生命科学大师的故事: 遗传学之父 — 孟德尔 (中) (Gregor Johann Mendel)

编者注: “孟德尔”(G. J. Mendel) — 每个读生物的人都知道的名字. 他以著名的豌豆试验开启了近代生命科学最重要的学问之一 — 遗传学(genetics), 令人对生命有个全新的认识, 也使他在科学史上留名为“遗传学之父”. 当初, 他的研究不受重视; 如今, 遗传学已成为生命科学的显学. 今日, 遗传工程、疾病预防、育种栽培、法医鉴定等, 皆成为有志青年投身的热门领域, 这些无非都是奠基于孟德尔最基础的豌豆研究. 很多人都晓得孟德尔的遗传学定律, 却不知道他从事科学研究的动力来源 — 对神和基督的信仰. 是的, “科学和信仰之间, 有一块青翠的草场”,[1] 科学事实与基督信仰其实共饮于真理活泉而欣欣向荣, 孟德尔的故事证实了这点……

(文接上期)

(J) 万物背后的法则

被誉为“现代实验科学之父”的伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642), 在1615年写道: “ 人类要认识上帝, 首先是透过大自然, 了解大自然的法则.” 这句话赋予自然科学研究神圣的意义与推动力, 使不少基督徒投入科学研究, 探索大自然的法则以认识上帝.

1928年诺贝尔物理奖得主, 以油滴试验证明“电子”存在的芝加哥大学教授密立根(Robert Millikan, 1868-1953)在自传中写道: “为什么历史上许多科学大师, 如伽利略或牛顿等人, 会相信上帝? 最关键的因素是, 他们不以人生的经验, 而以上帝创造的法则, 作为一生信念与判断的依据. 人生的经验往往反复无常、起起落落, 用经验看人生与周遭的环境, 很容易沦入一种心态, 认为世界虚空、没有什么是绝对的, 结果将会改变的森林、河流、海洋等奉为神(gods), 这是人类崇拜诸神的由来.” 他又说: “但是科学大师伽利略在自由落体, 找到力学的法则; 牛顿在天体运动, 找到万有引力的法则. 万有引力是看不到的, 但是万有引力的法则却能解释许多未见之事. 因此, 他们知道宇宙不是盲目地运动或是无意义的存在, 而是在上帝(God)的手中.”

知名的“生物化学之父”海尔蒙特(Jean Baptista van Helmont, 1577-1644)观察黑鸽子和白鸽子的后代有黑的、有白的、有黑白斑点的, 其出现的比例, 存着某种规律性. 他继续进行鸽子的交配试验, 他写道: “上帝将一组符号, 放在他所创造的生物里. 这些符号借着雌雄的交配, 在下一代重新排列与组合.” 这组符号就是存在今日所谓的DNA里.

由此可见, 科学知识的重大突破, 常是因为有人成功探讨和找出万物背后的法则. 这些人往往在最基础的课题上, 问对了问题. 农人与牧人时常耕种、配种、维持生产; 但仅有少数人看出这些日常所见之事, 背后一定有个法则, 奇妙地在决定育种的结果. 孟德尔成功在遗传学上取得突破, 正是因他问对了问题, 并找到育种背后的法则.

张文亮评论道: “有趣的是, 法则的探讨常会引人接近上帝. 法则是不改变的, 不改变的是来自上帝. 上帝在创造植物、动物时, 就‘各从其类’(创1:21), 这是什么意思? 生命科学的起源, 就从这个问题开始. 生物分类学, 是生命科学的基础.”[2]

(K) 植物分类的法则

论到生物分类, 早在公元前4世纪, 古希腊的亚里士多德(Aristotle, 主前384-322年)以生物外表的相似性, 区分了500种的动物. 1703年, “植物学之父”雷约翰(或译“约翰·雷”, John Ray, 1627-1705)发现种子里具有分类的特征, 他依据子叶的数目, 将植物区分为“单子叶植物”(monocotyledons)和“双子叶植物” (dicotyledons). 不同子叶的植物在生长后, 在形态、结构上都有很大差别. 雷约翰在《上帝智慧彰显于创造大工》(The Wisdom of God Manifested in the Works of Creation)中写道: “上帝使植物具有显著的分类特征, 好让人类认识他的作为.” 他按照这些分类特征分类出6千种植物.

