存在是永恒的；因?yàn)橛性S多法則保護(hù)了生命的寶藏；而宇宙從這些寶藏中汲取了美。，——歌德

1．經(jīng)典物理學(xué)家那些絕非無關(guān)緊要的設(shè)想是錯(cuò)誤的

我們通常的一個(gè)結(jié)論是，有機(jī)體和它的全部生物學(xué)過程，必須有足夠多的原子結(jié)構(gòu)，必須避免出現(xiàn)偶然的單原子事件發(fā)揮關(guān)鍵作用。樸素物理學(xué)家們向我們傳達(dá)的這一點(diǎn)是重要的，正是這樣，我們才得以理解為什么有機(jī)體具有足夠精確的物理學(xué)定律，并能按照這些定律實(shí)現(xiàn)其功能。按照生物學(xué)的觀點(diǎn)來看，這些從物理學(xué)得出的觀點(diǎn)與實(shí)際的生物學(xué)事實(shí)一致嗎？

起初，人們總是認(rèn)為這個(gè)結(jié)論沒有什么重要性，這與30年前的生物學(xué)家的觀點(diǎn)如出一轍?？墒牵谝话愕耐ㄋ籽菡f者看來，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)對(duì)于有機(jī)體的重要性也同樣適用于其他地方，因此，這個(gè)結(jié)論對(duì)于他們而言還是比較恰當(dāng)?shù)摹?duì)于任何高等生物的成年個(gè)體來說，它的軀體以及組成軀體的每一個(gè)單細(xì)胞都包含著“天文數(shù)字”般的各種原子。正如30年前所知道的那樣，我們觀察每一個(gè)特定的生理過程，不論在細(xì)胞內(nèi)或是在細(xì)胞同周圍環(huán)境的相互作用中，都是包含了那么多的原子和單原子的過程。這樣的話就保證了物理學(xué)和物理化學(xué)的有關(guān)定律的一致性，即便是按照統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的“大數(shù)”來要求，也是能夠保證定律的有效性的。這種“大數(shù)”的要求就是剛才所說的律。

現(xiàn)在我們清楚地知道了這個(gè)意見是不可行的，就像下面即將看到的那樣，在有機(jī)體的體內(nèi)有許多微小的原子團(tuán)，這種微小的程度足以使得精確的統(tǒng)計(jì)學(xué)定律失效；但是它們?cè)谟兄刃蚝陀幸?guī)律的事件中起著關(guān)鍵的支配作用。它們操控著有機(jī)體在發(fā)育過程中的可獲得的大尺度性狀，而這些可以觀察到的大尺度性狀直接決定了有機(jī)體發(fā)揮功能的重要特征。在所有這些有機(jī)體的生命運(yùn)動(dòng)中，生物學(xué)定律在其中徹底而精確地貫徹著，顯示著自身的魅力。，在起始階段，我必須概括地講一點(diǎn)生物學(xué)，尤其是遺傳學(xué)方面的情況；簡(jiǎn)而言之，我必須概括地說明這門學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，雖然我不是這方面的專家。因此，我對(duì)自己的這些外行話深表歉意，對(duì)于生物學(xué)家們來說更是如此。另一方面，也請(qǐng)你們?cè)试S我介紹一下流行的觀點(diǎn)，雖然這或多或少地帶有些教條。我之所以這么說，是因?yàn)椴荒芷谕粋€(gè)笨拙的理論物理學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)材料作出權(quán)威而全面的闡述；這些實(shí)驗(yàn)材料不僅有來自大量日積月累的繁育試驗(yàn)，而且還有來自精密的現(xiàn)代顯微鏡技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的直接觀察。

2．遺傳的密碼本（染色體）

我們?cè)谏飳W(xué)家稱做“四維模式”的意義上使用有機(jī)體的“模式”，它不僅指成年有機(jī)體和任何有機(jī)體的任一發(fā)展階段上的結(jié)構(gòu)和功能，而且還指有機(jī)體開始復(fù)制自身時(shí)受精卵到成年階段的個(gè)體發(fā)育的全過程。整個(gè)四維模式是由一個(gè)受精卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)決定的，準(zhǔn)確地說，是由受精卵的很小一部分即它的細(xì)胞核決定的。這個(gè)細(xì)胞核在細(xì)胞的正常“休眠期”內(nèi)顯示為網(wǎng)狀染色質(zhì)，分布在細(xì)胞內(nèi)。但是在某些特殊的情況下（在有絲分裂和減數(shù)分裂的過程中，見下文）可以看到染色體——一組顆粒構(gòu)成的、常呈纖維狀或棒狀的物質(zhì)。它的數(shù)目有8條或是12條，而對(duì)于人來說則是46條。把這些數(shù)字寫成2×4，2×6，…，2×23，…，并且按照生物學(xué)家的習(xí)慣命名稱它們?yōu)閮商兹旧w。單個(gè)染色體可以從自身的大小或形狀加以區(qū)分和辨認(rèn)，但是這里的兩套染色體卻幾乎是相同的。有意思的是，它們中的一套來自母體的卵細(xì)胞，另一套來自父體的精子。通過顯微鏡我們可以看到，這些染色體的軸狀骨架纖絲部分包含了個(gè)體發(fā)育和成熟的全部模式密碼。每一套染色體都含有全部密碼，因此在原始階段的受精卵里一般有密碼的兩個(gè)本子。

