生命的螺旋阶梯

为什么地球上的所有生物都和自己的父母长得很像？这个问题看似简单，人类却怀着无限的好奇心，用两千年左右的时间开创了一门名为“遗传学”的学科，才真正在两根螺旋形的链条中找到了它的答案。有趣的是，关于遗传学的故事，是从我们碗里的大米饭开始的……

科学史是人类一步步认识自己、掌握自己命运的历史。千百年来，人们一直在不断探索有关生命信息是如何传递下来的神奇密码，经过若干科学家猜测、尝试、钻研、实践，终于突破了重重困难，揭开了深藏在每个生命背后的神秘面纱。在这部书中，你将和古今中外20余位科学家一起，以历史和科学的眼光，去重新看待包括我们自己在内的每个生命个体，用全新的视角审视这个世界，从而踏上延续生命的伟大阶梯，了解遗传学发展的来龙去脉，更深层次地认识生命、生物、生活。

孙轶飞，科普作家、副教授。现任河北医科大学医学教育史研究室主任。

科研成果曾获河北省医学科技奖一等奖一项、二等奖一项。2016年出版《2015年中国科普文学精选》（合著），2017年出版《谣言背后的健康真相》（合著），2018年出版《照进角落的光：行走在远古到中世纪的医学》，获得“第六届中国科普作家协会优秀科普作品奖”银奖。2020年出版科普绘本《用两百万年斗蚊子》，获“深圳读书月十大童书奖”“桂冠童书奖”（2020年）。

自2021年起，出版“了不起的生物学”系列，《用显微镜看大象》获得北京市科学技术协会科普创作出版资金资助，第九届“上海好童书”（2022年）；《不止一个达尔文》获得“深圳读书月十大童书奖”、“中国教育报教师推荐十大童书”（2022年）、“河北省优秀科普图书作品一等奖”（2023年）等多项殊荣。

