跨世纪大发现：孟德尔二元遗传学

跨世纪大发现：孟德尔二元遗传学（与GJSFR-G英语版对应）

周慕瀛，Muying Zhou ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7415-6735?lang=zh_CN 2023.06.23.

【摘要】这篇文章是对2018年重新发现孟德尔基因假设以来新认识的一个小结及综述。这是一个跨世纪的发现。基因假设告诉世界，基因是使个体具有父母规格的要素。基因是促进者，而不是制造者。具有亲本规范的新个体由促进者及其受体合作产生。这在概念上与制造飞机要有2个要素，图纸和生产线，大致相同。因此，遗传物质应该由两个要素构成；遗传学是二元的。T·H·摩根创立了基因理论，并将基因视为个体的生产者，他完全误解了孟德尔，并将孟德尔遗传学拉回了一元论的泥潭。O.T.Avery等人证实基因是DNA，从而开创了用实物验证基因真相的时代。此后60年搜集的科学事实最终证明，任何个体，动物或植物 (包括单细胞生物)，都是卵转录酶(系)对DNA (基因组) 进行转录的产物。也即，能够产生个体的遗传物质由卵转录酶(系)和DNA(基因组)组成。

1.【导言】

能产生个体的遗传物质是遗传学的基础。“什么东西制造了个体”也就成了遗传学第一问题。在生物物质没查清前，人们只能凭想象提出“缩影”、“芽体”及“种-质”等假设性答案。这些答案里每个假设性要素都有2种能力：制造能力和促成个体具有亲本规格的能力。这是一元遗传学的固有特点。缺乏2种能力的任何一个，遗传物质将不可能产生遗传有亲本规格的个体来。现代遗传理论植根于孟德尔发现的基因，受一元论遗传学习惯性思维的影响上世纪早期人们随即就将基因视为遗传物质。但是，这样的认定是否正确要由基因有否上述2个固有能力给出答案。1944年基因被确认为DNA，这样答案就临近揭晓了。最终科学证明基因（DNA）只是控制个体规格的模板而根本没有制造能力。基因-一元遗传学陷入了绝境。面临绝境无疑非常痛苦但也可能是新突破的前夜。当我们回到摩尔根的《基因论》[1]那里竟发现了孟德尔基因假设，它定义的基因与今天DNA模板事实完全一致：基因只是促成个体具有亲本规格的要素。孟德尔遗传学的真面目是二元遗传学。

2.遗传物质及其鉴定标准

遗传物质是指亲体遗留给后代的（在受精卵内）对遗传事实负责的物质。但这只是指出了遗传物质源出何处以及其逻辑上应负的责任。至于它为什么能够或应该对遗传事实负责并没有给予解释或阐明。

遗传是众所周知的事实。它指的是在生物亲子特征相似，甚至相同的事实。根据几个事实，我们可以得出结论，遗传物质是个体(鸡)的制造者，它通常在受精卵内完整地存在着。这些事实是；1）受精卵是从父母到后代的直接和唯一的物质来源; 2）蛋（受精卵）能产生鸡（个体）；3）生产者要对产品的一切负责（这是理所当然的。正如你的电视机坏了，谁负责？生产者。因飞机本身缺陷而发生空难，谁承担责任？当然是飞机制造商）。

至此我们可以得知遗传物质之所以能够或应该对遗传事实负责只因为它是个体的制造者。

由此我们得到了鉴定遗传物质的第一个金标准：遗传物质必定是个体的制造者。

令人吃惊的是，第一金标准随之又引来了鉴定遗传物质的第二个标准：它必定是自复制物质。这是与繁殖有关的。我们可以用1细胞→2细胞（式中的“→”读作“制造”）来证明它。这里的细胞可以是细菌等这样的单细胞生物。1细胞→2细胞，表明1细胞成了2细胞，也即第1个细胞制造了1个新细胞。制造者是谁，是遗传物质。每个细胞都有遗传物质，所以我们可把细胞写成“细胞（遗传物质）”。那么上式就成为：1细胞（遗传物质）→2细胞（遗传物质）。注意：式前的遗传物质制造了式后的新细胞，而新细胞同样含有遗传物质。也就是说，遗传物质制造一个新个体时已把自己复制了一份；可见遗传物质是能自复制的物质。

3.一元遗传学与二元遗传学

认为遗传物质只含一种要素的理论属于一元遗传学，认为遗传物质包含两个要素的理论属于二元遗传学。

3.1前孟德尔遗传学：预成论、泛生论及种质论

预成论、泛生论及种质论各自假设“缩影”、“芽体”及“种-质”为遗传物质。它们都是一元遗传学。作为一元遗传学的遗传物质，“缩影”、“芽体”及“种-质”都应有2种能力：制造能力和促成个体具有亲本规格的能力。不幸的是这样奇妙的物质在现实世界里至今没有找到。所以这些理论至今得不到科学事实的支撑。

