原創(chuàng) 李峰 返樸

格蘭德·艾倫（Garland E. Allen）是生物學(xué)領(lǐng)域思想史研究的重要人物之一，于2017年榮膺科學(xué)史領(lǐng)域最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)——薩頓獎(jiǎng)。艾倫教授對(duì)遺傳演化有深刻理解，本文根據(jù)他2013年發(fā)表的一篇科學(xué)史論文進(jìn)行了節(jié)選編譯，文章通過(guò)考察現(xiàn)代遺傳學(xué)之父、美國(guó)生物學(xué)家托馬斯·亨特·摩爾根（Thomas Hunt Morgan）由胚胎學(xué)家轉(zhuǎn)變?yōu)檫z傳學(xué)家的案例，佐證了科學(xué)研究的特質(zhì)——“錯(cuò)誤”的觀念也可以很有用處，精彩還原了遺傳學(xué)發(fā)展史上激動(dòng)人心的一個(gè)片段。

Garland E. Allen

編譯｜李峰

在教科書(shū)中或課堂上，人們習(xí)慣于以當(dāng)下的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解釋過(guò)去那些“錯(cuò)誤觀點(diǎn)”，指出謬誤所在，卻對(duì)這些謬誤產(chǎn)生的背景乃至受到追捧的原因避而不談。然而，恰恰是那些后來(lái)被證偽的假說(shuō)，隱含了科學(xué)研究中的諸多精彩細(xì)節(jié)和內(nèi)幕，也真實(shí)呈現(xiàn)出科學(xué)始終是“在爭(zhēng)議中前行”的動(dòng)態(tài)發(fā)展的本質(zhì)。

20世紀(jì)前十年，后來(lái)被譽(yù)為“現(xiàn)代遺傳學(xué)之父”的美國(guó)生物學(xué)家托馬斯·亨特·摩爾根（Thomas Hunt Morgan）強(qiáng)烈反對(duì)當(dāng)時(shí)最重要的三種觀點(diǎn)：達(dá)爾文自然選擇理論、遺傳的染色體理論以及孟德?tīng)栠z傳學(xué)。但他隨后改變了對(duì)這三種理論的態(tài)度，發(fā)展出充滿生命力的研究體系，鋪平了統(tǒng)一遺傳學(xué)和達(dá)爾文演化理論的道路，這就是30年代的“綜合進(jìn)化論”（the evolutionary synthesis）。1933年的諾獎(jiǎng)得主、被譽(yù)為“現(xiàn)代遺傳學(xué)之父”的美國(guó)進(jìn)化生物學(xué)家托馬斯·摩爾根（Thomas Hunt Morgan，1866.9.25-1945.12.4）是個(gè)難以捉摸的人物。英國(guó)遺傳學(xué)家威廉·貝特森（William Bateson）稱之為“完全沒(méi)有一點(diǎn)自負(fù)”的人——特別是碰到他不懂的事的時(shí)候——并且美籍俄裔遺傳學(xué)家西奧多修斯·杜布贊斯基（Theodosius Dobzhansky）認(rèn)為他是懷疑論者、特立獨(dú)行的人，經(jīng)常語(yǔ)出驚人，而又始終保持紳士風(fēng)度。這是摩爾根眾多個(gè)性特點(diǎn)中的兩例，但是非常適合考察他在遺傳學(xué)研究中的角色。

摩爾根

摩爾根的生物學(xué)訓(xùn)練開(kāi)始于約翰霍普金斯大學(xué)，學(xué)習(xí)形態(tài)學(xué)。那時(shí)候形態(tài)學(xué)的核心是運(yùn)用胚胎發(fā)育中的特征來(lái)構(gòu)建演化上的關(guān)聯(lián)（系統(tǒng)發(fā)育）。形態(tài)學(xué)概念充滿想象又有意思，可以產(chǎn)生出各種不同的解釋，但是沒(méi)有一種能夠被嚴(yán)格地檢驗(yàn)。像很多同時(shí)代人物一樣，摩爾根徹底厭倦了本質(zhì)上是極度臆測(cè)的形態(tài)學(xué)研究工作。特別是在1890年代，到意大利拿波里動(dòng)物研究所（Naples Zoological Station）訪學(xué)之后，他熟悉了胚胎生物學(xué)中新興的實(shí)驗(yàn)研究工作，很快成為實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的熱心支持者。在實(shí)驗(yàn)中可以人為干涉，每次控制一個(gè)變量，從而嚴(yán)格地檢驗(yàn)假說(shuō)。

