科學(xué)史上著名公案

高中生物課上令人印象最深刻的部分，大概就是孟德爾通過做豌豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)定律。不同品種的豌豆有一些不同的特征，生物學(xué)上叫做“性狀”，例如種子的形狀有些是圓的，有些是皺的。孟德爾把圓種子的豌豆與皺種子的豌豆雜交，得到的后代(第一子代)的種子全部是圓種子，而沒有皺種子。像圓種子這種總是表現(xiàn)出來的性狀被稱為顯性，而皺種子這種被掩蓋住的性狀叫隱性。那么隱性性狀有沒有完全消失了呢?沒有。讓第一子代自相雜交，得到的第二子代，又同時有圓種子和皺種子。

孟德爾據(jù)此提出，每一個性狀是由兩個因子(也就是后來說的“基因”)決定的。它們可能相同(叫做純合體)，也可能不同(叫做雜合體)。比如種子形狀這個性狀，有決定圓形的基因R，還有決定皺形的基因r0在親代，所有圓種子植株的基因型為RR，所有皺種子植株的基因型為rr，都是純合體。第一子代的性狀雖然都是圓種子，但其基因型卻是Rr，是雜合體。在第二子代，同時有圓種子和皺種子，皺種子檀株都是純合體rr但是圓種子植株可能是純合體RR1，也可能是雜合體Rr。

以上所述是幫助大家回憶在高中生物課上學(xué)到的內(nèi)容。當(dāng)時你有沒有想過。在孟德爾的時代，沒法測定基因，他是怎么知道第二子代的圓種子植株哪個是純合體，哪個是雜合體呢?只能是繼續(xù)把實驗做下去，不過這次不能雜交，而要自交：讓植株白花授粉，如果某個圓種子植株自交后結(jié)的種子全是圓種子，那這個植株就是純合體，如果出現(xiàn)了性狀分離，結(jié)的種子既有圓的，又有皺的，那就是雜合體。理論上，第二子代圓種子植株中雜合體與純合體的比例應(yīng)是2：1。

孟德爾共研究了7對性狀，其中2對性狀(種子形狀和子葉顏色)只要看看結(jié)的種子就可以分清，但是剩下的5對性狀(例如莖的高矮)卻必須把種子種下去，讓植株生長、成熟才能知道。也就是說，對這些性狀的植株還要培育出第三子代。由于田地有限，孟德爾在這5個顯性性狀的第二子代中各挑了100株做實驗，每株培育10株后代進(jìn)行驗證。其中有1個性狀的實驗結(jié)果不理想，他對之重復(fù)做了實驗。這樣合起來他共對600株第二子代做了實驗。根據(jù)第三子代的結(jié)果，他斷定其中有399株是雜合體，201株是純合體，非常接近2：1的理論值。

1866年，孟德爾把他的實驗結(jié)果寫成論文發(fā)表在當(dāng)?shù)貙W(xué)術(shù)期刊上，未能引起學(xué)術(shù)界的注意。直到1900年，孟德爾的論文才被重新發(fā)現(xiàn)，引起了一場革命，遺傳學(xué)從此誕生。1936年，群體遺傳學(xué)創(chuàng)建者之一、英國著名遺傳學(xué)家和統(tǒng)計學(xué)家費歇發(fā)表了一篇著名的論文——《孟德爾的工作是否已被重新發(fā)現(xiàn)?》，根據(jù)孟德爾論文記載的實驗數(shù)據(jù)，用一種叫卡方測驗的統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)孟德爾的數(shù)據(jù)好得令人起疑。更令人起疑的是有的數(shù)據(jù)符合的是錯誤的理論值，疑點最大的就是上述實驗。孟德爾是根據(jù)10株第三子代的性狀來推斷第二子代的基因型，但是這個方法并不完全可靠。孟德爾沒有想到的是，即使某株第二子代是雜合體，它的10株后代也有可能很偶然地全都是只表現(xiàn)出顯性性狀的雜合體，從而錯誤地推斷它為純合體。發(fā)生這種錯判的概率是0.0563(1株是雜合體的概率為0.75，10株都是雜合體的概率是0.75的10次方，即0.0563)。因此，用孟德爾的方法做實驗，由于樣本太小，會有一定的誤差，一小部分雜合體會被誤判為純合體。由此得到的雜合體與純合體的比例應(yīng)是大約1.7：1，而不是2：1。因此費歇認(rèn)為孟德爾報告的數(shù)據(jù)是不真實的，是為了湊2：1的理論值而編造的。費歇倒不認(rèn)為是孟德爾本人造假，只是猜測孟德爾的助手在為孟德爾做統(tǒng)計時，為了取悅孟德爾而給了他預(yù)料中的數(shù)據(jù)。但是并無證據(jù)表明孟德爾讓別人為他做統(tǒng)計，費歇的猜測不過是為尊者諱罷了。

費歇的指控在遺傳學(xué)界挑起了一場持續(xù)至今的大論戰(zhàn)，70年來在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表的爭論文章至少有二十幾篇。一開始，是認(rèn)為孟德爾實驗有假的一方占優(yōu)勢，有的甚至猜測孟德爾(或其助手)是怎么造假的：在統(tǒng)計實驗結(jié)果時算到想要的數(shù)據(jù)就不再往下算了，盡管孟德爾在論文中明確聲明他統(tǒng)計了所有的樣本。有一位細(xì)心的研究者根據(jù)孟德爾論文中統(tǒng)計的植株和種子數(shù)目，計算出平均每株植株結(jié)的種子數(shù)，認(rèn)為太少了，以此來證明孟德爾并沒有統(tǒng)計所有的種子。但是隨后又有人指出，在孟德爾的時代，還沒有用化肥增產(chǎn)，那個平均種子數(shù)很正常，有同時代其他人的實驗結(jié)果為證。

