚的形状 882 （膨大） 299 （皱缩） 2。95：1
未熟豆荚的颜色 428 （绿） 152 （黄） 2。82：1
花的位置 651 （叶腋） 207 （顶端） 3。14：1
茎的高度 787 （高） 277 （矮） 2。84：1
孟德尔仔细分析了表的最后一列，发现不管前面两列数字多么不同，但在这一列中比例却都近似于3：1，他不觉高兴地大喊一声：“秘密原来在这里！”从这些数字中孟德尔看到隐性性状并没有消失，它还是传下来了。他假设，每个生物细胞中都有控制性状的因子（我们今天叫基因），因子在细胞中是成对的，到了受精时，精子与卵子就各带一个因子，又结合成一对新的因子。这就是生物遗传的分离定律，即遗传学第一定律。
这就可以清楚地说明，在子一代时，隐性因子与显性因子结合，它被掩盖，所以全表现为显性（加高茎）。但是掩盖并不一定消失，到子三代时，就可能出现纯显性因子结合、显隐性因子结合及纯隐性因子结合三种情况，它在比例上是1：2：1，但显、隐结合时外表仍是显性，所以显、隐的总比例就是3：1。再往下繁殖一代时，显、隐结合的那一部分（即“2”）又可分成1：2：1，这样显性、隐性的近传就会准确无误地永远传下去。这就说明，为什么高个子的父亲和低个子的母亲所生的孩子，不一定都是他们的平均高度。否则，全世界的人早就是一样的高了。
一对性状杂交的子三代是3：1，要是两对性状呢？比如黄色圆形种子和绿色皱皮种子，它们的子三代是什么样子呢？这就有四种情况：黄色圆形、黄色皱皮、绿色圆形、绿色皱皮，比例为9：3：3：1。纯显、隐性遗传是3^2：1^2。要是三对性状呢，正好是3^3：1^3，依此类推。就是说，这些性状都会参加组合，进行遗传。这样孟德尔又得出一条自由组合定律，即遗传学第二定律。
各位读者，故事说到这里，您也许会想起这套书第23回曾讲到一个人，他的研究方法与孟德尔多么相似。那就是开普勒，他也是将多年测得的行星运行数据这样列表推算，从最后两列中发现了其中的规律，从而确立了开普勒定律。这说明科学研究除了观察、实验之外还要善于运用数学统计分析。许多规律和发现不是直接用眼看见、手摸着的，而是用笔、用计算机算出来的。读者诸君中也许有正在中学读书就学的，千万不敢看轻了数学的学习，现在看来枯燥的数字、字母，将来都是冶学的得力武器，请大家记住马克思的这句名言：“一种科学只有成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步。”
再说孟德尔发现了遗传规律后，1865年正好在布隆城召开一个奥地利自然科学会议，他就兴冲冲地到会宣布了这一成果，但是台下的人没有一人能听懂他在说什么。第二年，他又写了一篇论文，公开发表，还把这论文分送到欧洲的120个图书馆里去，但是谁也没有注意这篇文章。孟德尔还是在园子里安静地摆弄那些花草、蜜蜂，他对自己的朋友尼斯尔说：“让那些论文先睡上几十年觉吧，我相信，承认我的一天终将到来。”
没有人理孟德尔的论文，倒不是大家有什么偏见，因为他超越时代实在太远了。“超前性”是任何伟大理论的共同特点。麦克斯韦1864年发表电磁理论，1888年赫兹才证实电磁波的存在，他超前了24年，门捷列夫1869年发表元素周期律，1875年布瓦博朗德发现镓，才证实了周期律，他超前了六年，爱因斯坦1905年提出质能互变E＝mc^2，1945年第一颗原子弹爆炸，他超前了40年。当孟德尔在1866年发表遗传定律时，他奇怪为什么没有人响应，但是他不知道，他的理论比实践超前了34年。只有等人们对微观细胞有了进一步的研究后才能验证他的理论。
果然，这一天来到了。1900年春天荷兰的德弗里斯、德国的柯伦斯和奥地利的丘歇马克都各自独立地通过实验得出如我们叙述过的哪种遗传规律的结论。但是当他们在发表论文前查阅文献资料时，又都同时发现孟德尔早已有言在先。孟德尔的论文在图书馆里被尘土封埋了34年后又这样戏剧性地被重新发现了。
