原创李峰返朴
格兰德艾伦（GarlandE.Allen）是生物学领域思想史研究的重要人物之一，于年荣膺科学史领域最重要的奖项——萨顿奖。艾伦教授对遗传演化有深刻理解，本文根据他年发表的一篇科学史论文进行了节选编译，文章通过考察现代遗传学之父、美国生物学家托马斯亨特摩尔根（ThomasHuntMorgan）由胚胎学家转变为遗传学家的案例，佐证了科学研究的特质——“错误”的观念也可以很有用处，精彩还原了遗传学发展史上激动人心的一个片段。
GarlandE.Allen
编译｜李峰
在教科书中或课堂上，人们习惯于以当下的标准来解释过去那些“错误观点”，指出谬误所在，却对这些谬误产生的背景乃至受到追捧的原因避而不谈。然而，恰恰是那些后来被证伪的假说，隐含了科学研究中的诸多精彩细节和内幕，也真实呈现出科学始终是“在争议中前行”的动态发展的本质。
20世纪前十年，后来被誉为“现代遗传学之父”的美国生物学家托马斯亨特摩尔根（ThomasHuntMorgan）强烈反对当时最重要的三种观点：达尔文自然选择理论、遗传的染色体理论以及孟德尔遗传学。但他随后改变了对这三种理论的态度，发展出充满生命力的研究体系，铺平了统一遗传学和达尔文演化理论的道路，这就是30年代的“综合进化论”（theevolutionarysynthesis）。年的诺奖得主、被誉为“现代遗传学之父”的美国进化生物学家托马斯摩尔根（ThomasHuntMorgan，.9.25-.12.4）是个难以捉摸的人物。英国遗传学家威廉贝特森（WilliamBateson）称之为“完全没有一点自负”的人——特别是碰到他不懂的事的时候——并且美籍俄裔遗传学家西奥多修斯杜布赞斯基（TheodosiusDobzhansky）认为他是怀疑论者、特立独行的人，经常语出惊人，而又始终保持绅士风度。这是摩尔根众多个性特点中的两例，但是非常适合考察他在遗传学研究中的角色。
摩尔根
摩尔根的生物学训练开始于约翰霍普金斯大学，学习形态学。那时候形态学的核心是运用胚胎发育中的特征来构建演化上的关联（系统发育）。形态学概念充满想象又有意思，可以产生出各种不同的解释，但是没有一种能够被严格地检验。像很多同时代人物一样，摩尔根彻底厌倦了本质上是极度臆测的形态学研究工作。特别是在年代，到意大利拿波里动物研究所（NaplesZoologicalStation）访学之后，他熟悉了胚胎生物学中新兴的实验研究工作，很快成为实验生物学的热心支持者。在实验中可以人为干涉，每次控制一个变量，从而严格地检验假说。
质疑主流理论题
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反对达尔文理论
年，摩尔根在他的《演化与适应》一书中阐明了对达尔文自然选择理论的反对。需要指出的是，摩尔根完全赞同演化过程——也就是逐代改良（descentwithmodification）。因为在他看来，自然选择的机制，作用于小的、独立的变异，永远不能产生新种。虽然达尔文依赖于把人工选择类比于自然选择，以此强调种的可变性，但现在我们都知道了，经过育种者几百年来的选育，从没产生过任何“新种”。作为一种替代方案，二十世纪初，摩尔根曾经特别着迷荷兰植物学家德佛里斯的突变理论。德佛里斯认为一代的大幅度改变就可以产生新种，我们今天称之为“大突变”（macromutations）。摩尔根对德佛里斯的主张印象深刻，因为他对温室中的模式生物月见草(Oenothera)突变体进行了研究，突变体可以通过实验的方法来检验。
摩尔根认为达尔文观点中还有其他问题。比如任何性状要想有适应性，它必须是完全形成的。如果是不完全形成的器官，比如脊椎动物的眼，就会适应性很低，或者完全没有适应性。因此，在这些很多小的步骤中怎么可能实现演化呢，没有哪个微小的突变对个体来说有任何适应性价值。
2
反对染色体遗传说
就像厌恶臆测的方法而反对自然选择一样，摩尔根也反对当时的染色体遗传理论。当时大多数生物学家意识到，有丝分裂和减数分裂中复杂而有规则的染色体运动预示着某些重要的东西，但是这些东西到底是什么则完全不清楚。最流行的观点是这一定跟遗传有些关联，但是直到年摩尔根对这种说法仍然十分怀疑。比如，他指出在两次细胞分裂的间期，棒状染色体消失在视野中。摩尔根问道，如果它们在每次细胞周期的末尾都解体，染色体又如何能维持细胞代际间的遗传稳定？我们怎么知道下一次循环中，染色体构建出了同样的结构呢？
