<2024生物偉人故事系列#1>遺傳學之父-孟德爾

在國高中學習生物的時候，一定對「孟德爾」這個人不陌生。

他提出的基因、顯性、隱性的概念，讓後人有更多對於性狀想法的啟發。在科技不發達的情況下，能夠僅僅透過豌豆的種植發現這樣的規律，並且突破現有框架而大膽想像假設，最後被證實基因與性狀的關係，並提出熟知的孟德爾遺傳法則。

<2024生物偉人故事系列>是根據生物教材所遇到的知識與貢獻，介紹有名的偉人以及發現重大研究的過程。希望透過介紹不同的生物發現與偉人，更加了解生物知識中不斷向下扎根、向上結果的奧秘世界。

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時空與家庭背景

教育與成長環境

孟德爾於1822年7月20日出生在奧地利布拉格（今捷克的首都）。他出生於一個農民家庭，是家中一位農民的儿子。

因其聰明才智而被送到布拉格一所修道院接受教育。後來，他加入了奧地利奧古斯丁會的修道院，並接受了修道院的教育。

要知道，當時的科學知識並不發達，沒有很多的科學機構。在還是神學天下的時代，修道院是拿到相對較多的資源能夠教育與學習的地方了。

隨著進到修道院當見習僧，孟德爾因此有機會跟一些學習科學的修士學習，培養科學素養。在當了一年的神職之後，發現自己不適合這樣的生活，而到中學任職，最後輾轉進到維也納大學進修。

在大學期間學到的統計方法與物理學，為他後來的遺傳學思考模式與假設奠定了重要的基礎。

教會與生物

在那個18世紀的時空背景下，達爾文提出進化論的同時，因為無法解釋親代的個性、行為有類似遺傳的現象。泛生論(pangenesis)也是他的另一個論點，認為遺傳的特徵是透過父母體內分泌的細胞傳給下一代，來解釋為什麼性格、天性等等會跟父母相似，才得以支持他的演化論基礎。

除此之外，對於遺傳的理論與相關探討仍然是個謎。有許多人依舊採信神學的說法。

確實在科學上，大多被採納的則是融合說，表示父親與母親會給予某種液體的方式將父母親的遺傳融合在一起繼承給子代，但這樣的學說並沒有辦法解釋為什麼白貓與黑貓的子代並不是灰貓等結果。因此沒有人對於科學研究有比較合理並有力的證據說明所有遺傳與演化的現象。

遺傳實驗

1853年，孟德爾回到修道院繼續任職教師教書，但他仍然對科學抱有熱忱。除了教書的時間，仍然花了很多時間在科學研究上。

初探自然科學

在修道院的後院，有一塊園地。孟德爾發現空地裡有一些豌豆，有的開著紫花，有的開著白花。因此，孟德爾花了兩年的時間透過觀察與等待，確認了豌豆有七種很明顯的特徵不同，例如在國一生物 第8章 遺傳中提到的種子的形狀、顏色、花的位置、顏色與莖的高莖矮莖、豆莢的形狀、顏色等等都有明顯的兩種不同表現形態。

接著，他又繼續前前後後一共花了八年的時間透過人工授粉的方式，確保授粉的遺傳物質來源並雜交豌豆產生子代，並且鉅細靡遺的記錄了所以豌豆的性狀與數量。

實驗對象-豌豆

一個人的成功勢必包含天時地利人和。

孟德爾能夠發現性狀與遺傳之間的關係，當然也包含了運氣。在收集資料與研究實驗的過程中，最重要的是實驗對象的挑選，如果選擇不對的實驗生物，可能一輩子都看不出想要探討的問題是否有結果。

生長週期短

豌豆不同於其他植物，豆科從種子、發芽、成長、開花、成熟、授粉、結果的過程時間相較短上許多，根據不同的品種，最短只需要2個月。

然而孟德爾仍然花了8年的時間，不斷重複觀察與驗證才得出基因的定律。換言之，如果選擇了一種一年一輪的實驗植物對象來觀察，可能孟德爾需要花費一生的時間才有可能完成實驗並驗證這些觀察到的定律。

性狀明顯

前面有提到豌豆有明顯的7大性狀差異。

從現代已知的生物知識與科技來看，豌豆恰巧染色體數較少(只有8對)、基因表現機制相對不複雜，同時這些性狀的基因都是各自獨立控制的單基因遺傳。

孟德爾才因此能夠透過雜交的時間清楚的控制性狀與基因的分配，也才能夠觀察的基因定律。

子代眾多

在研究實驗的時候，最重要的一直都是數據採集的品質與數量。假設拿到的數據資料是不正確的，很可能就會產生不正確的結論。又或者，當資料數量不夠，對於產生的結論可能可信度就不是那麼有力。想想看，假設你看到Google評論說A餐廳好吃，但評論只有一筆，誰會想要相信呢?

孟德爾遺傳法則

1865年，孟德爾透過一連串的實驗與驗證，正式發表實驗的結論一共可以分成基因分離律以及獨立分配律(自由組合律)。

基因分離律

1. 生物的性狀都是有成對基因所控制
2. 性狀有都分為強勢(顯性)與弱勢(隱性)
3. 在產生配子的時候成對兩個基因會各自分離進到配子中
4. 當顯性與隱性同時存在時，只會有顯性會表現出來

在時空背景下，多數人比較能夠接受融合說，認為子代的性狀表現是來自母親與父親的給予的某種液體的融合物。

「各自分離進到配子」與「顯性會表現出來」這樣的論點很好的解釋融合論不能解釋的「白貓與黑貓子代不是灰貓的」部分

獨立分配定律(自由組合)

1. 兩兩性狀之間互相獨立不受其他性狀影響
2. 在形成配子時，非等位基因彼此自由組合到同一個配子中

孟德爾透過7種性狀的實驗進行了兩性雜交實驗，了解到除了單一性狀之間會各自分離到配子中以外，不同性狀之間的組合互相不受影響可以自由組合。

遺傳學的基礎

然而孟德爾的發表卻在當時沒有獲得支持與贊同。

他首度透過簡單的數學統計模型，並觀察內部的規律得出結論，在過去沒有人有這樣的論述方式。再加上他並不是一個具有公信力的科學家，在論壇上的話語權並不大。長達三十四年的時間沒有得到重視，直到 1900 年，三位做遺傳研究的科學家因為對實驗結果感到困惑，才不約而同地從孟德爾的論文找到答案：

• 德國植物學家赫尔曼•霍夫曼（Hermann Hoffmann,1819-1891）《確定物種與品種價值的研究——對達爾文假說批評的貢獻》提到了雜交種後代回歸親代的傾向
• 瑞典烏普薩拉植物學家 A.布隆伯格的博士論文《關於顯花植物物種中的雜交種形成》提出顯隱性的概念
• 俄國植物學家約翰內斯•西奥多•施馬爾豪森的博士論文《關於植物雜交：來自聖彼得堡的研究》提到顯隱性與實際表現型的3:1比例，並且引用的數學模型分析的重要性

因為上述三位的研究與發表，孟德爾的研究逐漸明朗並被接受，同時因為這樣的基礎進一步驗證達爾文的演化論，使得後續許多有名科學家費雪、蔡司甚至後面的華生、克利克都因此受到啟發展開遺傳學的新頁。

生前沒沒無聞的孟德爾終於獲得認可，被尊稱為「遺傳學之父」。

後記

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