百无一用的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/百无一用

博文

达尔文与高尔顿在《自然》上争论为哪般? 精选

已有 9353 次阅读 2011-11-23 10:06 |系统分类:科研笔记| 达尔文, 高尔顿, 泛生论

 

       记得朱猛进老师写过《生命科学领域最伟大的十位科学家》的博文,其中包括达尔文和高尔顿。达尔文的父亲与高尔顿母亲是同父异母的兄妹,所以高尔顿是达尔文的表弟。虽然他们是亲戚,但对某些学术问题的观点并不一致,有时争论得相当激烈。

 

        《物种起源》一书众所周知,但它是以摘要形式发表的,达尔文在书中并没有多谈遗传和变异的原理。在1868年,他出版了动物和植物在家养下的变异两卷巨著(与《物种起源》互为姐妹篇),明确指出遗传与变异规律的研究是生物进化论的基础。他调查整理了动植物遗传育种的大量资料,把人工选择和自然选择对比起来研究,并把遗传变异和发育密切联系起来,提出了第一个全面的遗传理论--泛生论(Pangenesis,试图对所有的遗传变异现象出统一的解释。他的泛生论实际上是对当时的细胞理论的修改和补充。他认为细胞除了拥有自我分裂的生长力以外,还能够释放出微小的可在细胞之间移动的可自我复制的遗传分子(他称之为Gemmules,中文翻译成微芽或芽球,现代的“基因”一词就是由这个词演变过来的)。根据这个假说,他不仅解释了性状的优势遗传现象(后来被称为显性遗传或孟德尔式遗传),还解释了获得性遗传(拉马克式遗传)嫁接杂交(即后来米丘林所谓的无性杂交)返祖遗传,先父遗传,花粉直感,器官转位再生和发育等。

 

     动物和植物在家养下的变异》一书出版后,人们对他在书中提出的泛生论的态度,可以说是赞成和支持的不多,怀疑和反对的不少。当时泛生论受到了许多作者的严厉批评,有些人非常刻薄地讥笑它。他假设的遗传分子,如同化学上的原子一样,谁也看不见摸不着,自然无法使人们相信。当时高尔顿意识到达尔文所谓的微芽就是遗传物质,对泛生论产生了浓厚的兴趣,决定用实验去证明它。既然达尔文说微芽可以散布于整个系统,可以在生物体内循环,他就联想到血液里可能含有微芽,因为血液是周身循环的。 他设想通过输血的方法把具有不同性状的两个动物的血液混合如果血液里的微芽真的和遗传有关,那么接受输血的个体的后代就应该表现出血液供体的性状。他把白兔的血液注入灰兔体内,期望来自白兔血液里的微芽可以输送并聚集到灰兔的生殖细胞内,使灰兔的后代表现出白兔的性状。令人失望的是,在后代中没有表现出任何杂种性状。高尔顿认为他得到的结果毫无疑问地同达尔文的泛生论相反,预先没有征求达尔文的意见,就把这个负面的试验结果发表在《皇家学会会报》上。

 

达尔文在得知高尔顿的负面试验结果发表后的反应是“uncharacteristically angry”。1871427日,他在《自然》上发题目是《泛生论》(Pangenesis)的短篇通讯他争辩说他在《泛生论》那一章里,并没有提到“血液”两个字。他承认他确曾预料过在血液中大概有微芽存在,但那不是泛生论的必要部分,它显著地可以应用于植物和低等动物。他说他的原话是“the gemmules in each organism must be thoroughly diffused ; nor does this seem improbable, considering their  minuteness, and the steady circulation of fluids throughout the body”,意思是指“the diffusion of the gemmules through the tissues, or from cell to cell, independently of the presence of vessels”。说如果高尔顿能够用试验证实高等动物的生殖要素(相当于我们现在所说的遗传物质包含在血 液里才算是取得了一个非常重大的生理学发现。他认为高尔顿的结论有点草率,“It does not appear to me that Pangenesis has, as yet, received its death blow; though from presenting so many vulnerable points, its life is always in jeopardy”。


