二、果蝇实验

孟德尔定律的发现向人们提出了这样一个问题：遗传因子（基因）是不是客观存在的物质实体？它究竟在哪里？1902年和1903年，鲍维里（T. H.Boveri，1862—1915，德国动物学家）和萨顿（W.S.Sutton，1877—1916，美国细胞学家）分别在动物细胞的减数分裂过程中发现了染色体行为与遗传因子行为之间的平行关系，推测遗传因子可能定位在染色体上。但是生物界中存在一个重要的事实：生物体的遗传性状以及代表这些性状的因子的数目远远超过了细胞内染色体的数目。因此，遗传性状或因子与染色体之间绝对不可能一一对应。也就是说，这个推测事实上面临着困难。

从1908年起美国遗传学家摩尔根（T.H.Morgan，1866—1945）和他的学生们就开始研究染色体与遗传因子之间的关系。对这个问题的研究，促使由孟德尔开创的现代遗传学从个体水平发展到细胞水平，从而形成了以果蝇遗传学和细胞遗传学为重要依据的遗传的染色体学说。由此，细胞学与遗传学有了越来越密切的关系。

摩尔根1866年9月25日生于美国肯塔基州的列克辛顿，1945年12月4日殁于加利福尼亚州帕萨迪纳，美国遗传学家和胚胎学家。摩尔根在肯塔基州立学院学习动物学，于1886年获得约翰·霍普金斯大学哲学博士学位。1891—1904年担任布林马尔学院副教授。1904—1928年期间，他进行了他最重要的工作。当时他在哥伦比亚大学担任实验动物学教授，在这里，他卷入了由于1900年孟德尔遗传学定律的重新发现而引起的论战。

许多科学家注意到孟德尔的分离率与在减数分裂中观察到的染色体的行为方式非常吻合。然而，摩尔根有充分的理由继续以怀疑的态度看待孟德尔定律，特别是独立分配规律。在当时，已知道遗传性状比染色体的数目多，所以每一条染色体必然控制许多性状。当时还知道染色体是作为一个整体遗传的，因此各种性状必定与单条染色体联系在一起，并被认为是一起遗传的。1908年摩尔根开始用具有四对染色体的黑腹孢果蝇进行繁殖试验。(www.daowen.com)

摩尔根用作实验的材料是果蝇。这是一种非常小的蝇类，在腐烂的瓜果上常常会见到。就是这么一种普通的昆虫，却是遗传学研究中非常重要的一种模式动物。这首先是因为它的突变体表型非常明显；另外，果蝇唾腺细胞的染色体非常大，只需要用普通的光学显微镜就能观察到；它还有一个优势，就是繁殖周期非常短，一只果蝇的生命大约十天，这样一年之中就可以繁殖约30代，非常适合遗传学的研究。摩尔根的实验室里就充满了养果蝇的瓶子，因此他的实验被戏称为“果蝇之家”。自然界中的普通果蝇应该是红眼的。然而1910年，摩尔根实验室中产生了一只特殊的雄蝇，这只雄蝇是白眼的。这是一只非常珍贵的突变个体，摩尔根视如珍宝。装着这只果蝇的培养瓶白天就放在实验室，晚上就跟着摩尔根到他的家里。终于这只白眼果蝇没有辜负摩尔根的厚爱，同一只正常的红眼雌蝇交配，产生了很多后代，将它的突变基因留了下来。摩尔根发现，子一代都是红眼，这就说明红眼相对于白眼是显性性状，与孟德尔的结果相吻合。摩尔根又使子一代交配，发现了子二代中红眼果蝇与白眼果蝇的比例是3∶1，这与孟德尔的研究结果也是吻合的。然而摩尔根发现了一个孟德尔没有发现过的现象：在子二代中，所有的白眼果蝇都是雄性的，所有的雌性果蝇都是红眼的。这个现象的发现具有非凡的意义，说明控制白眼性状的基因与控制雄性性别的基因处在同一条染色体上，是连锁在一起的。^［3］

通过反复的实验，摩尔根等人证实果蝇有一百多对遗传性状的情况和果蝇眼睛颜色的情况相似，都与果蝇性别有关，即所谓的“伴性”遗传现象（后来，在许多其他生物以及人类身上也发现了伴性遗传的事实，如人类中红绿色盲的遗传、抗维生素D佝偻病的遗传等）。摩尔根为了协调孟德尔的遗传定律和他自己的实验结果，提出了基因连锁的假说。他认为，几种基因位于同一染色体上，一起遗传，不同的染色体上的基因虽然可以自由结合，但在同一染色体上的若干个基因却不能自由组合，只能排列成连锁群，这种性状连在一起遗传的现象叫作基因连锁。

摩尔根在此之后又对“残翅”、“黄身”等突变体进行了实验研究。摩尔根和他的学生进一步做了大量的实验，发现一些基因连在一起，形成了连锁群，连锁群的个数和染色体的条数总是相同的。例如，果蝇的染色体为4对，它的基因连锁群也是4对；豌豆的染色体为7对，它的基因连锁群也是7对。而孟德尔研究的豌豆的7对相对性状恰好分布在7对染色体上，所以表现出了典型的自由组合规律。1905—1906年贝特森等人发现香豌豆杂交后，F2表型分离的比例与孟德尔确立的9∶3∶3∶1不相符，摩尔根为了解决这一问题，提出了进一步的假说：同条染色体上的各个基因，除了连锁在一起传递形成配子以外，还可以发生同源染色体之间对应节段的相互交换，即等位基因之间的互换（等位基因是指分别位于一对同源染色体的对应位点上，控制着同类相对性状的成对基因。如CC、Cc、cc等即代表了控制生物某一性状的等位基因）。互换片段的长度从携带一个基因到若干个基因不等，其结果破坏了连锁现象。这种现象叫作不完全连锁（既有连锁，又有互换）。不完全连锁，即连锁与互换现象在生物界是普遍存在的，完全连锁是极少数现象。遗传学上把摩尔根等发现的基因的“连锁”与“互换”规律称为遗传学说的第三定律。在此基础上，摩尔根等又设想基因之间在染色体上直线排列的距离越远，连锁度就越弱，互换的机会也就越多，由此基因互换的频率可以提供有关连锁群内的基因线性排列的证据，同时也能表明基因之间的相对位置。1913年，摩尔根的助手斯特蒂文特（A.H.Sturtevant，1891—1970，美国生物学家）得出了普通果蝇X染色体的第一张染色体图（基因位置图），证实了基因在染色体上呈线性排列。

摩尔根通过对果蝇的一系列研究，提出了著名的染色体遗传理论，继承和发展了孟德尔的学说，因此我们常称他为现代遗传学的奠基人。同时由于摩尔根对遗传学的贡献，他获得了1933年诺贝尔生理学及医学奖。