17世纪末, “植物结构学之父”格鲁(Nehemiah Grew, 1641-1712)于1682年出版《植物结构学》(The Anatomy of Plants). 他在书中首先提到花的结构有雄蕊和雌蕊之分, 所以植物也在进行有性繁殖, 他也发现植物叶子表面有“蜡质”, 能够减少水分的蒸散. 他写道: “由这些巧妙的结构, 可以看到上帝奇妙的创造… 若有人以为植物是大自然的产物(源于自我产生), 而非上帝的创造, 就必须面对一个基本问题: 大自然有千百个因子(因素, factors), 无时不刻地在改变, 生物体怎能产生巧妙的平衡呢?” 这些生物学大师目睹生物的奇妙, 也领悟到上帝创造的奇妙作为和高超智慧.

到了18世纪, “生物分类学之父”林奈(Carolus Linnaeus, 1707-1778)于1735年提出雄蕊和雌蕊的结构, 是植物分类的重要特征. 1753年, 林奈发表《植物种志》(Speciaes Plantarum), 以属名与种名作为生物分类命名的基础, 称为“双命名法”. 他写道: “起初亚当一看见生物的外表, 就能命名. 生物分类的特征, 一定是人能够区分的.” 1762年, 林奈以育种的技术, 进行植物的杂交试验, 他提出“后代出现的外表特征, 具有父母、祖父母的某些特征. 有些祖父母的特征没有出现在父母身上, 而后又会出现在第三代的身上.” 这看法后来称为“隔代遗传”.

林奈晚年在区分“人类”与史前“拟人类”(指所谓的“山顶洞人”、“直立猿人”等)时, 他以“渴慕永恒”(eternal attraction)作为人类与拟人类的区分准则. 他表示, 人类具有对永恒的渴慕, 拟人类却没有, 所以拟人类不是人类. 近代的生物学课本, 常出现人类是由拟人类进化而来的图像, 却没有说明林奈的论点.

19世纪初, 生物学家赫伯特(另译“哈伯特”, William Herbert, 1778-1887)首先提出植物杂交可以产生新种, 他也发现新种适应环境就能生存, 无法适应环境就死亡. 他以此认为: “挪亚时代的大

洪水, 进入方舟生物种类的数目可能有限. 生物一定具有产生新种的能力, 现今陆地上才会有这么多的物种. 从事杂交育种, 是可以看到上帝创造的工作, 持续在进行.” 赫伯特认为陆地上的生物有几万种以上, 亚当不可能为这么多种的生物命名, 所以上帝在创世之后, 持续在工作, 产生新的物种, 并让新的物种“各从其类”.[3]

上述这些科学大师研究生物的分类和物种的变化, 蕴存着对上帝作为的思索, 要找出上帝所置于生物中的种种法则. 这些前人的研究, 虽没找到有关遗传学的最终答案, 却从远处遥遥望见可能的结果, 以认识上帝的作为而喜乐, 因此一棒又一棒地传下去, 直传到“遗传学之父”孟德尔的手中,[4] 才掀开其中的奥秘, 寻获遗传学的法则.[5]

(L) 豌豆试验的特点

1856年, 孟德尔离开奥地利的维也纳大学(University of Vienna), 回到布尔诺的奥古斯丁修道院 (Augustinian Monastery). 1856年5月, 孟德尔开始进行试验, 这是生命科学史一个重要的里程碑. 有几件事值得留意:

(a) 选择不同特征的豌豆

孟德尔先把修道院的花圃分成几个区块, 种植不同特征的豌豆. 前来参观修道院的人, 时常惊讶修道院的花园既不种花儿又不种果树, 而是高矮不同的豌豆. 除了院长纳普(另译“拿布”, Cyrill Franz Napp)和几位修士之外, 无人知道孟德尔在做什么. 这是孟德尔过人之处: 他知道神给他的任务后, 便全心全力去做, 不管旁人怎么看、怎么想. 所以当别人不知他在做什么时, 他做得最多; 当外界没有给他掌声时, 他做得最起劲. 此乃我们学习的好榜样.

(b) 厘定生物物种之间的差异

孟德尔在进行豌豆试验前, 已阅读很多相关的文献. 他在试验的开始, 写道: “过去生物的分类系统, 对于‘种’(species)的定义太僵化, 不同‘种’之间的差异过于微小. 如果将这些微小的差异, 视为物种区分的准则, 不只增加分类的困难, 分类的系统也变得模糊.”

孟德尔已晓得生物差异有“类似的差异”与“显著的差异”, 比如鸽子羽毛不同的斑点属于“类似的差异”, 而鸽子与麻雀之间的差异则属于“显著的差异”, 对于“类似”与“显著”的分别, 他写道: “若将一种或数种不同特征的植物, 进行人工授粉, 许多试验报告已经提出, 在后代身上, 这些特征有些会重现, 有些会消失, 之后又重现.” 孟德尔认为具有规律性的是“类似的差异”, 应该属于同一种; 反之, 不具规律性的则是“显著的差异”, 是不同的物种.