染色體的纖絲結(jié)構(gòu)一般稱為密碼本，只要是一個(gè)有洞察力的人就可以根據(jù)卵的結(jié)構(gòu)告訴你，在將來的適宜條件下這個(gè)卵發(fā)育成什么生物——是一只黑公雞還是一只蘆花母雞，是成長(zhǎng)中的一只蒼蠅還是一棵玉米，一株石楠，一只甲蟲，一只老鼠或是一個(gè)女人？而這些正是拉普拉斯決定論所闡述的因果關(guān)系。其實(shí)，還有一點(diǎn)拉普拉斯決定論沒有談到，那就是卵細(xì)胞的外觀是很相似的；即便外觀不是很相似，它們的密碼結(jié)構(gòu)也必定是大同小異的，差別僅在于一些卵細(xì)胞中包含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多些而已。

既然染色體結(jié)構(gòu)是促使卵細(xì)胞發(fā)育的工具，那么簡(jiǎn)單地稱其為“密碼本”也許太狹隘了。法律條文與執(zhí)行力的統(tǒng)一，建筑師同建造工人的合作，這些比喻化的說法也許更為貼切。

3．通過細(xì)胞分裂（有絲分裂）的個(gè)體生長(zhǎng)

在個(gè)體發(fā)育的過程中，人們總是好奇地追問：“染色體是怎樣變化發(fā)展的呢？”，一個(gè)有機(jī)體的生長(zhǎng)是由連續(xù)的細(xì)胞分裂引起的，這樣的細(xì)胞分裂稱為有絲分裂。我們的身體是由細(xì)胞組成的，但是有絲分裂不是人們所認(rèn)為的那樣是一件頻繁發(fā)生的事情。在有絲分裂的開始階段，細(xì)胞的生長(zhǎng)是很迅速的。卵細(xì)胞分成2個(gè)子細(xì)胞，繼而發(fā)育成4個(gè)細(xì)胞，然后是8，16，32，64，…在身體的不同部位，細(xì)胞的有絲分裂的頻率是不同的，因此各個(gè)部位的細(xì)胞數(shù)目就是不平衡的。通過計(jì)算，我們就可以知道卵細(xì)胞只要分裂50或者60次就可以生成一個(gè)成人的細(xì)胞數(shù)，甚至是這個(gè)數(shù)目的10倍，后面的數(shù)目包含了一生中更替的所有細(xì)胞。由此可以知道，我的一個(gè)體細(xì)胞僅僅只是原始卵細(xì)胞的第50代或60代的“后代”。

4．在有絲分裂中每個(gè)染色體是被復(fù)制的

在有絲分裂的過程中，每個(gè)染色體是怎樣行動(dòng)的呢？它們是被復(fù)制了，兩套染色體和密碼的兩個(gè)拷貝都是被復(fù)制的。這個(gè)過程通過顯微鏡可以觀察到，但是涉及的細(xì)節(jié)和面太廣，就不一一細(xì)說了。尤為重要的一點(diǎn)是：兩個(gè)“子細(xì)胞”中的每一個(gè)都得到了跟親細(xì)胞準(zhǔn)確相似的、另外兩套完整的染色體。因此，所有的體細(xì)胞都具有完全一樣的染色體。

每個(gè)單細(xì)胞都具有密碼本的全套復(fù)制，甚至有些無足輕重的單細(xì)胞也是如此。因此，雖然我們對(duì)這種機(jī)制了解不多，但是我們可以肯定它是通過某種途徑同有機(jī)體的機(jī)能密切相關(guān)的。前不久，我們剛在報(bào)紙上看到蒙哥馬利將軍要求手下的每個(gè)士兵都仔細(xì)了解他在非洲的全部作戰(zhàn)計(jì)劃。如果是這樣的話，正好為我的理論提供了一個(gè)美妙的類比——每個(gè)士兵其實(shí)相當(dāng)于一個(gè)單細(xì)胞。我們對(duì)遺傳機(jī)制的顯著特點(diǎn)——有絲分裂的過程中每個(gè)單細(xì)胞始終保持著兩套染色體感到驚詫不已；在后面的深入討論中，才出現(xiàn)這種特點(diǎn)之外的情況。

5．染色體數(shù)減半的細(xì)胞分裂（減數(shù)分裂）和受精（配子配合）

在個(gè)體發(fā)育剛剛開始的階段，有一些細(xì)胞保留著，它們?nèi)蘸罂梢援a(chǎn)生出成年個(gè)體繁殖所需要的配子。至于配子是精細(xì)胞還是卵細(xì)胞，就要視情況而定了。“保留”是指它們?cè)谶@個(gè)階段只進(jìn)行僅有的幾次有絲分裂，而不是用作其他目的。這些保留著的細(xì)胞，除了有絲分裂的方式外，還有減數(shù)分裂。通過減數(shù)分裂，保留著的細(xì)胞產(chǎn)生了配子。一般而言，減數(shù)分裂只在配子受精以前的很短時(shí)間里才會(huì)發(fā)生。發(fā)生的過程中，親細(xì)胞的兩套染色體分成兩組，每一組染色體進(jìn)入一個(gè)子細(xì)胞內(nèi)，這便是所謂的配子。由此可以看出，減數(shù)分裂和有絲分裂的不同之處在于它的染色體總數(shù)保持不變，而有絲分裂的染色體數(shù)目加倍增長(zhǎng)。也就是說，每個(gè)配子收到的染色體只有一組而不是兩組，例如人只有23個(gè)，而不是2×23=46個(gè)。

只有一組染色體的細(xì)胞叫做單倍體。因此，配子是單倍體，而通常的體細(xì)胞是二倍體。有三組、四組或者多組染色體的體細(xì)胞就叫做三倍體、四倍體或者多倍體。

在配子的配合中，雄配子（精子）和雌配子（卵子）都是單倍體，結(jié)合而成的受精卵是雙倍體。其中的染色體組，一半來自母體，一半來自父體。

6．單倍體個(gè)體