   187154的《自然》杂志上,高尔顿发表短篇通讯并公开道歉,说他误解了“泛生论”的意有这样一句话:“I understood Mr Darwin to speak of blood when he used the phrases circulating freely,’ and ‘the steady circulation of fluids,’ especially as the other words freely and diffusion encouraged the idea. But it now seems that by circulation he meant dispersion,which is a totally different conception.”。但同时他也批评达尔文所使用的不合适的和容易引起人们误解的词句。高尔顿的最后一句话很有意思:祝泛生论万岁Vive Pangenesis话虽这么说,但人们通常认为“实验可以推翻理论,而理论无法推翻实验”,从此以后泛生论被认为是达尔文的晚年错误。虽然达尔文相信将来总有一天泛生论会被重新认识的,但他有时也无可奈何地把泛生论称作是他的“beloved child和“poor child

 

高尔顿可能没有料到,在他输血试验失败80多年以后,前苏联的索皮柯夫却通过输血的方法成功地使家禽动物的后代产生了可遗传的变异,并且培养出了鸡新品种(称为动物无性杂交)。在一次试验中,索皮柯夫用澳洲黑鸡的血液多次地注射到白色的来杭鸡体内。有趣的是,来杭鸡孵育出的小鸡身上出现了黑色绒毛,成年后长了8-40根黑色羽毛。在相反的处理中,接受来杭鸡血液的澳洲黑鸡后代小鸡也有白色绒毛,长大后有5-25根白色羽毛。 1000只试验小鸡中,发现有92只有杂色花斑羽毛。家禽的输血方法通常是在幼年时或产卵前几个星期开始,每周输血两次,每次5-10毫升,产卵时隔一天输血一次。索皮柯夫注意到在不同的动物中引起遗传性变异所需要的输血总量是有差别的:鸡100-200毫升,鸭200-350毫升,兔子200-400毫升。他还发现,家禽类动物比兔子的变异要表现得早。如果说家禽遗传性状的改变是在第12 中就出现,并在以后世代中得到加强的话,那么在兔子中,这些变化要在第2或第3代中才表现出来,并且只有在给受体一代代地进行多次输血的情况下,才能在以后世代中得到加强。索皮柯夫的试验结果不仅被许多前苏联的动物遗传育种工作者所证实,而且被瑞士和法国的研究者所证实。

 

       更为有趣的是,在1869年,F.Miescher发现了核酸后来被确定为具有遗传功能的分子)。1948年,法国学者MandelMetais1首次在血液中检测到循环核酸(circulating nucleic acids, including circulating DNA/RNA ,一种存在于动植物和人体中的细胞外游离状态的核酸)。这一重要发现当时不仅没有引起人们的重视,反而被怀疑为由污染造成的象,直到20世纪60年代才逐渐引起一些学者的关注, 现在已经是一个热门研究领域,有数千篇的论文发表。关于循环核酸的来源及其发生机制有以下两种假说:(1)生活细胞不断主动释放核酸进入血液循环;(2)细胞的坏死或凋亡 循环核酸的发现,不仅在疾病诊断等方面有广阔的应用前景,也为达尔文的泛生论提供了有力的证据。 

 

   我在2000年才注意到循环核酸的文献。当时给《遗传》杂志写了篇稿子,试图用现代生物学知识去解释范盛尧先生通过多年试验所获得的杏-郁李嫁接杂种。在稿子退修时,当时的主编朱立煌先生寄给了我一篇1999年发表在《科学》杂志上的论文复印件,那篇论文通过黄瓜和西葫芦嫁接试验,证明特定的mRNA分子可以通过韧皮部在植物体内长距离运输,所以当时我把达尔文的微芽片面地理解为mRNA。不久读了M. Stroun的论文,才知道血液中也有循环DNA和RNA,就又把达尔文的微芽理解为“circulating DNA / RNA”。后来在修改一篇投往《Trends in Plant Science》的稿件时,一位审稿人建议我把达尔文的微芽理解为“circulating DNA / RNA or as yet unknown molecules”。当然,如何用现代的分子生物学知识去理解达尔文所谓的微芽,还需要进一步讨论。

 

通过读达尔文和高尔顿的《自然》通讯,有以下几点想法:

1.在科学研究中,选用适当的试验材料是很关键的。假如高尔顿用的试验材料是鸡而不是兔子,很可能他会获得正面的试验结果。在这里,我们不妨作更多的联想。孟德尔的豌豆试验是众所周知的,假如孟德尔用的试验材料不是豌豆而是靠嫁接繁殖的多年生果树,他是难以成功的。正如果树遗传育种专家景士西先生所说,要在果树中寻找性状呈31 9331等分离的例证非常困难。我们还知道,魏斯曼用切老鼠尾巴的试验否定了获得性遗传。但我国学者张作人先生将原生动物的棘尾虫切去3/4的部分,剩下的部分经再生调节功能的配合竞然获得了两个仔体相骈联的畸形虫。这个获得性不但能遗传,而且连续传下将近万代了。他的论文发表在《中国科学》上,美国的学者重复试验获得成功。所以Landman十分感慨地说:“倘若魏斯曼选择把纤毛虫切成两半,而不是连续几代斩断老鼠尾巴,那么一代就足以出现遗传性的改变”

2.在肯定或否定一个重要理论或学术观点时,应该做尽可能深入细致的研究。其实达尔文是希望高尔顿多做几代试验的,1872118日,达尔文给高尔顿写信说,“the rabbits are now ready to breed, or soon will be; do you want one more generation? If the next one is as true as all the others, it seems to me superfluous to go on trying”。但是高尔顿觉得试验持续的时间已经不短了,就没有再坚持做下去。 从索皮柯夫的文章中我们得知,与家禽相比,偏偏兔子是需要更大的输血量和观察更多代数才可能出现遗传性的变异。

3.科学史学家和实验生物学家有各自的优势和局限性。科学史学家对达尔文的泛生论研究得很详细,但他们一般仅读历史资料,对新资料重视不够,不知道自1950年后已经有通过输血诱发新变异的报道,也不知道循环核酸的新发现。而许多实验生物学家并不知道达尔文的泛生论以及高尔顿的输血试验。比如索皮柯夫的家禽输血试验受启发于米丘林在植物嫁接杂交方面的研究。假如他知道在80多年前高尔顿的输血负面试验结果,或许他会宣称他重新发现了达尔文的泛生论,而不是积极支持李森科推行的米丘林学说。

4.科学研究需要有想象力。杜威说:“科学最伟大的进步是由崭新的大胆的想象力所带来的”。爱因斯坦说:“提出一个问题,往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上和实质上的技能而已。而提出新的问题,从新的角度去看旧的题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步”。当达尔文创立他的泛生论时,细胞学说刚刚提出不久。达尔文设想,既然细胞可以通过自我分裂来增殖,那么细胞里的遗传分子也一定会自我分裂(现在我们用“自我复制”一词),甚至大胆地设想遗传分子可以在体外增殖。他在给胡克的信中说,“gemmules might live outside the body and multiply under proper conditions”。想想现在分子生物学中广泛应用的PCR技术,能够在数小时之内大量扩增目的基因或DNA片段,我们不能不佩服达尔文丰富的想象力。

 

主要参考文献

1.      祖德明等编,植物及动物的无性杂交。科学出版社,1964 。

2.      Darwin C. 1868. The Variation of Animals and Plants under Domestication. London: John Murray

3.      Darwin C. 1871.  Pangenesis. Nature 3502-503

4.      Galton F. 1871.   Pangenesis. Nature 45-6

5.      Liu Y-S. 2008. A new perspective on Darwin’s Pangenesis. Biological Reviews 83: 141-149

6.      Stroun M. et al.  2001. About the  possible origin and mechanisms of circulating DNA: Apoptosis and active DNA release. Clinica Chimica Acta 313: 139-142

达尔文

高尔顿

朱立煌先生寄给我的关于mRNA转运的论文复印件



http://blog.sciencenet.cn/blog-537167-510837.html

上一篇:为何米丘林受人尊敬而李森科备受争议?
下一篇:难忘的四年大学生活

44 杨晓虹 李学宽 高建国 李志俊 许小可 柳东阳 刘全生 柳海涛 张钫 程中兴 伍松林 刘锋 武夷山 曾新林 李冰 曹聪 杨正瓴 王伟 张彦斌 黄晓磊 杨月琴 袁贤讯 杨立泉 孔晓飞 余国志 唐凌峰 吕喆 禹荣明 王森 唐常杰 鲍永利 许培扬 罗汉江 张玉秀 罗帆 王春艳 成金鑫 crossludo arpku bioscientist dulizhi95 leicxm kx25 木子

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (66 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-7-5 23:12

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部