質(zhì)疑主流理論題

1

反對(duì)達(dá)爾文理論

1903年，摩爾根在他的《演化與適應(yīng)》一書(shū)中闡明了對(duì)達(dá)爾文自然選擇理論的反對(duì)。需要指出的是，摩爾根完全贊同演化過(guò)程——也就是逐代改良（descent with modification）。因?yàn)樵谒磥?lái)，自然選擇的機(jī)制，作用于小的、獨(dú)立的變異，永遠(yuǎn)不能產(chǎn)生新種。雖然達(dá)爾文依賴于把人工選擇類比于自然選擇，以此強(qiáng)調(diào)種的可變性，但現(xiàn)在我們都知道了，經(jīng)過(guò)育種者幾百年來(lái)的選育，從沒(méi)產(chǎn)生過(guò)任何“新種”。作為一種替代方案，二十世紀(jì)初，摩爾根曾經(jīng)特別著迷荷蘭植物學(xué)家德佛里斯的突變理論。德佛里斯認(rèn)為一代的大幅度改變就可以產(chǎn)生新種，我們今天稱之為“大突變”（macromutations）。摩爾根對(duì)德佛里斯的主張印象深刻，因?yàn)樗麑?duì)溫室中的模式生物月見(jiàn)草 (Oenothera)突變體進(jìn)行了研究，突變體可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)。

摩爾根認(rèn)為達(dá)爾文觀點(diǎn)中還有其他問(wèn)題。比如任何性狀要想有適應(yīng)性，它必須是完全形成的。如果是不完全形成的器官，比如脊椎動(dòng)物的眼，就會(huì)適應(yīng)性很低，或者完全沒(méi)有適應(yīng)性。因此，在這些很多小的步驟中怎么可能實(shí)現(xiàn)演化呢，沒(méi)有哪個(gè)微小的突變對(duì)個(gè)體來(lái)說(shuō)有任何適應(yīng)性價(jià)值。

2

反對(duì)染色體遺傳說(shuō)

就像厭惡臆測(cè)的方法而反對(duì)自然選擇一樣，摩爾根也反對(duì)當(dāng)時(shí)的染色體遺傳理論。當(dāng)時(shí)大多數(shù)生物學(xué)家意識(shí)到，有絲分裂和減數(shù)分裂中復(fù)雜而有規(guī)則的染色體運(yùn)動(dòng)預(yù)示著某些重要的東西，但是這些東西到底是什么則完全不清楚。最流行的觀點(diǎn)是這一定跟遺傳有些關(guān)聯(lián)，但是直到1909年摩爾根對(duì)這種說(shuō)法仍然十分懷疑。比如，他指出在兩次細(xì)胞分裂的間期，棒狀染色體消失在視野中。摩爾根問(wèn)道，如果它們?cè)诿看渭?xì)胞周期的末尾都解體，染色體又如何能維持細(xì)胞代際間的遺傳穩(wěn)定？我們?cè)趺粗老乱淮窝h(huán)中，染色體構(gòu)建出了同樣的結(jié)構(gòu)呢？

對(duì)于摩爾根來(lái)說(shuō)，更加矛盾的地方是當(dāng)時(shí)的另外一個(gè)重要案例——性別決定問(wèn)題。1904到1905年，哥倫比亞大學(xué)生物系主任艾德蒙德·威爾森和布林馬爾女子學(xué)院的奈特·史蒂文斯確定了性別的決定是由一對(duì)染色體的分布控制的，就是所說(shuō)的X染色體或者副染色體。但摩爾根覺(jué)得這種解釋自相矛盾：絕大多數(shù)動(dòng)物中雄性動(dòng)物有一條X染色體，而雌性個(gè)體有兩條；但是鳥(niǎo)類、蝴蝶和蛾子三類動(dòng)物中情形相反。同一種染色體分布如何能夠在一類情形時(shí)決定雄性，而在另一類又決定雌性？

