数学史与科学史--15 孟德尔与现代遗传学

整个生物学领域将由于遗传学而变成一门统一的学科，最终将同物理学相媲美。S.Wright,1959,第13讲,孟德尔与现代遗传学MendelandGenetics,孟德尔遗传定律,重新发现孟德尔,现代遗传学的兴起,第13讲孟德尔与现代遗传学,孟德尔油画像,孟德尔遗传定律,植物杂交试验孟德尔定律被遗忘德孟德尔,孟德尔（奥地利）JohannGregorMendel，18221884,1843年10月9日，进入奥古斯丁修道院，取名Gregor,1850年参加教师资格考试失败,18511853，进入维也纳大学,修道院外面的花园,1865年，在布隆自然史学会发表“植物杂交试验”报告,1868年，当选奥古斯丁教区主教,1884年1月6日在布尔诺（Brno）去世,St.Thomas修道院的修士们,物种起源,维也纳大学的老师:研究变种是解决物种起源的关键,物种问题激发了孟德尔从事遗传研究,豌豆的七种性状,豌豆的七种性状,F1代,F2代,纯种亲本,孟德尔试验结果,性状分离定律,A显性特征,a隐性特征,显性定律,分离定律3:1,独立分配（自由组合）定律,圆黄:9圆绿:3瘪黄:3瘪绿:1,“植物杂交试验”布隆自然史学会会刊ProceedingsoftheNaturalHistorySocietyofBrunn，1866,最重要贡献:分离定律（3:1比值)的普遍性驳斥了“多重微粒”主张。,导致遗传学革命的新观点:每个性状在受精卵细胞中由两个而且仅仅是两个因子表示，其中一个来自父本，另一个来自母本，并且它们可以不相同。,缺乏遗传物质基础的理论框架（染色体细胞学的理论分析）,遗传的优良性状（物种杂交，不是变种杂交）,发表的著作太少,现代遗传学的兴起,重新发现孟德尔,重新发现孟德尔进化与遗传的争论数学证明,德弗里斯（荷兰）HugodeVries18481935,柯林斯（德国）CarlCorrens18641933,切马克（奥地利）ErichvonTschermak18711962,1900年35月，三位生物学家几乎同时独立发现孟德尔遗传定律,19001909:遗传学的诞生,基本问题:进化:连续变异与不连续变异孟德尔遗传是否普遍有效,贝特森（英国）WilliamBateson(1861-1926),提出了遗传学的大多数重要术语验证孟德尔学说发现与孟德尔所观察到的简单现象不相符的情况（如多基因，不完全连锁）,1900年5月8日,孟德尔学说得到育种学家的支持,杂交规律，预测子代的种类（实践与理论）,回交试验，确认纯种与杂种（基因型）,高尔顿(英国）FrancisGalton（1822-1911）,孟德尔主义：不连续变异。强调“单位因子”的存在。,达尔文主义：连续变异。不连续变异与自然选择的进化没有关系。,另一类反对者:胚胎学家,渐成论与预成论,孟德尔的“遗传颗粒”中包含了它所决定的性状，发育只不过是已有性状的表现。,摩尔根（美国）ThomasHuntMorgan(1866-1945),性别遗传（比例1:1）的显性因子与隐性因子,轮廓清楚的显型基因系统与隐型基因系统并不普遍（豌豆是一个特例）,孟德尔“因子”在生命细胞中的物质基础,庞奈特(1875-1967),按照孟德尔定律，生物学家担心，有些遗传特性，如遗传性疾病，随着时间的推移，有可能扩散到整个各族群。,皇家医学会文集(v.I,p.165)发表尤尔(UdnyYule,18731949)对孟德尔的批评文章,如果短趾畸形是显性特性，那么随着时间的推移，在没有阻扰因素的情况下，我们就能得出短趾个体与正常个体的比率是三比一。,1908年，哈代致信Science,假设Aa是一对孟德尔特性A:显性特性a:隐性特性,p:纯显性个体（AA）,2q:杂合个体（Aa）的数量,r:纯隐性个体(aa)的数量,第2代（F2）的个体数量之比,p1:2q1:r1=(p+q)2:2(p+q)(q+r):(q+r)2,孟德尔给出的豌豆的分布规律,p1:2q1:r1=(p+q)2:2(p+q)(q+r):(q+r)2,纯显性AA:p=1纯隐性aa:r=1杂合(显性）Aa:2q=0,p1:2q1:r1=1:2:1,显性(p1+2q1):隐性(r1)=3:1,p1:2q1:r1=(p+q)2:2(p+q)(q+r):(q+r)2,纯显性AA杂合Aa纯隐性aa,哈代（英国）G.H.Hardy(1877-1947),1/108短趾率2/104,显性的特征有扩散到整个种群、或者隐性的特征将趋于消亡的看法，都是错误的。,p=1；q=0；r=104,现代遗传学的兴起,细胞与染色体果蝇试验基因的物质基础,1900年:现代遗传学的兴起,早期(1910年之前):植物学家后期(1910年之后):动物学家,基本问题:基因的本质、基因在染色体上的排列等等,基因学与染色体学的交叉发展,18751880年:证实,在细胞分裂之前细胞核开始分裂细胞核物质的变化具有正常顺序细胞核分裂和细胞分裂的基本现象在植物界和动物界都是相同的,弗莱明（德国）WaltherFlemming，18431915,1882年:对植物有丝分裂的观察揭示了它和动物细胞是完全相同的,无丝分裂（直接分裂）有丝分裂（间接分裂）,鲁（德国）WilhelmRoux,18501924,鲁:因而每一个染色质粒就分成为两半，这样一来从一串染色质粒就形成了互相紧贴着的两串(染色质粒)。,有丝分裂,鲍维里（德国）TheodorBoveri,18621915),如果每一染色体和其他的不同，就必须论证其连续性和个体性。,魏斯曼（德国）AugustWeismann,18341914,为什么母本要“浪费”一半的生殖力来生产雄性后代?,预言减数分裂:生殖细胞是由一个特殊的细胞分裂过程产生的,这个过程是遗传物质的量减少一半。,基本问题,染色体的连续性,染色体的个体性,萨顿WalterSutton1877-1916（英国）,1903年预言:“父本和母本染色体结合成对以及随后在减数分裂时分开能构成孟德尔遗传定律的物质基础”,鲍维里（德国）TheodorBoveri,18621915),36个染色体的海胆:凡是染色体有缺失的胚胎，发育便不正常。,个体性（1904年）:每个染色体具有“不同性质”，只有当所有这些性质恰当组合时才能正常发育。,萨顿-博维里假设,孟德尔的“遗传因子”可能是染色体，或者染色体的片断。每个染色体有其特殊的基因组。,成体中的单位性状染色体数,猜想:每条染色体上可能含有多个“遗传因子”,1908年，摩尔根开始培育果蝇,寻找大突变，即突然出现一个与亲本差异很大的新的个体。,1909年，发现一只白眼雄果蝇,2459,1011,F1代,红眼：白眼=3：1白眼因子是“隐性”,亲本,摩尔根与果蝇,从孟德尔理论的怀疑者，转变成为热情的拥护者。,眼睛颜色因子是和决定性别的X因子互相偶联的。,