对于摩尔根来说，更加矛盾的地方是当时的另外一个重要案例——性别决定问题。到年，哥伦比亚大学生物系主任艾德蒙德威尔森和布林马尔女子学院的奈特史蒂文斯确定了性别的决定是由一对染色体的分布控制的，就是所说的X染色体或者副染色体。但摩尔根觉得这种解释自相矛盾：绝大多数动物中雄性动物有一条X染色体，而雌性个体有两条；但是鸟类、蝴蝶和蛾子三类动物中情形相反。同一种染色体分布如何能够在一类情形时决定雄性，而在另一类又决定雌性？
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反对孟德尔遗传
在他批评染色体学说的同一年，他还写文章猛烈批判快速发展的孟德尔遗传理论（Morgan）。他发现孟德尔学派像其他老一派形态学家一样，随意地毫无节制地臆测。例如，为了解释预期的孟德尔比例中出现的异常（比如上位作用），孟德尔主义者简单引入不同的因子：“如果一个因子不能解释现象，那就引入两个因子；如果两个还不够用，三个也许就管用了……”，摩尔根称之为“高级杂耍”。而且，摩尔根还注意到，决定性状的孟德尔主义“因子”散发着就形态学预成论的气息，把发育过程（包括分化）归结为假定的“完全决定的”微小个体，或者来自精子，或者来自卵子，以此回避了成体中的性状到底是如何形成的问题[1]。显然摩尔根的这一质疑是对的。孟德尔最初的理论完全没有提到胚胎发育，只是一个描述一代传给另一代的杂交过程中性状分布的理论。
抛开这些反对自然选择、染色体、孟德尔遗传理论的具体理由，是什么让摩尔根在很短时间内对三种理论改变立场？
果蝇带来的改变
01
摩尔根的第一次观念改变
年，摩尔根开始在实验室培养果蝇，想看看是否能在动物中发现德佛里斯式的新种水平大突变。摩尔根让一个学生在他的实验动物学课程中使用果蝇，暗中连续培养69代，来检验获得性性状可遗传的“新拉马克主义”实验结果是否定的。然而在这一过程中，摩尔根确定果蝇是个很好的实验体系，它易于获取，培养廉价，不占空间，每2-3周繁殖一代。但是然而直到年冬天，他没有得到任何重要结果。在年1月，摩尔根发现了几个突变体，最显眼的突变体是“三叉戟”(Carlson:pp.–)。与野生型杂交，这一性状看起来像是隐性的，但是在第二代，有很多变种，很难建立起纯系。年春天，又出现两个突变体：Olive（2月）和Speck（3月）。但是这两个突变体看起来都不是明显的孟德尔定律预期的3:1或者9:3:3:1比例，这也印证了摩尔根早先的观点，孟德尔的不连续的显隐分类是很武断的。在这一时期摩尔根也开始重新考虑他对于染色体理论的观点。因为威尔森和史蒂文斯的结果清楚地表明性别与染色体构型有着某种关联。即使有摩尔根质疑的那些问题，这种关联太有规律了，不大可能仅仅是人为的假想。另外，-年，植物学家和动物学家的细胞学研究清楚地说明雄配子（花粉或精子）有两种类型，差别在于是携带了X染色体，还是携带了怪异的对应的Y染色体。总之，对于大多数生物来说，看起来都是雄配子决定性别。这就能轻松解释绝大多数生物中观察到的雌雄比保持1:1。性别决定研究与西奥多鲍维里新进发表的“染色体特性”也很符合，也就是每一对染色体可能决定一对性状或者发育过程(Boveri)[2]。
图1孟德尔白眼雄果蝇和红眼雌果蝇杂交实验的早期呈现方式（年）。X染色体或者副染色体用实线（红眼）和白色（白眼）表示。这一时期，还不清楚雄果蝇有Y染色体，所以雄性染色体组成用XO表示。(Morgan:p.19)。