前面的话 用好奇心探索生命的秘密

第一章 一万年前·虽然不懂遗传学，但是会应用

• 中国农业造福世界：一切从米饭开始


• 中国古代遗传学成就：养动物我们是专业的


• 古希腊神话：注定不平凡的孩子

• 古希腊时代·小颗粒和遗传信息

希波克拉底（Hippocrates，前460—前370）

德谟克利特（Democritus，前460—前370）

亚里士多德（Aristotle，前384—前322）

• 希波克拉底的遗传学：我猜有些小颗粒


• 德谟克利特的原子论：世界都是小颗粒


• 亚里士多德的哲学观：根本没什么颗粒

• 19世纪·达尔文需要你

查尔斯·达尔文（Charles Robert Darwin，1809—1882）

弗朗西斯·高尔顿（Francis Galton，1822—1911）

恩斯特·海克尔（Ernst Haeckel，1834—1919）

• 达尔文的泛生论：小颗粒重出江湖


• 高尔顿与统计学：哥哥，你说得对


• 海克尔与遗传学：偶像，你说得对

• 19世纪·种豌豆的人

格雷戈尔·孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822—1884）

• 孟德尔的角色：不懂生物学的生物学家


• 孟德尔的理论：藏在豌豆里的秘密


• 孟德尔的结局：被遗忘的人

• 19世纪·小颗粒出现了

瓦尔特·弗莱明（Walther Flemming，1843—1905）

约翰内斯·弗里德里希·米歇尔（Johannes Friedrich Miescher，1844—1895）

• 瓦尔特·弗莱明的新技术：给你点颜色看看


• 细胞的有丝分裂：我们要藕断丝连


• 化学的奥秘：生物学需要化学


• 米歇尔的探索：脓液里的宝藏


•  


• 20世纪·原来真的有小颗粒

雨果·马里·德弗里斯（Hugo Marie de Vries，1848—1935）

卡尔·埃里克·科伦斯（Carl Erich Correns，1864—1933）

埃里克·冯·切尔马克（Erich von Tschermak，1871—1972）

沃尔特·斯坦伯勒·萨顿（Walter Stanborough Sutton，1877—1916）

西奥多·波弗利（Theodor Boveri，1862—1915）

威廉·贝特森（William Bateson，1861—1926）

威廉·约翰森（Wilhelm Johannsen，1857—1927）

• 又见孟德尔：被遗忘的人重出江湖


• 萨顿与波弗利的发现：遗传信息在哪里


• 贝特森与约翰森确定术语：我们终于有名字了


•  


• 20世纪·染色体就是那些小颗粒

托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan，1866—1945）

• 摩尔根的故事：另类人物成长史


• 遗传学研究的前线：德国风格的美国大学


• 摩尔根的功劳：基因在染色体上

• 20世纪·基因可以传递

弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith，1877—1941）

奥斯瓦尔德·艾弗里（Oswald Avery，1877—1955）

• 格里菲斯的追问：基因可以传递吗


• 艾弗里的疑问：基因在DNA里吗

• 20世纪·DNA的成分很重要

埃尔文·查伽夫（Erwin Chargaff，1905—2002）

阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey，1908—1997）

玛莎·蔡斯（Martha Chase，1927—2003）

• 查伽夫的贡献：我弄清了DNA成分的比例


• 赫尔希和蔡斯的结论：基因在DNA里

• 20世纪·还有一步之遥

莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins，1916—2004）

罗莎琳德·埃尔西·富兰克林（Rosalind Elsie Franklin，1920—1958）

• 物理学家进军生物学：让人心灰意冷的战争


• 威尔金斯的功绩：我给DNA拍照片


• 富兰克林的突破：我拍的照片更清楚

• 20世纪·英雄所见略同

詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson，1928— ）

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克（Francis Harry Compton Crick，1916—2004）

纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling，1901—1994）

• 沃森的兴趣：我要追随前辈的脚步


• 沃森和克里克的友谊：理想让我们相遇


• 沃森和克里克的挫折：科研需要争分夺秒

• 20世纪·曲终人不见，江上数峰青

莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins，1916—2004）

罗莎琳德·埃尔西·富兰克林（Rosalind Elsie Franklin，1920—1958）

詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson，1928— ）

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克（Francis Harry Compton Crick，191—2004）

• 沃森和克里克的成就：生命的螺旋阶梯


• 富兰克林的遗憾：世界欠她一个诺贝尔奖


• 沃森的错误：落寞的收场


• 克里克的进展：DNA的作用

后面的话 科学理念永存

为什么地球上的所有生物都和自己的父母长得很像？这个问题看似简单，人类却怀着无限的好奇心，用两千年左右的时间开创了一门名为“遗传学”的学科，才真正在两根螺旋形的链条中找到了它的答案。有趣的是，关于遗传学的故事，是从我们碗里的大米饭开始的……

科学史是人类一步步认识自己、掌握自己命运的历史。千百年来，人们一直在不断探索有关生命信息是如何传递下来的神奇密码，经过若干科学家猜测、尝试、钻研、实践，终于突破了重重困难，揭开了深藏在每个生命背后的神秘面纱。在这部书中，你将和古今中外20余位科学家一起，以历史和科学的眼光，去重新看待包括我们自己在内的每个生命个体，用全新的视角审视这个世界，从而踏上延续生命的伟大阶梯，了解遗传学发展的来龙去脉，更深层次地认识生命、生物、生活。

孙轶飞，科普作家、副教授。现任河北医科大学医学教育史研究室主任。

科研成果曾获河北省医学科技奖一等奖一项、二等奖一项。2016年出版《2015年中国科普文学精选》（合著），2017年出版《谣言背后的健康真相》（合著），2018年出版《照进角落的光：行走在远古到中世纪的医学》，获得“第六届中国科普作家协会优秀科普作品奖”银奖。2020年出版科普绘本《用两百万年斗蚊子》，获“深圳读书月十大童书奖”“桂冠童书奖”（2020年）。

