20世紀被很多人認為是打開微觀世界之門的世紀。這個世紀從人類認識物質的微觀基本組成——原子結構開始，發展到原子彈爆炸，再到人類登上月球，都是這一世紀最輝煌的成就。在打開微觀世界的寶庫後，人們又以微電子技術實現了芯片的製造，使人類進入了信息化時代。這些都是在物理學的範疇內，在了解了微觀結構和規律的基礎上實現的。
但是，我們從前一章中已經知道，微觀世界不隻是物理的，也是生物的。因此，生物學的微觀世界也一樣應該有驚人的秘密。
事實正是這樣。並且，這些與我們人類自身的秘密有最為密切的關係。我們的生存與繁衍是由微觀世界決定的。
揭開這一謎團的是基因。
4.3.1 基因
基因也稱為遺傳因子，是指攜帶有遺傳信息的DNA序列，是控製性狀的基本遺傳單位。基因通過指導蛋白質的合成來表達自己所攜帶的遺傳信息，從而控製生物個體的性狀表現。現代遺傳學認為，基因是DNA分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA分子片段。
基因不僅可以通過複製把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達，也就是使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質的分子結構上，從而使後代表現出與親代相似的性狀。
基因有兩個特點：一是能忠實地複製自己，以保持生物的基本特征；二是基因能夠“突變”，絕大多數突變會導致疾病，另外的一小部分是非致病突變。非致病突變給自然選擇帶來了原始材料，使生物可以在自然選擇中被選擇出最適合自然的個體。
我們常聽說“這個孩子真像他爸”，或者“這個孩子長得像他媽”等，為什麼會這樣呢？這都是基因決定的。
可見，基因對於人類是多麼的重要，一是保持正常人群的代代相傳，同時也從後天獲得改變的信息，記載到基因中，在下一代或幾代中發生有利的變化，但是也存在變壞的風險，也就是發生突變，如癌變、返祖等。
那麼基因是如何被發現的呢？
在德國布爾諾（現屬捷克）的奧古斯丁教派修道院的菜園裏，奧地利人孟德爾揮灑了8年的汗水，精心進行著自己的植物雜交實驗。
1865年2月，他在奧地利自然科學學會會議上報告了自己的植物雜交研究結果，第二年，在奧地利自然科學學會年刊上發表了著名的《植物雜交實驗》的論文，宣布發現了遺傳學的兩個基本規律——分離律和自由組合規律。這一研究成果使他成為遺傳學的奠基人。
他指出，生物每一個性狀都是通過遺傳因子來傳遞的，遺傳因子是一些獨立的遺傳單位。這樣就把可觀察的遺傳性狀和控製它的內在的遺傳因子區分開來，遺傳因子作為基因的雛形名詞應運而生了。
基因的存在最早是由他在19世紀推斷出來的，並不是觀察的結果。在達爾文發表進化論後不久，他試圖通過對豌豆進行實驗來解釋該理論。但是直到19世紀末，他的研究才被人們所重視。雖然孟德爾還不知道這種物質是以怎樣的方式存在的，也不知道它的結構是怎樣的，但孟德爾“遺傳因子”的提出畢竟為現代基因概念的產生奠定了基礎。
1822年，孟德爾生於當時奧地利西裏西亞德語區一個貧窮的農民家庭。他幼年名叫約翰·孟德爾，是家中5個孩子中唯一的男孩。他的故鄉素有“多瑙河之花”的美稱，村裏人都愛好園藝。一個叫施賴伯的人曾在他的故鄉開辦果樹訓練班，指導當地居民培植和嫁接不同的植物品種。孟德爾的超群智力給他留下了深刻印象。他說服孟德爾的父母送這個男孩進入更好的學校繼續其學業。1833年，孟德爾進入一所中學，1840年，考入一所哲學學院。在大學中，他幾乎身無分文，不得不經常為求學的資金而奔波。1843年，大學畢業後，21歲的他進入了修道院，這不是由於受到上帝的感召，而是由於他感到“被迫走上生活的第一站，而這樣便能解除他為生存而做的艱苦鬥爭”。1849年，他獲得一個擔任中學教師的機會。但在1850年的教師資格考試中，他的成績很慘。為了起碼能勝任一個初級學校教師的工作，他所在的修道院根據一項教育令把他派到維也納大學進修，希望他能得到一張正式的教師文憑。就這樣，孟德爾被準許在維也納大學學習，度過了從1851～1853年的4個學期。在此期間，他學習了物理學、化學、動物學、昆蟲學、植物學、古生物學和數學。同時，他還受到傑出科學家們的影響，如多普勒。孟德爾為他當物理學演示助手，又如依汀豪生，他是一位數學家和物理學家。當然，這中間最重要的是恩格爾，他是細胞理論發展中的一位重要人物，由於否定植物物種的穩定性而受到教士們的攻擊。但是這並沒有影響孟德爾從他那裏學到了把細胞看作動植物有機體結構的觀點。
恩格爾是孟德爾有史以來遇到的最好的生物學家。他對遺傳的看法具體而實際：遺傳規律不是用精神本質決定的，也不是由生命力決定的，而是通過真實的事實來決定的。孟德爾在這方麵也受到了恩格爾的很大影響。1853年，已經31歲的孟德爾重新回到布爾諾的修道院，同時有機會在布爾諾一所剛創建的技術學校教課。大約從這時起，孟德爾決定把他的一生貢獻給生物學方麵的具體實驗。
1854年夏天，孟德爾開始用34個豌豆株係進行他的工作，1855年，繼續實驗它們在傳遞特性性狀時的不變性。1856年，他開始了著名的一係列實驗，8年實驗的結果產生了那篇在1865年布隆自然曆史學會上宣讀的論文。這篇論文在1866年發表於該會的會議錄上。就是這篇當時被完全忽視而日後被發掘出來的論文奠定了孟德爾遺傳學史上的地位。1868年，孟德爾被選為修道院院長，他的管理工作剝奪了他從事科學研究的時間和精力。在孟德爾的同代人眼中，這個有教養的老修士似乎是在用一些愚蠢的、但卻也無害的方法來消磨時間。1884年6月6日，孟德爾死於慢性腎髒疾病。他的後繼者燒毀了他的私人文件。因此，我們幾乎沒有關於孟德爾的原始資料或靈感的直接記載。