3.2 孟德尔遗传学

孟德尔并未立志创建新遗传理论，他没有就第一问题提出过任何答案。他提交的是一篇关于植物杂交实验的论文。他提供了一个设计非常独特的实验，提出了一个与上述第一问题完全不同的新问题，并打开了遗传学的新窗口

3.2.1 孟德尔实验及其结果

孟德尔用不同（品种）规格的豌豆（他至少列举了7对不同规格，包括个体的高矮规格、种子的颜色规格、种子的光滑度规格、花所处的位子的规格等）做杂交实验，其中一个典型实验的结果是：“他用食用豌豆的高株品种同矮株品种杂交。子代杂种即F₁，都是高株。再使子代自花授精，孙代分高株和矮株，两类的株数成3与1之比”[1]。

3.2.2实验结果提出了遗传学第二基本问题

实验提出的问题是“为什么高矮品种(豌豆)杂交总会产生两种类型的后代:一种是与高品种规格相同的高植株，另一种是与矮品种规格相同的矮植株?”即使F1已经全部是高大的植株，但F1自花受精后，矮的植株又出现在子代中？”

这个问题根本没问“什么东西制造了个体”，所以它不是遗传学的第一问题。我们把它归属于遗传学第二基本问题[2]。这问题类似于“为什么工厂制造的飞机有的大有的小？为什么第一批都是大的？又为什么最近一批有大的也有小的，两者成30与10之比”。它问的是产品的规格由谁控制？我们知道飞机的规格由图纸控制;遵循大飞机图纸隐含的规格我们生产大飞机，遵循小飞机图纸隐含的规格，我们生产小飞机。所以实验提出的问题启发我们设想高、矮品种亲本是否都有自己的控制产品（个体）规格的遗传要素，是否遵循高规格版本就能制出高植株，遵循矮规格版本就能制出矮植株？

“第二问题”出现在两性繁殖（或不同品种杂交）时。由于有（父、母）两个亲本，所以对制造者（受精卵）来说有了新问题：按双亲中哪个规格模式去制造后裔呢？。在日常生活里第二问题引发这样的问题。诸如：“为什么汤姆的大儿子高个像父亲而小儿子矮个像母亲？”“为什么汤姆儿子（或女儿）的鼻子像汤姆的而耳朵像母亲的？”“为什么哈布斯堡家族的鼻子似乎是按一个模板制造出来的？”等等。

3.2.3孟德尔基因假设及二元遗传学

针对上述问题孟德尔提出了基因假设：“如果高株品种的生殖细胞含有促成高株的某种东西，而矮株品种的生殖细胞含有促成矮株的某种东西”（文中的某种东西就是后来所说的“基因”）[4]。孟德尔继而把高基因设想为显性，矮基因则为隐性，便圆满地解释了实验中F₁全是高株，而F₂高株和矮株成比例为三高一矮的现象。

“基因能促成个体（植株）为高或矮（规格）”。可见基因是促成个体（植株）为亲本（高或矮）规格的促成者，而不是所谓性状（高或矮）的制造者。一个规格由一个（或一组）基因控制，孟德尔列举的7项规格会有7个（组）基因控制；而个体的全部规格将会由一套基因（基因组）来控制。

基因既只是控制个体规格的遗传要素，它就不可能独自制造出个体来。促成者唯有与接受促成的受促者合作才能取得促成结果。例如，一位政客对选民承诺“我能使这个国家再次伟大”。这里，并非意味着他一个人就能实现目标。作为促成者，他只有与接受他的道路的人(作为接受者)合作才能完成它。所以，基因假设隐含的逻辑是：遗传物质是由2个要素构成：一个是控制个体规格的基因，另一个是接受基因限定执行操作的制造要素。个体是由受精卵内制造要素遵循基因（组）的限定制出的。可见，孟德尔遗传学是二元遗传学[2、3、4、5]。

3.2.4科学事实对孟德尔二元遗传学的支持

1944年艾弗里等证实基因是DNA并指出：“DNA 能够刺激无荚膜RII 型肺炎球菌产生荚膜” [6]。这证明“DNA能促成肺炎球菌为S型（有荚膜）规格”。此话与“基因能促成植株为高或矮（规格）”作对比，两者句型完全一致，只是相对应的词不同：基因换成了DNA，植株换成了肺炎球菌以及高或矮规格换成了S型（有荚膜）规格。孟德尔的基因假设在其提出79年后（特别是在误认基因是个体制造者的思想称霸的年代里）竟能获得如此一致的实验事实证实，实在是个奇迹。