自2021年起，出版“了不起的生物学”系列，《用显微镜看大象》获得北京市科学技术协会科普创作出版资金资助，第九届“上海好童书”（2022年）；《不止一个达尔文》获得“深圳读书月十大童书奖”、“中国教育报教师推荐十大童书”（2022年）、“河北省优秀科普图书作品一等奖”（2023年）等多项殊荣。

第一章   一万年前·虽然不懂遗传学，但是会应用

遗传学的历史很短，只有一百多年的时间，但早在几千年前，我们的祖先就已经开始了解并运用遗传学相关的知识了。正是靠着这些知识，古代中国人培育出包括大米在内的很多农作物以及牲畜。有意思的是，在古希腊神话中，同样可以看到那时的人们对于遗传学基本规律的认识。

中国农业造福世界：一切从米饭开始

关于遗传学的故事，是从我们碗里的大米饭开始的。

人类想要有大米吃，就需要种水稻。水稻的种子有一层硬壳，把它去掉之后就是我们熟悉的大米了。在大约一万年前，就已经有人开始种水稻了，这些人正是咱们中国人的祖先。没错，中国是全世界最早驯化和种植水稻的地区之一。

在人类把植物驯化成农作物之前，它们只是野草而已。但是，我们的祖先发现有些野草的种子不一般，它们不但可以填饱人们的肚子，味道似乎还很好。于是，祖先们很自然地想到一个问题，能不能把它们变得产量更大并且更好吃呢？如果能够成功做到这样，人们不就获得稳定的食物来源了吗？

带着这样的愿望，人类经过了上万年的努力，驯化了很多植物，直到今天这些植物还在为我们提供粮食、蔬菜等生活必需品。看上去这似乎并不是一件大事，事实上，这是人类历史上至关重要的转折点，因为它宣告了农业时代的开启。农业让我们的祖先有了充足的食物，让他们能够获得更稳定的生活，进而孕育出伟大的文明。没有农业，我们今天看到的一切都无从谈起。

在世界各地的早期文明中，都有关于驯化植物、种植农作物和发展农业的故事，我们的祖先在其中做出了极为突出的贡献。大豆、小米、柑橘类水果、瓜类水果还有茶叶，这些东西都是中国人最早种植出来的。

不得不说，在帮助人类填饱肚子这件事上，中国人的贡献无可替代，水稻是其中特别重要的一种作物。

由于年代太久远了，现在我们已经无法知道水稻种植技术出现的具体时间，更无从知道究竟是谁开创了农业，不过，无论如何我们要感谢开创农业技术的那些无名英雄。那么，农业技术究竟是怎样出现的呢？

首先，我们可以设想一下，祖先们觉得什么样的植物适合种植？当然是产量大、味道好，而且有营养的植物，如果它们还能在恶劣的环境中顽强生存、种植起来又方便，就更完美了。毕竟，只有这样才能保证产量最大化。而当这些愿望都得到满足的时候，便是野草正式变为庄稼的时候。

今天，我们只能进行合理的猜测和想象：在一万多年前的某一天，一个人发现某种草的草籽很好吃，于是，他选了一块肥沃的土地，并在这里撒下草籽，希望它们能够在第二年结出更多的种子。如果能够成功的话，他和他的族群就不需要再四处迁徙，因为只要守着这片能结出种子的草，就可以得到足够多的食物。幸运的是，他真的成功了，并且得到了一种能够稳定提供粮食的植物，从此，他和他的族群结束了四处迁徙的生活，年复一年地住在同一个地方。

人类只是大自然中的一分子，并不是所谓“大自然的宠儿”。大自然不会主动创造一种植物，让它来专门满足人类的愿望，想要得到适合种植的农作物，这个任务只能靠人类自己来完成。

为了达到这个目的，我们的祖先挑选了最大、最饱满的野草种子，然后将它们种在地里，默默期待它们长出大而饱满的种子。经过一代又一代的筛选，祖先们终于得到了水稻，满足了他们对食物的需求。

