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科学史故事:上帝专门为摩尔根创造了果蝇? 精选

已有 13996 次阅读 2010-8-10 14:14 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 摩尔根, 果蝇

直到今天,以摩尔根命名的遗传理论仍然牢牢占领着遗传学的阵地,并不断得到发展。摩尔根无疑是继孟德尔之后最应该被记上一笔的遗传学史上的伟大人物。是他用最有力的实验证据进一步揭示了生物不连续变异的物质基础,对遗传的染色体学说做出了决定性的贡献,开辟了遗传学的崭新篇章。

伟大的达尔文虽然揭示了生物群体中大量的变异,但对变异怎么来的,当时人们并不清楚,因此对达尔文的进化理论自然也就褒贬不一了。在达尔文时代,相信种质连续变异的说法曾一度占上风,人们强调自然选择的重要性,但显然它只能对生物的进化作出部分解释,当人们通过更多观察和思考就会发现,自然选择作用下的物种内的连续变异,并不足以推动新物种的产生,一定有一种力量导致的物种不连续变异,催生了新的物种。

今天,我们看到五花八门的宠物狗,没有人相信它们是从一个模样慢慢通过选择进化而来,而是经过了无数不连续的遗传变异和选择。然而在100多年前,关于生物变异是连续的还是非连续的之争,简直是公说公有理,婆说婆有理,很难分出个子丑寅卯,泛生假说和种质连续论泛滥一时,以致于可怜的孟德尔明明已经揭示了遗传的物质基础,但却没有被人重视,最终带着深深的遗憾离开人世。

相比于孟德尔,出生于美国
弗吉尼亚州的摩尔根不知要幸运多少倍。这位出身名门贵族,1890年在霍普金斯大学的获哲学博士学位,后来曾任哥伦比亚大学和加利福尼亚理工学院教授、美国全国科学院院长的科班研究人员,最早钟情于实验胚胎学,后来将兴趣逐渐转向观察和研究遗传变异,特别是那些不连续的变异。显然。摩尔根也想抓住生命体内那些导致生物明显差异的神秘东东到底在哪里。

比起老孟,老摩的研究条件显然要优越得多,他有很多学生,本职工作就是从事生物学实验。最为关键的是,他抓住了研究变异最好的实验材料――果蝇,在它身上获得了前所未有的重大发现,并广为传播,获得认可。作为基因理论的创始人,摩尔根获得了1933年的诺贝尔奖。

第一个敢于吃螃蟹的人并不一定获得好的结局,但总会为后人留下继续探索的勇气和空间。上世纪初孟德尔的再发现,掀起了实验生物学的高潮。尽管摩尔根后来成了孟德尔的坚定支持者,但最初并不相信老孟的遗传因子说,相关的一些实验得到的数据总是偏离孟德尔得出的结果,对照染色体理论,更是找不出什么头绪。

怀疑归怀疑,猜测归猜测,在没有实验证据之前,摩尔根认为,一切都是不可信的。年轻的他决心一定要用自己的实验证实点什么。

有人说,果蝇是上帝专为摩尔根创造的实验动物。这些夏天经常在腐烂的水果周围飞来飞去的小东西们,的确成就了摩尔根这位大科学家。尽管果蝇体形小,可它的唾液杂色体却特别大,十分便于观察。除此之外,果蝇的染色体不多,只有4对。生活周期短,10~14天就能完成一代。仅仅一对雌雄果蝇一次就可以产生出几百个后代。而且果蝇对吃也不挑剔,除了吃腐烂的水果,一点香蕉浆就可以让他们吃饱。果蝇的种类很多,大约有二千多种,常用来做遗传学实验的是黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)。

果蝇的善后上述“优点”,足以让摩尔根兴奋的了。仅仅借助于低倍的显微镜,就可以尽情进行观察研究。果蝇的突变性状多,多数是容易观察到的形态变化。经过十几年间的实验研究,摩尔根从果蝇身上发现的遗传基因差不多有一百个。

有趣的是,传说中有一段时间,实验室周边牛奶作坊里的牛奶瓶总是丢失,后来发现,这些奶瓶居然被摩尔根的学生们“偷”去养果蝇了。能养上数百只果蝇的小小牛奶瓶,简单的实验器具,加上乖乖果蝇们的鼎力配合,让摩尔根和他的学生们的辛苦没有白费。
 
摩尔根最著名的实验之一:红眼果蝇和白眼果蝇的杂交实验。我们看看他究竟发现了什么。

从1909年开始,摩尔根开始潜心研究果蝇的遗传行为。他在一群红眼果蝇中发现了一只突变体——白眼雄果蝇,也不管红眼和白眼果蝇是否“对眼”,强迫白眼雄果蝇同红眼雌果蝇交配。结果出人意料地发现,在第二代果蝇中,白眼果蝇全都是雄性的。

这说明了什么问题呢?显然,决定白眼的基因与决定性别的基因是联系在一起的。遗传因子不都是独立存在和遗传的,它们之间存在连锁!多个连锁基因不可能游离存在,一定有一种物质载体将他们联系到一起,这应该是染色体。

由于事先的试验已经证明了性别是由染色体决定的,因此摩尔根推断,白眼基因也一定在性染色体上,白眼-雄性,这种伴性遗传,正是对染色体作为基因载体这一推论所获得的第一个实验证据。
   
摩尔根和他的学生们用了十多年的时间,用果蝇进行了大量的实验,发现了果蝇的伴性遗传,证明了基因在染色体上是呈直线排列的,不仅验证了孟德尔遗传法则,而且确立了连锁遗传法测,对孟德尔遗传学做出了新的贡献。从此,一个完整的基因遗传学说诞生于世了。

 1926年,摩尔根发表了《基因论》,把他完善的基因遗传理论公诸于世,也把孟德尔的性状遗传学推进到了细胞遗传学的新阶段。
 
“基因论认为:个体的种种性状起源于生殖质内连在一起,形成若干连锁群的成对的要素(基因),当生殖细胞成熟时,每一对的两个基因依孟德尔第一定律而彼此分离,于是每个生殖细胞只含一组基因;不同连锁群内的基因依孟德尔第二定律而自由组合;相应的连锁群內的    成员基因之间有时也发生有秩序的交换;交换的频率可以提供有关每个连锁群内成员间线性排列的证据,同时也能表明成员相互之间的相对位置。”――摘自《生命科学史》。”

小小果蝇成就了摩尔根这个大科学家。上帝给摩尔根送去了最好的礼物。摩尔根真的非常幸运。他选对了实验材料,为成功奠定了坚实的基础。但他的幸运也是建立在失败的基础之上。在“玩果蝇”之前和“玩果蝇”的过程中,摩尔根也曾经历过无数失败。他曾经在抽屉里养老鼠,用家鼠和老鼠大量杂交,得到的结果五花八门,根本无法得出有价值的解释;他曾用大剂量的X光等方式“摧残”果蝇,以求获得突变的品种,但两年过去一无所获。功夫不负有心人,1910年,摩尔根终于在一群红眼果蝇中发现一只“白眼果蝇”,罕见的突变品种。这次,老摩终于有了大展身手的机会。 

不过说句实话,果蝇这东东,也不是摩尔根首先注意到的。早在亚里士多德时代,就被人注意到了,他曾经提到有一种从粘液的幼虫产生出来的小昆虫。有时这些小东东会附在诸说香蕉之类果果的身上,周游列国。直到现在,果蝇仍作为主要的遗传学实验材料。下次逛水果滩时可以顺便看看能不能近距离观察到这些东东。
 
 
 


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