孟德尔理论的重新被重视，还得感谢细胞学说的进步。原来1879年德国生物学家弗莱明发现了一种办法，用硷性染料可以把细胞核内的微粒状物质染成黄色，而且再不会褪色。有了这个标记，观察起来就十分方便。弗莱明发现这些微粒先变成丝状，这细胞再断裂成数目相同的两半，一个细胞就变成两个，细胞原来是这样分裂的。1880年德国生物学家就把这种能染上色的微粒叫做“染色体”，就是我们现在常说的这个名词。1900年孟德尔学说重新发现不久，过了四年，美国细胞学家萨顿突然想到，孟德尔说遗传因子成只成对，我们细胞学界说染色体成双成对，这两个怕就是一回事吧？渐渐的遗传规律就要到细胞内部来寻找根据了。
这时在美国有一个生理学家叫摩尔根，（1866－1945）他有间奇怪的实验室，里面只有几张旧桌子和几千只瓶子。就靠这些瓶子，他培养了几万只果蝇。这东西繁殖率高，生活史短，便于观察。摩尔根本是不相信孟德尔学说的，但是1910年的一天，他偶然发现许多红眼果蝇中出现了一只白眼果蝇。他出于好奇，便想：我何不也做一次杂交试验。他让红白果蝇杂交，结果，下一代全是红眼，显然红对白来说表现为显性，正合孟德尔的碗豆试验。他不觉暗吃一惊。他又使子一代交配，子三代中的红白比例正好是3：1，这下摩尔根对孟德尔五体投地了。
摩尔根决心沿着这条线索追下去，看看动物是怎样遗传的。他进一步观察，发现子三代的白眼蝇全是雄性。这说明性状（白）和性别（雄）的因子（后来叫基因）是“连锁”在一起的。而细胞分裂时，染色体先由一变二，可见能够遗传性状、性别的基因就在染色体上，通过细胞分裂一代代地传了下去，染色体就是基因的载体。摩尔根和他的学生真的还推算出了各种基因在染色体上的位置，并画出了一张果蝇的染色体位置图。
摩尔根的染色体理论成功地解释了性别遗传。原来，性细胞，即精子和卵子，除可先一分为二，变成成倍的新细胞外，它还可以“减数分裂”。就是本来细胞中含有46个染色体，结果分裂后只剩23个。这样两个精子和卵子结合，又成为一个有46个染色体的新细胞了，这就是新的生命。男女双方的23个染色体有22个是普通染色体，只有一个是决定性别的。这一个在女性一方都是X染色体，在男性一方则有可能是X也可能是Y。精子与卵子结合时，如果双方都含X染色体，则生女孩，如果X卵子碰到一个Y精子则生男孩。这个谜到摩尔根这里才终于揭破了。于是他终于创立了著名的基因学说，并获得了1933年的诺贝尔生理学及医学奖金。
各位读者，遗传学的规律自孟德尔到摩尔根，其间过了四十多年才逐渐摸清。先是由孟德尔提出一个遗传因子的假说，然后由后人一步步验证，再提出新的假说，再验证，科学就这样向前发展了。恩格斯有一段话专门谈这种研究方法。他说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。一个新的事实被观察到了，它使得过去用来说明和它同类的事实的方式不中用了。从这一瞬间，就需要新的说明方式了－它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础。进一步的观察材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些，直到最后纯粹地构成定律。如果要等待构成定律的材料纯化起来，那么就是在此以前要把运用思维的研究停下来，而定律也就永远不会出现。”
遗传是由基因决定的，那么基因又是由什么构成的呢？生物学还有待向更微观的领域开拓。孟德尔的假说被证实了，摩尔根接着又向后人提出一个假说，他在自己的名着《基因论》的末尾说道：“我仍然很难放弃这个可爱的假设：就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。”
这个假设是否能够成立，且听下回分解。
第七十回
破密码 遗传谜底终揭晓，大溶合 科学深处无疆界
