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第九章 魏斯曼与老鼠的尾巴

第九章 魏斯曼与老鼠的尾巴

作者: 戏梦生 | 来源:发表于2019-05-12 14:28 被阅读0次

    拉马克,一个在生物进化理论历史上很憋屈的人,不论在生前还是生后。

      他比达尔文更早提出进化论,但是,他的“用进废退”、“获得性状遗传”进化学说大多数时间里受到达尔文的“随机变异”、“自然选择”的压制。

      在拉马克的理论中,用进废退和获得性遗传是相辅相承的,没有用进废退,自然也就没有所谓获得性,当然也就无从遗传了。

      “用进废退”明确了物种是变化的,是可以“进”,也是可以“退”的,总而言之,是在变的。这个理论认为,生物会对所处的环境作出反应。无论何种生物,必然会对所处的环境作出相应的反应。另一方面,随着环境的持续影响,生物的习性也会随之改变,这就是获得性遗传。

      用获得性遗传可以对生物进化做这样的概括:生物是一种反映环境及变化的一种存在,自地球上生物诞生以来,生物结构、机能、特殊器官都在随生存环境发生变化,随着变化的积累,生物结构和机能逐渐由简单趋向复杂。生物在生存过程中,与环境发生接触,根据环境中或生存的需要产生适应性的改变,这些改变可以通过生殖遗传给后代的。

    但是,获得性遗传需要有说服力的实验验证,或者生物学理论的支持。

    拉马克的支持者和达尔文的支持者之间经历很长时间的拉锯战。

    其实,在进化论开始传播的阶段,拉马克和达尔文的进化学说并没有水火不容,而是和谐相处。在达尔文的进化学说里,他并不排斥获得性遗传,他将获得性遗传视为驱动生物进化的原因之一,只不过他更加强调自然选择的作用。

    但是,自然选择的说法,有些人并不认同,他们不认为自然选择能导致新的生物性状的产生,其作用最多也就是淘汰种群中一些残次的个体,驱动生物进化应该另有原因。

    在达尔文的晚年,他越来越相信用进废退和获利性遗传。他知道遗传对于进化是非常重要的,如果物种产生的变异不能遗传的话,那么进化就无从谈起。他当时没有遗传学知识,只好拾起流行了很久的“泛生论”并加以改造,以期用这一理论来解释他眼里的遗传和变异现象。

      所谓“泛生论”,即假设生物体内存在一种很小的遗传颗粒,达尔文把其称为胚芽式微粒,这种小微粒存在于身体的任何部分,无处不在,连细胞里都全是,仍处于发育不完全状态,这种微粒可以传给后代,并随着后代细胞的分裂而繁衍。换句话说,达尔文相信机体的每一个独立的部分或者器官都是可以自我繁殖的,因为这些部位都包含有胚芽。这个说法在植物身上有很好体现,折下一根树枝就可以栽成一棵大树。但是用于动物就很难理解,就算是现在哺乳动物的克隆成为可能,但也没有谁能砍下一根手指然后再培养一个自己出来。

           达尔文认为,用这种理论可以解释为什么有的身体特征能够遗传,而有一些特征又不能遗传,为什么有的孩子像父亲,有的像母亲,而也有的兼具父母双方的特征,而有的人身上又会出现返祖现象,长得像他们的祖父母。达尔文以为这都是因为那些微小的胚芽混合的方式不同造成的。但他的解释非常曲折,概念模糊且自相矛盾,他自己也承认对遗传是“深深的无知”。

           在当时的情况下,将自然选择和获得性遗传结合起来说明生物的遗传、变异和进化是相当圆满的,这样在物种起源和进化机制方面找到了合理解释。

           其实,不论是达尔文还是拉马克,他们的理论都是来自对表象的观察,以及在观察基础上所做的推理,严格地讲,都算不上真正意义上的科学理论。当然,这也不能怪他们。在那个时代,生物学研究还处于萌芽状态,生物学的实验和理论都是空白,他们只是做到了他们所能做到的事。

           二十世纪初,拉马克的获得性遗传获得更多人的认可。

      然而,拉马克学说的支持者没有高兴多久,一些支持自然选择理论的“大佬”相继出现,拉马克获得性遗传逐渐逼到被抛弃的边缘。

          最先出来反对“获得性遗传”的是德国生物学家魏斯曼。对于达尔文的进化理论,魏斯曼只接受和强调生存斗争的原理,不赞同达尔文有关变异及其遗传的见解。魏斯曼坚决否定获得性状遗传,坚决反对拉马克主义与新拉马克主义。魏斯曼称自己的学说为新达尔文主义。

           魏斯曼做了一个在生物学史上十分有名的切断老鼠尾巴的实验,他养了一批老鼠,实验连续进行了22代,共做了1592只老鼠。到了第23代,实验结果发现,老鼠后代尾巴的长度并没有受到影响,重新生下来的小家伙们仍然一个个拖着长长的尾巴,也就是说老鼠后天获得的无尾性状不能遗传。

           其实,如果魏斯曼知道中国古代妇女缠足的习俗,就不必费劲去做切老鼠尾巴的实验了。中国妇女缠足大约始于后唐,有一千多年的历史,到了十九世纪清朝结束时这种习俗才开始被取消。然而,一旦揭去裹脚布,中国妇女的脚马上恢复正常,尽管缠足经历了几十代,甚至上百代,却很难发现获得性的迹象。

           魏斯曼切断老鼠尾巴的实验非常有名,也是否定获得性遗传的重要依据,令拉马克支持者感到沮丧。

          十九世纪中叶,随着显微技术的发展,有关细胞学、胚胎学和显微解剖等方面的知识有了长足进步。1844年,瑞士人寇利克将细胞分裂现象和个体发育结合起来做比较研究,逐渐建立了组织学和胚胎学等学科。随后,生物学者们观察和研究了细胞核的分裂,并意识到细胞核可能是生物性状的传递载体。

          1883年,比利时细胞学家本尼登研究了马蛔虫的受精过程,他观察到这种生物的细胞核内有四个染色体,可是,他们的配子只有两个染色体,形成合子时,核物质不相融合,而是染色体双双连接起来,重新组合成有四个染色体的新细胞核。这个观察的事实证明遗传的实质是核物质(特别是染色体)的自我繁殖,细胞核携带有遗传物质。

          本尼登本人并没有对他的发现做过多的衍生解读,而作为理论生物学家的魏斯曼,却紧紧抓住了这件事,提出了他的种质学说。根据他的解释,生物体由种质和体质所组成,种质是可以世代连续的,而体质则是逐代死亡的,种质可以产生下一代的种质和体质,但体质并不能产生种质。魏斯曼认为种质就是细胞核里的染色物质,胚芽或定子位于细胞核的染色体中,而“定子不是别的东西,而是生殖物质的活的要素,它存在于胚种之中,规定着身体某一具体部位的外形和特殊的发育”。即定子是性状的载体,每一个定子都是一个能够生长,繁殖的自我保持的实体,定子以特殊的型式存在于种质之中。

           在魏斯曼的意识里,像一个动物只能来自动物,一个植物也只能来自植物一样,一个细胞的发生,一定先有一个细胞的存在。在完整的生物体系中,有一个支配发育的永恒规律,任何发展的组织不能追溯到其他,只能追溯到细胞。

           在切断老鼠尾巴的实验中,老鼠尾巴只不过改变了老鼠的体质,拉马克所谓因用进废退而产生的获得性,也不过是体质的改变,所以它们是不遗传的。

           该理论提出高等生物(尤其是动物)体内的变异只有发生在直接产生配子的细胞内才是可遗传的,体细胞的突变不改变生殖细胞的遗传物质,是不遗传的;高等生物中发育成为配子的细胞是在胚胎时期中决定的,高等生物的获得的性状大部分都发生在成体体细胞,所以高等生物在成体阶段所获得的性状是不遗传的,而且大部分高等动物的生殖细胞在发育形成配子的时候存在基因组修饰的清除机制,防止成体获得的性状残留而影响到胚胎的遗传物质。

           获得性遗传的验证需要突破一个最艰难的屏障——魏斯曼屏障。如何打破这道屏障才是获得性遗传普遍发生的证明问题的根本所在。

           魏斯曼在进化思想上坚决排斥获得性遗传,他比达尔文的态度要坚决的多。达尔文常常在自然选择和获得性遗传之间徘徊,他有时讽刺拉马克,有时却又用获得性遗传来解释一些现象,相对于达尔文在这一方面的表现,魏斯曼执着于自然选择,为此他的理论被称为“新达尔文主义”。所谓“新达尔文主义”,就是继承了自然选择理论,但彻底放弃了获得性遗传的达尔文主义。

      然而种质细胞与体质细胞隔离的结论真的成立吗?魏斯曼那个时代人们对细胞及遗传的认识还比较肤浅,魏斯曼给出的结论多多少少带有主观色彩。

           种质学说是生物科学中具有推论性的假说。由于受当时科学水平的限制,魏斯曼不可能对遗传做精确的描述。例如把生物体截然地区分为种质和体质,把种质的概念与形态学上的生殖细胞混为一谈,把种质选择臆想为器官定向改变的原因等,这些显然是不符合实际的假定。

          魏斯曼根据他所设想的种质概念,推论卵细胞中的各个定子在分裂过程中已分散到不同的身体细胞中,它们不可能再集中起来传递给后代。在生物体中只有由某类细胞稳定地贮存一份完整的遗传物质,才能为后代提供发育的基础,保持世代间的种质连续。因此他认为生物中有两类细胞:一类是由定子确定而分化了的体质细胞,它们已不含有完整的遗传物质,只能维持当代生存,并随个体死亡而消失。所以由于环境影响体质所获得的变异性状不可能遗传给后代。另一类是隐蔽在生物体内的种质细胞,它们始终保持一份完整的遗传物质,不受体质细胞的影响,可连续不断地把遗传物质传给后代。

           在魏斯曼的观念里,种质被认为是亘古以来就存在,永远不死的物质,种质被蒙上一种神秘的色彩;他还把种质和体质绝对对立起来,认为体质(体细胞)不过是部分种质的转化物,只能受到种质的绝对支配;体质的作用不过是提供营养物的营养库,而且由于自身结构不断分裂而招致死亡;体质绝对不会影响种质,或反作用于种质,因此,由环境引起的有机体表型的改变绝对不会引起种质的变化。

          今天看来,魏斯曼的种质观点存在问题,但他的种质论启迪了人们去深入研究遗传物质,从而相继发现了染色体 、基因和DNA 。有点歪打正着的意思。

           对于较高等的动物来说,精卵细胞的发生都与生物体的状态密切相关,特别是卵细胞中的mRNA、酶、营养物质、激素等发育信息所需物质都受到生物体的影响,而这些物质也都决定着生物的发育性状。随着生物级别的升高,种质细胞与体质细胞联系性逐渐降低,但这并不说明他们是相互隔离的,只不过它们之间的关系不容易被观察和检测到,或者说人在这方面的认识还很有限。

      植物在生长发育过程中,并没有严格限定哪些细胞是属于生殖细胞,哪些是属于体质细胞,很多体质细胞还可以转化为种质细胞。原来只长枝叶的部位可以形成花的胚芽,开花结果留下种子。

      在自然界中,生物普遍存在着无性生殖的现象,新的生物体是由母体的一部分直接发育而来的,不存在种质细胞和体质细胞之分。

      对于只由一个细胞组成的单细胞生物来说,根本就不存在种质细胞与体质细胞之分,这些单细胞生物的生长、发育与繁殖在同一个细胞内进行。

      动物的遗传的途径可能不同于植物。高等动物的遗传信息的传递依赖于小分子遗传物质的摄取和传递,还可能通过类似于信号转导的过程直接传递信息。高等动物的细胞间和细胞内部存在复杂的信息流,生殖细胞基因组在信息刺激下首先作出表观调整,最终有可能在连续刺激下将信息永久编写进核基因组。

      构成生物体的细胞、组织、器官及它们所执行的功能是一个相互联系、相互作用的有机系统,生殖细胞和体细胞的分工并不是绝对的。例如.蚯蚓的再生体细胞可产生出生殖腺,进而产生出生殖细胞。由此可见,体细胞和生殖细胞是相互联系并可以相互转化的。

      无数的事实和现象足可以证明魏斯曼的种质细胞和体质细胞隔离的结论是不成立的,生殖细胞与生物体的联系性会由于生物种类的不同而出现差异,在有些物种中联系性较强,在有些物种联系性较弱,但联系性是肯定存在的。

      回到切老鼠尾巴的实验。失去尾巴的性状虽然是后天获得的,但是该性状并不是适应性的,也不是生物主动适应的结果,它的不遗传与获得性遗传的存在和发生是不矛盾的。作为用四只脚跑动的动物,老鼠跑动中用于平衡身体的组织,尾巴是不可或缺的,没有尾巴的老鼠跑起路来平衡会有问题,人工剪掉老鼠的尾巴并没有促使老鼠尾巴生长发育的退化。获得性遗传是对获得优良的具有积极意义的性状的遗传,生物个体发育过程中的伤害性性状等不符合生物需求的性状是不可能遗传,此类形状的不遗传反而说明了获得性遗传是具有选择性的,是有意义的。

      魏斯曼割老鼠尾巴的实验设计是错误的,老鼠的尾巴是被“切掉”的,这根本不是环境造成的,也就是说,老鼠并没有不“需要”这个尾巴,而这个被切掉尾巴的悲剧也不能称为“获得性”,那只能是“强加性”。草被动物吃掉并不会不再生长,果实被采摘果树并不会不结果实。这样否定获得性遗传显然是不符合客观规律的。其实,要否定获得性遗传,不能靠这种切老鼠尾巴的实验,魏斯曼割老鼠尾巴的实验更像是一个笑话。更可悲的是,还有那么多人就相信了这个实验。

           获得性是应对环境以及生存需要的身体机能。有人说,铁匠天天打铁,肌肉发达,但没有证据表明,铁匠的儿子们的肌肉也因此变得发达,铁匠辛辛苦苦打铁弄出来的一身好肌肉并没有遗传下去。因战争等各种原因,人类就会出现大量残疾人,但他们的后代并没有缺胳膊少腿。这些说法都是对获得性遗传的曲解。铁匠虽然不会把肌肉遗传给后代,但他的后代有很大可能比其他人更适合做铁匠。

      拉马克学说强调的主动适应的内部能动性,而不是所有个体发育过程中产生的性状都可以获得遗传,能够遗传的获得性形状必然是那些生物系统适应性和复杂化的进化需求的性状,而且获得性状的遗传是在该形状在连续多世代中被可观数量个体获得和使用的情况下稳定下来的。

      这里有个问题值得我们反思一下,魏斯曼这么个有明显漏洞的实验结果,为什么有那么多人相信,不过这倒是证明了很多人容易被专家“忽悠”。

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