現(xiàn)代遺傳學發(fā)源地與孟德爾的故事

□文/商周

作為現(xiàn)代遺傳學的創(chuàng)始人，孟德爾給后世留下了寶貴的科學財富。但他的學習和科研之路并非一帆風順：他出生在貧困的農(nóng)民家庭，小時候干過不少農(nóng)活，因貧輟學的他沒有接受完整的大學教育，后來進入修道院，用了近10年的時間才完成豌豆雜交實驗。但直到他去世，這一發(fā)現(xiàn)都未得到世人的認可。

孤獨而超越時代的天才

10多年前，我從奧地利維也納坐火車去捷克布拉格，中途停在一個叫布爾諾的車站。就在火車重新啟動的瞬間，我想起這就是格雷戈爾·孟德爾工作了一輩子的城市！就在這里的圣托馬斯修道院里，他耗時近10年，完成了遺傳學史上著名的豌豆雜交實驗，現(xiàn)代遺傳學由此誕生。

對于從事過遺傳學研究的我來說，去拜訪孟德爾工作的修道院是一個近乎朝圣般的事情。2020年夏天，新冠肺炎疫情暫時緩和，我前往布拉格度假，終于如愿來到了布爾諾。捷克很小，不到8萬平方千米的面積，只有1 000萬左右的人口。捷克的鐵路交通網(wǎng)絡完善，火車卻不快，從布拉格到布爾諾200千米，走了3小時。像大多數(shù)歐洲城市一樣，布爾諾的老城就在火車站附近，而孟德爾當年工作的修道院離老城中心也只有不到2千米的路程。隨著圣托馬斯修道院越來越近，我的心跳居然加速了起來。

孟德爾定律上了中學課本，讓孟德爾廣為人知；耗時近10年完成一篇劃時代的論文，體現(xiàn)出他的堅韌和嚴謹；工作的價值在他逝去多年后才被世人意識到，讓他超越了時代；年輕時進入修道院，終身未婚，也為他的生平添加了一筆傳奇。

科學小城布爾諾

在孟德爾的年代，布爾諾是奧匈帝國摩拉維亞地區(qū)的首府。19世紀中葉，布爾諾的羊毛工業(yè)在歐洲處于領先地位，這里也被稱為“摩拉維亞的曼徹斯特”。為了配合發(fā)達的羊毛業(yè)，布爾諾在動植物育種領域有著大量的投入，并在歐洲處于領先地位。在19世紀初，布爾諾就已經(jīng)有了摩拉維亞農(nóng)業(yè)學會，其中包括多個分會，不僅有實用的動物育種和果樹園藝，還有關注理論層面的科學分會。1855年，年輕的孟德爾成為這個農(nóng)業(yè)學會科學分會的會員。到了1861年，科學分會從農(nóng)業(yè)學會里分離出來，成為獨立的布爾諾自然科學研究協(xié)會。

布爾諾自然科學研究協(xié)會定期舉辦講座。1865年2月和3月，孟德爾分兩次把自己近10年的豌豆實驗結(jié)果在這里宣讀，每次講座都有幾十位聽眾。雖然當時沒有人能完全理解孟德爾的研究，但他們的聆聽并非毫無意義，因為這些聽眾理解了這個講座的部分內(nèi)容（也就是從實驗和數(shù)學的角度解釋雜交物種的后代為什么會有性狀回歸現(xiàn)象），還對此給出了很高的評價。

布爾諾自然科學研究協(xié)會擁有自己的學術會刊，孟德爾對于豌豆雜交研究的論文《植物雜交實驗》就是在1866年發(fā)表在會刊上的，成為世界科學史上的經(jīng)典之作。在學術界之外，當時的布爾諾至少有兩份報紙：每天出版的《新聞報》和《摩拉維亞通訊》。這兩份報紙也都會關心科學方面的內(nèi)容，比如報道過孟德爾的植物育種工作以及他關于豌豆實驗的兩個講座。

位于捷克布爾諾的圣托馬斯修道院

“豌豆圣地”圣托馬斯修道院

圣托馬斯修道院建于14世紀，當時的目的是保護西多會的修女。400多年后，奧古斯丁修士接管了這座建筑。但在隨后不久的1793年，約瑟夫二世皇帝把修道院里的修士驅(qū)逐了出去，并將這座建筑用作他的住所和政府辦公室。后來因為奧匈帝國的衰落，修士們在19世紀初又重新回到這里。1802年，根據(jù)奧匈帝國頒布的一項法令，圣托馬斯修道院開始致力于高等學校的科學教學。與其他天主教團體不同，圣托馬斯修道院的修士不僅要去當教師傳授科學知識，還要在一線開展科學實驗。