1944年后受精卵内制造个体的物质很快都查明了。受精卵启动卵转录就开始了制造个体的活动。在转录中DNA是模板，作为模板DNA与孟德尔定义的基因完全吻合；而在模板上执行制造操作的物质只有卵转录酶，所以它就是制造要素。不存在认定其它物质为制造要素的可能性。也就是说，孟德尔基因假设所隐含的构成遗传物质的2个要素都可被认定。尽管如此，这2个要素的真实性仍要在下一节里用鉴定遗传物质的金标准来进行检验核实，只有符合金标准的才是真正的遗传物质。

3.3.基因论-现代遗传学（无视孟德尔基因假设的恶果——孟德尔二元遗传学被误解成一元遗传学）

最后不得不讨论基因论-现代遗传学。它自诩为孟德尔遗传学，但实际是误解孟德尔而产生的一元论遗传学。本文引用的孟德尔基因假设来自摩尔根的《基因论》。但在该书中却没有一句话提到孟德尔曾经提出过基因假设。这显然表明摩尔根几乎没有注意到孟德尔定义基因是促成者的那段话。但这却并没有耽误他结论“个体的性状归咎于......基因”[7]、“只要有一个整组的单元（指基因组），就有可能具备产生新整体的能力”[8]。也就是说，摩尔根见到了孟德尔提出的“某种东西（基因）”，但没有花费精力去区分促成者或制造者。因为他认为这与历史上的“缩影”、“芽体”及“种-质”并无区别，也就是能产生个体的遗传物质罢了。

基因被确认为DNA后，我们能用鉴定遗传物质的金标准来检验基因论的正确性了。分子生物学告诉我们：DNA是模板，DNA没有制造能力，DNA不能建立3’、5’-磷酸二酯键。那么结论很肯定：1）由于没有制造能力DNA不可能是个体的制造者。2）由于DNA不能建立3’、5’-磷酸二酯键DNA不可能复制自己（DNA只能依靠DNA复制酶得到被动的复制）。可见基因与鉴定遗传物质的2条金标准是不符的。基因论是失败的遗传理论。

4.验证Transc × DNA是否是遗传物质

我们用Transc × DNA来代表卵转录酶与基因（DNA）的联盟。现在要来证明Transc × DNA符合鉴定遗传物质的2条金标准。

4.1 Transc × DNA能产生个体

受精卵的生命由Transc × DNA发动，Transc × DNA创建了卵转录。事实是任何个体，无论是动物还是植物，都是由受精卵(包括单细胞生物)的转录酶对基因组(DNA)的转录引起的自然的、预编程的、因果连续的和自主生产过程的产物。没有卵转录，就不会有新的个体(新的生物)出现。这些都是不可否认的客观事实。不仅新个体是卵转录的结果，而且处于生命任何时相的个体也是这一产生过程的结果（A、B...Z时相的个体是该过程进展至A、B...Z时相的结果，n时相的个体是该过程进展至n时相的结果）。胚胎是该过程进展至胚胎期的结果，幼年个体是该过程进展至幼年期的结果，老年个体是该过程进展至老年期的结果。死亡是由于内部或外部原因导致这一进程终止的结果。无可否认，一个人的生命是一个连续的过程。在这个过程中，个体每一秒的存在都是个体前一秒存在的自动结果。这个制造过程一旦开启，只有死亡能使它终止。换一种说法也行：由卵转录启动的自动进行的持续的制造活动一旦停止且不再恢复，个体生命就终止了。可见Transc × DNA不仅能产生个体，而且是创造个体一生的本源。

卵转录引领生物个体一生的事实充斥生命界。养鸡场里，上千只鸡蛋进入孵化机房卵转录启动后，上千只小鸡的出现是可预期的事实。甚至这些鸡被宰杀前的全部生命历程都与卵转录存在着必然的内在的因果关系。养蚕车间里，当成万粒受精卵启动卵转录后，成万只幼蚕的出现是大概率可预期的，死亡是唯一能终止卵转录引领活动的意外。各种单细胞生物亿万年的生存史也都是这些物种第一只细胞卵转录的结果，也即各物种第一只细胞Transc × DNA造成的后果。Transc × DNA是对这些事实负责的根源物质。

