摩尔根的果蝇实验全梳理(摩尔根果蝇实验三种假设图解)

摩尔根的果蝇实验全梳理(摩尔根果蝇实验三种假设图解)

? ? ? ?嗷嗷嗷,好不容易逃离了减数分裂,孟德尔出现了,这团毛线球还没理清楚,摩尔根翩翩走来,身后还跟随着一大群红眼果蝇~经典遗传学发展至今,已经有100多年的历史,从孟德尔到摩尔根,从艾弗里到赫尔希、蔡斯,再到沃森、克里克,再到没有写进中学生物教科书的遗传学家,他们书写着遗传学史有趣又严谨的篇章。

? ? ? ?基因和染色体之间的关系,现在的我们能够很清晰,基因就定位在染色体上,但在19世纪末20世纪初,这项研究难倒了一大片科学家。回顾这段关于摩尔根的研究历史,让人惊叹,果蝇成就了摩尔根,同样摩尔根也同样成就了果蝇。我们不妨了解这一小段故事,感受这种小生物带来的魅力——(别光喝酒呀,吃菜~)

图1 遗传学的明星小生物---“果蝇”

“百般受难”的果蝇

? ? ? ? 在那个遗传学萌芽时期,百家争鸣的时代,人们使用过多种生物作为实验对象,然而果蝇却别具遗传学研究的独特优势。它繁殖迅速且后代数量惊人,一只雌性果蝇在其约14天的生命周期中可产卵上千,而且饲养方便、廉价,只需要一点点香蕉即可。

图2 果蝇非常容易满足,一点点香蕉,一个小瓶子即可

? ? ? ? 摩尔根不仅质疑孟德尔学说,对染色体学说也持怀疑态度,而更强调细胞质的作用,尤其在生物性别如何被决定的问题上。在那个时候,他经常同时进行几十个实验,验证流行的假说以及自己的猜想,其中大多数实验都走入了死胡同。在1903年至1910年间,摩尔根集中研究进化论,他对“突变”格外感兴趣,认为突变论比自然选择更适合解释生物进化,同时希望能通过实验来验证达尔文的“自然选择”理论。虽然摩尔根并不相信拉马克的“获得性遗传”学说,但却对“用进废退”学说很感兴趣。当然实验才是一切,个人情感并不重要。果蝇这个传代迅速的昆虫,看起来是个很好的验证工具。

? ? ? ? 1908年,摩尔根让他的研究生佩恩(Payne)(曾研究过无眼盲鱼)用果蝇验证“用进废退”学说。佩恩在窗台上放香蕉来诱捕不幸的果蝇,在长达两年的时间里,将它们置于黑暗中繁殖,试图通过在黑暗环境中传代的果蝇,以产生一种丧失视觉甚至眼睛的果蝇。结果自然是让人失望的,两年时间太短,不足以发生什么了不起的变化。

图3 摩尔跟闻名世界的“蝇室”

? ? ? ? 在验证“用进废退”学说失败后,他和佩恩一起再次使用果蝇,试图通过某种人工方法诱导其突变,如新发现的伦琴射线(X射线)和居里射线(居里夫人发现的镭射线)。他用射线照射它们,不让它们睡觉,整日整夜摇动它,给它们喝糖水、咸水、酸水或碱水,改变光照强度时间等等,一切能想到能做到的“蠢事”似乎都做了。然而果蝇却不为所动,伤透了摩尔根的心。

? ? ? ? 事实上,摩尔根不是第一个使用果蝇来研究突变的人,最初是哈佛大学的卡斯尔提出使用果蝇进行研究,并将果蝇推荐给了卢茨。卢茨利用果蝇发现了一种突变,当摩尔根对人工诱变产生兴趣时,他推荐了他所研究的果蝇给摩尔根。于是,摩尔根实验室有了两种家系的果蝇,一种来自佩恩诱捕的野外果蝇,另一种来自卢茨。

神奇的白眼出现

? ? ? ? 就在摩尔根快绝望的时候,1910年5月,一只白眼果蝇出现在了摩尔根实验室的培养瓶中。摩尔根慧眼识英才,先后将两名本科生——斯图蒂文特(Sturtevant)和布里奇斯(Bridges)——招入他的实验室,加上老朋友威尔逊的一位研究生缪勒(Muller)——这就是遗传学历史上著名的“摩尔根三弟子”——他们四人默契的组合,成为科学史上的佳话。有了得力助手,以及奠定经典遗传学的宏伟大厦基石的白眼果蝇,摩尔根至此注定要以遗传学家的身份流芳百世。

图4 摩尔跟在研究

? ? ? ? 但是,这只白眼果蝇的来源却颇为含糊。卢茨说,白眼果蝇最先出现在他的实验室,他把这只虚弱的突变体的后代送给了摩尔根,而摩尔根通过杂交实验,再次使这个形状出现,但摩尔根对此表示否认。他说,虽然他在卢茨实验室看到过几只白眼果蝇,但它们都已经死亡。他宁可认为这只白眼果蝇是天赐之物,它的祖宗更可能是从窗外飞进来的,也不可能是卢茨赠送的。不过,纠缠在这种事情上没有实际意义。卢茨自己也说,当初他根本没有认识到白眼果蝇的重大价值,不然他也不会将它的后代慷慨相送。

图5 白眼果蝇或许自己也不知道,它孕育了多位诺贝尔奖得主

? ? ? ? 然而这只即将名垂青史的白眼果蝇身体却万般虚弱。他将这只“白眼儿”单独放在一只培养瓶中随身携带,晚上睡觉前置于床头。当时正是摩尔根的第三个孩子问世之时,当他前往医院看望妻子时,摩尔根夫人的第一句话就是“白眼儿还好吗?”10天以后,这只白眼果蝇在和一只正常红眼果蝇交配后死去,传下了1240个后代。这些后代,后来繁衍成一个大的家系,正是它们建立起了经典遗传学的宏伟大厦,将染色体、基因及生物基本遗传模式的混乱认识清扫一空。

[摩尔根的果蝇实验全梳理]

? ? ? ? 至此,摩尔根不再对孟德尔定律抱有一丝怀疑的态度,成为孟德尔学说的坚定支持者。1915年,摩尔根和他的三位学生合著了《孟德尔遗传机制》一书。这本专著对果蝇研究作了全面总结,并且这是第一本尝试仅使用染色体来解释遗传学问题的书,彻底奠定了摩尔根在遗传学研究上的地位,他也由此被誉为“20世纪的孟德尔”。

? ? ? ? 1933年,在诺贝尔诞辰一百周年之际,摩尔根获得诺贝尔生理学或医学奖,成为在遗传学领域上第一位荣获此奖项的科学家。在此之前,他已经两次被提名,但该奖项此前一直只颁给医生或医学院教授。

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(注:图片源于网络)

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