這場爭論把群體遺傳學(xué)的另一位創(chuàng)建者、美國著名遺傳學(xué)家和統(tǒng)計學(xué)家懷特也給卷了進(jìn)來。1966年，懷特在一篇論文中雖然基本同意費歇的計算結(jié)果，但是詳細(xì)列舉了幾條理由說明這個計算結(jié)果不能說明孟德爾(或其助手)造假。此后，為孟德爾辯護(hù)的一方逐漸多了起來，并成了主流意見。直到2007年3月，美國《遺傳學(xué)》雜志還發(fā)表了一篇為孟德爾辯護(hù)的文章。

為孟德爾辯護(hù)的學(xué)者不少，但理由卻大不相同。有的同意孟德爾的實驗數(shù)據(jù)的確有問題，但是并非有意造假造成的，而是來自無意的主觀偏差。某些豌豆性狀并不是很容易區(qū)分的，比如某粒種子的形狀該算是圓的還是皺的，有時就不太好說，碰到這種模糊狀況，孟德爾可能下意識里就往有利于實驗結(jié)論的方向統(tǒng)計。另一種可能是，孟德爾或許做過幾次實驗，而只報告他認(rèn)為是最好的結(jié)果。這些做法在今天看來也許不太規(guī)范，但并非有意造假。有的則干脆試圖推翻費歇的計算結(jié)果，或者認(rèn)為他濫用了卡方測驗，說卡方測驗不能用于驗證數(shù)據(jù)是否造假；或者認(rèn)為他誤解了孟德爾實驗的細(xì)節(jié)，得出了錯誤的計算結(jié)果。

這些討論涉及比較專業(yè)的遺傳學(xué)和統(tǒng)計學(xué)知識，我不想在此做詳細(xì)的介紹。我只想指出兩點：第一，孟德爾在論文中提到。他對某次實驗結(jié)果不滿意，做了重復(fù)實驗，并報告了兩次實驗的結(jié)果。正如懷特指出的，如此誠實可不像一個造假者所為。第二，在1900年－1909年，有6名遺傳學(xué)家重復(fù)了孟德爾的豌豆實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全相符。

雖然現(xiàn)在學(xué)術(shù)界的主流意見認(rèn)為孟德爾的實驗結(jié)果是可信的，但是有關(guān)孟德爾造假的說法仍然在大眾媒體上廣為流傳。國內(nèi)外一些反科學(xué)人士更是對此大做文章，鼓噪孟德爾“‘制造’統(tǒng)計規(guī)律”，聲稱“孟德爾定律過于簡單化和理想化”，警告我們“不可把科學(xué)理論看得過于神圣”。退一步說，即使孟德爾實驗結(jié)果有假，可不等于他發(fā)現(xiàn)的遺傳定律是假的。遺傳定律早已被后人的無數(shù)實驗結(jié)果所證實了。那些反科學(xué)的論調(diào)既缺乏科學(xué)常識，也違背了基本的邏輯。

(盛文娟括函)孟德爾(1822年～1884年)出生于捷克摩拉維亞(當(dāng)時屬奧地利)的一個農(nóng)民家庭，從小就在家里幫助父親嫁接果樹，在學(xué)習(xí)上已經(jīng)表現(xiàn)出非凡的才能。1844年～1848年。孟德爾在布隆大學(xué)哲學(xué)院學(xué)習(xí)神學(xué)，曾選修迪博爾(1770年～1859年)講授的農(nóng)學(xué)、果樹學(xué)和葡萄栽培學(xué)等課程。1848年在維也納大學(xué)期間，孟德爾先后師從著名物理學(xué)家多普勒(1803年～1853年)、物理學(xué)家埃汀豪生和植物生理學(xué)家翁格爾(1800年～1870年)，這三個人對他的科學(xué)思想無疑產(chǎn)生了很大影響。當(dāng)時大多數(shù)科學(xué)家所慣用的方法是培根式的歸納法，而多普勒則主張，先對自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，從分析中提出設(shè)想。然后通過實驗來進(jìn)行證實或否決。埃汀豪生是一住成功地應(yīng)用數(shù)學(xué)分析來研究物理現(xiàn)象的科學(xué)家，孟德爾曾對他的大作《組合分析》仔細(xì)拜讀。孟德爾后來做的經(jīng)典的豌豆實驗，能堅持正確的指導(dǎo)思想，成功地將數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法用于雜交后代的分析，與這兩位杰出物理學(xué)家不無關(guān)系。

通過翁格爾，孟德爾了解了蓋爾特納的雜交工作。蓋爾特納是一位經(jīng)濟(jì)富裕的科學(xué)家，他能不受拘束地在自己的花園內(nèi)實施有性雜交的宏偉計劃，曾用80個屬700個種的植物，進(jìn)行了萬余項的獨立實驗，從中產(chǎn)生了258個不同的雜交類型，這些成果都記錄在1849年出版的蓋爾特納的著作《植物雜交的實驗與觀察》中，達(dá)爾文和孟德爾都曾仔細(xì)地讀過這本書。孟德爾讀過的書至今還保存在捷克布隆的孟德爾紀(jì)念館內(nèi)，書中遍布記號和批注，有的內(nèi)容正是以后孟德爾的實驗計劃里的組成部分。由此可見，一個偉是的科學(xué)思想的形成絕非偶然。

至此。孟德爾遺傳學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，拉開了20世紀(jì)人類解開遺傳之謎的序幕。