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孟德尔和他的修道院|商周专栏

编者按:作为现代遗传学的创始人,孟德尔给后世留下了宝贵的科学财富:一片豌豆苗背后的杂交实验和著名的孟德尔定律。在生物遗传学界,孟德尔可以说是如神一般的存在,但他的学习和科研之路也并不一帆风顺:他出生在贫困的农民家庭,小时候干过不少农活,因贫辍学的他有接受完整的大学教育,后来进入修道院,又因缘际会得以前往维也纳大学进修,回到修道院后,用了近十年的时间才得以完成豌豆杂交实验,但直到去世这一发现都并未得到世人的认可。

本文作者商周曾从事过遗传学研究,去孟德尔工作过的圣托马斯修道院拜访是他一直以来的愿望。今天,从羊毛工业发达、科学氛围颇浓的城市布尔诺讲起,作者为我们展开一幅关于孟德尔和圣托马斯修道院的历史画卷。

撰文|商周

责编|王雨丹

 十多年前从维尔纳坐火车去布拉格,中途经过一个叫布尔诺(Brno)的车站。就在火车重新启动的瞬间,我想起,这就是格雷戈尔·孟德尔(Gregor Mendel,1822-1884)工作了一辈子的城市!就在这里的圣托马斯修道院里,他耗时近十年,完成了遗传学史上著名的豌豆杂交实验,现代遗传学由此诞生。

 对于从事过遗传学研究的我来说,去拜访孟德尔工作的修道院是一个近乎朝圣般的事情。那时就想,下次一定要来这里,而且要专程来。

2020年夏天,新冠疫情暂时缓和,我前往布拉格度假,终于如愿来到了布尔诺。 

捷克很小,一千万左右的人口,不到八万平方公里的面积。铁路交通网络完善,火车却不快,从布拉格到布尔诺两百公里,走了三个多小时。像大多数欧洲城市一样,布尔诺的老城就在火车站附近,而孟德尔当年工作的修道院,离老城中心也只有不到两公里的路程。

随着圣托马斯修道院越来越近,我的心跳居然加速了起来。

孟德尔定律(遗传学三大定律的前两者)上了中学课本,让孟德尔广为人知;耗时十年完成一篇划时代的论文,体现出他的坚韧和严谨;工作的价值在他逝去多年后才被世人意识到,让他超越了时代;年轻时进入修道院终身未婚,也为他的生平添加了一笔传奇。

在几乎所有关于孟德尔的文章里,重点凸显的都是一个孤独而超越时代的天才。无疑,孟德尔是优秀、非凡的,也值得讨论。但我想,同样需要关注的是他的科研成长环境,具体来说,就是他工作了一辈子、位于布尔诺市的圣托马斯修道院。

 科学小城布尔诺

在孟德尔的年代,布尔诺是奥匈帝国摩拉维亚(Morava)地区的首府 [1,2]。十九世纪中叶,布尔诺的羊毛工业在欧洲处于领先地位,这里也被称为 “摩拉维亚的曼彻斯特”。为了配合发达的羊毛业,布尔诺市在动植物育种领域有着大量的投入,并在欧洲处于领先地位 [3]。

布尔诺的老城中心广场 | 摄影:商周

 在十九世纪初,布尔诺已经有了摩拉维亚农业学会,其中包括多个分会,不仅有实用的动物育种和果树园艺,还有关注理论层面的科学分会。1855年,年轻的孟德尔就成为了这个农业学会科学分会的会员。到了1861年,科学分会更是从农会里分离了出来,成为了一个独立的布尔诺自然科学研究协会 [3]

布尔诺自然科学研究协会定期举办讲座。1865年2月和3月,孟德尔分两次把自己近十年的豌豆实验结果在这里宣读,每次讲座都有几十位听众。虽然当时没有人能完全理解孟德尔的研究,但他们的聆听并非毫无意义,因为这些听众理解了这个讲座的的部分内容(也就是从实验和数学的角度解释杂交物种的后代为什么会有性状回归现象)并给出了很高的评价 [4]。布尔诺自然科学研究协会还拥有自己的学术会刊,孟德尔对于豌豆杂交研究的论文《植物杂交试验》就是1866年发表在会刊上的, 成为了世界科学史上的经典之作 [5]。

在学术界之外,当时的布尔诺至少有两份报纸:每天出版的《新闻报》(Neuigkeiten) 和《摩拉维亚通讯》(Mährischer Korrespondent )[3]。这两份报纸也都会关心科学方面的内容,比如报道过孟德尔的植物育种工作以及他关于豌豆实验的两个讲座 [4,6]。

所以,作为一个工农业繁荣的城市,摩拉维亚的布尔诺在科学上也有不错的氛围,尤其在动植物育种方面,更是有它的独到之处。但作为神职人员的孟德尔,之所以能够充分利用这样的科学氛围,是因为他来自信奉知识和智慧的圣托马斯修道院 [2]。

 “豌豆圣地”:圣托马斯修道院

圣托马斯座修道院建于十四世纪,当时的目的是保护西多会的修女。四百多年后,奥古斯丁修士接管了这座建筑。但在随后不久的1793年,约瑟夫二世皇帝把修道院里的修士驱逐了出去,并将这座建筑用作他的住所和政府办公室。后来因为奥匈帝国的衰落,修士们在十九世纪初又重新回到了这里。

1802年,根据奥匈帝国颁布的一项法令,圣托马斯修道院开始致力于高等学校的科学教学。与其他注重神圣和灵性的天主教团体不同,圣托马斯修道院从此成为了一个自由主义的宗教团体,这里的修士不仅要去当教师传授科学知识,还要在一线开展科学实验 [2,3]。

一边拿着神职人员的俸禄,一边从事科学的教学和实验——对于那些贫穷子弟来说,是一个不错的选择。1843年,21岁的孟德尔因贫辍学后经人介绍进入了圣托马斯修道院,这位家境贫穷而又梦想接受高等教育的年轻人,在这里度过了他剩下的41年人生。

 

孟德尔和他在修道院里的同事们(箭头所指为孟德尔)| 图源:[3]

 刚入修道院的孟德尔,参加了诸多培训和考试:不仅要学习神学课程,以便获得相应的神职;还要学习多种科学(尤其是动植物育种)科目,以便成为一个合格的教师和学者。这一段学习经历,不仅增强了他对自然科学的兴趣,也让他具备了开展科学实验的能力。

1847年,孟德尔被任命为神父;1849他成为了当地一所中学的代课教师;1850年,他试着参加布尔诺当地的教师资格考试,但没有成功;1851年,修道院推荐他去维也纳大学进修,为期两年。

在维也纳,他师从物理学家克里斯蒂安·多普勒(Christian Doppler, 1803-1853),这让他了解了如何以 “提出假设-验证假设” 的方式来开展科学实验,并把它应用到后来的豌豆研究里。他也因此能有机会向知名的数学家安德烈亚斯·冯·埃廷斯豪森(Andreas von Ettingshausen, 1796-1878)学习,这使他具备了把数学分析的方法应用到植物杂交实验中去的能力。他还师从植物学家弗朗茨·昂格尔(Franz Unger,1800-1870),这让他学习了植物解剖学和植物生理学,了解了植物性状的代际传递,还有显微镜在植物研究种的使用,这些同样为他后来进行豌豆杂交实验打下了坚实的基础。[5]

从维也纳学成归来后不久,孟德尔就在圣托马斯修道院的小花园里开始了那个著名的豌豆杂交实验。

他先花了两年时间来挑选合适研究的豌豆品种和相关性状(包括植物高度、豆荚的形状及颜色、种子的形状及颜色、花的位置和颜色),然后再用了近八年的时间完成了这个伟大的实验。正是在这个长达十年的实验里,他发现了基因的分离定律和自由组合定律,构建了遗传学的基石。

 

现在修道院中孟德尔博物馆门前的豌豆苗圃 | 摄影:商周

 如果把为孟德尔提供支持的圣托马斯修道院具体化一些,就是修道院的院长西里尔·纳普(Cyrill Napp,1792-1867)神父。

 西里尔·纳普神父1824年就成为了圣托马斯修道院的院长,在当地政教和科学界都有着举足轻重地位。他并不平易近人,甚至可以称得上是傲慢,但在培养后辈上却是个典范:是他的慧眼识才,让孟德尔进入了修道院;是他的支持,让孟德尔得到了系统的科学训练,还获得了去维也纳大学学习的机会;是他的推荐,让孟德尔成为了当地农学学会的会员。虽然他自己感兴趣的领域是实用的动植物育种,但他大力支持孟德尔进行的基础科学研究,不但给孟德尔的实验提供了场所(修道院花园),还在那里修建了帮助他做研究的温室 [4]

如果说有一个人是孟德尔的伯乐,那么这个人就是西里尔·纳普神父,是他长期而无私的支持,才使得孟德尔能够在正确但孤独的道路上十年如一日地坚持。

 

纳普(左)和孟德尔(右)| 图源:wikipedia.org

 1867年,西里尔·纳普去世,接替修道院院长位置的,正是孟德尔。

虽然西里尔·纳普去世的时候,孟德尔关于豌豆杂交的论文已经发表,但因为几乎没有人意识到这项工作的伟大之处,孟德尔自己生前都没有因此获得任何荣誉,更不用说作为幕后支持者的西里尔·纳普。

等到那项豌豆研究的工作在20世纪初被予以证实,孟德尔终于获得了他该得到的荣誉,成为了当之无愧的 “遗传学之父”。而已经逝去了几十年的 “伯乐” 西里尔·纳普,依然鲜有人提及。

不过西里尔·纳普应该感到欣慰,他重点培养的孟德尔做出了划时代的科学发现,他主持的修道院也成为了遗传学的发源地,每年会迎来大量的 “朝圣者”。

如果把孟德尔的杰出工作比喻成一颗参天大树,那孟德尔本人就是那颗种子,而布尔诺圣托马斯修道院就是生长的沃土。种子和土壤不期而遇,造就了一段科学史上的传奇。如果世人要想从这段传奇里学到什么,要做的不只是赞美种子的伟大,更要去关注沃土的形成。

参考资料

1. Orel, V. and B. Fantini. 1983. The enthusiasm of the Brno Augustinians for science and their cour- age in defending it. In V. Orel and A. Matalova (eds.), Gregor Mendel and the foundation of genetics, pp. 105—110. The Mendelianum of the Moravian Museum, Brno

2. IRIS SANDLER AND LAURENCE SANDLER. On the Origin of Mendelian Genetics. AMER. ZOOL., 26:753-768 (1986)

3. Erik SCHWARZBACH, Petr SMÝKAL, Ondřej DOSTÁL, Michaela JARKOVSKÁ and Simona VALOVÁ. Gregor J. Mendel – Genetics Founding Father. Czech J. Genet. Plant Breed., 50, 2014 (2): 43–51.

4. van Dijk et al. How Mendel’s Interest in Inheritance Grew out of Plant Improvement. Genetics, Vol. 210, 347–355 October 2018

5. Mendel, G., 1866 Versuche über Pflanzen-Hybriden. Verhandlungen des Naturforschenden Vereines in Brünn 4 (1866), S. 3-47.

6. Hui Zhang,1 Wen Chen, and Kun Sun. Mendelism: New Insights from Gregor Mendel’sLectures in Brno. Genetics, 2017,  Vol. 207, 1–8.

7. A Gustafsson。The life of Gregor Johann Mendel--tragic or not?  Hereditas. 1969;62(1):239-58.



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