但是在年5月，摩尔根在他的培养瓶中发现了一只白眼雄果蝇，于是把它与一只正常红眼雌果蝇杂交。后代全部是红眼，结果显示红色相对于白色是显性。后代雌雄比1:1，像预期的一样。但是当他把F1代的雌雄果蝇杂交，F2代产生了3:1的红白比，看起来是符合了孟德尔遗传比例，但奇怪的是，隐性性状只出现在雄性果蝇(图1)。实际颜色比例非常符合孟德尔遗传比例这一事实，让摩尔根接受了孟德尔方案，至少是初步接受了。与此同时，E.B.威尔森明确支持把染色体与孟德尔因子联系起来。在6月，他给Science杂志投了如今非常著名的那篇文章“果蝇中的限性遗传”（Sex-limitedInheritanceinDrosophila）。这篇文章有两个有意思的特点，说明摩尔根对于是否把孟德尔因子和染色体直接联系起来，仍然犹豫不决。首先是题目：“限性”（sex-limited）表明了白眼主要与雄性相关，或者说限定于雄性，但是机制尚不明确。其次，此时摩尔根描述亲代、子代基因型的方式，暴露出他仍然不愿意把决定眼色的因子在物理上定位于X染色体上。他用现在已经过时的标记符号表示眼色因子（W代表白色，R代表红色），用X染色体代表性别（XX代表雌性，X代表雄性）[3]，把眼色和性别当做不同的性状来独立分类[3]。他用下面的方式表示F1和F2代的杂交结果：
F1代个体间进行杂交
这里红眼雌果蝇有两种类型：一种是纯合体（RR），另一种是杂合体（RW）；但是对于雄果蝇有两种基因型和两种表型：红眼雄果蝇是杂合体（RW），白眼雄果蝇是纯合体（WW）。现在摩尔根左右为难，他完全知道“为了获得这样的结果，必须假设……当F1代雄性红眼果蝇（RWX）形成两类精子的时候，R和X在一起，否者结果就不符合（如图所示）”。在最后，摩尔根假设R和X总偶联在一起，把眼色因子和X染色体看作是独立的实体。也许他已经考虑用其他方法描述杂交结果，但此时他还沿用以上符号，并把眼色和性别看作独立的因子。
承认R和X偶联在一起给摩尔根制造了问题：一方面是为什么F1代红眼雄蝇中这两个因子永远一起分离？显然摩尔根对这个假设感到不舒服，因为这明显是临时的：这是用来解释为什么他在F2代中没有找到白眼雌果蝇的。在年，威尔森甚至建议摩尔根，最简单的解释就是假设眼色因子与X染色体在物理上相联系。但是摩尔根觉得这种观点还是太过臆测。他开始改变想法了，但是此时他还不能彻底赞同。
那个夏天，培养中出现了更多的突变体，出现了残翅、袖珍翅和黄身这些像白眼一样是“性别限定”的性状。新发现的很多限性遗传性状，让威尔森建议的简明解释——这些神秘的性状，独立地与X染色体一起分离——变得很难想象。另一方面，如果它们确是X染色体上的一部分，就顺理成章地解释了为何与性别相关联。因此摩尔根心中产生了染色体上具有多个孟德尔因子的想法。所以，年摩尔根发展了伴性遗传的想法，而且扩展到了更广泛的联系，让他用新的方式标示白眼果蝇杂交（图2）。
图2在这个示意图中，不同于之前的版本，颜色因子直接与X染色体实体相联系。黑色染色体携带红眼因子，白色染色体携带白眼因子。Y染色体此时已经被证实，用Y来标识，上端弯曲(Morganetal.:p.17)。
02
更多数据：发现连锁与互换
此时的摩尔根接受了孟德尔遗传和染色体理论，以及二者实体上相互关联的判断。但他面临着另一个早就广为人知的动植物育种问题，包括达尔文本人也困惑不解：为什么相互连锁的两个性状，偶尔也会被分开，或者说打断，后代中两个性状就不会再一起出现，但是可能会重新组合（AB和ab的组合偶尔会产生出Ab和aB）？
年，英国的威廉贝特森发表了有关这一问题的报告，他用香豌豆为材料进行实验(Bateson)。花的颜色蓝色（B）相对红色（b）是显性，花粉外型长（L）相对于圆（l）是显性，而花的颜色与花粉外型表现出连锁关系，所以BL纯合体与bl纯合体杂交后，F1代表型应该全部是蓝花、长花粉，但是它们应该都是杂种或者说杂合体（BbLl）。F1代的杂合体自交，F2代大多数（87.4%）是连锁的，表型像它们的祖父辈一样，也就是蓝长和红圆，但是也有小部分（12.6%）是重组的，也就是蓝圆和红长。像摩尔根一样，贝特森也怀疑染色体学说，他提出了更复杂的“吸引与排斥”（attractionandrepulsion）理论来解释这种现象。摩尔根认为贝特森的想法都很复杂，而且没有任何实际支持。
图3年比利时细胞学家詹尼斯在论文中描述的，不同阶段的染色体交叉（准确的说应该是同源染色体对复制后，四分体状态的姐妹染色单体）。詹尼斯认为在姐妹染色单体交叉的地方，可能发生同源染色体之间的断裂和重连，产生包含着父母双方的互补片段的姐妹染色单体。（仿自詹尼斯，摩尔根发表于:p.93）
就在这个时候，威尔森又一次为故事提供了关键情节：他让摩尔根