一邊拿著神職人員的俸祿，一邊從事科學的教學和實驗，這對于那些貧家子弟來說，是一個不錯的選擇。1843年，因貧輟學的孟德爾經(jīng)人介紹進入了圣托馬斯修道院。從此，這位家境貧窮而又夢想接受高等教育的年輕人在這里度過了他剩下的41年人生。剛?cè)胄薜涝旱拿系聽枀⒓恿酥T多培訓和考試，不僅要學習神學課程，以便獲得相應的神職，還要學習多種科學（尤其是動植物育種）科目，以便成為一個合格的教師和學者。這段學習經(jīng)歷，不僅增強了他對自然科學的興趣，也讓他具備了開展科學實驗的能力。1847年，孟德爾被任命為神父；1849年，他成為當?shù)匾凰袑W的代課教師；1850年，他試著參加布爾諾當?shù)氐慕處熧Y格考試，但沒有成功；1851年，修道院推薦他去維也納大學進修，為期兩年。

在維也納大學，孟德爾師從物理學家克里斯蒂安·多普勒，這讓他了解了如何以“提出假設—驗證假設”的方式來開展科學實驗，并把它應用到后來的豌豆研究里。他也因此有機會向知名的數(shù)學家安德烈亞斯·馮·埃廷斯豪森學習，這使他具備了把數(shù)學分析的方法應用到植物雜交實驗中的能力。他還師從植物學家弗朗茨·昂格爾，這讓他學習了植物解剖學和植物生理學，了解了植物性狀的代際傳遞，還有顯微鏡在植物研究中的使用。

修道院中孟德爾博物館門前的豌豆苗圃

從維也納大學學成歸來后不久，孟德爾就在圣托馬斯修道院的小花園里開始了那個著名的豌豆雜交實驗。他先花了兩年時間挑選適合研究的豌豆品種和相關性狀（包括植物高度、豆莢的形狀及顏色、種子的形狀及顏色、花的位置和顏色），然后再用了近8年的時間完成了這個偉大的實驗。正是在這個長達近10年的實驗里，他發(fā)現(xiàn)了基因的分離定律和自由組合定律，構建了遺傳學的基石。

如果說有一個人是孟德爾的伯樂，那么這個人就是修道院的院長西里爾·納普神父。西里爾·納普神父1824年就成為圣托馬斯修道院的院長，在當?shù)赜兄e足輕重的地位。他并不平易近人，甚至可以稱得上是傲慢，但在培養(yǎng)后輩上卻是個典范：是他的慧眼識才，讓孟德爾進入了修道院；是他的支持，讓孟德爾得到了系統(tǒng)的科學訓練，還獲得了去維也納大學學習的機會；是他的推薦，讓孟德爾成為當?shù)剞r(nóng)業(yè)學會的會員。雖然他自己感興趣的領域是實用的動植物育種，但他大力支持孟德爾進行的基礎科學研究，不但給孟德爾的實驗提供了場所（修道院花園），還在那里修建了幫助他做研究的溫室。

1867年，西里爾·納普神父去世，接替修道院院長職務的正是孟德爾。雖然西里爾·納普神父去世的時候，孟德爾關于豌豆雜交的論文已經(jīng)發(fā)表，但因為幾乎沒有人意識到這項工作的偉大之處，孟德爾自己生前都沒有因此獲得任何榮譽，更不用說作為幕后支持者的西里爾·納普神父。那項豌豆研究的工作在20世紀初才被予以證實，孟德爾終于獲得了他該得到的榮譽，成為當之無愧的“遺傳學之父”。而已經(jīng)逝去了幾十年的伯樂西里爾·納普神父，依然鮮有人提及。

不過，西里爾·納普神父應該感到欣慰，他重點培養(yǎng)的孟德爾做出了劃時代的科學發(fā)現(xiàn)，他主持的修道院也成為遺傳學的發(fā)源地，每年會迎來大量的“朝圣者”。如果把孟德爾的杰出工作比喻成一棵參天大樹，那孟德爾本人就是那顆種子，而圣托馬斯修道院就是一片沃土。種子和土壤不期而遇，造就了一段科學史上的傳奇。如果世人要想從這段傳奇里學到什么，要做的不只是贊美種子的偉大，更要去關注沃土的形成。