摩尔根的故事

摩尔根的故事

托马斯·亨特·摩尔根
托马斯·亨特·摩尔根1866年出生于肯塔基州的列克星敦,他的叔叔是美国南北战争时南方联邦军的著名将领,在美国南方声誉很高,因此摩尔根一家在当地也颇受左邻右舍敬重.不过摩尔根在他的一生中很少提到那位名声显赫的叔叔,这一方面是因为叔叔并没有给他的家庭带来经济上的帮助,摩尔根的父亲在内战后受南方战败的影响,一直未能谋得一官半职改善家境；另一方面摩尔根在年纪还小的时候,就觉得上辈人的辉煌与他没多少关系,他很小就有自己的兴趣和爱好,例如捕蝴蝶、偷鸟蛋和往家里捡化石和矿物标本等等.在他父亲和母亲的家族中,出过富商、军人、外交官、律师,摩尔根以前的家谱中惟独没有科学家.借用现在的遗传学术语,摩尔根可以算是家中的“突变”产物.
1886年,摩尔根在肯塔基州立学院获得了理学学士学位,由于成绩优秀,他被选为毕业生代表在毕业典礼上致告别词.在获得理学学位后,摩尔根有点烦恼,他不知道自己应该到社会上去做什么.他似乎天生不喜欢经商,因此决定还是留在学校中继续读书,这一次他进入了霍普金斯大学的研究生院.他应该庆幸自己偶然的选择,因为这所大学以学术自由而著称,尤其重要的是,霍普金斯大学十分重视生物学.摩尔根受大学中学术气氛的影响很深,例如他一辈子都不相信价格昂贵的设备,而相信脚踏实地的作风更为重要；摩尔根几乎终生在实践着大学里“一切通过实验”的原则.
在霍普金斯大学读书和留校任教的岁月里,摩尔根始终保持着对生物学界进展的高度关注.当1900年孟德尔的遗传学研究被重新发现后,不断有遗传学的新消息传到摩尔根的耳朵里.摩尔根一开始对孟德尔的学说和染色体理论表示怀疑.他提出一个非常尖锐的问题：生物的性别肯定是由基因控制的.那么,决定性别的基因是显性的,还是隐性的?不论怎样回答,都会面对一个难以收拾的局面,在自然界中大多数生物的两性个体比例是1：1,而不论性别基因是显性还是隐性,都不会得出这样的比例.为了检验孟德尔定律,摩尔根曾亲自做了实验,他用家鼠与野生老鼠杂交,得到的结果五花八门,根本无法用定律解释；而且,关于染色体上有基因的说法,当时还只是猜测,用猜测的理论来解释孟德尔的遗传学说,坚持“一切通过实验”原则的摩尔根认为那是不可信的.
怀疑归怀疑,摩尔根依然在自己的实验室里忙碌着.1908年,他开始用果蝇作为实验材料,研究生物遗传性状中的突变现象.果蝇属于苍蝇一类,但是比我们日常看到的苍蝇要小,体长不过半厘米,一个牛奶瓶中就可以装成百上千只.果蝇喜欢吃腐烂的水果,所以人们在夏日的水果摊前可以看到它们的身影,它们的名字也由此而来.作为实验材料,果蝇饲养容易,一点点香蕉浆就可以让它们饱食终日；果蝇繁殖力强,1天时间卵即可孵化为蛆,2到3天变成蛹,再过5天羽化为成虫,一年可以繁殖30代；果蝇细胞内的染色体很简单,只有4对8条,清晰可辨.果蝇的快速繁殖让实验室附近的居民遇到了一个怪现象,他们放在家门口的牛奶瓶经常会丢失.那么多的牛奶瓶跑到哪里去了?原来,为了装下大量的果蝇摩尔根和他的研究生有时也做“梁上君子”,去偷附近居民的牛奶瓶.
第一批果蝇被摩尔根“关了禁闭”,他让手下的一名研究生在黑暗的环境里饲养果蝇,希望出现由于果蝇长期不用眼睛,使它们的视力逐渐消失,甚至眼睛萎缩或移位的品种.虽然连续繁殖了69代,始终不见天日的果蝇还是瞪着眼睛.第69代果蝇刚羽化出来时,一时睁不开眼睛,那个研究生兴奋地叫摩尔根过来看.还没等两人为实验成功击掌欢呼,那些果蝇便恢复了常态,大摇大摆地向窗口飞去,留下目瞪口呆的师徒二人.像这样一败涂地的实验,摩尔根做过许多次.他经常几十个实验同时进行,不出他所料,许多实验都走入了死胡同.有时摩尔根自嘲说,他搞的实验可以分成三类：第一类是愚蠢的实验,第二类是蠢得要命的实验,还有一类比第二类更蠢的实验.虽然频频失败,但是摩尔根屡败屡战,因为他知道,在科学研究中,只要出现一个有意义的实验,所有付出的劳动就都得到了报偿.
果然,关于果蝇的另一项实验最终轰动了全世界.这批果蝇遭到了摩尔根的“严刑拷打”,使用X光照射、激光照射,用不同的温度,加糖、加盐、加酸、加碱,甚至不让果蝇睡觉.各种手段都使用了,目的是诱发果蝇发生突变.一晃两年过去了,1910年摩尔根的一位朋友来拜访他,摩尔根面对实验室中一排排的果蝇实验瓶,略带伤感地慨叹：“两年的辛苦白费了.过去两年我一直在喂果蝇,但是一无所获.”有时希望总在绝望的时候诞生,1910年5月,摩尔根在红眼的果蝇群中发现了一只异常的白眼雄性果蝇.他以前从来没有见过这样的类型,因此这只果蝇是罕见的突变品种.