3

反對(duì)孟德?tīng)栠z傳

在他批評(píng)染色體學(xué)說(shuō)的同一年，他還寫(xiě)文章猛烈批判快速發(fā)展的孟德?tīng)栠z傳理論（Morgan 1909）。他發(fā)現(xiàn)孟德?tīng)枌W(xué)派像其他老一派形態(tài)學(xué)家一樣，隨意地毫無(wú)節(jié)制地臆測(cè)。例如，為了解釋預(yù)期的孟德?tīng)柋壤谐霈F(xiàn)的異常（比如上位作用），孟德?tīng)栔髁x者簡(jiǎn)單引入不同的因子：“如果一個(gè)因子不能解釋現(xiàn)象，那就引入兩個(gè)因子；如果兩個(gè)還不夠用，三個(gè)也許就管用了……”，摩爾根稱之為“高級(jí)雜?！?。而且，摩爾根還注意到，決定性狀的孟德?tīng)栔髁x“因子”散發(fā)著就形態(tài)學(xué)預(yù)成論的氣息，把發(fā)育過(guò)程（包括分化）歸結(jié)為假定的“完全決定的”微小個(gè)體，或者來(lái)自精子，或者來(lái)自卵子，以此回避了成體中的性狀到底是如何形成的問(wèn)題[1]。顯然摩爾根的這一質(zhì)疑是對(duì)的。孟德?tīng)栕畛醯睦碚撏耆珱](méi)有提到胚胎發(fā)育，只是一個(gè)描述一代傳給另一代的雜交過(guò)程中性狀分布的理論。

拋開(kāi)這些反對(duì)自然選擇、染色體、孟德?tīng)栠z傳理論的具體理由，是什么讓摩爾根在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)三種理論改變立場(chǎng)？

果蠅帶來(lái)的改變

01

摩爾根的第一次觀念改變

1908年，摩爾根開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)果蠅，想看看是否能在動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)德佛里斯式的新種水平大突變。摩爾根讓一個(gè)學(xué)生在他的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)課程中使用果蠅，暗中連續(xù)培養(yǎng)69代，來(lái)檢驗(yàn)獲得性性狀可遺傳的“新拉馬克主義”實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的。然而在這一過(guò)程中，摩爾根確定果蠅是個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)體系，它易于獲取，培養(yǎng)廉價(jià)，不占空間，每2-3周繁殖一代。但是然而直到1909年冬天，他沒(méi)有得到任何重要結(jié)果。在1910年1月，摩爾根發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)突變體，最顯眼的突變體是“三叉戟” (Carlson 2004: pp. 170–171)。與野生型雜交，這一性狀看起來(lái)像是隱性的，但是在第二代，有很多變種，很難建立起純系。1910年春天，又出現(xiàn)兩個(gè)突變體：Olive（2月）和Speck（3月）。但是這兩個(gè)突變體看起來(lái)都不是明顯的孟德?tīng)柖深A(yù)期的3:1或者9:3:3:1比例，這也印證了摩爾根早先的觀點(diǎn)，孟德?tīng)柕牟贿B續(xù)的顯隱分類是很武斷的。在這一時(shí)期摩爾根也開(kāi)始重新考慮他對(duì)于染色體理論的觀點(diǎn)。因?yàn)橥柹褪返傥乃沟慕Y(jié)果清楚地表明性別與染色體構(gòu)型有著某種關(guān)聯(lián)。即使有摩爾根質(zhì)疑的那些問(wèn)題，這種關(guān)聯(lián)太有規(guī)律了，不大可能僅僅是人為的假想。另外，1905-1908 年，植物學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家的細(xì)胞學(xué)研究清楚地說(shuō)明雄配子（花粉或精子）有兩種類型，差別在于是攜帶了X染色體，還是攜帶了怪異的對(duì)應(yīng)的Y染色體。總之，對(duì)于大多數(shù)生物來(lái)說(shuō)，看起來(lái)都是雄配子決定性別。這就能輕松解釋絕大多數(shù)生物中觀察到的雌雄比保持1:1。性別決定研究與西奧多·鮑維里新進(jìn)發(fā)表的“染色體特性”也很符合，也就是每一對(duì)染色體可能決定一對(duì)性狀或者發(fā)育過(guò)程 (Boveri 1907)[2]。

圖1 孟德?tīng)柊籽坌酃壓图t眼雌果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的早期呈現(xiàn)方式（1913年）。X染色體或者副染色體用實(shí)線（紅眼）和白色（白眼）表示。這一時(shí)期，還不清楚雄果蠅有Y染色體，所以雄性染色體組成用XO表示。(Morgan 1913: p. 19)。