(c) 减少试验时的各种误差

前人的试验不确定差异是否具有规律性, 孟德尔道出其中的原因: “所探讨的都是个案”、“调查的生物特征不是明显的特征… 以致结果模糊”、“进行试验的植物株数太少… 若有其他的变动, 则影响结果”、“试验的控制不仔细, 部分在温室进行, 部分在盆栽进行, 部分在田区进行”、“试验没有排除昆虫与蝴蝶授粉的干扰”等等. 孟德尔写道: “若用这些有缺陷的试验结果来下结论, 就容易引起争议.” 因此, 孟德尔从一开始就决定尽可能避免前人试验时的误差. 这是非常困难的工作.

进行科学研究的试验时, 必须避免试验误差与环境干扰的因子(因素), 方能获得可信赖的试验结果. 布朗大学生物学教授尤金(Walter Herbert Eugene)赞扬孟德尔的试验研究, 说: “他具有一流分析的头脑, 使困难又复杂的研究, 能够有系统地完成.”

张文亮评述道: “科学历史上, 实在很难找到像孟德尔一样的人, 只有大学程度, 也不在大学研究单位工作, 却在从事革命性的研究. 日后, 因着孟德尔的发现, 帮助了许多疾病的医治、先天遗传疾病的预防、科学的诊断、育种的突破、环境毒害的评估、偏差行为的了解与对于生命现象的了解. 看哪! 在生命科学大片的旷野里, 他走出一条道路, 让以后成千上万的人可以跟随.”[6]

(M) 豌豆试验的开始

(a) 建立正确的试验方法

“归纳性方法”(inductive method)的研究, 是由较小尺度的基本单位, 去推导较大尺度的现象, 如同“物理学之父”牛顿(Isaac Newton, 1642-1727)是从基本的作用力, 归纳宇宙天体的运行; “化学之父” 玻意耳(Robert Boyle, 1627-1691)从原子的存在, 归纳物质的反应. 不过, 生物学者的研究方法, 常是采用“演绎性方法”(deductive method). 演绎是从大尺度的现象, 去推导背后的基本原因.[7]

物理科学家和化学科学家, 长期认为生物科学不是严谨的学问, 主要原因有二: (1) 生物学常用演译法研究, 只能知道“间接”的关系, 而非“直接”的影响, 以致无法探究前因后果;若缺乏直接的相关性, 就无法成为科学的“定律”或“法则”(law); (2) 有些生命奥秘是无法测量的, 不像物质可以准确量测.

孟德尔写道: “本研究的目的, 是不同世代生物明显特征变异的试验, 并以‘归纳法’探讨其法则.”[8] 孟德尔的研究在生物科学上, 是采用新的研究方法, 探究生物学的法则, 结果靠着神的帮助, 他寻获生命科学的第一个定律 — 遗传律(the law of heredity).

1922年, 美国波士顿(Boston)举办“孟德尔诞生百年纪念会”, 主讲者哈佛大学的依斯特教授(E. M. East)对在场的许多生物学者说道: “孟德尔能够在科学上永垂不朽的原因, 是他建立正确的试验方法、准确的选择变因、正确的量化结果, 并将结果转换成对科学有用的法则.” 他继续指出: “过去生物学的研究, 就像一群人在研究飞机, 看到这飞机有机翼、有方向盘、有轮子、有近乎完美的结构, 零件放得也正确, 却搞不清楚飞机为何飞不起来; 夜里, 孟德尔像个飞行员前来, 给飞机加上油, 就将飞机开上天空.” 是的, 孟德尔掌握到那决定生物繁殖与生长的最关键学问 — 遗传学(genetics), 所以能够飞上生物学的天空!

(b) 孟德尔的第一个试验 — 纯种的获得

虽然之前的科学家如赫伯特(William Herbert, 1778-1887)曾以豌豆作过试验, 但因为没妥善地控制其他因子的影响, 结果并不理想. 1856年, 孟德尔种植180-210公分的高豌豆种,和22-40公分的矮豌豆种, 豌豆开花后作自花授粉, 得到不同株高的纯种, 这是孟德尔豌豆试验的第一步. 孟德尔写道: “我以外表特征容易观察与区别的豌豆品种Pisum satirum为主, 其他以P. quadritum、P. saccharatum与P. umbellatum的品种为辅, 进行杂交试验.” 孟德尔犹如运动选手, 确定了标竿, 便往前直奔!

