科學(xué)史上著名公案——孟德爾豌豆實驗是否有假？

    高中生物課令人印象最深刻的部分，大概就是孟德爾通過做豌豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)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。孟德爾把圓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，而沒有皺種子。像圓種子這種總是表現(xiàn)出來的性狀被稱為顯性，而皺種子這種被掩蓋住的性狀叫隱性。那么隱性性狀有沒有完全消失了呢？沒有。

    讓第一子代自相交配，得到的第二子代，又同時有圓種子和皺種子。

    孟德爾據(jù)此提出，每一個性狀是由兩個因子（也就是后來說的“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(nèi)容。當(dāng)時你有沒有想過，在孟德爾的時代，沒法測定基因，他是怎么知道第二子代的圓種子植株哪個是純合體，哪個是雜合體呢？只能是繼續(xù)把實驗做下去，不過這次不能雜交，而要自交：讓植株自花傳粉，如果某個圓種子植株自交后結(jié)的種子全是圓種子，那這個植株就是純合體，如果出現(xiàn)了性狀分離，結(jié)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(yīng)是2：1.

    孟德爾共研究了七對性狀。其中兩對性狀（種子形狀和子葉顏色）只要看看結(jié)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、成熟才能知道，也就是說，對這些性狀的植株還要培育出第三子代。由于田地有限，孟德爾對這五個顯性性狀的第二子代各挑了100株做試驗，每一株培育10株后代進行驗證。其中有一個性狀的試驗結(jié)果不理想，他對之重復(fù)了試驗，這樣合起來他共對600株第二子代做了試驗，根據(jù)第三子代的結(jié)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年孟德爾把他的實驗結(jié)果寫成論文發(fā)表在當(dāng)?shù)貙W(xué)術(shù)期刊上，未能引起學(xué)術(shù)界的注意。直到1900年，孟德爾論文才被重新發(fā)現(xiàn)，引起了一場革命，遺傳學(xué)從此誕生。1936年，群體遺傳學(xué)創(chuàng)建者之一、英國著名遺傳學(xué)家和統(tǒng)計學(xué)家費歇發(fā)表了一篇著名的論文《孟德爾的工作是否已被重新發(fā)現(xiàn)？》，根據(jù)孟德爾論文記載的實驗數(shù)據(jù)，用一種叫卡方測驗的統(tǒng)計學(xué)方法進行驗證，發(fā)現(xiàn)孟德爾的數(shù)據(jù)好得令人起疑。更令人起疑的是有的數(shù)據(jù)符合的是錯誤的理論值，疑點最大的就是上述的試驗。孟德爾是根據(jù)10株第三子代的性狀來推斷第二子代的基因型，但是這個方法并不完全可靠。孟德爾沒有想到的是，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(xiàn)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，用孟德爾的方法做試驗，由于樣本太小，會有一定的誤差，一小部分雜合體會被誤判為純合體，由此得到雜合體與純合體的比例應(yīng)是大約1.7：1，而不是2：1.費歇因而認(rèn)為孟德爾報告的數(shù)據(jù)是不真實的，是為了湊2：1的理論值而編造的。費歇倒不認(rèn)為是孟德爾本人造假，而是猜測孟德爾的助手在為孟德爾做統(tǒng)計時，為了取悅孟德爾而給了他預(yù)料中的數(shù)據(jù)。但是并無證據(jù)表明孟德爾讓別人為他做統(tǒng)計，費歇的猜測不過是為尊者諱罷了。

    費歇的指控在遺傳學(xué)界挑起了一場持續(xù)至今的大論戰(zhàn)，70年來在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表的爭論文章至少有二十幾篇。一開始，是認(rèn)為孟德爾實驗有假的一方占優(yōu)勢，有的甚至猜測孟德爾（或其助手）是怎么造假的：在統(tǒng)計實驗結(jié)果時算到想要的數(shù)據(jù)就不再往下算了，盡管孟德爾在論文中明確聲明他統(tǒng)計了所有的樣本。有一位細心的研究者根據(jù)孟德爾論文中統(tǒng)計的植株和種子數(shù)目，計算出平均每株植株結(jié)的種子數(shù)，認(rèn)為太少了，證明孟德爾并沒有統(tǒng)計所有的種子。但是隨后又有人指出，在孟德爾的時代，還沒有用到化肥增產(chǎn)，那個平均種子數(shù)很正常，有同時代其他人的實驗結(jié)果為證。

    這場爭論把群體遺傳學(xué)的另一位創(chuàng)建者、美國著名遺傳學(xué)家和統(tǒng)計學(xué)家懷特也給卷了進來。1966年，懷特在一篇論文中雖然基本同意費歇的計算結(jié)果，但是詳細列舉了幾條理由說明這個計算結(jié)果不能說明孟德爾（或其助手）造假。此后，為孟德爾辯護的一方逐漸多了起來，并成了主流意見。直到去年3月，美國《遺傳學(xué)》雜志還發(fā)表了一篇為孟德爾辯護的文章。

    為孟德爾辯護的學(xué)者不少，而理由卻大不相同。有的同意孟德爾實驗數(shù)據(jù)的確有問題，但是并非有意造假造成的，而是來自無意的主觀偏差。

    某些豌豆性狀并不是很容易區(qū)分的，比如某粒種子的形狀該算是圓的還是皺的，有時就不太好說，碰到這種模糊狀況，孟德爾可能下意識里就往有利于實驗結(jié)論的方向統(tǒng)計。另一種可能是，孟德爾或許做過幾次試驗，而只報告他認(rèn)為是最好的結(jié)果。這些做法在今天看來也許不太規(guī)范，但并非有意造假。有的則干脆試圖推翻費歇的計算結(jié)果，或者認(rèn)為他濫用了卡方測驗，卡方測驗不能用于驗證數(shù)據(jù)是否造假；或者認(rèn)為他誤解了孟德爾實驗的細節(jié)，得出了錯誤的計算結(jié)果。

    這些討論涉及到比較專業(yè)的遺傳學(xué)和統(tǒng)計學(xué)知識，我不想在此做詳細的介紹。我只想指出兩點：一、孟德爾在論文中提到，他對某次實驗結(jié)果不滿意，做了重復(fù)實驗，并報告了兩次實驗的結(jié)果。如懷特指出的，如此誠實可不像一個造假者所為。二、在1900到1909年間，有六名遺傳學(xué)家重復(fù)了孟德爾的豌豆實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全相符。

    雖然現(xiàn)在學(xué)術(shù)界的主流意見認(rèn)為孟德爾實驗結(jié)果是可信的，但是有關(guān)孟德爾造假的說法仍然在大眾媒體上廣為流傳。國內(nèi)外一些反科學(xué)人士更是對此大做文章，鼓噪孟德爾“‘制造’統(tǒng)計規(guī)律”，聲稱“孟德爾定律過于簡單化和理想化”，警告我們“不可把科學(xué)理論看得過于神圣”。

    退一步說，即使孟德爾實驗結(jié)果有假，可不等于他發(fā)現(xiàn)的遺傳定律是假的。

    遺傳定律早已被后人的無數(shù)實驗結(jié)果所證實了。那些反科學(xué)的論調(diào)既缺乏科學(xué)常識，也違背了基本的邏輯。