但是在1910年5月，摩爾根在他的培養(yǎng)瓶中發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅，于是把它與一只正常紅眼雌果蠅雜交。后代全部是紅眼，結(jié)果顯示紅色相對(duì)于白色是顯性。后代雌雄比1:1，像預(yù)期的一樣。但是當(dāng)他把F1代的雌雄果蠅雜交，F(xiàn)2代產(chǎn)生了3:1的紅白比，看起來(lái)是符合了孟德?tīng)栠z傳比例，但奇怪的是，隱性性狀只出現(xiàn)在雄性果蠅 (圖1)。實(shí)際顏色比例非常符合孟德?tīng)栠z傳比例這一事實(shí)，讓摩爾根接受了孟德?tīng)柗桨?，至少是初步接受了。與此同時(shí)，E.B. 威爾森明確支持把染色體與孟德?tīng)栆蜃勇?lián)系起來(lái)。在6月，他給Science雜志投了如今非常著名的那篇文章“果蠅中的限性遺傳”（Sex-limited Inheritance in Drosophila）。這篇文章有兩個(gè)有意思的特點(diǎn)，說(shuō)明摩爾根對(duì)于是否把孟德?tīng)栆蜃雍腿旧w直接聯(lián)系起來(lái)，仍然猶豫不決。首先是題目：“限性”（sex-limited）表明了白眼主要與雄性相關(guān)，或者說(shuō)限定于雄性，但是機(jī)制尚不明確。其次，此時(shí)摩爾根描述親代、子代基因型的方式，暴露出他仍然不愿意把決定眼色的因子在物理上定位于X染色體上。他用現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)時(shí)的標(biāo)記符號(hào)表示眼色因子（W代表白色，R代表紅色），用X染色體代表性別（XX代表雌性，X代表雄性）[3]，把眼色和性別當(dāng)做不同的性狀來(lái)獨(dú)立分類[3]。他用下面的方式表示F1和F2代的雜交結(jié)果：

F1代個(gè)體間進(jìn)行雜交

這里紅眼雌果蠅有兩種類型：一種是純合體（RR），另一種是雜合體（RW）；但是對(duì)于雄果蠅有兩種基因型和兩種表型：紅眼雄果蠅是雜合體（RW），白眼雄果蠅是純合體（WW）?，F(xiàn)在摩爾根左右為難，他完全知道“為了獲得這樣的結(jié)果，必須假設(shè)……當(dāng)F1代雄性紅眼果蠅（RWX）形成兩類精子的時(shí)候，R和X在一起，否者結(jié)果就不符合（如圖所示）”。在最后，摩爾根假設(shè)R和X總偶聯(lián)在一起，把眼色因子和X染色體看作是獨(dú)立的實(shí)體。也許他已經(jīng)考慮用其他方法描述雜交結(jié)果，但此時(shí)他還沿用以上符號(hào)，并把眼色和性別看作獨(dú)立的因子。

承認(rèn)R和X偶聯(lián)在一起給摩爾根制造了問(wèn)題：一方面是為什么F1代紅眼雄蠅中這兩個(gè)因子永遠(yuǎn)一起分離？顯然摩爾根對(duì)這個(gè)假設(shè)感到不舒服，因?yàn)檫@明顯是臨時(shí)的：這是用來(lái)解釋為什么他在F2代中沒(méi)有找到白眼雌果蠅的。在1910年，威爾森甚至建議摩爾根，最簡(jiǎn)單的解釋就是假設(shè)眼色因子與X染色體在物理上相聯(lián)系。但是摩爾根覺(jué)得這種觀點(diǎn)還是太過(guò)臆測(cè)。他開(kāi)始改變想法了，但是此時(shí)他還不能徹底贊同。

那個(gè)夏天，培養(yǎng)中出現(xiàn)了更多的突變體，出現(xiàn)了殘翅、袖珍翅和黃身這些像白眼一樣是“性別限定”的性狀。新發(fā)現(xiàn)的很多限性遺傳性狀，讓威爾森建議的簡(jiǎn)明解釋——這些神秘的性狀，獨(dú)立地與X染色體一起分離——變得很難想象。另一方面，如果它們確是X染色體上的一部分，就順理成章地解釋了為何與性別相關(guān)聯(lián)。因此摩爾根心中產(chǎn)生了染色體上具有多個(gè)孟德?tīng)栆蜃拥南敕?。所以?915年摩爾根發(fā)展了伴性遺傳的想法，而且擴(kuò)展到了更廣泛的聯(lián)系，讓他用新的方式標(biāo)示白眼果蠅雜交（圖2）。