1857年春天, 孟德尔进行第二个试验 — 显性的呈现. 他将纯种的种子下种, 在豌豆花朵即将成熟之前, 小心翼翼地将花药上的花粉刷下来, 再将花粉移到另一株纯种花朵的柱头上, 过后用纸袋将花朵套起来, 以防外来的干扰. 为了将可能的误差尽量降低, 他常驱赶试验区域与周围的昆虫, 也将自花授粉的纯种豌豆移进温室, 以免干扰试验区域的豌豆. 异花(不同的花)授粉产生的, 是第一代的杂交产物, 孟德尔称之为F₁, 后来为普世生物学课本所沿用.[9]

(N) 遗传学第一法则 — 均匀法则

从以上的试验中, 孟德尔发现第一代长出来的植株都是高的, 没有出现矮植株的豌豆. 孟德尔称高的性状为显性特征(dominant character), 称矮的性状为隐性特征(recessive character), 这两个名词成为今日生物学学生所熟悉的. 显性特征完全掩盖隐性的特征, 呈现一致性, 孟德尔称之为“均匀”(uniform)现象, 后人称此为生物遗传的均匀法则(Law of Uniform)或显性法则(Law of Dominance).

张文亮博士评述道: “孟德尔用‘显性’这个名词是正确的, 隐性不是消失, 只是暂时没有显出. 第一代虽然都呈现优势的显性特征, 到了第二代, 劣势的隐性特征就会呈现, 为了避免劣势的出现, 第二代还需要再育种.”

这法则很有用, 不仅能解释以往动物和植物需要育种的原因, 还能解释许多现象, 例如全球第一本遗传学课本的作者、剑桥大学生物学家庞尼特(Reginald Punnett, 1875-1967)于1908年2月28日在英国皇家医学协会(Royal Society of Medicine), 以“孟德尔遗传学与疾病的关系”(Mendelism in Relation to Disease)为题, 应用显性法则来探讨先天色盲和短指症形成的原因, 开启了医学遗传学(medical genetics).

可惜孟德尔所发现的法则几乎半个世纪不为人知, 直到20世纪初才广为人知. 1900年5月8日上午, 知名的剑桥大学生物学教授贝兹森(William Bateson, 1861-1926)准备到伦敦出席“皇家园艺学会”(Royal Horticultural Society), 负责演讲. 在火车上的他利用空闲时间翻阅图书馆随手借来、乏人问津的研究报告 — 孟德尔的“植物杂交试验”. 贝兹森读了惊讶不已,后来写道: “原来生物遗传学最主要的定律, 早就发表了.” 贝兹森当天的演讲, 不是讲自己的研究成果, 而是大力推荐孟德尔, 从此, 孟德尔在20世纪才广为人知.[10]

1906年, 贝兹森在伦敦举办的“第三届植物杂交国籍研讨会”(Third International Conference on Plant Hybridization)表示: “孟德尔的发现, 迄今仍然没有冠上正式的名称, 为了让未来研究生物遗传特性与变异的人, 不再成为摇摆不定理论的附属品, 这个科学应该有个新名字. 我在此向大会建议用‘遗传学’(Genetics).” 从那时起, 遗传学正式步上科学的舞台.

1909年, 丹麦哥本哈根大学的植物生理学教授约翰森(Wilhelm Johannsen, 1857-1927)认为孟德尔所提细胞内的“遗传特征”, 应该给予新的名词, 他称之为“基因”(gene). Gene在希腊文是“起初”的意思. 从此, “基因”成为生命遗传的基本单位.[11]

(O) 遗传学第二法则 — 分离法则

1858年, 孟德尔以第一杂交代(第一代杂交豌豆)所开的花朵, 进行异花授粉, 产生第二杂交代, 他称为F₂. 他对所选定的7种特征进行观察和记录, 包括种子表皮的外形、种子内胚乳的颜色、种子表皮的颜色、豆荚的大小、豆荚的颜色、花的位置和茎的长度. 在这第三个试验中, 他研究显性和隐性的呈现, 并它们的比例.

从试验所得的结果, 孟德尔得到一个结论: “所有试验的结果呈现, 在第二杂交代显性特征与隐性特征, 出现的平均比例为3:1.” 后人称此为孟德尔的第二定律“分离法则”(Law of Separation). 张文亮评述道: “这是孟德尔定律最著名的部分, 生命的遗传竟然存在数学的定值. … 物理与化学界的发现, 大到宇宙星球间的万有引力, 小到原子核内的电子轨道, 直接见证了上帝的创造与安排, 都存在着常数(constants)、定值或固定的比例, 证明这一切都不是随机产生的. 孟德尔首先证明生命里的遗传行为, 也存在固定的比例, 生命的存在是有意义、有目的, 不是完全只受大自然的逢机变化所控制.” 换言之, 一些进化论学者所提出的“自然选择”(natural selection)之学说, 在严谨的数学计算和科学事实的验证下, 是绝对站立不住的.[12]

