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科學(xué)史上著(zhù)名公案——孟德?tīng)柾愣箤?shí)驗是否有假?

2008-07-15 05:37:36      方舟子

    高中生物課令人印象最深刻的部分,大概就是孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)做豌豆雜交實(shí)驗發(fā)現了遺傳學(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”,例如種子形狀有的是圓的,有的是皺的。孟德?tīng)柊褕A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(méi)有皺種子。像圓種子這種總是表現出來(lái)的性狀被稱(chēng)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(méi)有完全消失了呢?沒(méi)有。

    讓第一子代自相交配,得到的第二子代,又同時(shí)有圓種子和皺種子。

    孟德?tīng)枔颂岢?,每一個(gè)性狀是由兩個(gè)因子(也就是后來(lái)說(shuō)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(gè)性狀,有決定圓形的基因R,還有決定皺形的基因r.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。但是第一子代的性狀雖然是圓種子,其基因型卻是Rr,是雜合體。

    在第二子代,同時(shí)有圓種子和皺種子,皺種子植株都是純合體rr,但是圓種子植株可能是純合體RR,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學(xué)到的內容。當時(shí)你有沒(méi)有想過(guò),在孟德?tīng)柕臅r(shí)代,沒(méi)法測定基因,他是怎么知道第二子代的圓種子植株哪個(gè)是純合體,哪個(gè)是雜合體呢?只能是繼續把實(shí)驗做下去,不過(guò)這次不能雜交,而要自交:讓植株自花傳粉,如果某個(gè)圓種子植株自交后結的種子全是圓種子,那這個(gè)植株就是純合體,如果出現了性狀分離,結的種子既有圓的,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是2:1.

    孟德?tīng)柟惭芯苛似邔π誀?。其中兩對性狀(種子形狀和子葉顏色)只要看看結的種子就可以分清,但是剩下的五對性狀(例如莖的高矮)卻必須把種子種下去,讓植株生長(cháng)、成熟才能知道,也就是說(shuō),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?tīng)枌@五個(gè)顯性性狀的第二子代各挑了100株做試驗,每一株培育10株后代進(jìn)行驗證。其中有一個(gè)性狀的試驗結果不理想,他對之重復了試驗,這樣合起來(lái)他共對600株第二子代做了試驗,根據第三子代的結果,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?tīng)柊阉膶?shí)驗結果寫(xiě)成論文發(fā)表在當地學(xué)術(shù)期刊上,未能引起學(xué)術(shù)界的注意。直到1900年,孟德?tīng)栒撐牟疟恢匦掳l(fā)現,引起了一場(chǎng)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(zhù)名遺傳學(xué)家和統計學(xué)家費歇發(fā)表了一篇著(zhù)名的論文《孟德?tīng)柕墓ぷ魇欠褚驯恢匦掳l(fā)現?》,根據孟德?tīng)栒撐挠涊d的實(shí)驗數據,用一種叫卡方測驗的統計學(xué)方法進(jìn)行驗證,發(fā)現孟德?tīng)柕臄祿玫昧钊似鹨?。更令人起疑的是有的數據符合的是錯誤的理論值,疑點(diǎn)最大的就是上述的試驗。孟德?tīng)柺歉鶕?0株第三子代的性狀來(lái)推斷第二子代的基因型,但是這個(gè)方法并不完全可靠。孟德?tīng)枦](méi)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(一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?tīng)柕姆椒ㄗ鲈囼?,由于樣本太小,?huì )有一定的誤差,一小部分雜合體會(huì )被誤判為純合體,由此得到雜合體與純合體的比例應是大約1.7:1,而不是2:1.費歇因而認為孟德?tīng)枅蟾娴臄祿遣徽鎸?shí)的,是為了湊2:1的理論值而編造的。費歇倒不認為是孟德?tīng)柋救嗽旒?,而是猜測孟德?tīng)柕闹衷跒槊系聽(tīng)栕鼋y計時(shí),為了取悅孟德?tīng)柖o了他預料中的數據。但是并無(wú)證據表明孟德?tīng)栕寗e人為他做統計,費歇的猜測不過(guò)是為尊者諱罷了。

