影響了一個世紀的基因研究爭端

文 / 歐陽永叔

1856 年至 1863 年間，一位名叫格雷戈爾·孟德爾 (Gregor Mendel) 的奧地利修道士通過培育植物進行了一系列開創性的實驗。他利用豌豆 ( Pisum sativum ) 證明，種子顏色和株高等性狀會以 3:1 的比例遺傳給下一代——例如，每株長有綠豌豆的植物，就有三株長有黃豌豆的植物。孟德爾提出，未知粒子（他稱之為因子）是這種模式的根源。每個後代遺傳的因素類型決定了其是否具有「顯性」多數特徵或「隱性」少數特徵。這位僧侶在基因一詞被創造之前就去世了，但他的理論被稱為孟德爾遺傳學。

《自然》期刊布萊恩·K·霍爾最新發表的<一場學術爭端如何影響了一個世紀的基因研究>(How a scholarly spat shaped a century of genetic research)

「對遺傳學早期歷史的重新審視揭示了為什麼生物遺傳的簡化觀點佔據主導地位，並主張對當今遺傳學的教學方式進行修訂。」(A fresh look at the early history of genetics reveals why a simplified view of biological inheritance came to hold sway — and argues for a revision of how genetics is taught today.)

在《有爭議的遺傳》一書中，科學史家格雷戈里·拉迪克（Gregory Radick）對為什麼孟德爾遺傳學長期以來主導我們理解遺傳的方法提供了學術性、詳細和敏銳的分析，儘管我們勇敢地嘗試提出替代方案。答案在於該領域早期兩位科學家之間的激烈競爭。

兩種相反的觀點

拉迪克把他的分析分為三個部分，分別是「之前」、「戰鬥」和「之後」。第一部分匯集了十九世紀中後期的研究線索，這些研究使用多種方法分析遺傳，從育種實驗到性狀變異的統計分析。這些比較表明當時對進化和遺傳的看法是多麼分歧。

孟德爾的發現在 1900 年被三位植物學家複製後引起了人們的關注。許多生物學家的注意力轉向了一個新提出的因子，該因子於 1909 年被命名為基因。一些人認為孟德爾關於這些粒子遺傳的想法可以解釋每一個性狀是如何代代相傳的。但其他人則不滿意。孟德爾的思維方式沒有考慮環境、自然選擇和其他遺傳因素的影響。

拉迪克將接下來的爭論描述為一場關於遺傳本質以及未來所有生物學研究基礎的爭論。雙方由劍橋大學的英國動物學家威廉·貝特森和牛津大學的拉斐爾·韋爾登領導。作為本科生的朋友，他們因競爭而疏遠。貝特森是孟德爾遺傳學一位有影響力的倡導者。但韋爾登將性狀的變異視為一個範圍——是的，它受到基因的影響，但也受到每個物種的發育、環境和祖先歷史的影響。

誰在蓄意壓制科學進步？

拉迪克描述了這兩個人及其支持者如何在公開辯論和晚會上、在期刊上以及通過廣泛的信件來強烈捍衛自己的立場。互動常常很激烈。當貝特森當選為倫敦皇家學會委員會成員時，他利用自己的影響力改變了規則，以阻止韋爾登和其他委員會成員的研究成果在其期刊上發表。韋爾登對這種蓄意壓制科學進步的行為感到憤怒，他與他的支持者——優生學家弗朗西斯·高爾頓（Francis Galton）和他的門徒卡爾·皮爾遜（Karl Pearson）——一起創辦了一份獨立出版物《Biometrika》 。反過來，貝特森在他 1902 年出版的著作《孟德爾遺傳原理》中幾乎用了一半的篇幅來直接攻擊韋爾登的研究。

自 1902 年起，關於小鼠皮毛顏色的爭論在《自然》雜誌的幾期中展開。一些小鼠的顏色不遵循傳統的孟德爾模式——後代的皮毛有斑點，而不是從父母那裡繼承顏色統一的皮毛。這場爭吵在倫敦動物學會的一次會議上繼續進行，之前韋爾登寫信給一位支持者，「我們都會拿起我們最大、最鋒利的切肉刀，大吵一場。」

無法取代的孟德爾遺傳學？

拉迪克描繪了貝特森和他的支持者使用日益折磨的邏輯來捍衛孟德爾定律的畫面，因為實驗數據越來越多地表明一個更複雜的現實，其中也包括環境和其他影響。1906 年韋爾登去世後，這場鬥爭仍在繼續，他的著作《遺傳理論》未能出版。

在書中的最後一部分，拉迪克將他的討論延伸到了 20 世紀 40 年代。此時，生物學家開始對影響遺傳的多種過程進行更廣泛的研究，例如同一基因的不同版本（稱為等位基因）的作用以及基因在群體水平上的影響。然而，沒有任何一種遺傳機制足以取代孟德爾遺傳學。

沒有人能像查爾斯·達爾文那樣提出進化論

拉迪克還對如果《遺傳理論》出版的話遺傳學的歷史會是什麼樣子進行了擴展分析。他使用了一種被稱為反事實歷史的方法，該方法詢問：「如果呢？」 大多數生物學歷史學家都對這種方法表示遺憾，但也有一些歷史學家以前使用過這種方法。例如，斯蒂芬·J·古爾德 (Stephen J. Gould) 在其 1989 年出版的《美好生活》一書中提出，倒帶和重放生活的磁帶可能會導致不同的結果。彼得·鮑勒 (Peter Bowler) 2013 年出版的《達爾文刪除》一書認為，沒有人能像查爾斯·達爾文那樣提出進化論。

將劍橋變成科學強國的協會

拉迪克使用反事實歷史來進行實驗。他概述了生物學入門課程的課程，該課程不以孟德爾遺傳開始和結束，而是強調發展背景。參加這門課程的學生（拉迪克在英國利茲大學進行了這項實驗）與那些參加更多以孟德爾為中心的課程的學生相比，他們對生物學的關注較少，而且更具探究性。課程令人欽佩，實驗令人著迷。需要注意的是，自從韋爾登去世後，許多生物學家一直在尋找孟德爾遺傳學的替代方法。通過專注於韋爾登和他未出版的書，拉迪克淡化了這些真實的歷史，轉而支持本來可能發生的事情。

康拉德·沃丁頓 (Conrad Waddington) 為例，他於 1942 年提出，性狀可以先於基因發生變化。例如，當果蠅（Drosophila melanogaster）接觸乙醚時，就會出現第二個胸部，並帶有翅膀，而腹部本來應該是無翅的部分（CH Waddington Evolution 10 , 1–13; 1956）。這些蒼蠅的選擇性繁殖導致後代發育出具有兩個翼段的身體，而無需進一步接觸乙醚。沃丁頓將這種現象命名為「表觀遺傳」——表觀遺傳的意思是「基因之上」。這個想法幾十年來一直被拒絕，這證明了孟德爾遺傳的頑強地位。

我們現在知道，表觀遺傳的發生是因為在不改變 DNA 序列的情況下影響基因表達的變化，例如在 DNA 包裹的組蛋白上添加可遺傳的分子「標籤」。這些標籤可以由環境變化引起，讓我們回到韋爾登和他對環境的強調。

表觀遺傳的發現揭示了一種比貝特森所承認的更微妙的遺傳理論。通過描述科學家的爭論如何塑造遺傳學領域，《有爭議的遺傳》為理解過去一個世紀的工作提供了基礎，這些工作使人們對遺傳有了比孟德爾遺傳學所能提供的更豐富的理解。