英国剑桥大学遗传学教授庞尼特(Reginald Punnett)回顾这个发现时, 写道: “由孟德尔所做的可以看出, 从事遗传学的探索, 是伟大与尊贵的工作, 让人更接近真理, 使人更了解生命的单纯. 若要从科学来认识人类与其他的生物, 在理性上, 我找不出比遗传学更好的切入点.”[13]

(P) 遗传学第三法则 — 组合法则

1859年, 孟德尔用了1,584粒第二代的豌豆进行自花授粉, 感谢神, 那一年没有遇到台风或暴雨, 否则就无法得到正确的结论. 在这孟德尔的第四个试验中, 所要研究的是有关单显性和单隐性的存在, 以及它们的比例. 孟德尔以A代表显性的特征, 以a代表隐性的特征, AA代表双显性, Aa代表单显性单隐性. 这个表达法, 也是今日普世生物学课本所沿用的.

孟德尔分析七组试验的比例, 并推论显性是包括AA与Aa两种不同的形式, 其出现的比例是AA: (Aa+aA)=1:2. 孟德尔写道: “双显性与单显性存在固定性.” 孟德尔再度发现一个“定值”! 生命遗传的法则竟然如此单纯且精确, 可用数学来呈现. “逻辑代数之父”布尔(George Boole, 1815-1864)[14]在《思考的探讨》(An Investigation of Thought)中表示: “为何数学能够叙述那么多科学的法则? 法则的创造主一定也懂数学… 但所有法则延伸到极处, 总有例外. 可见仍有更高之处的法则, 不是人的心思所能测量, 不是人的力量所能验证. 科学不同的法则, 虽然各自独立, 但在法则之间, 仍是无知的空白. 这些空白使人谦卑, 使人知道仍然需要信心与信心的法则.”

孟德尔结合先前3:1的定值, 推论3是AA+2Aa, 1是双隐性aa, 第二杂交代是 AA+2Aa+aa¹⁷⁰或AA:Aa:aa出现的比例是1:2:1. 显性A与隐性a的组合, 后来称为孟德尔第三遗传定律: 组合法则(Law of Recombination). 孟德尔写道: “细胞里一定有些因子(factors), 在决定这个现象. 这些因子分别存在卵细胞与精子细胞内, 在受精时, 卵细胞与精子细胞内的因子, 能够自由组合, 共同产生后代的特征.” 历代以来隐藏在细胞里的生命法则, 越来越清楚了.

知名的生物学家爱德华(Wiggam Albert Edward, 1871-1957)写道: “孟德尔的研究发现, 在告诉世人, 原来所有生物物种各种特征的差异, 只是表面, 真正的差异存在细胞里. 原来生命的法则, 只要是过去已经存在的, 都将传给后代.” 近代的遗传学家布林克(A. Brink)写道: “孟德尔首开先河, 给生物学严谨的试验程序, 显示生命并非只有物理与化学的作用, 还有生命的法则.” 孟德尔最大的贡献, 是使生物学建立起自己的法则, 结果生物学成为与物理学和化学三足鼎立的科学领域.[15]

(Q) 是法则而非理论

1892年, 德国杜宾根大学(University of Tubingen)的苔藓类植物研究者柯林斯(Carl Erich Correns, 1864-1933)进行玉米的杂交试验以验证达尔文的泛生学说. 他进行了5年的试验, 对所得到的试验结果感到困惑. 1896年, 他改以豌豆作为试验的对象, 3年后所得的结果令他更加困惑. 1899年 10月, 他偶然读到孟德尔的豌豆研究报告. 同年11月的一个夜晚, 他彻夜难眠, 反复思索豌豆试验的结果, 突然他想起在10月所读到的孟德尔豌豆研究报告, 仔细揣摩下, 忽然灵光一现, 心中许多的谜团顿时解开了.

1900年4月26日, 柯林斯向《巴黎科学会讯》投稿“孟德尔法则探讨遗传多种的变异”(G. Mendel’s Law Concerning the Behavior of Progency of Varietal Hybrids). 这篇研究报告于同年5月23日刊出, 获得好评. 柯林斯完全不居功, 他认为8年的研究, 不过是“重复了孟德尔的试验”. 柯林斯指出, 孟德尔是以物理学与数学的方法, 分析生物学的现象, 但孟德尔所发现豌豆遗传的规律性, 却超过物理与化学的法则所能解释. 生物有自属的法则, 存在于孟德尔所提细胞内的特征里. 柯林斯首度印证了孟德尔的发现, 确实是“法则”而非“理论”. 此乃生命科学史上重要的转捩点, 只有生命的法则才能解释生命的现象.

