存在是永恒的；因為有許多法則保護了生命的寶藏；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)想是錯誤的

我們通常的一個結(jié)論是，有機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)家們向我們傳達的這一點是重要的，正是這樣，我們才得以理解為什么有機體具有足夠精確的物理學(xué)定律，并能按照這些定律實現(xiàn)其功能。按照生物學(xué)的觀點來看，這些從物理學(xué)得出的觀點與實際的生物學(xué)事實一致嗎？

起初，人們總是認為這個結(jié)論沒有什么重要性，這與30年前的生物學(xué)家的觀點如出一轍。可是，在一般的通俗演說者看來，統(tǒng)計物理學(xué)對于有機體的重要性也同樣適用于其他地方，因此，這個結(jié)論對于他們而言還是比較恰當(dāng)?shù)摹τ谌魏胃叩壬锏某赡陚€體來說，它的軀體以及組成軀體的每一個單細胞都包含著“天文數(shù)字”般的各種原子。正如30年前所知道的那樣，我們觀察每一個特定的生理過程，不論在細胞內(nèi)或是在細胞同周圍環(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意見是不可行的，就像下面即將看到的那樣，在有機體的體內(nèi)有許多微小的原子團，這種微小的程度足以使得精確的統(tǒng)計學(xué)定律失效；但是它們在有秩序和有規(guī)律的事件中起著關(guān)鍵的支配作用。它們操控著有機體在發(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體發(fā)揮功能的重要特征。在所有這些有機體的生命運動中，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生物學(xué)，尤其是遺傳學(xué)方面的情況；簡而言之，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，我對自己的這些外行話深表歉意，對于生物學(xué)家們來說更是如此。另一方面，也請你們允許我介紹一下流行的觀點，雖然這或多或少地帶有些教條。我之所以這么說，是因為不能期望一個笨拙的理論物理學(xué)家對實驗材料作出權(quán)威而全面的闡述；這些實驗材料不僅有來自大量日積月累的繁育試驗，而且還有來自精密的現(xiàn)代顯微鏡技術(shù)對實驗對象的直接觀察。

2．遺傳的密碼本（染色體）

我們在生物學(xué)家稱做“四維模式”的意義上使用有機體的“模式”，它不僅指成年有機體和任何有機體的任一發(fā)展階段上的結(jié)構(gòu)和功能，而且還指有機體開始復(fù)制自身時受精卵到成年階段的個體發(fā)育的全過程。整個四維模式是由一個受精卵細胞的結(jié)構(gòu)決定的，準確地說，是由受精卵的很小一部分即它的細胞核決定的。這個細胞核在細胞的正常“休眠期”內(nèi)顯示為網(wǎng)狀染色質(zhì)，分布在細胞內(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。單個染色體可以從自身的大小或形狀加以區(qū)分和辨認，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本子。

染色體的纖絲結(jié)構(gòu)一般稱為密碼本，只要是一個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，還有一點拉普拉斯決定論沒有談到，那就是卵細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胞中包含的營養(yǎng)物質(zhì)多些而已。

既然染色體結(jié)構(gòu)是促使卵細胞發(fā)育的工具，那么簡單地稱其為“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．通過細胞分裂（有絲分裂）的個體生長

在個體發(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？”，一個有機體的生長是由連續(xù)的細胞分裂引起的，這樣的細胞分裂稱為有絲分裂。我們的身體是由細胞組成的，但是有絲分裂不是人們所認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，細胞的生長是很迅速的。卵細胞分成2個子細胞，繼而發(fā)育成4個細胞，然后是8，16，32，64，…在身體的不同部位，細胞的有絲分裂的頻率是不同的，因此各個部位的細胞數(shù)目就是不平衡的。通過計算，我們就可以知道卵細胞只要分裂50或者60次就可以生成一個成人的細胞數(shù)，甚至是這個數(shù)目的10倍，后面的數(shù)目包含了一生中更替的所有細胞。由此可以知道，我的一個體細胞僅僅只是原始卵細胞的第50代或60代的“后代”。

4．在有絲分裂中每個染色體是被復(fù)制的

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

每個單細胞都具有密碼本的全套復(fù)制，甚至有些無足輕重的單細胞也是如此。因此，雖然我們對這種機制了解不多，但是我們可以肯定它是通過某種途徑同有機體的機能密切相關(guān)的。前不久，我們剛在報紙上看到蒙哥馬利將軍要求手下的每個士兵都仔細了解他在非洲的全部作戰(zhàn)計劃。如果是這樣的話，正好為我的理論提供了一個美妙的類比——每個士兵其實相當(dāng)于一個單細胞。我們對遺傳機制的顯著特點——有絲分裂的過程中每個單細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)這種特點之外的情況。

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

在個體發(fā)育剛剛開始的階段，有一些細胞保留著，它們?nèi)蘸罂梢援a(chǎn)生出成年個體繁殖所需要的配子。至于配子是精細胞還是卵細胞，就要視情況而定了。“保留”是指它們在這個階段只進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間里才會發(fā)生。發(fā)生的過程中，親細胞的兩套染色體分成兩組，每一組染色體進入一個子細胞內(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。也就是說，每個配子收到的染色體只有一組而不是兩組，例如人只有23個，而不是2×23=46個。

只有一組染色體的細胞叫做單倍體。因此，配子是單倍體，而通常的體細胞是二倍體。有三組、四組或者多組染色體的體細胞就叫做三倍體、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．單倍體個體