今天我们熟识的水稻，在收获、脱壳之后变成了大米，每一粒都晶莹剔透，吃起来香甜松软，令人回味无穷，自然界中的某种野草就这样被人类驯化，成为水稻这种农作物。

虽然完全没有自觉意识，但在驯化水稻的过程当中，我们的祖先已经利用到了遗传学的知识。当他们挑选大而饱满的种子，将它们种到田地里的时候，一定希望能够得到同样大而饱满的种子，这便是遗传学中最重要、最核心的内容之一：生物的后代总是会保留前代的特性。

同时，我们的祖先经过不断筛选，得到了更大、更好的水稻品种，而在这个过程背后隐藏着遗传学的另一个重要现象：虽然生物的后代保留了前代的特性，但它们并不是完全相同的，而是会有细微的差别。换句话说，在遗传的过程中会发生变异。

现在我们可以看出，遗传学要讨论的基本问题有两个：一是相似；二是变异。

不过，遗传和变异究竟是如何发生的？这背后的原理到底是什么？人类花费了一万年的时间才找到了这些问题真正的答案。而在这一万年的时光里，大米跟随人类的脚步走遍了全球，最终在世界范围内成为重要的主食之一。比如，在七八百年前，大米传到了意大利和葡萄牙等欧洲国家，欧洲人也逐渐喜欢上了大米的味道。西班牙人也非常开心地接受了大米，为著名的西班牙海鲜饭的出现做好了准备。直到今天，西班牙仍是世界上重要的大米出产国之一。

1492年，哥伦布发现了新大陆，而大米也从欧洲被带到了美洲，从此，大米成为跨大西洋贸易的重要组成部分。

对于美洲居民来说，一经发现大米既有营养又好吃，就无法抗拒这种食物的魅力。在美洲的加勒比地区，那里的人会把大米和豆子混合在一起做成饭，这是当地的传统食物。当然，所谓的“传统”，也不过区区几百年而已。毕竟，中国才是大米的故乡，而遗传学的种子也在大约一万年前随着水稻被种了下来。

那么，在中国古代，有关遗传学的故事还有哪些呢？

中国古代遗传学成就：养动物我们是专业的

考古学发现证明，在六七千年前，中国的农业水平就已经很高超了。你肯定知道，中国古代最早的诗歌总集是《诗经》，在《诗经·大雅·生民》这首诗里，就记载着古人种植大豆的事迹。在整部《诗经》里，还记载了350多种植物，甚至提到了关于植物育种的知识，也就是怎样才能培育出品种更好的农作物。很多农作物已经分出了不同的品种，可以说，在那个时代里，这是相当大的成就。而在4000多年前的甲骨文上，还出现了猪、牛、羊、狗这些动物的名称，说明那个时代饲养牲畜也是日常生活的一部分。

同样，在《诗经》里，指称马和牛等动物的名词也特别丰富。比如，“骊”是纯黑色的马，“骐”是青黑色形成像棋盘一样花纹的马，一辆车驾三匹马是“骖”，驾四匹马就是“驷”。这也从侧面说明，在当时中国不但已经大规模饲养了马和牛，并且祖先们利用遗传和育种的知识，培养出了很多不同的品种。

到了汉代，著名思想家王充写下了《论衡》这部伟大的作品。在书中，王充曾提出“种类相产”“子性类父”这样的观点，意思是说生物繁殖的时候都会生出和自己相似的后代。可见，在大约2000年前，中国人已经清楚地认识到遗传现象。

大约在1500年前，贾思勰写出了《齐民要术》，这部作品是有关中国古代农业的伟大代表作。《齐民要术》这个书名是什么意思呢？其实就是“能让老百姓养活自己的重要的技术”。

《齐民要术》一个重要的内容是农作物育种的技术，而育种属于进化论所描述的人工选择，至于怎么分辨植物的雌雄，在这部典籍里也记录了相关的鉴定方法。

这本书的实用性特别强。书里不但教读者怎么分辨植物的雌雄，还把给植物授粉的技术传授给了他们，连怎么鉴定农作物品种的好坏，作品里也提到了非常明确的标准。

在种植果树方面，《齐民要术》也有很丰富的记载。比如，有些植物是需