柯林斯的发表促使更多科学家回到试验室, 做更多种生物的遗传试验. 这曾照亮柯林斯脑海的一道闪光, 也照亮了科学界. 1936年, 统计学大师费希尔(Ronald Aylmer Fisher, 1890-1962)收集大量的试验结果, 再次确认孟德尔的发现并非理论, 而是法则. 费希尔在报告中写道: “孟德尔的研究, 曾经被许多人忽略, 显明众人对于已知科学知识的自恃, 经常沦为无知的盲点.”

大英百科全书推荐孟德尔传记的权威之作, 是1924年奥地利的生物学家伊提斯(H. Iltis)所著的《孟德尔的生平》(Life of Mendel). 论到孟德尔的豌豆试验, 他贴切评述: “孟德尔从事科学试验的动力, 来自一个有信仰的人, 将他的信仰投射在工作上.”[16] 可惜的是, 后来的人只知道孟德尔是个科学家和遗传学之父, 却忽略了他是有信仰的人. 诚然, 正是他的基督信仰由始至终地扶持他, 使他能坚持到底, 走完豌豆试验那艰苦难耐的漫漫长路.[17]

(文接下期)

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附录: 孟德尔的研究和达尔文的进化论

百年来, 不少科学家强烈质疑孟德尔的发现, 有者认为孟德尔是先主观地认定显性和隐性的比例是3:1, 再挑接近的数据来呈现; 有者则认为孟德尔试验的结果太完美, 必定掩藏了试验的差误; 另有者认为在一个小小的花园里, 孟德尔如何进行1万多株的豌豆试验; 也有者认为试验场地所受的阳光照射可能不均匀, 所以豌豆的豆荚与表皮才会出现不同的颜色.

上述诸多的质疑都没有动摇孟德尔研究发现的价值, 反而像铁磨铁地磨出刃来; 愈多的挑战, 愈证明这发现的真实. 这是科学研究珍贵的所在, 科学可以让不同的观点反复激荡,直到真理确立. 真正的科学家就是真理的寻求者, 一方面对于自己不确定或未成熟的看法, 不轻易发表, 这是科学与伪科学最大的区分; 另一方面对于别人的论点, 永远保持宽阔的心胸, 任何看法在还没有成为定律或法则之前, 都可以自由地讨论, 这是科学与政治最大的不同. 在近代, 更多人重复孟德尔的试验, 确定“孟德尔的试验资料, 没有作假.”

孟德尔的发现愈是真实, 对达尔文(Charles Darwin, 1809-1882)的进化论(或称“演化论”, evolution)冲击愈大, 关键在于科学的逻辑. 进化论最主要的缺点是, 只有间接的解释, 没有直接的证据, 因为进化的自然选择(或译“机制天择”, natural selection)的“自然”(natural)一词, 在科学上是无法精确定义的名词. “自然”包括太多的因素: 气候的变化、土地的变异、地理的阻隔、海拔的影响、水分的多寡、生物族群的互动、温度的改变等. 自然是个开放的系统(open system), 又是持续变动的系统(dynamic system), 成千上百个错综复杂的因子, 全包裹在“自然”这一名词内.

既然没有办法定义“自然”, 就不能精确叙述“自然”对“物种”变异的影响. 达尔文无法在自然里, 抽丝剥茧地只选出一个因子(因素, factor), 证明该因子对物种间产生变异的直接影响, 这是自然选择(另译“天择”)最引人争议的所在. 因为无法以试验证明, 因此达尔文的进化论一直停留在充满疑团的“理论”(theory)阶段, 无法成为被人信服的“定律”(或称“法则”, law).

虽然进化论的学者, 努力挖掘出许多古生物的化石, 但是化石里的古生物残骸, 静静地躺着, 不能跳出来叙述当时发生什么事, 学者只好替古生物解释; 但又无法在试验上证明这是唯一的解释, 所以即使堆积再多的化石, 也始终无法登上“进化律”(Law of Evolution).

科学精神讲究的是准确的逻辑, 因此理论和定律绝对处于不同的等级. 物理学教授坎贝尔(Norman Robert Campbell, 1880-1949)在其所著的《什么是科学?》(What is Science?)一书中写道: “理论与定律的不同 … 在于理论只是解释事情的一种方式, 定律是唯一的方式.”

科学与政治之间可能有一处危险的陷阱. 因着探求真理, 科学界存在并尊重不同的意见; 但是因着权力的争夺, 政治界常将尚未确定的见解, 变成众人必须遵守的律法, 并将保持不同意见的一方视为敌人. 不幸的是, 科学常成为政治斗争中, 最强而有力的炮口, 政治也常成为科学家难以背负的重担.