圖2 在這個(gè)示意圖中，不同于之前的版本，顏色因子直接與X染色體實(shí)體相聯(lián)系。黑色染色體攜帶紅眼因子，白色染色體攜帶白眼因子。Y染色體此時(shí)已經(jīng)被證實(shí)，用Y來(lái)標(biāo)識(shí)，上端彎曲 (Morgan et al. 1915: p. 17) 。

02

更多數(shù)據(jù)：發(fā)現(xiàn)連鎖與互換

此時(shí)的摩爾根接受了孟德?tīng)栠z傳和染色體理論，以及二者實(shí)體上相互關(guān)聯(lián)的判斷。但他面臨著另一個(gè)早就廣為人知的動(dòng)植物育種問(wèn)題，包括達(dá)爾文本人也困惑不解：為什么相互連鎖的兩個(gè)性狀，偶爾也會(huì)被分開(kāi)，或者說(shuō)打斷，后代中兩個(gè)性狀就不會(huì)再一起出現(xiàn)，但是可能會(huì)重新組合（AB和ab的組合偶爾會(huì)產(chǎn)生出Ab和aB）？

1906年，英國(guó)的威廉·貝特森發(fā)表了有關(guān)這一問(wèn)題的報(bào)告，他用香豌豆為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn) (Bateson 1906)?；ǖ念伾{(lán)色（B）相對(duì)紅色（b）是顯性，花粉外型長(zhǎng)（L）相對(duì)于圓（l）是顯性，而花的顏色與花粉外型表現(xiàn)出連鎖關(guān)系，所以BL純合體與bl純合體雜交后 ，F(xiàn)1代表型應(yīng)該全部是藍(lán)花、長(zhǎng)花粉，但是它們應(yīng)該都是雜種或者說(shuō)雜合體（BbLl）。F1代的雜合體自交，F(xiàn)2代大多數(shù)（87.4 %）是連鎖的，表型像它們的祖父輩一樣，也就是藍(lán)長(zhǎng)和紅圓，但是也有小部分（12.6 %）是重組的，也就是藍(lán)圓和紅長(zhǎng)。像摩爾根一樣，貝特森也懷疑染色體學(xué)說(shuō)，他提出了更復(fù)雜的“吸引與排斥”（attraction and repulsion）理論來(lái)解釋這種現(xiàn)象。摩爾根認(rèn)為貝特森的想法都很復(fù)雜，而且沒(méi)有任何實(shí)際支持。

圖3 1909年比利時(shí)細(xì)胞學(xué)家詹尼斯在論文中描述的，不同階段的染色體交叉（準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是同源染色體對(duì)復(fù)制后，四分體狀態(tài)的姐妹染色單體）。詹尼斯認(rèn)為在姐妹染色單體交叉的地方，可能發(fā)生同源染色體之間的斷裂和重連，產(chǎn)生包含著父母雙方的互補(bǔ)片段的姐妹染色單體。（仿自詹尼斯，摩爾根發(fā)表于1913: p. 93）

就在這個(gè)時(shí)候，威爾森又一次為故事提供了關(guān)鍵情節(jié)：他讓摩爾根關(guān)注比利時(shí)細(xì)胞學(xué)家佛朗斯·阿方斯·詹尼斯在1910年發(fā)表的文章。文中數(shù)據(jù)展示了減數(shù)分裂前期糾纏在一起的染色體（圖3）。對(duì)于摩爾根來(lái)說(shuō)，詹尼斯的圖暗示了，在纏繞之前，同源染色體之間（已經(jīng)完成復(fù)制的姐妹染色單體）會(huì)發(fā)生斷裂，同源的末端會(huì)重連，這為同一染色體上的因子之間解偶聯(lián)和重組提供了解釋（圖4）。他很快意識(shí)到，兩個(gè)孟德?tīng)栆蜃釉谌旧w上是分離的，在兩者之間經(jīng)常會(huì)發(fā)生斷裂，因此會(huì)在后代中表現(xiàn)出很大比例的重組表型。之前20年間積累的對(duì)染色體以及染色體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際觀察，為解釋遺傳機(jī)制提供了基礎(chǔ)。這種機(jī)制不需要發(fā)明離奇的吸引和排斥：連鎖和互換都可以用同樣的機(jī)制解釋，而且與已知的染色體結(jié)構(gòu)和功能相符合。細(xì)胞學(xué)和育種這兩條線的證據(jù)匯集在一起，造就了1915年著名的“孟德?tīng)?染色體遺傳理論”。

