第2章
基因

达尔文

沃森和克里克发现DNA结构的道路始于19世纪50年代。在那个年代，查尔斯·达尔文发表了《物种起源》，而在布尔诺 ，失业牧师格雷戈尔·孟德尔开始在修道院花园中培育豌豆。基因是生物体内携带遗传密码的物质，达尔文雀的喙部具有不同特征，孟德尔豌豆展现出不同特点，基因概念由此应运而生。 ¹

达尔文的父亲和祖父都是著名医生。最初，达尔文计划沿着两人的职业道路继续前进。但是，达尔文发现，自己一看到血、一听到固定在手术台上的孩子的尖叫声，就会惊恐不安。因此，他从医学院退学，开始学习如何成为一位英国圣公会牧师。结果表明，这又是一个达尔文特别不适合从事的职业。自达尔文8岁开始收集样本以来，他实际最想成为的是一名博物学家。1831年，22岁的达尔文得到机会，以博物学家的身份，搭乘由私人出资建造的英国皇家军舰“贝格尔号”双桅杆帆船，踏上环游世界之旅。 ²

1835年，即在5年旅行中的第4年，“贝格尔号”探索了南美洲太平洋洋面的加拉帕戈斯群岛的十多个岛屿。根据达尔文的记录，他在那里收集了雀鸟、黑鹂、松雀、嘲鸫和鹪鹩的尸体。但是两年后，达尔文回到了英格兰，鸟类学家约翰·古尔德告诉达尔文，后者所收集的这些鸟实际上属于不同雀种。达尔文便开始构建自己的理论，认为这些鸟均由一个共同祖先进化而来。

达尔文知道，在自己童年位于英格兰乡村的家附近出生的马和牛偶尔会出现一点儿变化。这些年来，饲养员会选择更符合其要求的最优品种育种繁殖。也许，大自然所做的事情与之如出一辙。达尔文将该种做法称为“自然选择”。他提出理论，认为在某些诸如加拉帕戈斯群岛等与世隔绝的地方，每一代物种都会发生变异（他幽默地将其称为“定向选择”）。在争夺稀缺食物的过程中，改变生理条件更可能帮助它们取胜，从而提高繁育后代的概率。假设有一种雀鸟长有适合吃水果的喙，随后一场干旱摧毁了所有果树，一些长出更适合凿开坚果的喙的雀鸟变种将会繁衍壮大。达尔文写道：“在此类情况下，顺应环境的物种将生存下来，不顺应环境的物种将走向灭亡。该过程的结果是新物种随之形成。”

因为自己的理论与主流宗教思想背道而驰，达尔文不知道是否要发表这种理论，为此犹豫不决。但是正如科学史中经常出现的情况一样，竞争成了一个刺激因素。1858年，一位更年轻的博物学家阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士寄给达尔文一份论文初稿。在论文中，华莱士提出了与达尔文相似的理论。达尔文连忙做好发表自己论文的准备。两人约定，将于同一天在即将举行的著名科学学会会议上提交各自的论文。

达尔文和华莱士均拥有一项关键性特质，此项特质是实现创新的催化剂：两人都拥有广泛的兴趣，能够将不同学科融会贯通。两人都曾前往异国旅行，在途中观察到了物种的变种。两人也都阅读了英国经济学家托马斯·马尔萨斯撰写的《人口原理》。马尔萨斯认为，社会的人口增长速度可能高于粮食供给，进而造成人口过剩，导致饥荒，将弱者和穷人淘汰。达尔文和华莱士意识到，该理论可应用于所有物种，进而产生一种进化理论，而该种进化由适者生存法则推动。达尔文回忆道：“我为了消遣，恰巧阅读了马尔萨斯关于人口的著作……读了这本书，我就立刻想到，在此类情况下，顺应环境的变种将更可能生存，而不顺应环境的变种会走向灭亡。”正如科幻小说家、生物化学教授艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）后来谈到进化论的起源时说的，“你需要一个人，此人研究物种，阅读马尔萨斯的作品，有融会贯通的能力”。 ³

科学家意识到，物种通过变异和自然选择实现进化后，有一个重大问题亟待解答：进化机制是什么样的？雀鸟喙部或长颈鹿脖子的一次有利变异是如何发生的？该种变异如何持续被传递给其子孙后代？达尔文认为，生物体可能拥有小型粒子，该类粒子内含有遗传信息。他推测，在胚胎阶段，雄性和雌性的信息是彼此混合的。但是，达尔文和其他科学家很快意识到，这意味着任何新的有益特征都将随着后代延续而淡化，无法完完整整地传递下去。

在自己的私人图书馆内，达尔文存放着一本鲜为人知的科学期刊，期刊内一篇写于1866年的文章提供了答案。但是达尔文从未抽出时间阅读这篇文章，当时几乎所有科学家都没有读到这篇文章。

孟德尔

这篇文章的作者是格雷戈尔·孟德尔。孟德尔生于1822年，是一位身材矮小、体形微胖的修道士。孟德尔的父母在摩拉维亚生活，说德语，以务农为生。摩拉维亚后来成为奥地利帝国的一部分。与成为一位教区牧师相比，孟德尔更善于在布尔诺修道院的花园里活动；他几乎不会说捷克语，胆小害羞，无法成为一位优秀牧师。因此，孟德尔决定成为一位数学和科学教师。不幸的是，他一直未能通过资格考试，甚至在维也纳大学学习后，也无法通过考试。他在一场生物考试中的表现尤为惨烈。 ⁴

最后一次考试失败后，孟德尔无所事事，回到修道院花园，继续进行令他痴迷的豌豆培育。前几年，孟德尔一直专注于培育纯种豌豆。其所培育的植株具有7种特征，产生了2个变种：种子要么为黄色，要么为绿色；要么光滑，要么褶皱；花要么为白色，要么为紫色；等等。孟德尔精心挑选，培育出例如只开紫色花或只长出褶皱种子的纯种植株。

次年，孟德尔展开了新的实验：一次性培育出具有不同特征的植株，比如将长白花和长紫花的植株杂交。此项任务需要付出极大努力，需要用钳子剪掉每株植株的受体，再使用小刷子帮植株授粉。

鉴于达尔文当时正在撰写论文，孟德尔的实验结果具有重大意义。植株的特征并没有以混合方式呈现。与矮植株杂交的高植株并未产出中等高度的后代，与白花植株杂交的紫花植株也没有长出淡紫色花的后代。恰恰相反，所有高植株和矮植株的后代均为高植株，与白花植株杂交的紫花植株的后代只长出了紫花。孟德尔将这些特征称为显性特征，将未能在下一代身上体现的特征称为隐性特征。

第二年夏天，孟德尔用杂交豌豆培育出后代后，有了一个甚至更为重大的发现。虽然第一代杂交豌豆仅表现出显性特征（比如所有植株均开紫花，长有高茎），但是在其下一代植株中出现了隐性特征。孟德尔的记录揭示了一个规律：在第二代的四例植株中，三例表现出了显性特征，一例出现了隐性特征。当一株植株得到两种显性基因，或一个显性、一个隐性基因时，该植株就表现出了显性特征。但是如果该植株正巧得到两种隐性基因，它就会表现出隐性特征。

宣传会推动科学进步。然而，内向安静的修道士孟德尔似乎生来就消失在众人之中。1865年，孟德尔在两个月时间里，分两次将自己的论文提交给布尔诺自然科学学会的40位农民和植物育种家，该学会后来将论文刊登于学会年刊上。从那以后到1900年，几乎没有人引用过该篇论文。1900年，该篇论文被进行相似实验的科学家们重新发现。 ⁵

孟德尔和后来的科学家们的发现催生了遗传单位的概念。1909年，一位名叫威廉·约翰森（Wilhelm Johannsen）的丹麦植物学家将该单位命名为“基因”。显而易见，有某种分子在为遗传信息编码。数十年来，科学家们不辞辛劳地研究各种生物，设法确认这种分子可能为何种物质。 q1rj7arLMt00Qugyzln08U3RLlNB6S+JY748CmjI0XX6pRbM+UZs8ZsUsebcsLMF