达尔文发表《物种起源》, 阐述在有限的自然资源下, 物种彼此竞争, 适者生存, 不适者淘汰. 马克思(Karl Marx, 1818-1883)立刻将这见解引用为共产主义与无神论的科学观. 他写道: “达尔文的著作, 提供阶级斗争的科学基础.” 后来, 进化论与共产主义结合, 产生“社会达尔文主义”(Social Darwinism). 尚未定案的科学理论, 瞬间成为政治界奉为信仰的教条. 列宁(Vladimir Ilyich Lenin, 1870-1924)[18]时期, 科学更被高举成人定胜天的唯一工具. 当政治将科学拥抱得更紧, 就筑起了钳制自由思考的“铁幕”.

随后, 俄国独裁者史达林(Joseph Stalin, 1878-1953)[19]当政时, 力棒进化论学者李森科(Trofim Lysenko, 1898-1976)教授, 使他成为生命科学界最有权势的人. 在政治的庇护下, 当时进化论学者宣称: “达尔文的进化论是生物科学至高无上的见解, 任何与此抵触的看法, 都是错谬的.” 李森科下令捕杀许多支持孟德尔遗传律的研究学者.

例如当时俄国最杰出的生物学家瓦维洛夫(Nikolai Ivanovich Vavilov, 1870-1943)教授, 曾到世界上50多个国家收集种子, 在列宁格勒(Leningrad)成立世界上最大的种子银行(seed bank), 并倡导种子银行作为基因库(genetic library). 他发现世界上许多偏僻的地方, 仍有多种植物生存其间, 因此首先提出: “多样的植物不仅对动物很有用, 对人类也很有帮助.” 开创近代环境保护 — 生物多样性(biodiversity)研究的先河. 瓦维洛夫曾经为了收集种子, 在荒野迷路, 长期忍受饥饿, 也不肯将收集到可食用的种子取出来吃. 他支持孟德尔遗传律, 所以被李森科冠上“英国间谍”的罪名, 流放西伯利亚(Siberia), 活活饿死.

再举一例, 切特维尼科夫(Sergei Sergeevich Chetverikov 1880-1859)教授是俄国杰出的昆虫学家、莫斯科生物研究所(Institute of Experimental Biology, Moscow)的主任. 1926年, 他由昆虫的交配试验, 发现产生新种, 发现基因并非绝对稳定, 而会自己产生改变, 称为“遗传漂变”(Genetic Drift). 由于他支持孟德尔的遗传研究, 所以被指控中了“修道院教士的遗毒”而遭解聘, 被放逐到偏远的动物园作管理员, 再遭解职. 过后10年, 他四处流浪, 营养不良, 最后死于心脏衰竭. 此乃政治操控科学的悲剧!

另一方面, 我们必须注意的是, 达尔文从未提到“自然”是影响物种差异的“唯一”因子; 达尔文甚至坚持在《物种起源》的最后一页, 放入“造物主”(Creator)一词. 事实上, 孟德尔的试验发现, 刚好回答了达尔文的假设; 可惜, 达尔文没有读到孟德尔的发表, 也不认识孟德尔. 今日更可惜的是, 许多生物学课本很少提及这一段历史, 反而记载达尔文的《物种起源》发表后, 启发孟德尔从事豌豆试验; 或写孟德尔进行试验的目的, 是要证实达尔文进化论假设的正确 — 这都完全不合科学史实. 达尔文在1859年发表《物种起源》, 孟德尔在1856年开始作试验, 1859年的发表, 怎么会去启发1856年更早的试验呢? 孟德尔的研究报告, 也未以达尔文的著作为其参考文献, 没提及达尔文的《物种起源》.

连20世纪最著名的统计学大师费希尔(Ronald Aylmer Fisher, 1890-1962)都挺身而出, 解释道: “许多人认为孟德尔的试验, 是为了支持或反对达尔文的观点, 我很容易证明, 这些观点都是无稽之谈. 孟德尔在1857年以前已在从事试验, 即使到了1858年, 除了达尔文的朋友华莱士(Alfred Russel Wallace, 1823-1913)和林奈学会(Linnean Society)少数的会员, 外界根本没有人知道达尔文的研究.”

进化论与遗传学的学者一直争论不休, 直到1940年代以后, 才暂告平息. 乌克兰籍的美国哥伦比亚大学动物学系的多布赞斯基教授(Theodosius Dobzhansky, 1900-1975), 在1939年结合了两方面来看生物物种的问题 — 自然环境的变化能够影响基因, 产生物种的变异. 但他始终反对进化论的天择(自然选择), 认为物种的差异不是“天择”的结果, 而是基因本身存有改变的机制, 所以这个理论又称为“新进化论”(Neo-evolution). 多布赞斯基认为生命的现象太复杂, 要加上几个理论来解释, 所以应采纳“综合式的理论”. 他把这观念引用在进化论上,称之为“现代综合进化理论”(Modern Synthesis of Evolution Theory). 这理论后来继续纳入统计遗传学、生态遗传学、古化石学、族群学等等. 然而, 这正如生物学家毕晓普(B. E. Bishop)在《遗传学期刊》(Journal of Heredity)上所说的, 这是“将多种相反的论点拼贴在一起.”