圖4 表示同源染色體（更確切的說(shuō)是姐妹染色單體）聯(lián)會(huì)的示意圖，摩爾根1915, a和 d姐妹染色單體交換了同源部分; b 和 c表示了由單個(gè)基因組成的染色體。黑白兩色分別代表同源染色體來(lái)自親本中的父方母方 (Morgan et al. 1915: p. 60) 。

在這一時(shí)期，摩爾根意識(shí)到他一個(gè)人跟不上快速增長(zhǎng)的果蠅研究工作了，于是開(kāi)始培養(yǎng)有天賦的本科生。在他實(shí)驗(yàn)室日后畢業(yè)的學(xué)生中，有三人最為著名：阿爾弗雷德·斯特蒂文特、卡爾文·布里奇和赫爾曼·穆勒。摩爾根越來(lái)越依賴這些學(xué)生從事日常工作，去揭示業(yè)已結(jié)合在一起的孟德?tīng)?染色體范式之間的內(nèi)在聯(lián)系。舉個(gè)例子，1911年，摩爾根與斯特蒂文特討論重組頻率與染色體上兩個(gè)基因間距離的問(wèn)題時(shí)，遺傳圖譜的想法誕生了。斯特蒂文特回憶，當(dāng)晚他回家后，徹底被這個(gè)想法迷住了，忘記了寫(xiě)家庭作業(yè)，并繪制了第一幅染色體圖譜：染色體上連鎖的6個(gè)基因（Sturtevant 1965: 47）。之后染色體圖譜繪制工作迅速展開(kāi)，最終在果蠅四對(duì)染色體上定位了數(shù)百個(gè)基因。

“孟德?tīng)?染色體”范式的建立

摩爾根的學(xué)生組成了充滿熱情的團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)染色體圖譜工作，并開(kāi)始詳細(xì)闡述一整套遺傳法則，拓展和澄清了孟德?tīng)栔髁x模型，延伸到了更多的問(wèn)題，比如基因-基因相互作用（上位效應(yīng)，epistasis）、基因多效性（pleiotropy）、染色體突變（插入、移位）、性別決定的染色體機(jī)制（布里奇）、同一位點(diǎn)的復(fù)等位基因（斯特蒂文特），以及最終的人工誘變（穆勒）。在20世紀(jì)前30年，孟德?tīng)?染色體理論，以及與其相聯(lián)系的染色體圖譜技術(shù)帶來(lái)的眾多問(wèn)題，把遺傳學(xué)推到了生物學(xué)最重要的前沿領(lǐng)域。

圖5 1919年夏天，在馬薩諸塞的伍茲霍爾海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，摩爾根和幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室成員討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。｜供圖：伊莎貝爾·摩爾根·蒙坦

果蠅研究還是現(xiàn)代生物學(xué)中實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)研究的代表。從社會(huì)學(xué)角度來(lái)看，這是一段很有意思的歷史。在1911-1915年間，團(tuán)隊(duì)像一個(gè)整體，工作氣氛和關(guān)系是很開(kāi)放和自由的，日后的內(nèi)部爭(zhēng)斗還未露端倪。大家很享受夏天在MBL開(kāi)的實(shí)驗(yàn)室聚會(huì)和非正式“實(shí)驗(yàn)室會(huì)議” (圖5)。實(shí)際上，他們第一次推動(dòng)了新的科學(xué)研究形態(tài)—團(tuán)隊(duì)研究。在19世紀(jì)和20世紀(jì)早期，生物中的科學(xué)研究工作主要由個(gè)人進(jìn)行研究。論文和專著都由一個(gè)研究者撰寫(xiě)，多個(gè)共同作者的情況比較少見(jiàn)。絕大多數(shù)歐洲實(shí)驗(yàn)室受正統(tǒng)規(guī)則主導(dǎo)，等級(jí)分明。摩爾根的研究組則打破了常規(guī)，以更加自由流動(dòng)的方式運(yùn)作，老師參與少，由學(xué)生做主。

1915年，研究團(tuán)隊(duì)的成果首次完整地總結(jié)在《孟德?tīng)栠z傳機(jī)制》一書(shū)中，作者是摩爾根、斯特蒂文特、布里奇和穆勒。這本書(shū)現(xiàn)早已經(jīng)成為經(jīng)典，寫(xiě)作精煉，插圖精美，被翻譯為多種語(yǔ)言，使得遺傳學(xué)研究中的新成果引起了全世界的關(guān)注。

隨著繪制遺傳圖譜的工作的深入，孟德?tīng)栆蜃优c染色體之間的關(guān)系越來(lái)越清晰。在果蠅中出現(xiàn)了四個(gè)連鎖群，與染色體對(duì)數(shù)一致，說(shuō)得更明白一些，就是每對(duì)染色體的實(shí)際大小與遺傳因子數(shù)量大致相同 (圖6)。事實(shí)上，這種關(guān)系變成了最強(qiáng)的一條證據(jù)，讓任何懷疑者都相信基因就是染色體上的實(shí)體部分。在上世紀(jì)20年代末期和30年代，康奈爾大學(xué)的羅林斯·埃莫森在玉米中，哈佛大學(xué)的凱斯特利在老鼠中都建立了連鎖群。20世紀(jì)上半葉，孟德?tīng)?染色體理論已經(jīng)成為了經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。

圖6 早期（1915）果蠅四個(gè)連鎖群的染色體圖譜示意圖。染色體從左到右依次為I (X染色體), II, III and IV號(hào)染色體。連鎖群的數(shù)量由雜交結(jié)果確定，與細(xì)胞學(xué)觀察到的染色體對(duì)數(shù)目一致， (來(lái)自摩爾根 Morgan et al. 1915: 封面插圖) 。

大約在《孟德?tīng)栠z傳機(jī)制》一書(shū)出版的時(shí)候，摩爾根第三次改變了立場(chǎng)，開(kāi)始接受這種作用于小的、不連續(xù)的孟德?tīng)栕儺惖淖匀贿x擇，當(dāng)作重新流行起來(lái)的達(dá)爾文演化觀念的基礎(chǔ)。在他的《進(jìn)化論評(píng)論》一書(shū)中，摩爾根指出不連續(xù)的變異，以及由不同基因相互作用產(chǎn)生的一系列梯度變異（稱之為數(shù)量遺傳），是自然選擇發(fā)生作用的微小個(gè)體差異的來(lái)源 (Morgan 1916: pp. 85–87)。很多年后，據(jù)穆勒回憶，他和實(shí)驗(yàn)室的其他人同摩爾根爭(zhēng)論過(guò)演化問(wèn)題，最后摩爾根認(rèn)同孟德?tīng)柺阶儺惪梢詾檠莼峁┰疾牧?(Allen 1968: pp. 135–137)。這一認(rèn)識(shí)，移走了摩爾根對(duì)于自然選擇看法中最后一塊絆腳石。雖然沒(méi)有像后來(lái)建構(gòu)綜合進(jìn)化論的羅納德·費(fèi)舍爾或者休厄爾·賴特那樣提出數(shù)學(xué)公式，但是在選擇作用于微小的不連續(xù)遺傳突變上，摩爾根的觀點(diǎn)與他們一致，認(rèn)為在傳給下一代時(shí)突變的數(shù)量可以增加或減少。

對(duì)教育的啟示

在這篇文章中，我著重強(qiáng)調(diào)了1900-1916年之間，摩爾根早期研究中的幾個(gè)特點(diǎn)，這些特點(diǎn)展示了：（1）在任何科學(xué)發(fā)展過(guò)程中，那些被（同時(shí)代或者后來(lái)者）認(rèn)為是走了彎路或者錯(cuò)誤的觀點(diǎn)的重要性，以及向?qū)W生講授這些觀點(diǎn)的價(jià)值；(2) 科學(xué)是個(gè)社會(huì)過(guò)程，發(fā)生在特定時(shí)間、地點(diǎn)和特定的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)背景下?？茖W(xué)家們?cè)谘芯抗ぷ髦?，除了單純的“發(fā)現(xiàn)真理”，還有著各種的現(xiàn)實(shí)目的。

有關(guān)第一點(diǎn)，我們已經(jīng)看到，在概念上，摩爾根對(duì)于自然選擇、染色體遺傳理論和孟德?tīng)柕倪z傳傳遞模型上一開(kāi)始都做出了錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)，但是他都有充分的理由。對(duì)于摩爾根來(lái)說(shuō)，孟德?tīng)柪碚摵腿旧w學(xué)說(shuō)不僅是反映了早期的、被拋棄的胚胎學(xué)預(yù)成論的回光返照，而且回避了最重要的問(wèn)題。對(duì)于摩爾根這樣的胚胎學(xué)家，胚胎發(fā)育過(guò)程中這些性狀是如何產(chǎn)生的才是最重要的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題仍然是今天的生物學(xué)最前沿的問(wèn)題，構(gòu)成了新興的演化發(fā)育生物學(xué)（evo-devo）領(lǐng)域的核心。

關(guān)于第二點(diǎn)，20世紀(jì)頭十年中，摩爾根是年輕生物學(xué)家中的領(lǐng)袖，他想把生物學(xué)帶出形態(tài)學(xué)臆測(cè)的困境，構(gòu)建在像物理化學(xué)一樣堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上。摩爾根和其他科學(xué)家想要在仍被物理學(xué)統(tǒng)治的領(lǐng)域中爭(zhēng)取到合理的一席之地的努力，是生物學(xué)發(fā)展歷史上至關(guān)重要的部分。

以上這些該如何幫到今天實(shí)際的生物學(xué)教學(xué)中呢？最簡(jiǎn)單的一級(jí)是，好的科學(xué)家會(huì)承認(rèn)錯(cuò)誤，改變自己的觀點(diǎn)，實(shí)際上，這也是科學(xué)作為人類活動(dòng)的一種力量體現(xiàn)。更高一級(jí)地說(shuō)，這些案例可以促進(jìn)對(duì)本文討論的三種理論的理解，通過(guò)列舉各種摩爾根的反對(duì)意見(jiàn)，讓學(xué)生用對(duì)這些問(wèn)題的現(xiàn)有理解，做出自己的回答。這種方法必然會(huì)引起很多討論。這會(huì)強(qiáng)化這樣的觀點(diǎn)——知其然，也知其所以然。直面這些理論的反對(duì)意見(jiàn)，可以幫助學(xué)生更加深刻地理解那些如今我們自認(rèn)為了解的東西。

在關(guān)于摩爾根的案例中，我試圖展示出科學(xué)像流水的一面，科學(xué)沒(méi)有固定的方法或者路徑。如果能為學(xué)生展現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，錯(cuò)誤的理論也會(huì)像正確的一樣有用。這樣在我們?yōu)橄乱淮苏宫F(xiàn)科學(xué)時(shí)，會(huì)更加令人激動(dòng)，更加?jì)故熳匀纭?/p>

注釋

[1] 雖然1900年以后，差不多所有胚胎學(xué)家都已經(jīng)拒絕了18世紀(jì)早期的預(yù)成論，但是它仍然像飄蕩在野地的鬼魂，一旦有機(jī)會(huì)，隨時(shí)準(zhǔn)備借尸還魂。

[2] 鮑維里用實(shí)驗(yàn)確定個(gè)體特征的想法非常天才：在海膽卵的培養(yǎng)皿中加入高濃度精子，可以出現(xiàn)雙受精的卵。在這些雙受精個(gè)體中有絲分裂的染色體分布是不正常的，挑選出后，繼續(xù)發(fā)育，會(huì)產(chǎn)生不同種類的畸形，畸形的種類取決于哪條染色體缺失。特定的胚胎生理畸形和缺失特定染色體之間的有規(guī)律聯(lián)系，讓鮑維里相信，用他自己的話來(lái)說(shuō)，“正常發(fā)育所需的不是確定的染色體數(shù)目，而是染色體的特定組合，這無(wú)異于說(shuō)明了每個(gè)單獨(dú)的染色體一定具有不同的特性?！保U維里1902，沃勒爾1968年翻譯重印）

[3] 那時(shí)仍不知道果蠅雄性個(gè)體有Y染色體；在很多種類的昆蟲(chóng)中，雄性是XO，而雌性是XX，所以認(rèn)為果蠅也是這樣（參見(jiàn)圖1，摩爾根在1913年的早期性別限定的標(biāo)識(shí)方式）。到了1915年，已經(jīng)清楚雄性果蠅確實(shí)有Y染色體，應(yīng)該標(biāo)識(shí)為XY。

本文編譯自 Garland E. Allen, How Many Times Can You Be Wrong and Still Be Right?

T. H. Morgan, Evolution, Chromosomes and the Origins of Modern Genetics，Sci & Educ.

DOI 10.1007/s11191-013-9664-8

原標(biāo)題：《“錯(cuò)誤”觀念也有用：摩爾根和現(xiàn)代遺傳學(xué)的起源》

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