必须说明的一个事实：在这一节里可以看到卵转录开启的是一个持续的自动进行的制造过程，酷似汽车自动生产过程。汽车自动生产线包含了一系列保证各部件在时、空上适宜而合理地产出、顺利通过组合、组装流程的附件装置。同理，转录酶在模板上操作时也需要一套转录因子作为附件控制其不同产品产出的适宜的时、空顺序及组装流程。所以精确地说，制造力要素是由卵转录酶领衔的包含卵内预存的一整套转录因子的系列，即卵转录酶系。但无疑转录酶是该系统的灵魂、领衔者，只有它实际耗能、做功、负责建立3’、5’-磷酸二酯键[3,5]。

4.2 DNA×转录酶能自复制

既然Transc × DNA是个体的制造者，那么它一定能自复制。因为两者存在着必然的联系。

我们只须把前述的1细胞（遗传物质）→2细胞（遗传物质）式中的遗传物质

置换成Transc × DNA，那么就得到：1细胞（Transc × DNA）→2细胞（Transc × DNA）。

该式中第一个细胞体内的Transc × DNA是新细胞的制造者。但新细胞体内竟然也含有Transc × DNA。可见第一个Transc × DNA在制造新细胞时已经制造了一份新的Transc × DNA, 表明Transc × DNA能自复制。

5.结论

孟德尔基因假设引导我们找到了孟德尔二元遗传学，终极的遗传科学。科学事实证明能产生个体的遗传物质由卵转录酶（系）与DNA（基因组）组成。Transc × DNA不仅是个体产生的源头，也是个体存在终生的源头。

References

[1] Morgan, T.H. (1928) The Theory of the Gene. Yale University Press, New Haven, pp2.

[2] Zhou, M.Y. (2018) Do You Realize Two Basic Questions in Genetics? Open Access Library Journal,

5,e4396. https://doi.org/10.4236/oalib.1104396

[3] Zhou, M.Y. (2018) The Answer to the “First Question” in Genetics: The Hereditary Material. Open Access Library Journal, 5: e4645. https://doi.org/10.4236/oalib.1104645

[4] Zhou, M.Y. (2018) Mendel Actually Wants to Say: Genes Are Only One Element of the Hereditary Material. Open Access Library Journal, 5, e4941. https://doi.org/10.4236/oalib.1104941

[5] Zhou, M.Y. (2020) The True Idea of Mendel’s Assumption regarding the Gene Is Rediscovered. Open Journal of Genetics, 10, 1-7. doi: 10.4236/ojgen.2019.101001..

[6] Avery O.T, MacLeod C.M, and McCarty M. (1944) Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of Pneumococcal types. Journal Experiment Medicine 79, 152. https://doi.org/10.1084/jem.79.2.137

[7] Morgan, T.H. (1928) The Theory of the Gene. Yale University Press, New Haven, pp25.

[8] Morgan, T.H. (1928) The Theory of the Gene. Yale University Press, New Haven, pp28.

【致同行评审】

本文亮点

1. 正确认识孟德尔基因假设：“如果高株品种的生殖细胞含有促成高株的某种东西，而矮株品种的生殖细胞含有促成矮株的某种东西” [1]（文中的某种东西就是后来所说的“基因”）”。“基因能促成个体（植株）为高或矮（规格）”。可见基因是促成个体（植株）为亲本（高或矮）规格的促成者，而不是所谓性状（高或矮）的制造者。既只是促成者，它就不可能独自制造出个体来。促成者唯有与接受促成的受促者合作才能取得促成的结果。例如，一位政客对选民承诺“我能使这个国家再次伟大”。这并非意味着他一个人就能实现承诺的目标。作为促进者，他只有与接受他的道路的人(作为受促者)合作才能完成目标。所以，基因假设隐含的逻辑是：遗传物质是由2个要素构成：一个是控制个体规格的基因，另一个是接受基因限定执行操作的制造要素。个体是由受精卵内制造要素遵循基因（组）的规格限定制出的。可见，孟德尔遗传学是二元遗传学。

2. 鉴定遗传物质的两条金标准：

• 遗传物质必定是个体的制造者。

• 遗传物质必定是自复制物质。

3. 对比下列2个句子：

1865年孟德尔说“基因能促成植株为高或矮（规格）”；

1944年艾弗里等说“DNA能促成肺炎球菌为S型（有荚膜）规格”。基因能促成个体（植株）为高或矮（规格）。

孟德尔的基因假设在其提出79年后（特别是在误认基因是个体制造者的思想称霸的年代里）竟能获得如此一致的实验事实证实，实在是个奇迹。

4. 新发现：Transc × DNA (代表卵转录酶和基因组的联盟)不仅是产生个体的源头，也是个体存在终生的源头。