——生命科学的发展 上回说到摩尔根在他的《基因论》一书的末尾预言了基因是化学实体的假设。但是摩尔根总是念念不忘他的老本行——胚胎发育学，他作此预言之后就离开对细胞遗传学的研究而重操旧业去了。
这科学的研究总是从现象到本质，从宏观到微观，就如那物理从牛顿探讨天体运行，直到卢瑟福打碎原子，这生物学自从达尔文创立进化论，孟德尔、摩尔根发现遗传规律之后，又渐渐追根到细胞内，进而又研究细胞核的结构。就如物理学进入核物理阶段一样，生物学也进到了一个新阶段－分子生物学，它要对生物细胞的分子结构进行探索，从而来破基因之谜。
其实在摩尔根之前就有人在作这样的探索，不过当时未能引起人们的注意。1869年，瑞典人米歇尔发现细胞核主要由含磷物质构成，20年后人们发现这种物质是强酸，便称为核酸。德国人科赛尔将核酸水解，又发现它含有三种成份：核糖、磷酸和有机碱。而有机碱又含有四种成份：胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）。这名字有点别扭，我们只要记住那四个字母就行，下面还会有用。这细胞核真像一个竹笋，到此为止已被剥掉好几层皮了。但是科赛尔的学生美国化学家莱文接过竹笋又剥了一层，他发现核酸里的糖比普通糖少一个碳原子，就叫它核糖。他又发现有些核糖少一个氧原子，就命为脱氧核糖。这样，核酸就有了两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。好，现在笋皮已经剥光，下一步且看摩尔根的继承者怎样在这个DNA上作文章。
科学发展到二十世纪，和十九世纪以前相比，其研究方式已有了明显的不同。一是，一个课题很难由本学科单独完成，出现了多学科交叉。比如原子核的裂变便需要许多费米、哈恩一流的物理学家、化学家共同参予才能发现。二是，一个难题由一个科学家单独解决越来越不可能，需要有庞大的实验室、研究中心，要有许多科学家的通力协作才能完成。这个DNA就在这样的时刻被托到解剖台上，而首先举起解剖刀的却是几个物理学家。
三十年代中期，正是玻尔领导的哥本哈根学派在与爱因斯坦大论战，他们新创立的量子力学正蓬勃向上。这批物理学家不满足于只用物理现象来解释自己的理论，探索的触角又向生物学伸来。
话说1932年夏天，哥本哈根正在召开一个国际光疗会议。作为物理学家的玻尔不怕人说班门弄斧，竟到会在各国医学家、生物学家面前作了一个《光与生命》的演讲。他别出机杼，没有就生物论生物，而是从量子力学出发，大谈物理与生物的互补原理，使在场的许多专家听得茅塞顿开，犹如久坐密室忽然打开窗户，吹进一股清新的凉风。单说这时在台下有一位叫德尔布吕克（1906－1981）的青年。他虽然才26岁，但正是一位原子物理学家。德尔布吕克本是德国人，曾就读于著名的哥廷根大学，这时正在丹麦玻尔的实验室里工作。当时他听了玻尔的讲话，忽然觉得和物理学相比生物学的微观世界远远没有被人涉足，而物理学的一些研究方法和原理正可以用于这门新学科。生理现象是比物理现象复杂，这原因就是它是生命的体现，而生命之谜正在遗传，这是一个多么诱人的题目。于是，德尔布吕克暗下决心，改弦更张，由物理转入生物学研究。
这次大会不久，欧洲大陆战云密布，科学家们纷纷避难美国。前面我们说到玻尔也去美国参加研究原子弹去了。他的学生德尔布吕克也到了美国，但是他并没有参加曼哈顿工程，而是一头扎到摩尔根的研究基地－加利福尼亚理工学院。这时他看到实验室里在使用一种“噬菌体”做细菌和病毒研究的材料。这噬菌体是一种病毒，它的结构简单得出奇。它有一个六角形的头，头部中心含有DNA，头部后面拖着一条尾巴，尾巴稍上又有六根尾丝。当噬菌体感染细菌时，先用六根尾丝牢牢地粘附在细菌壁上。这时它的尾部放出一种譗，把细菌的细胞壁溶解开一个洞，然后就可钻入。噬菌体与其他生物的细胞染色体的基因有一样的物理、化学属性，但是它又极简单，就是一层蛋白质外壳包了一组基因。而且它繁殖得很快，侵入大肠杆菌内后，只要20分钟就可繁殖数百个后代。德尔布吕�
