数学家怎样拯救了生物学 ·方舟子· 本世纪初,堪与达尔文的自然选择学说媲美的生物学另一大理论-- 孟德尔遗传定律被重新发现,一时在生物学界又掀起了一场大风波,支持 孟德尔的和反对孟德尔的掐得热火朝天。 按照孟德尔的定律,生物的每一个形状,比如说眼睛的颜色,都是由 一对基因来控制的。这一对基因中的每一个,可能是显性,也可能是隐性。 比如说褐色眼睛是显性的,由基因B控制,而蓝色眼睛是隐性的,由基因 b控制。假如有一对夫妇,一个是褐色眼睛,基因型是BB,一个是蓝色 眼睛,基因型是bb,那么他们的子女的基因型是杂合体,为Bb,由于 B是显性,表现为褐色,也就是他们的子女全部为褐色眼。又假定他们的 子女自交,则其孙子的基因型分布是一个BB,两个Bb,一个bb,表 现型则是三个褐色眼,一个蓝色眼。如此下去,他们的后代中褐色眼的岂 不越来越多,蓝色眼的越来越少,最后只剩下褐色眼了?可是现在在西方 人口中蓝色眼也不见得就比褐色眼少多少啊?因此孟德尔定律的反对者认 为这是荒唐的。 当时英国的遗传学家普纳特是孟德尔定律的热情支持者,但面对反对 者的这个指责,他也觉得无法自圆其说。有一天,他跟他的朋友、著名的 数学家哈代共进午餐。普纳特向哈代简略介绍了孟德尔定律,然后说出了 自己的困惑。哈代拿起笔在餐巾上算了一番,得出结论:如果没有其它因 素加入的话,最初表现型的比例是多少,许多代以后也会是多少,而且一 直保持不变。普纳特大喜过望,要求把这个结果拿去发表。哈代却拒绝了, 在他看来,这个结论实在是太简单了,根本不值得发表,发表出来反而会 影响他在数学界的名声。但是普纳特还是擅自把它发表了,并把它称为“ 哈代定律”。差不多同时,德国的医生温伯格也独立作出了同样的发现, 因此这条定律就被称为“哈代-温伯格定律”。后来,人们又发现美国的 遗传学家卡斯特实际上在几年前就已发表了这条定律,只不过象当初的孟 德尔定律一样被埋没了而已,所以这条简单的定律就有了一个长长的名称: 卡斯特-哈代-温伯格定律,其现代表述是:遗传不会影响基因频率,也 就是说,如果没有自然选择、突变和基因漂移的影响,一个生物群体中的 表现型比例保持不变。这条定律表述的当然只是一种理想的状态,就象牛 顿第一定律一样。然而,就象简简单单的牛顿第一定律是经典力学的基础, 卡-哈-温定律也是群体遗传学的基础,对它的种种修正,构造了群体遗 传学的大厦,也使群体遗传学成为生物学科中定量化最好的一门。 这条定律,就象孟德尔遗传定律,跟物理、化学定律都没有关系,它 只是象物理、化学定律那样应用了数学工具而已。类似这样与物理、化学 无关的生物学理论,数不胜数。物理、化学理论也就是在生物化学、生物 物理应用比较多而已,但这些本来就是边缘交叉学科(比如我就称自己是 搞化学的,而不是搞生物的),以这些交叉学科应用到物理化学定律便称 生物学没有理论,就象见到一个混血儿就推断他的父母血统也不纯一样的 可笑。 即使是这些交叉学科,也并非就没有自己的一套理论。否则的话,我 写论文写完“结果”就万事大吉了,还要写什么“讨论”?那可不就是要 建立模型提出自己的一套理论吗? 扯远了,再说一点数学家怎么拯救了生物学。孟德尔定律被重新发现, 生物学家们乍一看,好象与自然选择学说相互矛盾。由于孟德尔定律是可 以在实验室内不断被重复验证的,比自然选择学说更容易令人信服,因此 自然选择学说一下子陷入了危机,生物学界又出现了五花八门的进化理论 来取代自然选择学说--这是本世纪二十年代的时候。但是有几个对这个 问题感兴趣的数学家,包括费歇、哈尔登和怀特,通过研究发现孟德尔定 律与自然选择学说不仅不互相冲突,反而相辅相成得非常完美。只不过他 们的研究涉及了繁琐的数学计算,又没有实验支持,一时未能为生物学界 所接受。直到遗传学界出现了杜布赞斯基这位天才,既能看得懂费歇他们 的工作,又能用实验去验证他们的结论,才使得孟德尔定律和自然选择学 说完美地结合了起来。 由此可见,在历史上数学家们对生物学实在是贡献良多,只不过他们 很谦虚,至今在这里没见过有哪个学数学的要向生物学界邀功讨赏:), 反而是几个学物理的根据薛定鄂一本小册子,整天在此喋喋不休。对于那 些坐井观天之辈,自以为学了物理就可以包治百病,对自己压根儿就一无 所知的生物学也来指手划脚,不论是物理学的泰斗还是物理班的学生,我 都劝他们先去修一门生物一零一再说。 1995.10.13.