    費歇的指控在遺傳學(xué)界挑起了一場(chǎng)持續至今的大論戰,70年來(lái)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(kāi)始,是認為孟德?tīng)枌?shí)驗有假的一方占優(yōu)勢,有的甚至猜測孟德?tīng)枺ɑ蚱渲郑┦窃趺丛旒俚模涸诮y計實(shí)驗結果時(shí)算到想要的數據就不再往下算了,盡管孟德?tīng)栐谡撐闹忻鞔_聲明他統計了所有的樣本。有一位細心的研究者根據孟德?tīng)栒撐闹薪y計的植株和種子數目,計算出平均每株植株結的種子數,認為太少了,證明孟德?tīng)柌](méi)有統計所有的種子。但是隨后又有人指出,在孟德?tīng)柕臅r(shí)代,還沒(méi)有用到化肥增產(chǎn),那個(gè)平均種子數很正常,有同時(shí)代其他人的實(shí)驗結果為證。

    這場(chǎng)爭論把群體遺傳學(xué)的另一位創(chuàng )建者、美國著(zhù)名遺傳學(xué)家和統計學(xué)家懷特也給卷了進(jìn)來(lái)。1966年,懷特在一篇論文中雖然基本同意費歇的計算結果,但是詳細列舉了幾條理由說(shuō)明這個(gè)計算結果不能說(shuō)明孟德?tīng)枺ɑ蚱渲郑┰旒?。此后,為孟德?tīng)栟q護的一方逐漸多了起來(lái),并成了主流意見(jiàn)。直到去年3月,美國《遺傳學(xué)》雜志還發(fā)表了一篇為孟德?tīng)栟q護的文章。

    為孟德?tīng)栟q護的學(xué)者不少,而理由卻大不相同。有的同意孟德?tīng)枌?shí)驗數據的確有問(wèn)題,但是并非有意造假造成的,而是來(lái)自無(wú)意的主觀(guān)偏差。

    某些豌豆性狀并不是很容易區分的,比如某粒種子的形狀該算是圓的還是皺的,有時(shí)就不太好說(shuō),碰到這種模糊狀況,孟德?tīng)柨赡芟乱庾R里就往有利于實(shí)驗結論的方向統計。另一種可能是,孟德?tīng)柣蛟S做過(guò)幾次試驗,而只報告他認為是最好的結果。這些做法在今天看來(lái)也許不太規范,但并非有意造假。有的則干脆試圖推翻費歇的計算結果,或者認為他濫用了卡方測驗,卡方測驗不能用于驗證數據是否造假;或者認為他誤解了孟德?tīng)枌?shí)驗的細節,得出了錯誤的計算結果。

    這些討論涉及到比較專(zhuān)業(yè)的遺傳學(xué)和統計學(xué)知識,我不想在此做詳細的介紹。我只想指出兩點(diǎn):一、孟德?tīng)栐谡撐闹刑岬?,他對某次?shí)驗結果不滿(mǎn)意,做了重復實(shí)驗,并報告了兩次實(shí)驗的結果。如懷特指出的,如此誠實(shí)可不像一個(gè)造假者所為。二、在1900到1909年間,有六名遺傳學(xué)家重復了孟德?tīng)柕耐愣箤?shí)驗,發(fā)現結果完全相符。

    雖然現在學(xué)術(shù)界的主流意見(jiàn)認為孟德?tīng)枌?shí)驗結果是可信的,但是有關(guān)孟德?tīng)栐旒俚恼f(shuō)法仍然在大眾媒體上廣為流傳。國內外一些反科學(xué)人士更是對此大做文章,鼓噪孟德?tīng)?ldquo;‘制造’統計規律”,聲稱(chēng)“孟德?tīng)柖蛇^(guò)于簡(jiǎn)單化和理想化”,警告我們“不可把科學(xué)理論看得過(guò)于神圣”。

    退一步說(shuō),即使孟德?tīng)枌?shí)驗結果有假,可不等于他發(fā)現的遺傳定律是假的。

    遺傳定律早已被后人的無(wú)數實(shí)驗結果所證實(shí)了。那些反科學(xué)的論調既缺乏科學(xué)常識,也違背了基本的邏輯。

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