摩尔根激动万分,将这只宝贝果蝇放在单独的瓶子中饲养.每天晚上,摩尔根带着这只果蝇回家,睡觉时将实验瓶放在身边,白天又带着它去上班,生怕果蝇出现意外.在他的精心照料下,原本虚弱的白眼果蝇终于在与一只红眼雌性果蝇交配后才寿终正寝,将突变的基因留给了下一代果蝇,留给了苦心栽培它的摩尔根.十天后,第一代杂交果蝇长大了,全部是红眼果蝇.不要为白眼基因的缺席担心,按照孟德尔的学说,红眼基因相对白眼基因是显性,因此珍贵的突变基因只是躲到了后台.摩尔根当然不会放过检验前人理论的机会,他用第一代杂交果蝇互相交配,产生第二代杂交果蝇.焦急地等待了十天,摩尔根得到了第二代杂交果蝇,其中有3470个红眼的,782个白眼的,基本符合3：1的比例.这下,摩尔根对孟德尔真正服气了,实验结果完全符合孟德尔从豌豆中总结出的规律.
当摩尔根坐在显微镜旁边,再次定睛观察这些瞪着白眼的果蝇时,他发现了一个不同于孟德尔规律的现象.按照孟德尔的自由组合规律,那些长着白眼的果蝇,它们的性别应当是有雄性的,也有雌性的.然而这些白眼果蝇居然全部是雄性,没有一只是雌性的.也就是说,突变出来的白眼基因伴随着雄性个体遗传.摩尔根终于从果蝇身上看到了孟德尔在豌豆上观察不到的现象.对特殊现象的解释,就是建立新的定律.摩尔根知道,果蝇的4对染色体中,有一对是决定性别的.其中雌性果蝇中的两条性染色体完全一样,记为XX染色体；雄性果蝇中的性染色体一大一小,记为XY染色体.摩尔根判断,白眼基因位于X染色体上.因此,当他的那只宝贝白眼果蝇与正常的红眼果蝇交配后,由于红眼是显性基因,因此后代不论雌雄,都是红眼果蝇；当第二次进行杂交时,体内含有白眼基因的雌性红眼果蝇与正常的雄性红眼果蝇交配,就会出现含白眼基因的一条X染色体与一条Y染色体结合,生成第二代杂交果蝇中的白眼类型,而且都是雄性的.摩尔根把这种白眼基因跟随X染色体遗传的现象,叫做“连锁”,两类基因——白眼基因和决定性别的基因——好像锁链一样铰合在一起,在细胞中的染色体对分裂时一同行动,组合时也一同与另外的染色体结合.
发现突变的白眼果蝇,花费了摩尔根和他的学生整整两年的时光.而第一个突变果蝇发现后,另外的突变类型便接踵而至.在几个月内,他们又发现了四种眼色突变,例如果蝇中出现了粉红眼,这个形状的分离和组合与性别无关,也与白眼基因无关,显然粉红眼基因位于另外的染色体上,而且不在性染色体上；朱砂眼果蝇的遗传特点与白眼果蝇完全一致,也是伴性遗传的,说明两个基因都位于X染色体上.
摩尔根的学生发现了一种突变性状——果蝇的小翅基因,给摩尔根新创立的理论带来了挑战.这种突变基因是伴性遗传的,与白眼基因一样位于X染色体.但是当染色体配对时,这两个基因有时却并不像是连锁在一起的.例如,携带白眼基因与小翅基因的果蝇,根据连锁原理,产生的下一代应该只有两种类型,要么是白眼小翅的,要么是红眼正常翅的.但是摩尔根却发现,还出现了一些白眼正常翅和红眼小翅的类型.又需要解释现象了.摩尔根提出,染色体上的基因连锁群并不像铁链一样牢靠,有时染色体也会发生断裂,甚至与另一条染色体互换部分基因.两个基因在染色体上的位置距离越远,它们之间出现变故的可能性就越大,染色体交换基因的频率就越大.白眼基因与小翅基因虽然同在一条染色体上,但是相距较远,因此当染色体彼此互换部分基因时,果蝇产生的后代中就会出现新的类型.这就是“互换”定律.
“连锁与互换定律”是摩尔根在遗传学领域的一大贡献,它和孟德尔的分离定律、自由组合定律一道,被称为遗传学三大定律.虽然摩尔根是个讨厌空谈理论,注重实验的人,但是为他赢得声誉最多的论文,却不是关于实验的描述,而是他发表在《科学》杂志上的一篇阐述连锁与互换定律的理论文章,中间没有列举任何实验数据.
1933年的一天下午,摩尔根正坐在家中院子里看一本当年流行的小说,悠然自得.这时,家里收到了一份电报,内容说的是正值诺贝尔诞辰一百周年之际,“托马斯·亨特·摩尔根由于对遗传的染色体理论的贡献而被授予诺贝尔奖”.摩尔根并没有到瑞典去出席颁奖仪式,借口是自己工作太忙.其实是因为他本人不喜欢一本正经地在公众集会中出现,除了科学讨论会,他对于政治和其他集会均不感兴趣.在得到奖金后,摩尔根执意一分为三,自己留下一份,两个实验室的学生每人一份.在摩尔根看来,荣誉和奖金应该属于大家.
1941年,摩尔根以75岁高龄宣布退休,离开了实验室.1945年底他因病去世.人们对他最好的纪念,也许要算将果蝇染色体图中基因之间的单位距离叫做“摩尔根”.他的名字作为基因研究的一个单位而长存于世.