1980年代, 分子生物遗传学兴起, 科学家发现遗传分子有个固定的速率在自变, 称为“分子钟理论”(Molecular Clork Theory)或“分子进化论”(Molecular Evolution Theory): 分子自身产生改变, 推动力是遗传基因, 而非外面的自然环境. 张文亮评述道: “基因(gene)才是主要的舞者, 大自然的变化只是舞台. 谁是这些舞者背后的指挥或导演? 尤其会产生聪明如人类, 有其复杂的大脑结构, 目前的科学仍然无法提供这个答案.” 但事实上, 那创造万物和人类的神早已在圣经中提供明确的答案 — “神造万物, 各按其时成为美好”(传3:11).[20]

[1] 孟德尔曾说: “神学(指基督信仰)与自然科学之间, 有一块青翠的草场.” 张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》(台北: 校园书房出版社, 2008年), 第17页.

[2] 同上引, 第99- 101页.

[3] 创2:2说: “到第七日, 神造物的工已经完毕, 就在第七日歇了他一切的工, 安息了.” 因此, 神创造地球生物的工作在创世的第六日已经结束, 在接下去的世代中没有“直接的创造”了. 无论如何, 即使有也是属于神 “简接的创造”(indirect creation, 指透过生物杂交育种而生的简接创造)而非“直接的创造”(direct creation, 即神用口中的话直接创造生物).

[4] 孟德尔是天主教的神父. 虽然“神父”这一圣职不合圣经, 但孟德尔对神的信心和科学的贡献却不容忽视, 亦是本文所注重的. 笔者要澄清的是: 我选择孟德尔这个人物, 非因赞同他的神父身份和天主教的制度及教导, 而是要说明神如何使用孟德尔开启了近代生命科学最重要的学问之一 — 遗传学, 并以孟德尔的遗传学定律证实圣经所言 — 世上的生物是“各从其类”(创1:12,21,24,25), 而非进化论所假设的 — 所有生物都是从另一个生物进化而来.

[5] 张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》, 第99, 101-105页.

[6] 同上引, 第106-108页.

[7] 归纳法(inductive method)或归纳推理(有时叫做归纳逻辑)是从“个别性”知识, 引出“一般性”知识的推理, 是由已知真的前提, 引出可能真的结论. 例如: 冰是冷的, 结论是:所有冰都是冷的, 或在太阳下没有冰. 我们常用归纳法作出判断, 比如在买葡萄时, 我们往往先尝一尝一两粒, 如果都很甜, 就归纳出所有的葡萄都很甜, 就放心的买上一大串.

[8] 张文亮在其所著的《遗传学之父: 孟德尔的故事》第111页中, 把“归纳法”与“演绎法”对调(即把“归纳法”称为“演绎法”), 这也可能是打字上的错误.

[9] 张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》, 第111-113页.

[10] 同上引, 第92页.

[11] 同上引, 第113-115页.

[12] 有关“自然选择”的种种谬误, 请参下期(2010年7-9月份, 第86期)《家信》的“科学见证: 进化论的真相(二): 自然选择的谬论”.

[13] 张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》, 第118-120页.

[14] 布尔(George Boole, 1815-1864)是英国数学家和逻辑学家, 致力于符号逻辑的研究和建立, 为逻辑代数(即布尔代数)的开拓者.

[15] 张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》, 第132-135页.

[16] 同上引, 第137页.

[17] 同上引, 第137-139页. 上文改编自张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》(台北: 校园书房出版社, 2008年), 第99-139页.

[18] 列宁(Vladimir Ilyich Lenin, 1870-1924)是苏联共产党组建者和苏维埃国家缔造者, 继承并发展了马克思(Karl Marx, 1818-1883)、恩格斯(Friedrich Engels, 1820-1895)革命说, 十月革命后当选为人民委员会主席(1917), 提出新经济政策(1921), 倡导建立第三国际(1919), 其著作被汇编为55卷的《列宁全集》.

[19] 史达林(Joseph Stalin, 1879-1953)是苏联共产党总书记(1922-1953)、苏联部长会议主席(1941-1953), 著有《列宁主义基础》、《社会主义经济问题》等.

[20] 改编自张文亮著, 《遗传学之父: 孟德尔的故事》(台北: 校园书房出版社, 2008年), 第120-129页.