從分離定律的發(fā)現(xiàn)解析孟德爾的科學思維

李應勝

一、孟德爾的科學探究思路

遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是科學探究史上的經(jīng)典案例。對孟德爾成功的原因，教材進行了詳盡的分析，而對于孟德爾思考的出發(fā)點、能敏銳發(fā)現(xiàn)問題的原因、對科學探究方法和科學理論基本屬性的準確把握則未作深入的說明。因此在教學中，教師應努力再現(xiàn)科學家的思維邏輯，體驗科學探究中的分析思考方法，把各探究環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系和科學思維方法作為重點。讓學生重走孟德爾思考分析之路，以此作為探究新課題的借鑒。這是培養(yǎng)學生科學思維能力的重要途徑。

科學探究的基本程序是：實驗和觀察發(fā)現(xiàn)問題、提出假設解釋現(xiàn)象、設計實驗驗證假設、歸納總結(jié)得出結(jié)論。孟德爾的探究探究過程也遵循了這一基本程序?，F(xiàn)以分離定律的發(fā)現(xiàn)為例來進行說明。首先，孟德爾通過對豌豆一對相對性狀的雜交實驗進行觀察，發(fā)現(xiàn)了三個重大的遺傳現(xiàn)象：具有相對性狀的純種親本雜交時，F(xiàn)1總是只表現(xiàn)親本之一的性狀類型；F1自交時，F(xiàn)2會發(fā)生性狀分離；F2的性狀分離比總是接近于3∶1。接著，孟德爾以四個超越時代的假設合理解釋了前述的三個現(xiàn)象。這些假設的提出，既體現(xiàn)了孟德爾非凡的科學思維能力，同時又體現(xiàn)了在科學的邏輯下，這些假說誕生的必然性。然后，孟德爾對假說進行演繹推理，預期新現(xiàn)象的出現(xiàn)。由此設計出了測交實驗，并進行了實際驗證。最后，將經(jīng)過驗證的假說進行歸納總結(jié)，形成分離定律。

在此，我們以孟德爾對假說演繹法的應用來分析其科學思維。

二、孟德爾提出四點假說的依據(jù)

假說要點一：生物的性狀由遺傳因子決定；遺傳因子不融合、不消失；顯性因子決定顯性性狀，隱性因子決定隱性性狀。提出這一假說的依據(jù)是什么呢？其實孟德爾是自覺或不自覺地將自己的思考出發(fā)點建立在了生命物質(zhì)性這一科學觀點的基礎(chǔ)上。既然有遺傳現(xiàn)象出現(xiàn)，則必然有控制遺傳的物質(zhì)存在。在不了解其本質(zhì)的前提下，將其命名為遺傳因子，以規(guī)避探究遺傳物質(zhì)本質(zhì)這一超越時代的難題。遺傳因子不融合、不消失，則是在對實驗現(xiàn)象的觀察和分析的基礎(chǔ)上提出。若遺傳因子相互融合，則F1會出現(xiàn)介于兩個親本之間的中間型，且F2不會重新分離出兩種親本型。而實驗事實剛好與之相反，據(jù)此否定了融合遺傳的觀點。若F1中控制某一性狀類型的遺傳因子消失，則雜交后代會永久性地丟失這一性狀類型。但事實卻是F2中又重新出現(xiàn)了兩個親本的類型，因此只能說明在F1中未出現(xiàn)的性狀類型是被掩蓋而非遺傳因子丟失，繼而顯隱性的假設就自然出現(xiàn)了。

假說要點二：體細胞中，遺傳因子成對存在。這樣假說要點的依據(jù)是：F1獲得了兩個親本的遺傳物質(zhì)；F1中隱性因子未丟失，同時又表現(xiàn)顯性性狀，所以在F1的體細胞中至少有顯性和隱性兩種類型的因子；F2重新出現(xiàn)兩種親本的性狀類型，而F2的遺傳物質(zhì)來自F1。這些都說明F1的體細胞中遺傳因子很可能是成對存在的?；谖锓N遺傳的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性，則親本和F2也應該成對存在。

假說要點三：在形成配子時，成對的遺傳因子相互分離，分別進入不同配子。這一要點是分離定律的核心內(nèi)容。其思考出發(fā)點是建立在前兩個假設基礎(chǔ)之上，由F2的性狀分離聯(lián)想到其原因是遺傳因子的分離。隱性因子只有擺脫了顯性因子而獨立存在時，才能使其控制的性狀類型得以表現(xiàn)。此外，若遺傳因子不分離，則會出現(xiàn)一個與遺傳事實相悖的結(jié)論：體細胞中的遺傳因子會隨著世代的繁衍而逐代倍增。因此，只有假設成對的遺傳因子分離，分別進入不同配子，使配子中遺傳因子數(shù)減半，才能合理解釋隱性性狀的重新出現(xiàn)以及生物前后代遺傳因子數(shù)量穩(wěn)定問題。

假說要點四：受精時，雌雄配子隨機結(jié)合。在排除任何影響因素的情況下，事物本來就具有隨機發(fā)展的屬性。對植物來說，雌雄配子的產(chǎn)生部位不同，傳粉和受精過程本身就是隨機性和偶然性很強的事件。再者，如果配子之間只能選擇性地結(jié)合，則不論是含相同因子的雌雄配子對應組合還是含異種因子的雌雄配子交叉組合都不可能形成3∶1的性狀分離比。相反，用隨機結(jié)合卻能很好地解釋這一現(xiàn)象。

三、假說演繹和測交實驗的設計應用

孟德爾對假說演繹法的成功應用，反映了其思想深處對科學理論本質(zhì)屬性的深刻理解和把握。一個正確的理論，不僅要能合理地解釋當前的實驗現(xiàn)象，而且要對未來事件具有高度準確的預見性。只有通過科學的預見和嚴格的實證，才能證明它的成立。

由此，孟德爾作出了如下演繹推理：如前所述四個方面的假設成立，則必然有如下的預期——讓F1與隱性類型交配，F(xiàn)1的配子必有顯性和隱性兩種類型且比例為1∶1；隱性類型產(chǎn)生的配子只有一種且不會掩蓋F1的遺傳因子所控制的性狀；當雌雄配子隨機結(jié)合后，出現(xiàn)的子代類型必為顯性和隱性兩種且數(shù)量比例為1∶1。

這一推理其實就是測交實驗的設計。而實際測交結(jié)果是否能證實理論上的預期呢？孟德爾用豌豆的相對性狀遺傳進行了嚴格的驗證。以高莖和矮莖這對性狀為例：F1高莖豌豆與隱性類型（矮莖）交配后，共得到64株后代，其中30株是高莖，34株是矮莖。非常接近于1∶1的理論預期。由此證明了其假說的正確性。經(jīng)過嚴密的推理和嚴格的實證，孟德爾對假說的核心內(nèi)容進行歸納總結(jié)，上升為理論，從而完成了基因分離定律這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)。

（作者單位 湖北省咸豐縣第一中學）

編輯 溫雪蓮